Stephen Hawking
Unele dintre teoriile și ideile lui Stephen Hawking au revoluționat modul în care înțelegem lumea. Altele sunt încă în analiza fizicienilor.
Stephen Hawking (1942 – 2018) a fost un fizician englez și unul dintre cei mai mari cosmologi contemporani, profesor la catedra de matematică de la Universitatea Cambridge.
Hawking s-a ocupat de zona de „graniță” a fizicii, multe dintre teoriile și opiniile sale fiind privite, cel puțin în primă instanță cu scepticism.
1. Big Bangul a câștigat
Când și-a scris teza de doctorat, în lumea fizicii era o discuție aprinsă cu privire la teoria corectă care descrie nașterea universului. Big Bang sau „universul etern”? Teoria stării staționare (stady state) propunea ipoteza că universul, deși în expansiune, este etern și neschimbat. În teza sa Hawking a arătat că teoria stării staționare are contradicții interne, argumentând că universul a început dintr-o stare numită „singularitate”, un punct infinit de mic și de dens. Această idee este astăzi dominantă, deși teoria Big Bangului are dificultățile sale, așa cum am scris într-un articol recent.
2. Găurile negre chiar există
Astăzi cei care sunt familiarizați cât de cât cu știința nu găsesc subiectul găurilor negre incredibil, deși aceste obiecte cosmice sunt departe de a-și fi dezvăluit secretele. O istorie a acestei idei puteți citi în acest articol.
Prima imagine a unei găuri negre. Imaginea nu este o fotografie, ci a fost creată cu ajutorul a multiple telescoape în cadrul proiectului EHT
Găurile negre, un alt tip de singularitate (în centrul acestora densitatea și gravitația sunt infinite), au fost inițial o curiozitate matematică rezultată din ecuațiile teoriei generale a relativității create de Albert Einstein.
Hawking și-a îndreptat atenția asupra acestui subiect în anii 70 ai secolului trecut. Geniul acestuia a constat în combinarea ecuațiilor lui Einstein cu cele ale mecanicii cuantice (deși teoriile, în ansamblu, sunt incompatibile încă), transformând o abstracțiune în ceva ce ar putea exista în univers. Ideea găurii negre s-a „infiltrat” ușor ușor în mediile științifice și în publicațiile de popularizare, dar momentul de glorie a venit în 2019, când s-a obținut prima imagine a unei găuri negre (situate în centrul galaxiei Messier 87).
3. Radiația Hawking
Găurile negre se numesc „negre” pentru că gravitația lor este atât de puternică, încât nimic nu-i poate scăpa, odată trecută „granița” găurii negre (orizontul evenimentelor), nici măcar fotonii de lumină (particule fără masă). Dar Hawking a descoperit că lucrurile sunt mai complexe și mai subtile.
A folosit din nou mecanica cuantică, și anume faptul că spațiul este plin de particule „virtuale”, care pot apărea din nimic, perechi de particule și antiparticule care au o viață incredibil de scurtă, anihilându-se rapid după apariție. Hawking și-a dat seama că în preajma orizontului evenimentelor găurii negre (linia imaginară a graniței găurii negre care, odată trecută, nu mai poate trecută înapoi) se întâmplă lucruri interesante.
Pe scurt, găurile negre emit radiație, radiaţie Hawking, explicația fiind următoarea: în apropierea orizontului evenimentelor se formează perechi de particule virtuale (particulă-antiparticulă). În mod normal aceste particule virtuale nu pot fi detectate, însă contribuie la aşa-numita energie a vidului. Câmpul gravitaţional al unei găuri negre joacă însă un rol extrem de important în transformarea uneia dintre particule din particulă virtuală în particulă reală, practic expulzând-o din gaura neagră. Această particulă care a scăpat din gaura neagră reprezintă radiaţia Hawking. Perechea ei, ce ar avea o energie negativă (conservarea energiei), contribuie la scăderea masei găurii negre, deci la procesul de evaporare al găurii negre (asta e o altă idee formidabilă: faptul că și găurile negre se dezintegrează lent, ca urmare a acestei radiații).
4. Teoria ariei găurii negre
În fizica clasică entropia (adică, într-o aproximare, gradul de dezordine a unui sistem) crește odată cu timpul, în mod obligatoriu (adică nu descrește niciodată). Hawking a propus ipoteza că entropia găurii negre poate fi măsurată în funcție de aria suprafeței orizontului evenimentelor.
Detectarea undelor gravitaționale (2015) în urma fuziunii a două găuri negre a confirmat ipoteza lui Hawking; în cuvintele lui: „aria găurii negre rezultate (în urma fuziunii. n.n.) este mai mare decât suma ariilor găurilor negre inițiale”.
5. Paradoxul informației
Radiaţia găurii negre este determinată în totalitate de masa totală, de sarcina și de spinul găurii negre.
Când gaura neagră emite radiaţii, pierde din masă și se micșorează. Acesta se micșorează până când dispare, iar radiația este singurul lucru care a mai rămas.
Dar dacă ai doar radiația emisă de gaura neagră, atunci tot ce știi este masa, sarcina și spinul găurii negre. Nu ai idee despre ce a alcătuit gaura neagră inițial sau ce a căzut în acesta mai târziu.
Prin urmare, evaporarea găurii negre este ireversibilă, deoarece multe stări inițiale diferite vor avea ca rezultat aceeași stare finală. Și ştim acest lucru chiar înainte de a efectua o măsurare a radiațiilor.
Un astfel de proces ireversibil nu se potrivește cu niciuna dintre legile evoluției cunoscute - și asta este problema.
Găurile negre par să genereze singurul proces de distrugere definitivă a informației din univers - și, desigur, asta e o problemă.
Hawking a propus o soluție, destul de bizară astăzi (dar nu au fost aproape toate așa inițial?), conform căreia informația nu este totuși pierdută, ci ar fi stocată într-un nor de particule de energie nulă situat în jurul găurii negre.
Subiectul este încă în dezbatere și va fi, probabil, pentru încă multă vreme.
6. Găurile negre cosmologice (primordiale)
Despre acest subiect am scris, tangențial, și acum câteva zile aici. Subiectul principal al articolului respectiv este „undele gravitaționale primordiale”.
Găurile negre se formează în urma colapsului gravitațional al unui obiect cosmic masiv, cum ar fi o stea aflată într-o anume fază a vieții sale. Dar este posibil ca și în universul timpuriu, când universul era mult mai mic decât astăzi, să fi apărut găuri negre.
Hawking este primul care a explorat în profunzime teoria acestor găuri negre primordiale. Acestea ar putea avea orice dimensiune, de la foarte mari la foarte mici (dar cele mici, cel mai probabil, s-au evaporat).
Hawking a avansat ipoteza conform căreia găurile negre primordiale sunt responsabile de misterioasa materie întunecată. Această idee are sens, pentru că în mod clar există ceva în univers care exercită gravitație asupra împrejurimilor, dar nu poate fi detectat prin metodele obișnuite, pentru că nu emite / reflectă lumină. Deci găurile negre s-ar califica pentru o posibilă explicație a materiei întunecate. În prezent nu avem însă instrumentele pentru a detecta găuri negre primordiale ori a testa ipoteza că găurile negre formează materia întunecată.
7. Mai multe moduri de a sfârși cu specia umană
În ultimii ani de viață Hawking a venit mai multe avertizări cu privire la viitorul speciei umane.
A vorbit despre posibilitatea ca bosonul Higgs (particulă responsabilă pentru masa particulelor) să distrugă lumea. Astăzi câmpul Higgs este într-o stare de energie minimă. Dar o fluctuație cuantică ar putea schimba această stare și să declanșeze o bulă de vid care se va deplasa cu viteza luminii în toate direcțiile, distrugând universul.
Hawking a mai vorbit și despre pericolul inteligenței artificiale, care ar putea lua controlul și distruge omenirea. Atunci când mașinile vor obține „inteligenţa artificială generală”, adică vor avea capacitatea de a se raporta la lume, în complexitatea ei, aşa cum o face fiinţa umană, s-ar putea să asistăm la sfârșitul omenirii așa cum o știm astăzi.
De asemenea, un alt pericol prevăzut de Hawking este întâlnirea cu o civilizație extraterestră. Dacă omul a arătat în toată istoria sa o înclinație teribilă spre a distruge alte culturi și a masacra largi populații, extratereștrii de ce ar fi diferiți? Cu toate acestea Hawking a fost pentru intensificarea eforturilor de a identifica ființe extraterestre.
Nu știu dacă vă vine să credeți, dar Hawking l-a enervat teribil pe celebrul Dan Negru. Am publicat un articol despre acest lucru aici :)
Sursa: LiveScience
