Kovo 14 dieną baigėsi vieno iš žinomiausių šiuolaikinio mokslo vardų, fizikos teoretiko ir kosmologo Stepheno Hawkingo gyvenimas. Ta tema prikalbėta ir prirašyta daug, tad, patogu peržvelgti viską vienoje vietoje.

Stephenas Hawkingas daugeliui žinomas savo įspūdingais pasiekimais ir ženkliu indėliu į šiuolaikinį mokslą. Kitiems jis buvo sūnus, brolis, draugas ir įkvėpėjas. Stephenas Hawkingas buvo neįtikėtinai įžvalgus ir talentingai išreikšdavo savo nuomonę, nepaisydamas jam tekusių iššūkių. Nors jo kūnas buvo suvaržytas, protas veikė kaip niekada gerai.

Vos įžengusiam į trečią dešimtį Stephenui Hawkingui buvo diagnozuota ALS, tačiau jis puse šimtmečio viršijo gydytojų jam prognozuotą gyvenimo trukmę. Hawkingas mirė, eidamas 77-uosius metus, 2018 kovo 14 dieną.

Nors plačiai žinomas, kaip puikus mokslininkas, prikaustytas prie vežimėlio, nedaugelis žino smulkesnes jo gyvenimo detales – kuklią pradžią, tekusius iššūkius, ir kuo būtent jis prisidėjo prie mokslo.

Jis buvo paslaptingas, tačiau žaviu balsu suteikė žmonėms motyvaciją įveikti kliūtis. Keldamas neįprastas idėjas ir siekdamas tikslo nepaisant tenkančių iššūkių, Stephenas Hawkingas įkvėpė daug žmonių.

„Mano tikslas paprastas – tesiekiu visiškai suprasti visatą, kodėl ji yra tokia ir kodėl iš viso egzistuoja.“

Ankstyvas gyvenimas

Stephenas Williamas Hawkingas gimė II Pasaulinio karo viduryje 1942 m. sausio 8 dieną, Oksforde, Anglijoje. Tą pačią dieną, prieš 300 metų mirė Galilėjas. Stephenas Hawkingas buvo vyriausias mokslininkų šeimos vaikas.

Jo tėvai, Frankas ir Isobelė nutarė susilaukti vaiko (Stepheno) Oksforde – per karą naciai Oksfordo nebombardavo, tad čia auginti atžalą buvo daug saugiau.

Nepaisant to meto šalies politinio nestabilumo ir šeimos finansinio neužtikrintumo, Stephenas Hawkingas gavo neįkainojamą intelekto dovaną iš tėvų. Jo motina, Isobelė, į Oksfordo universitetą pateko ketvirtajame dešimtmetyje. Tuo metu moterys retai galėjo įstoti į koledžą, nekalbant jau apie vieną iš prestižiškiausių pasaulyje mokslo įstaigų. Jo tėvas, Frankas, irgi baigė Oksfordą, ir buvo garsus medicinos tyrėjas, besispecializavęs tropinėse ligose.

Nepaisant karo, Stepheno Hawkingo tėvai siekė, kad jų vaikai gautų aukštąjį išsilavinimą. Jau pačioje mokslų pradžioje jis nuolat mokėsi kiek geriau už savo bendraamžius. Nors intelektualinis pranašumas nebuvo didelis, tačiau jau vidurinėje mokykloje Stepheno akademiniai gebėjimai pradėjo atskleisti tikrąjį jo genialumą ir aukštesnio išsilavinimo siekį.

Žinių troškimas

Vos 17 metų amžiaus Stephenas Hawkingas įstojo į Oksfordo universitetą. Jis nebuvo itin ambicingas studentas – kartą pripažino, mokslui per dieną skyręs vos valandą. Kaip vienas jauniausių klasės studentų, Stephenas Hawkingas buvo gan vienišas. Jis siekė gauti mokslo laipsnį kosmologijos srityje.

1962 metais Stephenas Hawkingas pratęsė mokslus Kembridžo universitete, kur mokėsi kosmologijos doktorantūroje. Po metų jam diagnozuota ALS.

Kova su liga

ALS, arba kitaip Lou Gehrigo liga, yra progresuojantis motorinių (judesius valdančių) neuronų liga, ilgainiui sunaikinanti asmens gebėjimą kontroliuoti savo raumenis.

Kai jam buvo vos 21 metai, prognozės buvo liūdnos – gydytojai prognozavo ne daugiau nei kelis vis prastėjančios būklės metus. Tačiau, nepaisydamas medicininio nuosprendžio, jis siekė savo aistros – mokslo. Dešimtmečio pabaigoje teko atsisveikinti su ramentais ir persėsti į vežimėlį. Tačiau Stepheno Hawkingo negalia nesulaikė. Nors jo kūnas buvo suvaržytas, protas veikė kaip niekada gerai.

„Kol nebuvo nustatyta diagnozė, gyvenimas buvo labai nuobodus. Atrodė, nėra nieko, ką vertėtų daryti.“

—Stephen Hawking

Didėjantys iššūkiai

Sulaukęs savo ketvirtojo dešimtmečio vidurio ir pergyvenęs pirmines gydytojų prognozes, Stephenas Hawkingas ėmėsi ieškoti būdų, kaip kompensuoti sutrikusią savo kalbą – jos pradėjo nebesuprasti bendradarbiai ir netgi šeima. Savo idėjas teko reikšti įvairiais įtaisais.

Galiausiai Stephenas Hawkingas aptiko kompiuterinę programą „Equalizer“ – šia programa galėjo parinkti žodžius ir frazes kurias programa įgarsindavo.

Įspūdingoji Stepheno Hawkingo vežimėlio inžinerija

Stephenas Hawkingas ir šeima nuolat tobulino jo bendravimo įrankius. Nuo 1997-ųjų, Intel rėmė kompiuterinę jo bendravimo sistemą, kurią sudarė specialus planšetinis kompiuteris, maitinamas iš vežimėlio akumuliatoriaus.

Kompiuteryje veikia Intel sukurta atvirojo kodo programa ACAT. Ekrane pasirodo klaviatūra, kurioje kursorius automatiškai skenuoja raides stulpeliais ar eilutėmis. Skruostais sustabdant kursoriaus judėjimą, galima pasirinkti norimą ženklą – judesius fiksuoja ant akinių sumontuota infraraudonųjų spindulių kamera.

Stephenas Hawkingas pasakoja apie savo balso sintezavimo programą

„ACAT naudojamas SwiftKey sukurtas žodžių nuspėjimo algoritmas, kuris buvo treniruojamas mano knygų ir paskaitų medžiaga, tad, prieš pasirodant visam žodžiui, dažniausiai pakakdavo įrašyti pirmas kelias raides. Sudaręs sakinį, galiu nusiųsti jį į kalbos sintezatorių. Naudoju atskirą Speech Plus sukurtą sintezavimo įrenginį. Girdėjau, jis geriausias, nors suteikia man skandinavišką, amerikietišką ar škotišką akcentą – nelygu ko paklausite.“

Nepaisydamas ligos Stephenas Hawkingas tebeskaitė paskaitas. Reikėjo labai daug mąstyti, kaip būtų galima tai atlikti. Nors lengva nebuvo, atsisakyti žinių perdavimo jis nenorėjo. Ir „negalia“ tapo pranašumu. Jo naudojama technologija ypač pasitarnaudavo prieš paskaitas ir pranešimus. Jis galėjo greitai spausdinti ir kompiuterių inžinieriai medžiagą galėjo lengvai surinkti. Jo parengtos paskaitos tapo nauju mokymo būdu. Užuot sėdėję ir klausę, jo studentai visą medžiagą turėjo jau prieš paskaitą ir galėjo ją perskaityti, nepraleisdami nė žodžio.

Įrašau paskaitas ir išsaugau diske. Tada ACAT sistemos programine įranga Lecture Manager į kalbos sintezatorių po pastraipą siunčiu visą tekstą. Ji veikia gan gerai ir galiu išklausyti ir patobulinti paskaitas iš anksto“

Didžiausi pasiekimai

Kitaip nei kūnui, Stepheno Hawkingo protui pagalbos nereikėjo. Ir nors iki paskutinių dienų vykdė mokslinę veiklą, didžiausia jo aistra buvo Visatos toliai. Stepheno Hawkingo mintys linko prie žvaigždžių. Jo darbuose – I. Niutono ir netgi naujesnių A. Einšteino teorijų tąsa.

Daugiau nei prieš šimtą metų gravitacija geriausiai aprašė Niutono gravitacinis laukas. Niutono teorija aprašo idėją, kad visi masę turintys objektai sukuria savotišką „lauką“, kuriuo veikia vienas kitą, panašiai kaip magnetai. Šis efektas pasireiškia Mėnulio ir Žemės tarpusavio trauka, arba, kaip geriau žinoma, Žemės ir obuolio.

Vėliau Niutono fizikos trūkumus atskleidė Einšteino teorija. Kad banga galėtų sklisti, turi būti kažkokia materija, per kurią ji galėtų sklisti. Tačiau gravitacija sklinda per kosmoso vakuumą, klibindama teorijos pagrindus. Buvo iškelta prielaida, kad visatoje egzistuoja medžiaga – eteris – su visata nesąveikaujantis niekaip kitaip, tik leisdamas laisvai sklisti gravitacijai ir šviesai.

Šioje teorijoje pernelyg daug prielaidų, kad ji galėtų būti tinkamas paaiškinimas. Einšteinas iškėlė idėją, kad gravitacija sklinda, banguojant pačiai erdvei.

Masyvūs kūnai kosmose iškreipia erdvę (ir laiką) apie save. Teorija teigia, kad greta masyvių kūnų sklindanti šviesa išlenkiama ir taip sukuriamas savotiškas lęšis, kuriuo galima išvysti už masyvių objektų esančių šviesos šaltinių šviesą.Einšteinas teorijos patikrinimui pasitelkė Saulę.

Seras Frankas Watsonas Dysonas, Karališkasis Britanijos astronomas pasiūlė puikų planą, kaip būtų galima patikrinti Alberto Einsteino Bendrąją reliatyvumo teoriją – stebint 1919 metų gegužės 29 dieną vyksiantį visišką Saulės užtemimą.

Jei teorija teisinga, Saulė turėjo išlenkti savo užstojamo Hijadžių spiečiaus ryškių žvaigždžių šviesą pakankamai, kad ji būtų matoma per teleskopą.

Teorija pasitvirtino – žvaigždės buvo aiškiai matomos. Sudėjus naktinio dangaus fotografiją ir darytą per užtemimą, buvo aiškiai matyti šiek tiek pasikeitusi žvaigždžių padėtis. Fotografijos buvo įrodymas, kad gravitacija išlenkia erdvę.

Einšteinas ir dar keli mokslininkai prognozavo, kad žvaigždės gali būti tokios didelės, kad jas sugniuždytų jų pačių gravitacija. Dėl šio proceso žvaigždė susitrauktų į neišmatuojamai mažą begalinio tankio objektą – singuliarumą. Jį supanti gravitacija būtų tokia stipri, kad negalėtų ištrūkti net šviesa – taip gimsta juodoji bedugnė (JB).

Singuliarumo idėja glumino daugumą fizikų ir be įrodymų ar galimybių ją ekstrapoliuoti, pradėjo nykti.

Idėja dulkėjo iki 1959 metų, kai Stephenas Hawkingas pradėjo studijas Oksforde.

Hawkingo mintis užvaldė bendrojo reliatyvumo ir JB sąsajos idėja. Drauge su kosmologu Denisu Sciama jie pradėjo plėtoti juodųjų bedugnių idėją. Netrukus jie pradėjo mąstyti ir apie Didžiojo sprogimo (DS) teorija, pastebėję stulbinamus panašumus. DS teorija teigia, kad visata radosi iš singuliarumo, tapusio viskuo – Visata. Nors dabar ši teorija visuotinai pripažįstama, tuomet visatos radimasis tebebuvo karštų debatų tema.

DS idėja sukosi Stepheno Hawkingo galvoje. Jis netrukus padarė išvadą, kad DS aprašančios funkcijos itin panašios į aprašančias juodųjų bedugnių kolapsą – tik priešinga kryptimi.

Hawkingas ėmė šią idėją vystyti toliau su Rogeriu Penrose'u. Jie pradėjo matuoti visatos spinduliavimą ir iš informacijos gabaliukų rinkti bendrą paveikslą. Lyginant skirtingų bangos ilgių spinduliavimą su kosminiu mikrobangų fonu, paaiškėjo, kad daug galaktikų spinduliuoja ilgesnes bangas, nei numato teorija. Šis efektas panašus į Dopplerio efektą. Dopplerio efektas pasireiškia, judančių objektų skleidžiamoms bangoms – jei objektas artėjo, jo skleidžiamos bangos trumpėja, o tolstančio objekto skleidžiamos bangos ilgėja.

Doplerio efekto paaiškinimas

Tad, su visata irgi vyksta tas pats. Tolimų galaktikų skleidžiamos šviesos bangų ilgis didėja – jos tolsta viena nuo kitos, tad visata plečiasi. Remdamiesi šia idėja, abu mokslininkai publikavo darbą, kuriame, remiantis bendrąja reliatyvumo teorija buvo aprašoma, kad visata turėjo prasidėti iš singuliarumo.

Atrodytų, savaime suprantama, kad JB gali tik didėti. Ši idėja labai primena entropiją, sistemos netvarkos matą. Struktūriškai patvarūs objektai, tokie kaip kristalai, turi gardeles, jų entropija maža. Tuo tarpu dujos juda laisvai ir netvarkingai, tad jų entopija didelė

Antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad visatos entropija gali tik didėti, o ne mažėti. Iš esmės, tai reiškia, kad sendama visata darosi vis netvarkingesnė. Ši teorija stulbinamai susieja JB paviršiaus ploto didėjimą ir didėjančią visatos entropiją

Ši koreliacija nėra atsitiktinė. Remdamasis šia idėja, Jacobas Bekensteinas, jaunas fizikas, iškėlė idėją, kad įvykių horizonto (erdvės taško, iš kurio šviesa nebegali ištrūkti) dydis gali būti JB entropijos matavimo priemonė.

Tačiau ši idėja sukėlė ir neišvengiamą paradoksą. Objekto, kurio entropija didėja, temperatūra privalo didėti, tad ir spinduliuoti energiją. Tačiau tuo metu JB apibrėžiama kaip objektas, kuris negali spinduliuoti dėl gravitacijos. Idėja gluminant ir sukelianti paradoksą. Kaip gali juodoji bedugnė įgauti energiją ir nieko nespinduliuoti? Hawkingas atvirai kvestionavo šį teiginį.

Remiantis to meto fizika, teorija tebeliko neaiški. Fizikai aprašė JB kaip negalinčią absoliučiai nieko spinduliuoti. Ironiška, kad Hawkingas, pasirengęs įrodyti, kad JB negali prarasti energijos, gavo priešingą išvadą. Hawkingas apjungė bendrojo reliatyvumo ir kvantinę teoriją, kurios parodė, kad jis klysta.

Deja, suvienyti šias teorijas idealiai iš esmės neįmanoma (kol kas). Bendrasis reliatyvumas teigia, kad erdvė yra netrūki ir apibrėžta – objektas visada yra objektas. Tarkime, žinant krepšinio kamuolio padėtį ir greitį (kitaip, jo informaciją) galima tiksliai nustatyti jo buvimo vietą ir jį pastūmus.

Tuo tarpu kvantų teorijoje viskas remiasi tikimybėmis ir egzistuoja tik atskiromis porcijomis – kvantais. Jei krepšinio kamuolys būtų kvantinis objektas, pastumtas jis galbūt riedėtų tiesiai, bet gal atsitiktinai išnyktų ar atsirastų kur kitur. Kvantinio objekto padėtį galima numatyti kaip norima tiksliai, bet tuo pačiu metu mažėja užtikrintumas, kur ir kokiu greičiu jis juda. Ir atvirkščiai – tiksliai nustačius judėjimo greitį ir kryptį, negalima nieko pasakyti apie jo poziciją.

Virtualios dalelės

Visatoje šis efektas pasireiškia, kai vakuume atsiranda ir išnyksta dalelių poros – viena iš medžiagos, kita iš antimedžiagos. Vienos energija pozityvi, kitos negatyvi, tad bendras energijos lygis lieka pastovus ir nauja energija nesukuriama. Vos susikūrusios, dalelės viena kitą anihiliuoja taip greitai, kad jų praktiškai neįmanoma aptikti, kitaip tariant, jos yra virtualios dalelės.

Garsioji Stepheno Hawkingo teorija paremta šalia juodųjų bedugnių kylančiu įdomiu fenomenu. Jei virtualios dalelės atsiranda šalia JB įvykių horizonto, egzistuoja nedidelė galimybė, kad viena poros dalelė bus įtraukta į JB, kitą palikdama klajoti kosmoso tyruose. Jeigu JB sugers neigiamos energijos dalelę, juodoji bedugnė energijos neteks. O kadangi energija yra masė, JB palengvės. Ir atvirkščiai, jei sugeriama teigiamos energijos dalelė, JB energija, taigi ir masė, padidėja.

Teoriškai, kvantinės mechanikos valdomos virtualios dalelės sukuria ryšį su bendruoju reliatyvumu. Priešingai nei manyta, JB mažėti gali. Sąveikaudamos su kvantiniu pasauliu, JB energiją spinduliuoti gali. Šis spinduliavimas dabar vadinamas Hawkingo spinduliavimu.

Plėtodamas šią teoriją, Stephenas Hawkingas prisiminė ir Didįjį sprogimą. Savo naujojoje teorijoje Hawkingas iškėlė mintį, kad visatos kūdikystėje, kai kurios visatos dalys galėjo sulipti ir kolapsuoti į miniatiūrines juodąsias bedugnes. Tokios JB svertų milijardus tonų, nors būtų mažesnės už elementariąsias daleles. Tokia masė atrodo milžiniška, tačiau visatos mastu tai – niekis, tik maža dalis Žemės svorio.

Tokių JB įvykių horizontas būtų labai mažas, todėl miniatiūrinės JB būtų neįtikėtinai karštos, kaip pats Hawkingas sakė, „įkaitusios iki baltumo“. Temperatūrai augant, stiprėja ir Hawkingo spinduliavimas,todėl mažos JB visą savo energiją greitai išspinduliuotų ir išnyktų visiškai.

Tačiau JB nepasitrauktų tyliai. Jai traukiantis, įvykių horizontas mažėtų ir temperatūra augtų dėl teigiamo grįžtamojo ryšio. Galiausiai JB nebegalėtų išsilaikyti ir sprogtų kaip milijono megatonų vandenilinė bomba.

Ką tai reiškia

Neįtikėtini Stepheno Hawkingo atradimai – pastangų sukurti visko teoriją rezultatas. Apjungusi kvantinę mechaniką ir bendrąjį reliatyvumą, žmonija galės žengti į visiškai naują, kvantinių fenomenų sritį. Tuomet kelionės laiku ir tarpžvaigždinės kelionės bus visiškai įmanomos. Nors matematikai idealiai aprašyti visatos dar negali, Stepheno Hawkingo ir kitų didžių protų palikimas galbūt vieną dieną padės išsilaisvinti iš klasikinės mechanikos pančių.

Pirmyn ateitin: nežemiškos gyvybės paieškos

Bandant intelektu aprėpti visatą, kyla ne menkesni klausimai. 2015 metų liepą Stephenas Hawkingas ir rusų milijardierius Yuri Milner paskelbė ambicingą naujų atsakymų paieškų planą. O klausimas – ar egzistuoja nežemiška gyvybė?

Tokio nuodugnaus visatos skenavimo plano įgyvendinimui reikia pažangiausių ir jautriausių įrankių. Skenavimas bus 50 kartų jautresnis ir apims 10 kartų didesnį dangaus plotą, nei bet kuri iki šiol vykdyta nežemiškos gyvybės paieška. Misijos biudžetas dabar yra 100 milijonų dolerių. O turbūt dar įspūdingesnis mokslininkų pasišventimas, kurie peržiūrės tūkstančius galingiausių pasaulio observatorijų stebėjimo valandų. Misijos tikslas, atsakyti į vieną iš labiausiai kamuojančių klausimų: ar mes vieni?

Astronomai, fizikai ir kiti mokslininkai naudosis pažangiausių observatorijų, tarp kurių Green Bank observatorija Vakarų Virdžinijoje (didžiausias valdomas planetos teleskopas) ir Parkes observatorija Naujajame Pietų Velse, bei Lick observatorija Kalifornijoje. Mokslininkai taip pat atliks plačiausią optinių lazerių perdavimų iš kitų planetų paiešką.

Misija tirs artimiausią 1 milijoną Paukščių Tako žvaigždžių, bei skenuos artimiausias 100 galaktikų. Paieškos užtruks, o dar gerokai daugiau laiko pareikalaus rezultatų peržiūrėjimas. Tačiau tikslas dėl to nė kiek ne mažiau svarbus. Hawkingas Karališkosios draugijos susirinkime sakė: „Tikime, kad Žemėje gyvybė radosi spontaniškai, tad begalinėje visatoje ji turi būti ir daugiau gyvybės atsiradimų.“

Žmonijos kėlimas į kosmosą

Tokia informacija suteiktų žmonijai informaciją apie jos pradžią, atskleistų paslaptis, leisiančias žengti į dar neištyrinėtas teritorijas. O gal atrasime pažangią gyvybės formą, visiškai peržiūrėsime visus mums žinomo mokslo aspektus. Kaip bebūtų, Stephenas Hawkingas žmonijai norėjo gero ir tikėjo, kad nesiplėsdama į kosmosą, žmonija Žemėje pražus.

„Esu tikras, gyvybei Žemėje kyla vis didesnis pavojus išnykti dėl tokių katastrofų, kaip staigus globalus atšilimas, branduolinis karas, genetiškai sukurtas virusas ar kitų pavojų. Manau, į kosmosą nesiplečianti žmonių rasė neturi ateities“

—Stephen Hawking

Įkvėpimas

Mokykloje neretai vadintas „Einšteinu“, Stephenas Hawkingas gerai perprato matematiką ir fiziką. Vedamas domėjimosi kosmosu ir padedamas matematikos fiziko Rogerio Penrose'o, Hawkingas ėmėsi visatą valdančių fundamentalių dėsnių. Naudodamas populiariausią Einšteino teoriją, jis išvedė koreliaciją tarp laiko ir erdvės. Tuo remdamasis, parodė, kad būtina visatos pradžia ir pabaiga. Tęsiant tyrinėjimus, plėtėsi ir jo atradimai bei lekcijų temos. Daug kas Hawkingo reikšmę mokslui ir šlovę prilygina žmogaus, kuriuo sekdamas jis to ir pasiekė, Einšteino, tik tai jis atliko pagal savo taisykles. Bendrojo reliatyvumo ir kvantinė teorijos apjungimas yra vienas didingiausių pirmos XX amžiaus pusės mokslo pasiekimų. Stephenas Hawkingas suteikė žmonijai viltį vystytis ir klestėti ir per kitą šimtmetį.

Šių laikų genijus

Stephenas Hawkingas savo atžaloms buvo mylintis tėvas ir senelis, tačiau didžiausia jo aistra liko mokslas – jis tęsė teorinės fizikos tyrimus. Tuo pat metu jis vis atrasdavo naujus sprendimus, prisitaikyti prie ligos, nuolat metusios iššūkius jo įprastam gyvenimui.

Nuo 1979 metų Lucaso vardo matematikos profesorius ir 12 garbės ordinų savininkas jis buvo pavyzdys, kiek galima pasiekti kovojant, nepaisant kelią pastojančių kliūčių. Nors ir ne kartą teko kovoti su depresija, savo kūnu ir protu, jo troškimas sukurti „visko teoriją“ visada įtikinamai įveikdavo norą pasiduoti.

Štai ką apie Stepheną Hawkingą rašo jį asmeniškai pažinojęs ir daug bendravęs A. Starobinskij - fizikos matematikos mokslų daktaras, RMA akademikas:

Komentarai ()