ستيفن هوكينج ، الفيزيائي الذي قام بإعادة لف الكون ودهن الجسيمات المعززة من مناطق الحدود الساخنة للثقوب السوداء ، يبلغ اليوم 76 عامًا (8 يناير).
بالإضافة إلى كونه عالمًا عالميًا في علم الكونيات ، أصبح Hawking شيئًا من رموز ثقافة البوب. إنه شخصية ملفتة للنظر: عبقري ملتف في جسم يجمد إلى حد كبير بالتصلب الجانبي الضموري أو ALS. يتم دعمه بواسطة كرسي متحرك متقدم ، ويتواصل مع العالم من خلال نظام نادر ومتخصص يحول حركات عضلة واحدة في خده إلى كلام. في هذا الوضع ، ظهر في "Star Trek: The Next Generation" و "The Simpsons" و "The Big Bang Theory".
لكن إرث هوكينج الأكثر دوامًا سيكون أهم فيزيائي في النصف الثاني من القرن العشرين - باحث أخذ الأعمال السابقة لأشكال مثل ألبرت أينشتاين و فيرنر هايزنبرغ وربطها معًا في شيء يقترب من تفسير متماسك لسلوك الكون.
"هناك تفرد في ماضينا"
لا تبدأ أي قصة عبقرية جيدة بأي شيء أقل من الانفجار ، لذا من المناسب أن يكون الإنجاز العظيم الأول الذي حققته هوكينج هو أيضًا أطروحة الدكتوراه في جامعة كامبريدج.
قدمت أطروحة هوكينج ، التي تمت الموافقة عليها في عام 1966 ، حجة مثيرة: أن الكون بأكمله بدأ كنقطة واحدة ، صغيرة بشكل لا نهائي وكثيفة ومتعرجة على نفسها - نقطة في بداية كل شيء. أو ، كما يكتب لاحقًا ، بإيجاز: "هناك تفرد في ماضينا".
كان هذا هو الوصف الأول للانفجار العظيم كما هو مفهوم اليوم بشكل شائع: نقطة صغيرة لا نهائية في أقصى مدى من الزمن تنفجر في الكون الحديث والمتوسع باستمرار.
كما وصف هوكينج في محاضرته عام 2005 "أصل الكون" ، وصلت أطروحته في لحظة رأى فيها العلماء أن الامتدادات الفارغة الشاسعة للفضاء ، والانشقاقات بين المجرات ، آخذة في التوسع. لكنهم لم يكونوا متأكدين من السبب. اقترح بعض الفيزيائيين إصدارات أضعف من مفهوم الانفجار الكبير ، ناقص التفرد. ولكن نظرية أخرى ، تسمى الكون الدولة المستقرة ، كانت سائدة.
قال هوكينج عن الكون المستقر للدولة: "مع تحرك المجرات عن بعضها البعض ، كانت الفكرة أن المجرات الجديدة ستتشكل من مادة كان من المفترض أن يتم إنشاؤها باستمرار في جميع أنحاء الفضاء. كان الكون سيبقى إلى الأبد وسيبدو كما هو في كل الأوقات."
وبعبارة أخرى ، اعتقد العديد من العلماء أن الكون يتوسع ، ولكن بطريقة لم تعطيه بداية ولا نهاية.
كما كتب كاتب السيرة كيتي فيرغسون في كتابها "ستيفن هوكينج: عقل غير مقيد" (سانت مارتن غريفين ، 2012) ، كافح هوكينج مع الاكتئاب في الأشهر التي تلت تشخيصه عام 1963 ALS في سن 21 ، وإذا استمر هذا المرض العقلي ، فقد لم يصل إلى أطروحته. لكن اكتئابه هدأ حيث أصبح من الواضح أنه كان يفوق التوقعات وعندما حصل على استثناء من قواعد كامبريدج التي تحكم طلاب الدراسات العليا ، مما سمح له بالزواج من زوجته الأولى ، جين وايلد ، وفقًا لفيرغسون.
خلال تلك الفترة قبل أن يصل إلى موضوع أطروحة الدكتوراه ، أفاد هوكينج بالإحباط من الطريقة التي انشغل بها الباحثون في العمل الذي اعتبره تافهًا في نهاية المطاف.
وقال لاحقًا في محاضرة بمناسبة عيد ميلاده عام 2002: "كان الناس سعداء للغاية لإيجاد أي حل للمعادلات الميدانية ؛ لم يسألوا عن الأهمية الجسدية ، إن وجدت ، التي كانت لها".
قاده هذا الإحباط إلى فرشه الأول مع السمعة السيئة. كما روى فيرغسون ، سافر هوكينج في يونيو 1964 للاستماع إلى محاضرة من فريد هويل ، عالم الفلك الشهير والمدافع عن نظرية الكون الدولة الثابتة. خلال المحاضرة ، أصبح هوكينج محبطًا لدرجة أنه ألقى بنفسه على قدميه ، متكئًا على قصبته ، للطعن في إحدى نتائج هويل.
وكتب فيرجسون: "سأل هويل المذهل هوكينج كيف يمكنه الحكم على ما إذا كانت النتيجة صحيحة أم خاطئة". رد هوكينج بأنه "نجح في ذلك".
كتب فيرغسون أن الجمهور أعجب ، و هويل "غاضب" من قبل هذا الطالب الخريج غير المعروف الذي بدا يمزق بحث الأستاذ في رأسه في المحاضرة. (في الواقع ، كان هوكينج صديقًا لأحد طلاب هويل وبدأ في مهاجمة الفكرة قبل المحاضرة بوقت طويل.)
بعد ذلك بفترة وجيزة ، كتب فيرغسون ، علم هوكينج عن نظرية كونية طورها عالم الرياضيات روجر بنروز: أن الفردي ، ونقاط الكثافة اللانهائية وانحناء الزمكان النظرية في النسبية العامة ، قد تظهر في الواقع عندما تنهار النجوم الكبيرة بما يكفي على نفسها.
كتب فيرغسون: "انطلق هوكينج من هناك ، عكس اتجاه الزمن ، وفكر في ما سيحدث إذا انفجرت نقطة من الكثافة اللانهائية والانحناء اللامتناهي للزمان - التفرد - إلى الخارج وتوسعت. لنفترض أن الكون بدأ مثل ذلك. لنفترض أن الزمكان ، ملتفًا بشدة في نقطة صغيرة بلا أبعاد ، انفجر في ما نسميه الانفجار الكبير وتوسعت حتى تبدو كما هي اليوم. هل حدث ذلك على هذا النحو؟ يجب حدث مثل هذا؟ "
بدأ هوكينج في العمل ، ودعم قطاره من المضاربة بحسابات داعمة قوية. تمت الموافقة على أطروحة دكتوراه ، بناءً على تلك الحسابات ، في عام 1966. وشكلت هذه الحسابات ، إلى جانب أبحاث المتابعة التي أجريت بالشراكة مع بنروز على مدى العقد التالي ، الأساس لفهم العلماء الحديث للانفجار الكبير.
في نفس الوقت تقريبًا ، بدأت بعض التنبؤات الرئيسية لنظرية الكون المستقر بالفشل في الاختبارات التجريبية ، مما عزز وضع هوكينج كمكتشف للتاريخ الحقيقي للكون المبكر.
انفجارات الثقب الأسود؟
إذا كان الإنجاز الوحيد الذي حققه هوكينج في حياته المهنية هو اكتشاف الشكل التاريخي للكون ، فسيظل عملاقًا - نوع الشخص المذكور جنبًا إلى جنب مع روزاليند فرانكلين ، الذي اكتشف شكل اللولب المزدوج للحمض النووي ، أو نيكولاس كوبرنيكوس ، الذي اقترح لأول مرة نموذج مركزية الشمس للنظام الشمسي. ولكن هذا كان مجرد أول إنجازين حاسمين لـ Hawking.
الثاني ، إشعاع هوكينج ، يتطلب القليل من فهم شيئين: الثقوب السوداء وميكانيكا الكم للمساحة الفارغة.
أولاً ، حول الثقوب السوداء: الثقب الأسود هو نجم انهار على نفسه وأصبح شديد الجاذبية بحيث لا يمكن للضوء حتى الهروب من منطقة حول مركزه. أبعد من تلك النقطة ، التي تسمى أفق الحدث ، فإن الزمكان منحني جدًا لدرجة أن كل ما يقع وراء الكفن يضيع إلى الأبد. الثقب الأسود ، وفقًا لهذا الفهم في أوائل السبعينيات ، لا ينبعث الضوء أبدًا ، ولا يتقلص أبدًا ، ولا يفقد الكتلة أبدًا ؛ تكتسب فقط كتلة وتجذب المزيد من الفضاء إلى أراضيها المحجوبة.
ثانيًا ، في ميكانيكا الكم: بحلول وقت مهنة هوكينج ، كان العلماء يعرفون منذ فترة طويلة أن عدم اليقين في هايزنبرغ يعني ضمنيًا أن الفضاء الفارغ ليس فارغًا حقًا. وبدلاً من ذلك ، فإنه يتمايل مع جزيئات "افتراضية" - أزواج المادة المضادة للمادة التي تظهر معًا ، وتنفصل ثم تتصادم مع بعضها البعض وتهلك في فترة زمنية قصيرة جدًا لا يمكن قياسها. (يجادل العلماء حتى يومنا هذا فيما إذا كانت هذه الجسيمات الافتراضية موجودة بالفعل أم أنها تظهر فقط في معادلات كمية بسبب طبيعتها الاحتمالية الغريبة.)
كتب فيرجسون في أواخر صيف 1973 ، حضر ستيفن وجين هوكينج سلسلة محاضرات في وارسو ، بولندا ، احتفالًا بعيد ميلاد كوبرنيكوس الـ 500. هناك ، واجه هوكينج فيزيائيين سوفييتين ، ياكوف بوريسوفيتش زيلدوفيتش وطالبه أليكسي ألكسندروفيتش ستاروبينسكي ، الذين أظهروا أن طاقة ثقب الثقوب السوداء ستخلق جسيمات خارج آفاق الحدث. قال زيلدوفيتش وستاروبينسكي في محاضرتهما ، إن هذه الجسيمات سوف تنحسر في الفضاء ، مما أدى إلى تقويض بعض دوران الثقب الأسود أثناء سيرها. وقال زيلدوفيتش وستاروبينسكي في النهاية إن الثقوب السوداء ستتوقف عن الدوران.
كتب فيرغسون الفكرة عالقة في رأس هوكينج ، وعاد إلى كامبريدج لتكرار وتحسين حسابات Zel'dovich و Starobinksy. ولكن عندما أخذ طعناته الأولى بنتائجها ، ظهر شيء جديد.
وكتب لاحقًا في كتابه بعنوان "موجز لتاريخ الزمن": "وجدت ، لدهشتي ومضايقي ، أنه حتى الثقوب السوداء غير المدورة يجب أن تخلق الجسيمات وتنبعث منها بمعدل ثابت".
إليك السبب ، كما أوضح في هذا الكتاب:
إذا كانت الثقوب السوداء موجودة في الفضاء ولديها آفاق حدث محددة ، وإذا كان الفضاء يدور باستمرار مع أزواج افتراضية من جسيمات الإبادة الذاتية ، في بعض الأحيان يجب أن تظهر هذه الجسيمات عند حواف آفاق حدث الثقوب السوداء. في الواقع ، بعض يجب أن تظهر أزواج الجسيمات تلك في وضع مثالي مع فصل جسيم مضاد للمادة ذات الكتلة السالبة على جانب واحد من أفق الحدث وجسيم المادة الموجبة للكتلة الإيجابية المنفصلة على الجانب الآخر.
أدرك هوكينج أن هذا الظرف الغريب "سيعزز" فعليًا الجسيمات من شبه وجودها الافتراضي إلى واقع كامل ، لأنها كانت ستفصل بما يكفي لعدم الإبادة. وهذا يعني أن جزيئات الطاقة والكتلة ستبدو وكأنها تتدفق من سطح آفاق حدث الثقوب السوداء. وهذا التيار من الطاقة ، الذي يشع إلى الخارج مما كان يعتقده الفيزيائيون في السابق أجساد مظلمة إلى الأبد ، أخذ اسم إشعاع هوكينج ، بعد أن وصفه في ورقة عام 1974 في الطبيعة بعنوان "انفجارات الثقب الأسود؟"
غيّر إشعاع هوكينغ بشكل عميق الطريقة التي فهم بها الفيزيائيون الكون. قبل إدراك هوكينج ، اعتقد العلماء أن أي مادة أو طاقة فقدت بسبب ثقب أسود ذهبت من الكون الأوسع إلى الأبد ، مثل آفاق أحداث الثقوب السوداء ستعمل كجدران لا تعود إليها بعض عناصر الكون أبدًا.
لكن اكتشاف هوكينج أظهر أن الثقوب السوداء ستتحلل بشكل أسرع وأسرع بمرور الوقت. بالنسبة لكل جسيم موجب يتدفق من سطح أفق حدث إلى الكون الأوسع ، فإن الجسيمات السالبة ذات الطاقة والكتلة السالبة ستعود مرة أخرى إلى الفضاء خارج أفق الحدث ، مما يقلل الكتلة الإجمالية والطاقة المقفلة هناك. وبمرور الوقت ، ستتسبب هذه العملية في انكماش الثقوب السوداء. وعندما ينكمشون ، سيصبحون أكثر نشاطًا مع إشعاع هوكينج ويتقلصون بشكل أسرع.
تنبأ هوكينج بأن الكون يجب أن يحتوي على "ثقوب سوداء بدائية" لم تنشأ من النجوم المنهارة ولكن من الضغوط الشديدة للكون المبكر. واعتبر أن هذه الثقوب السوداء قد تقلصت إلى حد كبير على مدى مليارات السنين المتداخلة وستؤدي آفاق الحدث الصغيرة إلى إنتاج أشعة قوية من إشعاع هوكينج.
"مثل هذه الثقوب لا تستحق أسود: هم حقا أبيض حار، "كتب في" تاريخ موجز للوقت ".
في نهاية المطاف ، قرر هوكينج أنهم سينفجرون.
عندما بدأ هوكينج في مشاركة هذه الفكرة ، كتب فيرغسون في كتابه "عقل غير مقيد" ، وقد استلمه زملاؤه على أنه إما لامع أو مبتدع. عندما سمع بنروز يهمس بها ، اتصل هوكينج مثلما كان الفيزيائي يجلس إلى عشاء عيد ميلاده عام 1974 وهنأه على فترة طويلة لدرجة أن عشاءه أصبح باردًا. ولكن بعد شهور ، قام مدير الندوة حيث قدم هوكينج اقتراحه بالارتقاء ليعلن أنه "قمامة تامة".
اليوم ، تعتبر حقيقة علمية أساسية.
ما وراء الثقوب السوداء
في أربعة عقود ونصف منذ "انفجارات الثقب الأسود؟" واصل هوكينج نشر الأبحاث التي تنتقص من ركائز الكون - بما في ذلك الأفكار التي تهاجم مساهماته السابقة. (انظر ، على سبيل المثال ، العنوان المذهل لعام 2014 في الطبيعة ، "ستيفن هوكينج: لا توجد ثقوب سوداء").
أصبح هوكينج الأكثر شهرة في مسيرته اللاحقة كمتحدث علمي. وتابع كتابه الكلاسيكي لعام 1988 "تاريخ موجز للوقت" مع 10 أعمال أخرى من العلوم الشعبية ومذكرات بعنوان "موجز بيتي" (Random House ، 2013).
من المستحيل التحدث عن مساهمات هوكينج الضخمة في الفهم الإنساني للكون دون الاعتراف بسياق صحته المتدهورة منذ فترة طويلة. جاءت إسهام هوكينج الأساسيان في الفيزياء خلال نفس الفترة التي تحول فيها من شاب كان قادرًا على المشي بمفرده إلى رجل كان محصوراً على كرسي متحرك ، وألف خطابه واعتمد على زوجته لنسخ أفكاره .
شلل ALS الجسم ، ولكن - على الأقل في حالة هوكينج - لا يضر العقل. ولهذا كتب فيرغسون أن هوكينج يحسب نفسه منذ فترة طويلة "محظوظ للغاية".
كتب فيرغسون: "كان ذلك صحيحًا في عام 1964 ، واليوم ، فيما يتعلق بهوكينغ ، كلما قل مشاكله الجسدية ، كان ذلك أفضل. لقد أدركت في عام 1989 ، خلال المقابلات التي أجريتها عن كتابي الأول عنه ، أنه إذا كنت أكتب عن عمله العلمي وفشلت تمامًا في الإشارة إلى أن القيام بهذا العمل ربما يمثل إنجازًا بالنسبة له أكثر مما يمثله معظم الناس ، فإن ذلك سيكون مناسبًا له ".
بدا هوكينج أكثر راحة في مناقشة الإعاقة في سياق نشاطه ، وهو أمر مهم. في عام 1999 ، انضم إلى مجموعة من 12 شخصية بارزة ، بما في ذلك الناشط الجنوب أفريقي ديزموند توتو ، في التوقيع على ميثاق يدعو حكومات العالم إلى تغيير علاقاتها مع سكانها المعوقين وتوسيع الخدمات التي تحسن حياة الأشخاص ذوي الإعاقة.
كان هوكينج أيضًا مدافعًا بارزًا عن الرعاية الصحية الشاملة والخدمة الصحية الوطنية في المملكة المتحدة (NHS) ، حيث ذهب إلى حد مهاجمة وزير صحة حزب المحافظين جيريمي هانت في خطاب ألقاه في أغسطس 2017 لعدم تمويل البرنامج ودعمه بشكل كافٍ.
قال هوكينج "لن أكون هنا بدون NHS".
يميل هوكينج إلى الحصول على أكبر قدر من الاهتمام لأفكاره حول مستقبل البشرية عندما يعلق على الذكاء الاصطناعي أو الأجانب. لكن الجزء الأكبر من تصريحاته حول هذا الموضوع كانت أكثر واقعية: معارضة الحروب ، والقلق من أن يؤدي رفض الرئيس الأمريكي دونالد ترامب لتغير المناخ إلى إتلاف الكوكب ، والانضمام إلى المقاطعة الأكاديمية العالمية لإسرائيل.
تتمنى Live Science عيد ميلاد سعيدًا لـ Hawking والمزيد.
