Stephen Hawking, nhà vật lý đã quấn lại vũ trụ và lướt qua các hạt được tăng cường từ các vùng ranh giới nóng của hố đen, quay 76 ngày hôm nay (8/1).
Ngoài việc là một nhà vũ trụ học nổi tiếng thế giới, Hawking đã trở thành một biểu tượng của văn hóa nhạc pop. Anh ta là một nhân vật nổi bật: một thiên tài cuộn tròn trong một cơ thể phần lớn bất động bởi bệnh xơ cứng teo cơ bên, hay ALS. Anh ấy được hỗ trợ bởi một chiếc xe lăn tiên tiến, và giao tiếp với thế giới thông qua một hệ thống hiếm và chuyên biệt, chuyển đổi các chuyển động của một cơ bắp trên má thành lời nói. Trong chế độ đó, anh xuất hiện trên "Star Trek: The Next Generation", "The Simpsons" và "The Big Bang Theory".
Nhưng di sản lâu dài nhất của Hawking sẽ là nhà vật lý quan trọng nhất của nửa sau thế kỷ 20 - một nhà nghiên cứu đã lấy các tác phẩm trước đó của các nhân vật như Albert Einstein và Werner Heisenberg và đan chúng lại với nhau để giải thích một cách mạch lạc cho hành vi của vũ trụ.
"Có một điểm kỳ dị trong quá khứ của chúng tôi"
Không có câu chuyện thiên tài hay nào bắt đầu bằng bất cứ điều gì ít hơn một tiếng nổ, vì vậy thật phù hợp khi thành tựu lớn đầu tiên của Hawking cũng là luận án tiến sĩ của ông tại Đại học Cambridge.
Luận án của Hawking, được phê duyệt năm 1966, đã đưa ra một lập luận kịch tính: rằng toàn bộ vũ trụ bắt đầu như một điểm duy nhất, vô cùng nhỏ bé và dày đặc và cuộn tròn trên chính nó - một điểm khởi đầu của mọi thứ. Hoặc, như sau này ông sẽ viết, ngắn gọn: "Có một điểm kỳ dị trong quá khứ của chúng ta."
Đó là mô tả đầu tiên về Vụ nổ lớn như ngày nay thường được hiểu: một điểm cực kỳ nhỏ ở thời điểm rất xa đã bùng nổ trong vũ trụ hiện đại, không ngừng mở rộng của chúng ta.
Như Hawking đã mô tả trong bài giảng "Nguồn gốc của vũ trụ" năm 2005, luận án của ông đã đến vào lúc mà các nhà khoa học thấy rằng không gian trống rỗng rộng lớn, các kẽ hở giữa các thiên hà, đang mở rộng. Nhưng họ không chắc tại sao. Một số nhà vật lý đề xuất các phiên bản yếu hơn của khái niệm Big Bang, trừ điểm kỳ dị. Nhưng một lý thuyết khác, được gọi là Vũ trụ Nhà nước ổn định, đã chiếm ưu thế.
"Khi các thiên hà tách rời nhau", Hawking nói về Vũ trụ Trạng thái ổn định, "ý tưởng là các thiên hà mới sẽ hình thành từ vật chất được cho là liên tục được tạo ra trong không gian. Vũ trụ sẽ tồn tại mãi mãi và trông giống như vậy tất cả thời gian."
Nói cách khác, nhiều nhà khoa học nghĩ rằng vũ trụ đang giãn nở, nhưng theo một cách khiến nó không có khởi đầu và không có kết thúc.
Như nhà viết tiểu sử Kitty Ferguson đã viết trong cuốn sách "Stephen Hawking: Một suy nghĩ không ổn định" (St. Martin's Griffin, 2012), Hawking đã phải vật lộn với chứng trầm cảm trong những tháng sau khi chẩn đoán ALS năm 1963 ở tuổi 21, và bệnh tâm thần vẫn tồn tại, ông có thể chưa bao giờ đến luận án của mình. Nhưng sự chán nản của anh đã lắng xuống khi rõ ràng rằng anh đang vượt xa những kỳ vọng và khi anh được cấp một ngoại lệ từ các quy tắc của Cambridge quản lý các sinh viên tốt nghiệp, cho phép anh kết hôn với người vợ đầu tiên của mình, Jane Wilde, theo lời của ông Norman.
Trong khoảng thời gian đó trước khi đến với đề tài luận án tiến sĩ, Hawking đã báo cáo cảm thấy thất vọng với cách các nhà nghiên cứu bận rộn với công việc mà ông cho là cuối cùng tầm thường.
"Mọi người rất hài lòng khi tìm thấy bất kỳ giải pháp nào cho phương trình trường; họ không hỏi ý nghĩa vật lý nào, nếu có," sau đó ông nói trong bài giảng sinh nhật năm 2002 của mình.
Sự thất vọng đó đã đưa anh ta đến bàn chải đầu tiên của mình với tiếng tăm. Như lời kể của ông Wales, Hawking đã đi du lịch vào tháng 6 năm 1964 để nghe một bài giảng từ Fred Hoyle, một nhà thiên văn học nổi tiếng và là người ủng hộ lý thuyết Vũ trụ Nhà nước Steady. Trong bài giảng, Hawking trở nên thất vọng đến nỗi anh ta tự mình đứng lên, dựa vào cây gậy để thách thức một trong những kết quả của Hoyle.
"Một Hoyle ngạc nhiên đã hỏi Hawking làm thế nào anh ta có thể đánh giá liệu kết quả đó là đúng hay sai", ông Ferguson viết. "Hawking trả lời rằng anh ta đã 'giải quyết xong'."
Khán giả đã rất ấn tượng, và Hoyle đã "phát điên", bởi sinh viên tốt nghiệp vô danh này, người đã xuất hiện để xé tan nghiên cứu của giáo sư trong đầu bài giảng, ông Ferguson viết. (Trên thực tế, Hawking đã kết bạn với một trong những sinh viên của Hoyle và bắt đầu tấn công ý tưởng này rất lâu trước khi diễn thuyết.)
Ngay sau đó, Ferguson đã viết, Hawking đã biết về một lý thuyết vũ trụ học được phát triển bởi nhà toán học Roger Penrose: rằng điểm kỳ dị, các điểm của mật độ vô hạn và độ cong không gian theo lý thuyết trong thuyết tương đối rộng, thực sự có thể xuất hiện khi các ngôi sao đủ lớn tự sụp đổ.
"Hawking cất cánh từ đó", ông Ferguson viết, "đảo ngược hướng thời gian và xem xét điều gì sẽ xảy ra nếu một điểm có mật độ vô hạn và độ cong vô hạn của không-thời gian - một điểm kỳ dị - bùng nổ ra bên ngoài và mở rộng. Điều đó. Giả sử không-thời gian, cuộn tròn chặt chẽ trong một điểm nhỏ bé, không thứ nguyên, phát nổ trong cái mà chúng ta gọi là Vụ nổ lớn và mở rộng cho đến khi nó trông giống như ngày hôm nay. Có lẽ nó đã xảy ra như vậy? Phải nó đã xảy ra như thế à? "
Hawking phải làm việc, sao lưu đoàn tàu đầu cơ của mình bằng các tính toán hỗ trợ mạnh mẽ. Luận án tiến sĩ của ông, dựa trên những tính toán đó, đã được phê duyệt vào năm 1966. Những tính toán đó, cùng với nghiên cứu tiếp theo được thực hiện với sự hợp tác của Penrose trong thập kỷ tiếp theo, đã tạo nên nền tảng cho sự hiểu biết hiện đại của các nhà khoa học về Vụ nổ lớn.
Cùng thời gian đó, một số dự đoán chính của lý thuyết Vũ trụ Nhà nước ổn định bắt đầu thất bại trong các thử nghiệm thử nghiệm, củng cố vị thế của Hawking là người khám phá lịch sử thực sự của vũ trụ sơ khai.
Vụ nổ lỗ đen?
Nếu thành tựu duy nhất trong sự nghiệp của Hawking là khám phá hình dạng lịch sử của vũ trụ, thì anh ta vẫn sẽ là một người khổng lồ - loại người được nhắc đến cùng với Rosalind Franklin, người đã phát hiện ra hình dạng xoắn kép của DNA, hay Nicolaus Copernicus, người đầu tiên đề xuất mô hình nhật tâm của hệ mặt trời. Nhưng đó chỉ là thành tựu đầu tiên trong hai thành tựu xác định của Hawking.
Thứ hai, bức xạ Hawking, đòi hỏi một chút hiểu biết về hai điều: lỗ đen và cơ học lượng tử của không gian trống.
Đầu tiên, về các lỗ đen: Lỗ đen là một ngôi sao tự sụp đổ và trở nên cực kỳ hấp dẫn đến nỗi thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi một khu vực xung quanh trung tâm của nó. Ngoài thời điểm đó, được gọi là chân trời sự kiện, không-thời gian bị cong đến mức mọi thứ rơi sau tấm vải liệm bị mất vĩnh viễn. Một lỗ đen, theo cách hiểu này vào đầu những năm 1970, không bao giờ phát ra ánh sáng, không bao giờ co lại, không bao giờ mất khối lượng; nó chỉ tăng khối lượng và thu hút thêm không gian vào lãnh thổ bị che khuất của nó.
Thứ hai, về cơ học lượng tử: Vào thời của sự nghiệp của Hawking, các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng pricinple không chắc chắn của Heisenberg ngụ ý rằng không gian trống không thực sự trống rỗng. Thay vào đó, nó chuyển động với các hạt "ảo" - các cặp vật chất phản vật chất xuất hiện cùng nhau, tách ra và sau đó đâm vào nhau và tiêu diệt trong một khoảng thời gian quá ngắn để đo. (Các nhà khoa học lập luận cho đến ngày nay liệu những hạt ảo đó thực sự tồn tại hay chỉ xuất hiện trong các phương trình lượng tử do bản chất kỳ lạ, xác suất của chúng.)
Vào cuối mùa hè năm 1973, Stephen và Jane Hawking đã tham dự một buổi diễn thuyết ở Warsaw, Ba Lan, kỷ niệm sinh nhật lần thứ 500 của Copernicus, ông Ferguson viết. Ở đó, Hawking gặp hai nhà vật lý Liên Xô, Yakov Borisovich Zel'dovich và học trò của ông Alexei Alexandrovich Starobinsky, người đã chỉ ra rằng năng lượng của các lỗ đen quay tròn sẽ tạo ra các hạt ngay bên ngoài chân trời sự kiện của họ. Những hạt đó sẽ bay vào vũ trụ, Zel'dovich và Starobinsky nói trong bài giảng của họ, làm hỏng một số vòng xoáy của lỗ đen khi họ đi. Cuối cùng, Zel'dovich và Starobinsky nói, các lỗ đen sẽ ngừng quay.
Ý tưởng bị mắc kẹt trong đầu Hawking, ông Ferguson viết và ông quay trở lại Cambridge để lặp lại và hoàn thiện các tính toán của Zel'dovich và Starobinksy. Nhưng khi anh ta đâm đầu tiên vào kết quả của họ, một cái gì đó mới đã mở ra.
"Tôi nhận thấy, thật ngạc nhiên và khó chịu, rằng ngay cả các lỗ đen không di chuyển rõ ràng cũng sẽ tạo ra và phát ra các hạt với tốc độ ổn định", sau đó ông đã viết trong cuốn sách "Lược sử thời gian" năm 1988.
Đây là lý do tại sao, như ông đã giải thích trong cuốn sách đó:
Nếu các lỗ đen tồn tại trong không gian và đã xác định các chân trời sự kiện và nếu không gian quay liên tục với các "hạt tự hủy" ảo, thì đôi khi các hạt đó phải xuất hiện ngay ở rìa của các chân trời sự kiện của lỗ đen. trong số các cặp hạt đó phải xuất hiện ở vị trí hoàn hảo với một hạt phản vật chất có khối lượng âm được phân tách ở một phía của chân trời sự kiện và hạt vật chất có khối lượng dương khác được tách ra ở phía bên kia.
Tình huống kỳ lạ đó sẽ "thúc đẩy" các hạt từ sự tồn tại ảo của chúng thành hiện thực hoàn toàn, Hawking nhận ra, vì chúng sẽ tách ra đủ để không bị tiêu diệt. Điều đó có nghĩa là các hạt năng lượng và khối lượng sẽ xuất hiện từ bề mặt của các chân trời sự kiện của các lỗ đen. Và dòng năng lượng đó, tỏa ra từ những gì các nhà vật lý trước đây tin là các vật thể tối vĩnh cửu, lấy tên là bức xạ Hawking, sau khi ông mô tả nó trong một bài báo năm 1974 trong Tự nhiên có tựa đề "Vụ nổ lỗ đen?"
Bức xạ Hawking đã thay đổi sâu sắc cách các nhà vật lý hiểu vũ trụ. Trước khi Hawking nhận ra, các nhà khoa học tin rằng bất kỳ vật chất hay năng lượng nào bị mất vào lỗ đen sẽ biến mất khỏi vũ trụ rộng lớn mãi mãi, như vậy những chân trời sự kiện của hố đen sẽ đóng vai trò như những bức tường từ bên ngoài mà một số thứ trong vũ trụ sẽ không bao giờ quay trở lại.
Nhưng khám phá của Hawking cho thấy các lỗ đen sẽ phân rã ngày càng nhanh hơn theo thời gian. Đối với mỗi hạt dương truyền từ bề mặt của chân trời sự kiện ra vũ trụ rộng hơn, một hạt âm có năng lượng âm và khối lượng sẽ rơi trở lại không gian bên ngoài chân trời sự kiện, làm giảm tổng khối lượng và năng lượng bị khóa ở đó. Theo thời gian, quá trình đó sẽ khiến các lỗ đen co lại. Và khi chúng co lại, chúng sẽ trở nên tích cực hơn với bức xạ Hawking và co lại nhanh hơn.
Hawking dự đoán rằng vũ trụ phải chứa "các lỗ đen nguyên thủy" xuất hiện không phải từ những ngôi sao sụp đổ mà từ những áp lực cực độ của vũ trụ sơ khai. Theo ông, những lỗ đen này sẽ bị thu hẹp đáng kể trong hàng tỷ năm qua và những chân trời sự kiện nhỏ của chúng sẽ tạo ra những tia bức xạ Hawking mạnh mẽ.
"Những lỗ như vậy hầu như không xứng đáng đen: họ thực sự nóng sáng, "ông viết trong" Lược sử thời gian. "
Cuối cùng, Hawking quyết định, họ sẽ nổ tung.
Khi Hawking bắt đầu chia sẻ ý tưởng này, ông Ferguson đã viết trong cuốn "Một tâm trí bất ổn", các đồng nghiệp của ông đã nhận được nó là tuyệt vời hoặc dị giáo. Khi Penrose nghe thấy tiếng thì thầm của nó, anh gọi Hawking ngay khi nhà vật lý đang ngồi xuống bữa tối sinh nhật năm 1974 và chúc mừng anh rất lâu đến nỗi bữa tối của anh bị lạnh. Nhưng nhiều tháng sau, người điều hành tại hội nghị chuyên đề nơi Hawking trình bày đề xuất của mình đã tuyên bố rằng đó là "rác rưởi".
Ngày nay, nó được coi là một thực tế khoa học cơ bản.
Ngoài lỗ đen
Trong bốn thập kỷ rưỡi kể từ "Vụ nổ hố đen?" Hawking đã tiếp tục công bố nghiên cứu chọn ra nền tảng của vũ trụ - bao gồm cả những ý tưởng tấn công những đóng góp trước đó của chính ông. (Xem, ví dụ, tiêu đề gây sửng sốt năm 2014 trong Tự nhiên, "Stephen Hawking: Không có lỗ đen '".)
Hawking đã trở nên nổi tiếng nhất trong sự nghiệp là một nhà truyền thông khoa học. Ông đã tiếp nối tác phẩm kinh điển "Lược sử thời gian" năm 1988 với 10 tác phẩm khoa học phổ biến và hồi ký khác, có tựa đề "Lịch sử tóm tắt của tôi" (Ngôi nhà ngẫu nhiên, 2013).
Không thể nói về những đóng góp to lớn của Hawking đối với sự hiểu biết của con người về vũ trụ mà không thừa nhận bối cảnh sức khỏe đang suy giảm từ lâu của ông. Hai đóng góp quan trọng của Hawking đối với vật lý xuất hiện trong cùng thời kỳ mà anh biến đổi từ một người trẻ tuổi có thể tự đi lại thành một người đàn ông bị giam cầm trên xe lăn, nói chậm lại và dựa vào vợ để phiên âm suy nghĩ của mình .
ALS làm tê liệt cơ thể, nhưng - ít nhất là trong trường hợp của Hawking - nó không gây hại cho tâm trí. Và vì điều đó, ông Ferguson đã viết, Hawking từ lâu đã tự cho mình là "cực kỳ may mắn".
"Đó là sự thật vào năm 1964, và đó là ngày hôm nay", ông Wales nói, "theo như Hawking có liên quan, thì càng ít gặp vấn đề về thể chất, càng tốt. Tôi nhận ra vào năm 1989, trong các cuộc phỏng vấn cho cuốn sách đầu tiên của tôi về ông, rằng nếu tôi viết về công việc khoa học của anh ấy và hoàn toàn không đề cập đến việc làm những công việc như vậy có thể đại diện cho một thành tựu đối với anh ấy nhiều hơn so với hầu hết mọi người, điều đó sẽ phù hợp với anh ấy. "
Hawking đã tỏ ra thoải mái nhất khi thảo luận về tình trạng khuyết tật trong bối cảnh hoạt động của ông, điều này rất có ý nghĩa. Năm 1999, ông gia nhập một nhóm gồm 12 nhân vật nổi bật, bao gồm nhà hoạt động người Nam Phi Desmond Tutu, khi ký một điều lệ kêu gọi chính phủ thế giới thay đổi mối quan hệ với dân số khuyết tật và mở rộng các dịch vụ cải thiện cuộc sống của người khuyết tật.
Hawking cũng là một người bảo vệ nổi bật về chăm sóc sức khỏe toàn cầu và Dịch vụ Y tế Quốc gia (NHS) của Vương quốc Anh, cho đến khi tấn công Bộ trưởng Y tế của Đảng Bảo thủ Jeremy Hunt trong một bài phát biểu tháng 8 năm 2017 vì không đủ kinh phí và hỗ trợ chương trình.
"Tôi sẽ không ở đây mà không có NHS," Hawking nói.
Hawking có xu hướng thu hút sự chú ý nhiều nhất cho những ý tưởng của ông về tương lai của loài người khi ông bình luận về trí tuệ nhân tạo hoặc người ngoài hành tinh. Nhưng phần lớn các tuyên bố của ông về chủ đề này đã trở nên thực tế hơn: phản đối chiến tranh, lo ngại rằng việc Tổng thống Hoa Kỳ Donald Trump bác bỏ thay đổi khí hậu có thể gây thiệt hại cho hành tinh và tham gia vào cuộc tẩy chay hàn lâm toàn cầu của Israel.
Live Science chúc Hawking có một sinh nhật thật hạnh phúc và nhiều hơn nữa.
