Bilden av Stephen Hawking – som dog vid 76 års ålder – i sin motoriserade rullstol, med huvudet lätt förvridet åt sidan och händerna korsade för att använda kontrollerna, fångade allmänhetens fantasi, som en sann symbol för sinnets triumf över materien. Precis som i det antika Greklands delfiska orakel tycktes den fysiska funktionsnedsättningen kompenseras av nästan övernaturliga gåvor, som gjorde det möjligt för hans hjärna att fritt vandra runt i universum och vid vissa tillfällen på ett gåtfullt sätt avslöja några av dess hemligheter som är dolda för vanliga dödliga.
En sådan romantiserad bild kan förstås bara representera en del av sanningen. De som kände Hawking skulle tydligt uppskatta den dominerande närvaron av en riktig människa, med en enorm livslust, stor humor och enorm beslutsamhet, men med normala mänskliga svagheter, liksom hans mer uppenbara styrkor. Det verkar uppenbart att han hade stor glädje av sin allmänt uppfattade roll som ”kändisforskare nr 1”; enorma publikgrupper deltog i hans offentliga föreläsningar, kanske inte alltid bara för vetenskaplig uppbyggnad.
Vetenskapssamhället skulle mycket väl kunna göra en mer nykter bedömning. Han var ytterst högt ansedd, med tanke på hans många mycket imponerande, ibland revolutionerande, bidrag till förståelsen av universums fysik och geometri.
Hawking hade strax efter sin 21-årsdag fått diagnosen att han led av en ospecificerad obotlig sjukdom, som sedan identifierades som den dödliga degenerativa motoriska nervsjukdomen amyotrofisk lateralskleros, eller ALS. Kort därefter började han i stället för att ge efter för depression, som andra kanske skulle ha gjort, att inrikta sig på några av de mest grundläggande frågorna om universums fysiska natur. I sinom tid skulle han nå extraordinära framgångar mot de svåraste fysiska handikapp. Trots etablerade medicinska åsikter lyckades han leva ytterligare 55 år.
Hans bakgrund var akademisk, om än inte direkt inom matematik eller fysik. Hans far, Frank, var expert på tropiska sjukdomar och hans mor, Isobel (född Walker), var en fritänkande radikal som hade ett stort inflytande på honom. Han föddes i Oxford och flyttade till St Albans i Hertfordshire när han var åtta år gammal. Han gick i skolan i St Albans och fick ett stipendium för att studera fysik vid University College i Oxford. Han erkändes som ovanligt duktig av sina lärare, men tog inte sitt arbete på allvar. Även om han fick en förstklassig examen 1962 var den inte särskilt framstående.
Han bestämde sig för att fortsätta sin karriär inom fysiken vid Trinity Hall i Cambridge och föreslog att studera under den framstående kosmologen Fred Hoyle. Han blev besviken när han upptäckte att Hoyle inte kunde ta emot honom, den person som var tillgänglig inom det området var Dennis Sciama, som Hawking inte kände till vid den tidpunkten. I själva verket visade sig detta vara en tillfällighet, för Sciama höll på att bli en utomordentligt stimulerande person inom brittisk kosmologi, och han skulle komma att handleda flera studenter som senare skulle komma att göra sig imponerande namn (bland annat den blivande kungliga astronomen Lord Rees of Ludlow).
Sciama tycktes veta allt som pågick inom fysiken vid den här tiden, särskilt inom kosmologin, och han förmedlade en smittsam entusiasm till alla som mötte honom. Han var också mycket effektiv när det gällde att föra samman människor som kunde ha saker av betydelse för att kommunicera med varandra.
När Hawking var inne på sitt andra forskningsår i Cambridge hade jag (då vid Birkbeck College i London) fastställt ett visst matematiskt teorem av betydelse. Detta visade, på grundval av några plausibla antaganden (genom användning av globala/topologiska tekniker som till stor del var obekanta för fysikerna på den tiden) att en kollapsande övermassiv stjärna skulle resultera i en singularitet i rumtiden – en plats där man skulle förvänta sig att tätheterna och krökningarna i rumtiden skulle bli oändliga – vilket ger oss bilden av det som vi nu kallar för ett ”svart hål”. En sådan singularitet i rumtiden skulle ligga djupt inne i en ”horisont”, genom vilken ingen signal eller materiell kropp kan fly. (Denna bild hade lagts fram av J Robert Oppenheimer och Hartland Snyder 1939, men endast i den speciella situation där exakt sfärisk symmetri antogs. Syftet med denna nya sats var att undanröja sådana orealistiska symmetriantaganden). Vid denna centrala singularitet skulle Einsteins klassiska allmänna relativitetsteori ha nått sina gränser.
Under tiden hade Hawking också funderat på den här typen av problem tillsammans med George Ellis, som arbetade på en doktorsavhandling vid St John’s College i Cambridge. De två männen hade arbetat med en mer begränsad typ av ”singularitetssats” som krävde ett orimligt restriktivt antagande. Sciama gjorde en poäng av att föra samman Hawking och mig, och det tog inte lång tid för Hawking att hitta ett sätt att använda mitt teorem på ett oväntat sätt, så att det kunde tillämpas (i en tidsomvänd form) i en kosmologisk miljö, för att visa att den singularitet i rum och tid som kallas ”big bang” också var ett kännetecken, inte bara för de vanliga, mycket symmetriska kosmologiska standardmodellerna, utan också för alla kvalitativt liknande men asymmetriska modeller.
En del av antagandena i min ursprungliga sats verkar mindre naturliga i den kosmologiska miljön än vad de gör för kollaps till ett svart hål. För att generalisera det matematiska resultatet så att sådana antaganden försvinner inledde Hawking en studie av nya matematiska tekniker som verkade relevanta för problemet.
Ett kraftfullt matematiskt arbete, känt som Morse-teori, hade varit en del av maskineriet hos de matematiker som var aktiva inom den globala (topologiska) studien av Riemannska rum. De rum som används i Einsteins teori är dock egentligen pseudoriemanniska och den relevanta Morse-teorin skiljer sig åt på subtila men viktiga sätt. Hawking utvecklade själv den nödvändiga teorin (i vissa avseenden med hjälp av Charles Misner, Robert Geroch och Brandon Carter) och kunde använda den för att producera nya satser av mer kraftfull karaktär, där antagandena i min sats kunde försvagas avsevärt, vilket visade att en singularitet av big bang-typ var en nödvändig implikation av Einsteins allmänna relativitetsteori under breda omständigheter.
Några år senare (i en uppsats som publicerades av Royal Society 1970, då Hawking hade blivit stipendiat ”for distinction in science” vid Gonville and Caius College i Cambridge) gick han och jag samman för att publicera en ännu kraftfullare sats som sammanfattade nästan allt arbete på detta område som hade gjorts tidigare.
År 1967 publicerade Werner Israel en anmärkningsvärd artikel som innebar att icke-roterande svarta hål, när de äntligen hade lugnat ner sig för att bli stationära, med nödvändighet skulle bli helt sfäriskt symmetriska. Efterföljande resultat av Carter, David Robinson och andra generaliserade detta till att även omfatta roterande svarta hål, med innebörden att den slutliga rumtidsgeometrin nödvändigtvis måste överensstämma med en explicit familj av lösningar på Einsteins ekvationer som Roy Kerr fann 1963. En viktig ingrediens i det fullständiga argumentet var att om det finns någon rotation måste det finnas fullständig axialsymmetri. Denna ingrediens levererades i princip av Hawking 1972.
Den mycket anmärkningsvärda slutsatsen av allt detta är att de svarta hål som vi förväntar oss att hitta i naturen måste överensstämma med denna Kerr-geometri. Som den store teoretiske astrofysikern Subrahmanyan Chandrasekhar senare kommenterade, är svarta hål de mest perfekta makroskopiska objekten i universum, eftersom de är konstruerade bara av rum och tid; dessutom är de också de enklaste, eftersom de exakt kan beskrivas av en explicit känd geometri (Kerr-geometrin).
Efter sitt arbete på detta område fastställde Hawking ett antal viktiga resultat om svarta hål, t.ex. ett argument för att dess händelsehorisont (dess avgränsande yta) måste ha en sfärs topologi. I samarbete med Carter och James Bardeen, i ett arbete som publicerades 1973, fastställde han några anmärkningsvärda analogier mellan svarta håls beteende och termodynamikens grundläggande lagar, där horisontens yta och dess ytgravitation visades vara analoga med de termodynamiska storheterna entropi och temperatur. Det skulle vara rättvist att säga att under hans mycket aktiva period som ledde fram till detta arbete var Hawkings forskning inom klassisk allmän relativitetsteori den bästa i världen vid den tiden.
Hawking, Bardeen och Carter tog sitt ”termodynamiska” beteende hos svarta hål till föga mer än bara en analogi, utan bokstavligt fysiskt innehåll. Ungefär ett år tidigare hade Jacob Bekenstein visat att kraven på fysisk konsekvens innebär – inom ramen för kvantmekaniken – att ett svart hål verkligen måste ha en faktisk fysisk entropi (”entropi” är fysikernas mått på ”oordning”) som är proportionell mot horisontens yta, men han kunde inte fastställa proportionalitetsfaktorn exakt. Ändå hade det å andra sidan verkat som om den fysiska temperaturen i ett svart hål måste vara exakt noll, vilket inte stämmer överens med denna analogi, eftersom ingen form av energi skulle kunna fly från det, vilket är anledningen till att Hawking och hans kollegor inte var beredda att ta deras analogi helt på allvar.
Hawking hade då vänt sin uppmärksamhet mot kvanteffekter i förhållande till svarta hål, och han gav sig in på en beräkning för att avgöra om små roterande svarta hål, som kanske skulle kunna skapas vid en big bang, skulle stråla bort sin rotationsenergi. Han var förvånad över att konstatera att oavsett rotation skulle de stråla bort sin energi – vilket enligt Einsteins E=mc2 innebär deras massa. Följaktligen har alla svarta hål faktiskt en temperatur som inte är noll, vilket stämmer exakt överens med Bardeen-Carter-Hawking-analogin. Dessutom kunde Hawking ge det exakta värdet ”en fjärdedel” för entropiproportionalitetskonstanten som Bekenstein inte hade kunnat fastställa.
Denna strålning från svarta hål som Hawking förutspådde kallas nu, mycket passande nog, för Hawkingstrålning. För varje svart hål som förväntas uppstå i normala astrofysiska processer skulle Hawking-strålningen dock vara ytterst liten och säkerligen omöjlig att observera direkt med någon av de tekniker som vi känner till idag. Men han hävdade att mycket små svarta hål kan ha uppstått i själva big bang-fenomenet, och att Hawking-strålningen från sådana hål skulle byggas upp till en slutlig explosion som skulle kunna observeras. Det verkar inte finnas några bevis för sådana explosioner, vilket visar att big bang inte var så tillmötesgående som Hawking önskade, och detta var en stor besvikelse för honom.
Dessa prestationer var verkligen viktiga på den teoretiska sidan. De etablerade teorin om termodynamik för svarta hål: genom att kombinera förfarandena i kvant(fält)teorin med dem i den allmänna relativitetsteorin fastställde Hawking att det är nödvändigt att även ta in ett tredje ämne, termodynamik. De anses allmänt vara Hawkings största bidrag. Att de har djupa implikationer för framtida teorier om grundläggande fysik är obestridligt, men den detaljerade karaktären av dessa implikationer är fortfarande föremål för en mycket hetsig debatt.
Hawking själv kunde utifrån allt detta dra slutsatsen (även om den inte accepterades allmänt av partikelfysikerna) att de grundläggande beståndsdelarna i vanlig materia – protonerna – i slutändan måste sönderfalla, även om det sker med en sönderfallshastighet som ligger bortom dagens tekniker för att observera den. Han gav också skäl att misstänka att själva kvantmekanikens regler kan behöva ändras, en åsikt som han ursprungligen verkade förespråka. Men senare (tyvärr, enligt min egen åsikt) kom han till en annan uppfattning, och vid den internationella gravitationskonferensen i Dublin i juli 2004 tillkännagav han offentligt att han ändrat uppfattning (och därmed medgav han ett vad med Caltech-fysikern John Preskill) när det gällde den ursprungligen förutspådda ”informationsförlusten” i svarta hål.
Efter arbetet med de svarta hålen vände sig Hawking till kvantgravitationsproblemet och utvecklade geniala idéer för att lösa några av de grundläggande frågorna. Kvantgravitationen, som innebär att partikelfysikens kvantprocedurer på ett korrekt sätt ska tillämpas på själva rumtidsstrukturen, anses allmänt vara den mest grundläggande olösta grundproblematiken inom fysiken. Ett av de uttalade målen är att hitta en fysikalisk teori som är tillräckligt kraftfull för att hantera rymdtidssingulariteterna i den klassiska allmänna relativitetsteorin i svarta hål och big bang.
Hawkings arbete har hittills, trots att det har involverat kvantmekanikens förfaranden i den krökta rymdtidsmiljön i Einsteins allmänna relativitetsteori, inte gett någon teori om kvantgravitation. Det skulle kräva att ”kvantiseringsförfarandena” tillämpades på Einsteins krökta rumtid i sig, inte bara på fysiska fält inom den krökta rumtiden.
Med James Hartle utvecklade Hawking ett kvantförfarande för att hantera big-bang-singulariteten. Detta kallas ”no-boundary”-idén, där singulariteten ersätts av en slät ”hätta”, vilket kan jämföras med vad som händer vid jordens nordpol, där begreppet longitud förlorar sin innebörd (blir singulärt) medan nordpolen i sig själv har en perfekt bra geometri.
För att få en mening med denna idé behövde Hawking åberopa sitt begrepp ”imaginär tid” (eller ”euklidianisering”), vilket leder till att den ”pseudo-Riemannska” geometrin i Einsteins rumtid omvandlas till en mer standardiserad Riemannsk geometri. Trots uppfinningsrikedomen i många av dessa idéer kvarstår allvarliga svårigheter (en av dessa är hur liknande förfaranden skulle kunna tillämpas på singulariteterna i svarta hål, vilket i grunden är problematiskt).
Det finns många andra tillvägagångssätt för kvantgravitation som följs över hela världen, och Hawkings förfaranden är, även om de är mycket respekterade och fortfarande undersöks, inte de som följs mest populärt, även om alla andra också har sin del av grundläggande svårigheter.
Till slutet av sitt liv fortsatte Hawking sin forskning om kvantgravitationsproblemet, och de relaterade frågorna inom kosmologin. Men parallellt med sina strikta forskningsintressen blev han alltmer engagerad i populariseringen av vetenskapen, och av sina egna idéer i synnerhet. Detta började med att han skrev sin häpnadsväckande framgångsrika bok A Brief History of Time (1988), som översattes till ett 40-tal språk och såldes i över 25 miljoner exemplar världen över.
Den briljanta titeln var utan tvekan en bidragande faktor till bokens fenomenala framgång. Ämnet är också något som griper tag i allmänhetens fantasi. Och det finns en direkthet och klarhet i stilen som Hawking måste ha utvecklat som en nödvändighet när han försökte hantera de begränsningar som hans fysiska handikapp medförde. Innan han behövde förlita sig på sitt datoriserade tal kunde han bara tala med stor svårighet och ansträngning, så han var tvungen att göra vad han kunde med korta meningar som gick rakt på sak. Dessutom är det svårt att förneka att hans fysiska tillstånd i sig måste ha fångat allmänhetens fantasi.
Och även om spridningen av vetenskapen bland en bredare allmänhet säkerligen var ett av Hawkings syften när han skrev sin bok, hade han också det allvarliga syftet att tjäna pengar. Hans ekonomiska behov var betydande, vilket hans följe av familj, sjuksköterskor, vårdbiträden och allt dyrare utrustning krävde. En del av detta, men inte allt, täcktes av bidrag.
Att bjuda in Hawking till en konferens innebar alltid att arrangörerna gjorde allvarliga beräkningar. Kostnaderna för resor och boende skulle bli enorma, inte minst på grund av det stora antalet personer som skulle behöva följa med honom. Men en populär föreläsning av honom skulle alltid bli utsåld, och det skulle krävas särskilda arrangemang för att hitta en föreläsningssal som var tillräckligt stor. En ytterligare faktor skulle vara att se till att alla ingångar, trappor, hissar och så vidare skulle vara lämpliga för funktionshindrade personer i allmänhet och för hans rullstol i synnerhet.
Han njöt uppenbarligen av sin berömmelse och tog många tillfällen i akt att resa och få ovanliga upplevelser (t.ex. att gå ner i ett gruvschakt, besöka sydpolen och genomgå det fria fallets nollgravitation), och att träffa andra framstående personer.
Den presentationsmässiga poleringen av hans offentliga föreläsningar ökade med åren. Ursprungligen skulle det visuella materialet vara linjeteckningar på transparenter som presenterades av en student. Men på senare år användes imponerande datorgenererade visuella bilder. Han kontrollerade det verbala materialet, mening för mening, som skulle framföras av hans datorgenererade röst med amerikansk accent. Högkvalitativa bilder och datorgenererad grafik förekom också i hans senare populära böcker The Illustrated Brief History of Time (1996) och The Universe in a Nutshell (2001). Tillsammans med sin dotter Lucy skrev han den vetenskapliga barnboken George’s Secret Key to the Universe (2007), och han fungerade som redaktör, medförfattare och kommentator för många andra populärvetenskapliga verk.
Han fick många höga utmärkelser och hedersbetygelser. Han valdes särskilt till ledamot av Royal Society vid en anmärkningsvärt tidig ålder av 32 år och mottog dess högsta utmärkelse, Copley-medaljen, 2006. År 1979 blev han den 17:e innehavaren av Lucasian Chair of Natural Philosophy i Cambridge, cirka 310 år efter att Sir Isaac Newton blev den andra innehavaren. Han blev hederskompanjon 1989. Han gjorde ett gästspel i tv-programmet Star Trek: The Next Generation, uppträdde i tecknad form i The Simpsons och porträtterades i filmen The The Theory of Everything (2014).
Det är uppenbart att han hade mycket att tacka sin första fru Jane Wilde, som han gifte sig med 1965 och med vilken han fick tre barn, Robert, Lucy och Timothy. Jane var ett exceptionellt stöd för honom på många sätt. Ett av de viktigaste av dessa kan mycket väl ha varit att hon lät honom göra saker själv i ovanlig utsträckning.
Han var en utomordentligt målmedveten person. Han insisterade på att han skulle göra saker själv. Detta i sin tur kanske höll hans muskler aktiva på ett sätt som fördröjde deras atrofi och därmed bromsade sjukdomsutvecklingen. Trots detta fortsatte hans tillstånd att försämras, tills han nästan inte hade några rörelser kvar, och hans tal kunde knappt uppfattas alls utom av ett fåtal som kände honom väl.
Han drabbades av lunginflammation när han var i Schweiz 1985, och en trakeotomi var nödvändig för att rädda hans liv. Märkligt nog tycktes utvecklingen av hans degenerativa sjukdom efter denna närmast dödliga situation sakta avta till praktiskt taget stillastående. Hans trakeotomi förhindrade dock varje form av tal, så att det var nödvändigt att skaffa en datoriserad talsyntes vid den tiden.
I efterdyningarna av hans möte med lunginflammation togs Hawkings hem nästan över av sjuksköterskor och medicinska assistenter, och han och Jane gled ifrån varandra. De skilde sig 1995. Samma år gifte sig Hawking med Elaine Mason, som hade varit en av hans sjuksköterskor. Hennes stöd tog en annan form än Janes. I hans mycket svagare fysiska tillstånd gav den kärlek, omsorg och uppmärksamhet som hon gav honom stöd i alla hans aktiviteter. Men även detta förhållande tog slut, och han och Elaine skilde sig 2007.
Trots sin fruktansvärda fysiska omständighet förblev han nästan alltid positiv till livet. Han njöt av sitt arbete, sällskapet med andra vetenskapsmän, konsten, frukterna av sin berömmelse och sina resor. Han tog stort nöje av barn och underhöll dem ibland genom att svänga runt i sin motoriserade rullstol. Sociala frågor engagerade honom. Han främjade vetenskaplig förståelse. Han kunde vara generös och var ofta rolig. Ibland kunde han visa något av den arrogans som inte är ovanlig bland fysiker som arbetar i den absoluta framkanten, och han hade en autokratisk ådra. Men han kunde också visa en sann ödmjukhet som är kännetecknet för storhet.
Hawking hade många elever, av vilka några senare gjorde sig betydande namn. Ändå var det inte lätt att vara en av hans elever. Han hade varit känd för att köra sin rullstol över foten på en elev som orsakade honom irritation. Hans uttalanden hade stor auktoritet, men hans fysiska svårigheter gjorde ofta att de var gåtfulla i sin korthet. En duktig kollega skulle kanske kunna reda ut avsikten bakom dem, men det skulle vara en annan sak för en oerfaren student.
För en sådan student kunde ett möte med Hawking vara en skrämmande upplevelse. Hawking skulle kunna be studenten att följa någon obskyr väg, vars anledning skulle kunna verka djupt mystisk. Förtydligande fanns inte att tillgå, och den studerande skulle få ta del av något som verkligen verkade vara som ett orakels uppenbarelse – något vars sanning inte fick ifrågasättas, men som, om det tolkades och utvecklades på rätt sätt, säkerligen skulle leda vidare till en djupgående sanning. Kanske har vi alla detta intryck nu.
Hawking efterlämnar sina barn.
– Stephen William Hawking, fysiker, född den 8 januari 1942; död 14 mars 2018
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}}}{{highlightedText}}
- Dela på Facebook
- Dela på Twitter
- Dela via e-post
- Dela på LinkedIn
- Dela på Pinterest
- Dela på WhatsApp
- Dela på Messenger
.