Pod koniec października półwieczna rozprawa o astrofizyce, zawierająca w większości przestarzałe informacje, stała się hitem wśród pobrań, „odkładając” stronę Uniwersytetu Cambridge.
Co się stało?
23 października 2017 roku Uniwersytet Cambridge zdecydował o udostępnieniu publicznie rozprawy słynnego naukowca i popularyzatora nauki Stephena Hawkinga, napisanej przez niego w 1966 roku. Pomyśl o tym: 51 lat temu! I nagle strona uczelni "upadła". Nawiasem mówiąc, nawet 24 października okresowo „kładł się do łóżka”, choć czasami można było się przebić i pobrać wirusową rozprawę - w lukach między kolejnymi niepowodzeniami.
Większość mediów zinterpretowała to jako przejaw podekscytowania pracą naukowca, ale nie jest to do końca prawdą. Pobrań jest tylko około 70 tysięcy, tylko podstawowa wersja pliku pdf waży 72 megabajty - dlatego mały serwer uniwersytecki tego nie wytrzymał. Gdyby plik o wielkości kilku megabajtów lub serwer był potężniejszy, nic by się nie stało.
Prawdą jest, że nikt w Cambridge nawet nie pomyślał o takim „ruchu”, bo zwykle „popularne” utwory stamtąd ściągane są po stokroć, a te niepopularne można policzyć na jedną rękę. I to nie tylko to. Większość z tych, którzy pobrali rozprawę Hawkinga, prawdopodobnie nie będzie w stanie przeczytać jej w całości. Chodzi nie tylko o to, że liczy 130 stron - co ważniejsze, jak każda rozprawa, wymaga od czytelnika porządnego przygotowania. Niemniej jednak jego znaczenie można podsumować dość krótko, co zrobimy poniżej.
O czym jest ta rozprawa?
Film promocyjny:
Hawking bada konsekwencje odkrycia ekspansji wszechświata. Stało się to znane już w latach trzydziestych XX wieku i zostało przyjęte (nawiasem mówiąc, po raz pierwszy - przez mieszkańca ZSRR) jeszcze w latach 20. XX wieku. Opierając się na fakcie ekspansji, Brytyjczyk przeanalizował popularną wówczas teorię grawitacji Hoyle'a-Narlikara. Według niej materia pojawiła się poza związkiem z rozszerzaniem się Wszechświata (dziś wiadomo, że wręcz przeciwnie - w ścisłym związku).
Ta teoria, jak pokazał wtedy Hawking, jest błędna, ponieważ nie jest kompatybilna z rozszerzającym się Wszechświatem. To zabawne, że chociaż sama hipoteza, którą krytykuje, jest błędna, jego krytyka … też była błędna! Dziś wiemy, że przyspieszona ekspansja wszechświata sprawia, że analiza Hawkinga staje się przestarzała. Nie wziął pod uwagę możliwości takiego przyspieszenia, dlatego same obliczenia błędności Hoyle-Narilikara okazały się błędne.
Jednak brytyjska rozprawa została napisana 30 lat przed odkryciem przyspieszającej ekspansji Wszechświata po Wielkim Wybuchu i trudno krytykować naukowca za nieznajomość tego faktu. W końcu wszyscy się mylą - Einstein również nie chciał wierzyć, że Wszechświat się rozszerza, ta myśl wydała mu się z początku tak dziwna. Nic dziwnego, że nie mniej egzotyczna koncepcja stale przyspieszającej ekspansji nie przyszła do głowy Hawkingowi pół wieku temu.
Nawiasem mówiąc, na krótko przed publikacją swojej dysertacji Hawking zasugerował, że Hoyle i Narlikar mogą mieć rację - jeśli we Wszechświecie jest coś z ujemną masą. Teraz to „coś” zostało zastąpione ciemną energią - ideą pewnej substancji, która „popycha” przestrzeń we wszystkich kierunkach, trochę tak, jak robi to substancja Hawkinga o ujemnej masie.
W rozdziale drugim Hawking bada wpływ rozszerzania się wszechświata na rozkład masy w nim. Dotykają tajemnicy galaktyk - „wysp materii” na pustyni Wszechświata, na której również mieszkamy. Autor dochodzi do wniosku, że galaktyki nie mogły powstać z początkowo niewielkich niejednorodności wczesnego Wszechświata i musi istnieć inne wytłumaczenie. Który? Niestety, nie było to w pełni zrozumiałe, ani w 1966 roku, ani dziś. Ale sam pomysł, że tajemnicze niejednorodności powinny być zauważalne od samego początku, wciąż znajduje nowe potwierdzenie.
W trzecim rozdziale fizyk porusza kwestię promieniowania grawitacyjnego - tych samych fal grawitacyjnych, które zostały odkryte dopiero w zeszłym roku dzięki prawdziwym obserwacjom. Czwarty to problem osobliwości. Jej istotą jest to, że zgodnie z istniejącymi ideami, przed Wielkim Wybuchem, materia miała nieskończoną gęstość i temperaturę, będąc ściśniętą w jednym punkcie o zerowej szerokości, wysokości i długości. W tamtych latach wielu próbowało jakoś „pozbyć się” osobliwości w obliczeniach - wszak wszelkie fizyczne wzory z wprowadzeniem nieskończonej gęstości przestają sensownie opisywać zdarzenia. Po prostu nie są przeznaczone dla takich zmiennych.
Stephen Hawking w 1974 roku. Zdjęcie: EAST NEWS
Hawking pokazuje jednak, że takie rozwiązania tak naprawdę nie działają bez osobliwości. Nie można powiedzieć, że od tego czasu posunęliśmy się znacznie dalej w zrozumieniu problemu niż pół wieku temu kandydat. Nadal jest jasne, że osobliwość mogła istnieć i nadal nie jest jasne, czy można ją poprawnie opisać naukowo.
Wydawać by się mogło, że główną wartością rozprawy Hawkinga jest omawianie kwestii, które straciły dziś na aktualności (jak hipoteza Hoyle'a-Narlikara), czy też analiza sytuacji z galaktykami, gdzie wskazuje on na problemy z ich pochodzeniem, ale nie może znaleźć rozwiązania (tak naprawdę wciąż szukają). Jak widać, nic rewelacyjnego z punktu widzenia osoby z ulicy. Skąd to podekscytowanie, dlaczego strona została „odłożona”?
Hype Hawking
Aby to zrozumieć, warto pamiętać, kim jest Hawking i dlaczego opinia publiczna go zna i kocha. Wniósł największy wkład w badanie czarnych dziur - ciał, których gęstość jest tak duża, że światło nie może uciec z ich pola grawitacyjnego. Na zewnątrz, zgodnie z logiką, powinny być całkowicie czarne - w końcu nawet fotony światła nie mogą od nich odlecieć. Brytyjczykowi udało się zastosować termodynamikę do badania czarnych dziur i udowodnić, że faktycznie … promieniują! Wyrzuć fotony (choć bardzo rzadko). To znaczy, ściśle mówiąc, nie są tak czarne.
Nawiasem mówiąc, oznacza to również, że nie są one wieczne, ale małe czarne dziury są niezwykle krótkotrwałe. Cała ich energia jest zamieniana na takie promieniowanie i dosłownie „wyparowuje”. Nazywają to tak - promieniowaniem Hawkinga. W końcu to on pierwszy to obliczył, a także fakt, że z tego powodu czarne dziury wyparowują i giną. Obliczone … ale się nie otworzyło.
Tak, promieniowanie Hawkinga, jak to często bywa w nauce, w ogóle nie zostało odkryte przez tego, od którego imienia nazwano to zjawisko. Praca Hawkinga na temat promieniowania („parowania czarnych dziur”) została opublikowana w 1974 roku. Rok wcześniej odwiedził ZSRR. Tam radzieccy naukowcy Zeldovich i Starobinsky zademonstrowali mu z teoretycznego punktu widzenia, że fotony o długości fali dłuższej niż horyzont zdarzeń czarnej dziury (strefa, w której reszta fotonów jest przechwytywana przez grawitację) muszą pokonać grawitację czarnej dziury z powodu tunelowania kwantowego.
Istotą tego efektu jest to, że foton, zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, z pewnym prawdopodobieństwem może pokonać pozornie nieuniknioną przeszkodę (lustro lub grawitację czarnej dziury), jeśli jego energia jest powyżej określonego poziomu.
Demonstracja opisanego efektu.
W rzeczywistości Zeldowicz sam tego nie wymyślił - pomysł wyraził radziecki fizyk Władimir Gribow jeszcze przed przybyciem Hawkinga do ZSRR. Oznacza to, że promieniowanie powinno było nazywać się promieniowaniem Gribowa - jeśli oczywiście radziecki naukowiec sformalizował swoją myśl w odpowiedniej pracy z niezbędnymi obliczeniami. Niestety, nie zrobił tego, wyrażając to tylko ustnie, skąd Zeldowicz dowiedział się o niej.
Hawking ma też wiele innych prac - na przykład to on matematycznie udowodnił, że „czarne dziury nie mają włosów”. Mówiąc dokładniej, nie można niczego dowiedzieć się o czarnej dziurze, którą te fotony pozostawiły z takich fotonów (promieniowanie Gribova-Hawkinga). Wynika z tego, że zawartość czarnych dziur jest dla nas niepoznawalna - mimo że czasami emitują. Nawet gdyby czarna dziura składała się nie z naszej materii, ale z antymaterii, byłoby to absolutnie niemożliwe do zrozumienia po docierających do nas fotonach promieniowania.
A jednak, bądźmy szczerzy - wiele ciekawych prac współczesnych fizyków napisało nie tak mało osób. Smolin, Thorne, Penrose - i cała masa innych. Jeśli jednak zatrzymasz przechodnia na ulicy i zapytasz, co myśli o tych ludziach, to najprawdopodobniej powie, że nie zna żadnego z nich. Dlaczego Hawking jest taki sławny? Czynników jego sukcesu jest wiele, ale głównym z nich jest jego niezwykły los i niezwykła osobowość.
Charyzma Hawkinga
Fizyk cierpi na stwardnienie zanikowe boczne. Jest to bardzo rzadka choroba o niejasnym mechanizmie działania, w wyniku której neurony ruchowe obumierają u ludzi. Najpierw paraliż, a potem śmierć z powodu zatrzymania oddechu. Ta straszna diagnoza została mu postawiona w 1963 roku. Ponieważ lekarze dopiero zaczynali badać egzotyczną chorobę, dodatkowo powiedzieli również, że zostało mu 2-3 lata życia. Hawking miał wtedy 21 lat i perspektywa nieco przedwczesnej śmierci zdenerwowała go. Następnie skoncentrował się i postanowił zrobić jak najwięcej w dziedzinie naukowej. Jak uczciwie przyznaje naukowiec, wcześniej studiował i pracował chętnie, ale bez fanatyzmu - ale po diagnozie wszystko się zmieniło. Kiedy zdasz sobie sprawę, że nie ma już czasu, znacznie łatwiej go docenić.
Od tamtej pory minęły 54 lata, a naukowiec wciąż żyje. To prawda, że tylko mięśnie w okolicy policzka zachowały jego ruchliwość. Drgając nimi, steruje specjalnie zmodyfikowanym komputerem, który syntetyzuje sygnały z mięśni fizyka w słowa. W ten pracochłonny sposób badacz komunikuje się na konferencjach naukowych, a nawet wykładach dla ogółu społeczeństwa. Jest chyba najbardziej znaną osobą z niepełnosprawnością wśród żyjących naukowców - i odnoszącą największe sukcesy w przezwyciężaniu tak poważnej choroby. Oczywiście fizyk-teoretyk z takimi osobliwościami jest bardziej skłonny niż inni, aby przyciągnąć uwagę mediów i „szerokich mas”.
Cóż, tutaj "wystrzeliwuje" drugi składnik popularności Hawkinga - nowoczesny pop naukowy. Niestety ma swoje własne prawa, wśród których media i szum postaci, o której piszesz, są niemal głównym czynnikiem decydującym o tym, czy w ogóle warto o nim pisać. Kto wie o Gribowie, który zasugerował promieniowanie czarnych dziur? Nikt, zmarł w 1997 roku, praktycznie nieznany poza środowiskiem akademickim. Zeldovich, niegdyś bardzo „medialny” fizyk ery radzieckiej, również dziś, powiedzmy, nie jest zbyt plotką. Tak, Hawking bardzo dobrze potrafi tworzyć analogie dostępne dla ludzi z różnych zawodów, ale kosmolog Nowikow równie dobrze wiedział, jak je wymyślić… Jakie jest jedyne genialne wyjaśnienie fizycznej natury podróży w czasie dla nich - słynna zasada Novikova!
Oczywiście nie oznacza to, że naukowiec musi być koniecznie wyłączony ze względu na popularność. Jest też Higgs (bozon Higgsa) lub astronom Mike Brown (planeta Batygin-Brown, to dziewiąta planeta). Ale jeśli nie odkryłeś cząstki, która determinowała parametry dosłownie wszystkiego w otaczającym świecie lub nowej planety w Układzie Słonecznym, nie będzie łatwo liczyć na popularność. Osoba, która nie poddaje się przed poważną chorobą dwadzieścia razy dłużej, niż oczekiwali lekarze, jest być może godnym kandydatem na takie „nietypowe gwiazdy”.
ALEXANDER BEREZIN