Deze ontdekkingen maakten Stephen Hawking beroemd


Stephen Hawking was waarschijnlijk de meest bekende genie van onze moderne tijd.


Maar waar was hij zo beroemd om - afgezien van zijn verbazingwekkende veerkracht om een invaliderende ziekte, die onmiddellijk herkenbare retro-robotachtige stem, en zijn walk-over rollen in The Simpsons en Star Trek?

Heeft hij niet de zwarte gaten ontdekt? Of de Big Bang? Of ons verteld wat tijd is, of zo? Nee, nee en nog eens nee. Maar het is moeilijk door het struikgewas van de mythe te snijden en kennis te maken met de dingen die hij echt ontdekte. Hawking eigen legende dreigt zijn echte prestaties te verduisteren.

In maart 16 had  Hawking een afspraak met BBC Reith Lecture . Het toonde de status van deze spreker, niet alleen als een expert in zijn discipline, maar ook als een publiek intellectueel. Het ideale moment om dieper in te gaan op de natuurkundige Hawking.

Image title

Everything formed in the Big Bang (Credit: Detlev van Ravenswaay/Science Photo Library)


In verschillende peilingen van de grootste natuurkundigen van de 20 e eeuw, of zelfs van de top levende natuurkundigen, was Hawking ofwel afwezig of dook hij op aan de onderkant van de lijst.

Hoe komt dit? Was hij dan niet zo bijzonder?
Integendeel, hij is een grote aanwezigheid in moderne fysica. Het is gewoon zo dat de natuurkunde veel verbazingwekkende wetenschappers telt, en Hawking was daar een van de vele.
De reden waarom genie Hawking, aantoonbaar een Nobelprijs verdiende , is om verschillende, maar even fundamentele terreinen van natuurkundige theorie samen gebracht te hebben: de zwaartekracht, kosmologie, kwantumtheorie, thermodynamica en informatietheorie.
Het begon met de algemene relativiteitstheorie: de theorie van de zwaartekracht, dat Albert Einstein in de jaren 1910 bedacht.

Image title

Massive objects warp space and time around them (Credit: NASA/Science Photo Library)


Newton's visie op de zwaartekracht ging er van uit dat massieve objecten gemaakt zijn met een "veld" eromheen die de ruimte doordringen, een beetje zoals op het gebied van een magneet. Dit veld bestaat uit een lichaam met massa, zoals de Aarde, om kracht uit te oefenen op een ander, zoals de Maan of een appel. Newton beweerde niet te weten wat deze kracht was. Het was gewoon een feit in de natuur dat alle objecten die massa bezitten het hebben.
Veel natuurkundigen geloofden niet in iets zo bizar als een singulariteit.
Maar volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein, is de zwaartekracht niet een gebied in de ruimte. In plaats daarvan is het een eigenschap van de ruimte zelf.
Het idee is dat de massale instanties, zoals de zon, rondom de ruimte buigen om hen heen. Deze vervorming van de ruimte heeft invloed op de beweging van iets in de buurt. Bijvoorbeeld, de omwenteling van de aarde in een baan rond de Zon, als een knikker die rolt rond de rand van een kom.
Een van de voorspellingen van Einstein's theorie is dat een voldoende groot object, zoals een zeer massieve ster onder de trekkracht van zijn eigen zwaartekracht kan instorten in een op hol geslagen proces. Alle massa krimpt in een oneindig klein punt van oneindige dichtheid, een zogenaamde singulariteit.
Bij dergelijke instorting ontstaat een gebied in de ruimte zo zwaar vervormd door de zwaartekracht dat zelfs licht niet kan ontsnappen. We noemen dit een zwart gat.

Image title

There is no escape from a black hole (Credit: Henning Dalhoff/Science Photo Library)

Dit alles werd voorgesteld in een paper in 1939 door de Amerikaanse fysicus Robert Oppenheimer - die later zou helpen bij de ontwikkeling van de atoombom - en zijn student Hartland Snyder.
Het was pas echt op dit punt dat uitzonderlijke intellect Hawking begon te schitteren.
Maar veel natuurkundigen konden niet geloven in singulariteit. Het was pas rond 1959, toen Hawking zijn studie begon aan de universiteit van Oxford, dat natuurkundigen het idee serieus begonnen nemen. Het werd onder de loep genomen door John Wheeler aan de Princeton University in New Jersey, die naar verluidt zwarte gaten bij naam noemde, Roger Penrose in het Verenigd Koninkrijk, en Yakov Zeldovich in de Sovjet-Unie.
Na het voltooien van zijn studie in de natuurkunde, begon Hawking met een promotieonderzoek aan de Universiteit van Cambridge, onder toezicht van kosmoloog Dennis Sciama. Zijn aandacht werd gevangen genomen door deze opleving van interesse in de algemene relativiteitstheorie en zwarte gaten.


Image title

Stephen Hawking as a young man (Credit: Liam White/Alamy Stock Photo)


Het was pas eens op dit punt gekomen dat uitzonderlijke intellect Hawking begon te schitteren. Hij was onlangs ook gediagnosticeerd met een vorm van hersenaandoening die amyotrofische laterale sclerose heet, die hem uiteindelijk zo goed als volledig verlamde.
Hawking zijn handicap was ernstig, en zelfs lopen met krukken was erg moeilijk voor hem.
Onder Sciama begeleiding, begon Hawking na te denken over de Big Bang-theorie: het idee dat het universum begon als een kleine stip die vervolgens uitbreidt. Tegenwoordig is dit algemeen aanvaard, maar in die tijd was het nog ter discussie.
Hawking besefte dat de Big Bang een beetje was zoals de instorting van een zwart gat in omgekeerde richting.
Hij ontwikkelde dit idee met Penrose. In 1970 publiceerden ze een artikel waaruit blijkt dat de algemene relativiteitstheorie impliceert dat het universum moet zijn begonnen als een singulariteit. In het najaar van 1970, kreeg hij tijdens een slapeloze nacht, een plotselinge besef over zwarte gaten: een van een reeks van ontdekkingen over hoe ze zich gedragen.
Image title Black holes are collapsed stars (Credit: Henning Dalhoff/Science Photo Library)

Een massa van het zwarte gat bepaalt de grootte, gemeten als de straal van de horizon, het punt waarboven niets kan ontsnappen.
Maar Hawking ging nog verder. Hij toonde aan dat een zwart gat niet kan worden opgesplitst in kleinere - zelfs, laat ons zeggen, door middel van de botsing van twee zwarte gaten.
Toen maakte Hawking nog een intuïtieve sprong. Hij stelde dat de horizon van steeds groter oppervlak was analoog aan een hoeveelheid die volgens de natuurkunde, kon alleen maar Hawking realiseerde zich dat een zwart gat alleen maar kan toenemen, niet afnemen, in grootte.
Dit lijkt vanzelfsprekend. Aangezien niets dat te dichtbij komt kan ontsnappen, een zwart gat kan alleen maar meer materie te slikken en dus krijgen de massa.
De totale entropie van het universum kan alleen maar toenemen, niet afnemen
Een massa zwarte gat bepaalt weer de grootte, gemeten als de straal van de horizon, het punt waarboven niets kan ontsnappen. Deze grens wordt onverbiddelijk naar buiten kruipen als de huid van een opblazen ballon.
Maar Hawking ging nog verder. Hij toonde aan dat een zwart gat niet kan worden opgesplitst in kleinere - zelfs, zeggen, door middel van de botsing van twee zwarte gaten.
Toen maakte Hawking nog een intuïtieve sprong. Hij stelde dat de horizon van steeds groter oppervlak was analoog aan een hoeveelheid die volgens de natuurkunde, alleen maar kon toenemen.Image title

Entropy: things get messier (Credit: Victor de Schwanberg/Science Photo Library)

Toen Hawking zijn resultaat aangekondigde op het einde van 1970, maakte een jonge natuurkundige genaamd Jacob Bekenstein een gedurfd voorstel: wat als dit niet zomaar een analogie was ? Bekenstein suggereerde dat de oppervlakte van de horizon van een zwart gat de maat van de entropie van het zwarte gat zou kunnen zijn. Maar toen Hawking een uiteenzetting deed om Bekenstein's ongelijk te bewijzen, vond hij dat de jonge student "in principe correct"was. Zoals hij later toegaf. Om dit aan te tonen, moest hij twee gebieden van de fysica die niemand anders had weten te verenigen samen brengen: de algemene relativiteitstheorie en de kwantumtheorie.

Image title

At quantum scales, things get weird (Credit: Mark Garlick/Science Photo Library)

Kwantumtheorie wordt gebruikt om onzichtbaar kleine dingen te beschrijven, zoals atomen en hun samenstellende deeltjes, terwijl de algemene relativiteitstheorie wordt gebruikt om materiaal te beschrijven op de kosmische schaal van sterren en sterrenstelsels.De twee theorieën lijken fundamenteel onverenigbaar. Algemene relativiteitstheorie gaat ervan uit dat de ruimte glad is en continu als een blad, terwijl de kwantumtheorie erop aandringt dat de wereld en alles wat daarin aanwezig is korrelig is op de kleinste schalen, verkaveld in discrete brokken.

Image title

Natuurkundigen hebben decennia lang geprobeerd de twee theorieën te verenigen - die dan zouden kunnen wijzen op een 'theorie van alles'.
Zo'n theorie is, om een cliché te gebruiken , een heilige graal van de moderne natuurkunde.

We kunnen dus zonder meer stellen dat Hawking een bijzonder wetenschappers was.

Bron: bbc.com

Klik op +Volgen om op de hoogte te blijven van Yoors World