Свемирски брод Земља

Неколико Хокингових година

Све оно што сте заиста желели да знате о Стивену Хокингу, а нисте се усуђивали да питате

Текст: др Милан М. Ћирковић

Пошто ће Хокинг ускоро навршити 73 године, иако му је пре скоро пола века наговештено да прогноза његове болести није добра и да му преостаје „још неколико година“, те да и даље активно живи и ради, ово је изванредна прилика да се подсетимо великих Хокингових резултата, како познатих тако и оних мање знаних, али не због истинског мањег значаја за људско сазнање, већ због чињенице да су медијски мање покривени и захтевају нешто више менталног напора и пажње да би се разумели

УПОЗОРЕЊЕ: Овај текст није намењен наивцима, понављачима, кукавицама које се плаше сложенијих речи и реченица или нешто математике и логике. Наравно да већина посетилаца овог портала не спада ни у једну од тих категорија, али је ипак потребно унапред упозорити, да би се избегле могуће доцније фрустрације и „душевни бол“ које би им комплексност овог текста могла нанети. Такође није намењен самозваним „разбијачима митова“ који су, у временима кризе као код нас, огрезли у параноју и теорије завере, на принципу гесла агента Молдера Trust no one! (при чему ту у no one спадају разум, просветитељство и рационални критички аргументи озбиљне науке).

Не, у овом тексту неће бити ничега о пикантнијим детаљима живота професора Стивена Хокинга, попут његове тенденције да бежи својим болничарима и „непријављено“ одлази у биоскоп или на студентске журке, или његовог драматичног развода од прве супруге, па поновног зближавања са њом након другог развода, или његовог предлога да игра негативца у неком од филмова о Џејмсу Бонду – дакле, ништа од уобичајеног медијског арсенала. Почећу крајње личном нотом. Увек ме је посебно нервирала мала, али прилично гласна група људи каква постоји у мање-више свим крајевима света и свим областима људске делатности, која се поносно сматра „скептицима“, не верује у „званичне верзије“, а заправо има премало знања да би аргументовано оцењивала врлине и мане било ког исказа на теме које су барем делимично техничког, дакле стручног, карактера. Ова врста безобалне сумњичавости ни издалека није близу истинском рационалном скептицизму који карактерише науку, барем у оном облику у којем ју је дефинисала Коперниканска револуција. Реч је најчешће о ирационалном скептицизму који је мотивисан или идеолошким или психолошким разлозима и нема утемељење у реалности и у емпиријском и логичком начину мишљења. Стога би се ова појава могла назвати псеудоскептицизмом

О једној подгрупи ове врсте псеудоскептика, и то оним најекстремнијим, чије је деловање погубно и криминално у врло буквалном смислу, наиме о негаторима глобалних климатских промена, већ сам писао у овој рубрици. Сад ћемо се посветити дебати са другачијим и знатно бенигнијим, али и даље веома индикативним ставом, који се не односи на општу појаву, већ на конкретну личност, али и даље одлично одсликава ту врсту псеудоскептичног начина размишљања. Реч је о, у нашој средини веома честој, али и у свету присутној идеји да је Стивен Хокинг, директор Центра за теоријску космологију Универзитета у Кембриџу и доскорашњи професор математике и физике на Лукасовој катедри у Кембриџу – признат и познат у свету више као жртва тешке болести (амиотрофна латерална склероза, одн. АЛС) него по својим аутентичним научним постигнућима. Псеудоскептична тврдња, дакле, каже да је у питању просечан научник који је, ето, због сензационализма медија и због претеривања у политичкој коректности када су у питању особе са хендикепом доспео на прве стране новина, у „Симпсонове“, у бројне филмове, серије и књиге. Ову заблуду – а веома ћу јасно показати да је у питању заблуда – најчешће преносе аутори (псеудо)научних блогова и анонимни коментатори на разним форумима и медијским сајтовима, који се, у најмању руку, површно и слабо разумеју у физику и науку у целини; то само по себи није грех, али је и те како грех то што се о ономе о чему се не зна довољно доносе арбитрарни судови, а мотивисани великим делом или завишћу због медијског покривања Хокингових активности или његовог успеха у популаризацији науке или, још горе, нелагодом при сусрету са особама са хендикепом.

Један део псеудоскептицизма проистиче из неразумевања историје науке, које је готово универзално и застрашујуће. Као један од аргумената против Хокинга наводи се да је више пута губио опкладе са колегама научницима (последњи пут поводом открића Хигсовог бозона) и признавао да је био у криву, а да је поводом других ствари сам често мењао мишљење. Само неко ко је апсолутни аналфабета у погледу историје науке може у овоме да види нешто лоше. Па данас је добро познато да творац савремене науке, Галилео Галилеј, није сасвим разликовао брзину од убрзања – што је данас елементарно за сваког основца – те да је, између осталог, погрешно веровао да ће ланац окачен о два краја формирати параболу. Грешке су суштински део науке, без њих се наука не може замислити, оне нису подложне „суду народа“, а тек историја науке, са озбиљне дистанце, може оценити и протумачити њихов значај. Ко данас заиста мари за то што је Ајнштајн био у криву у погледу космолошке константе, па чак и за то што је, по доступним историјским сведочанствима, био изразито лош супружник и родитељ? Историја науке јесте значајна за разумевање савремене науке, али је тај значај далеко, далеко суптилнији од једноставног пресликавања и налажења „лоших“ и „добрих момака”, узора и антиузора.  

Пошто ће Хокинг врло ускоро (8. јануара 2015) навршити 73 године, иако му је пре скоро пола века наговештено да прогноза његове болести није добра и да му преостаје „још неколико година“, те да и даље активно живи и ради, ово је изванредна прилика да се подсетимо великих Хокингових резултата, како познатих тако и оних мање знаних, али не због истинског мањег значаја за људско сазнање, него због чињенице да су медијски мање покривени и захтевају нешто више менталног напора и пажње да би се разумели. 

Дакле, шта су Хокингови главни доприноси науци? Иако детаљна научна биографија свакако излази из оквира овог текста, покушао сам да размишљање на ову тему организујем по тачкама: 

1. Класична гравитација. Гравитација се, од 1915. наовамо, описује Ајнштајновом општом теоријом релативности, која је класична теорија, дакле не-квантна. Она објашњава – и то изузетно добро – гравитациону силу на великим удаљеностима између објекта релативно малих густина. Гравитацију на малим просторним скалама, односно екстремно снажна гравитациона поља која настају у близини објеката огромне густине, попут неутронских звезда, црних рупа или у раним фазама историје свемира након Великог праска, захтева нову теорију, једну квантну теорију гравитације, која још не постоји, мада се веома велики број физичара бави овим проблемом већ дуже време. У оквиру класичне теорије, међутим, било је јако много отворених питања и дуго времена након Ајнштајна. Једно од њих било је да ли гравитациони колапс, сличан ономе код масивних звезда, мора да се заврши у црној рупи, независно од почетне расподеле материје. Овај проблем решио је Стивен Хокинг – и самим тим дао огроман допринос разумевању класичне гравитације – тако што је, скупа са Пенроузом, Волдом, Герохом и још неколицином, почетком 1970-тих година доказао веома значајне теореме о сингуларностима. Овим теоремама је показано да, насупрот до тада прилично популарној идеји, анизотропије, ротације, торзије и други нелинеарни ефекти у гравитационом колапсу не могу да спрече колапс у сингуларност – дакле „тачку“ или „област“ ван нормалног просторвремена, где физички параметри дивергирају и постају „бесконачни“ (шта год то тачно значило). Око ове сингуларности формира се хоризонт догађаја – тако да то споља изгледа управо као црна рупа. Настанак црне рупе се, уколико је почетна маса довољно велика, дакле не може избећи. Наравно, то све важи у контексту класичне теорије. Ови резултати Пенроуза и Хокинга су инаугурисали потпуно нови приступ целом пољу глобалне диференцијалне геометрије и имају велики одјек и данас. 

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S. W. & Penrose, R. (1970). “The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology”, Proceedings of the Royal Society A, vol. 314, стр. 529.

2. Космологија – настанак структуре. Материја која је изашла из Великог праска била је, то данас поуздано знамо, изузетно униформна „каша“ елементарних честица. Како су онда настале огромне неуниформности које данас видимо – пре свега галаксије у којима се налази 99% све материје? Хокинг је први, заједно са Колинсом, показао да се формирање структуре довољно мале ентропије какво видимо, може добити само еволуцијом из малог скупа почетних услова у раном свемиру, или, другим речима, да је уобичајена космолошка метрика (позната као Фридман-Робертсон-Вокерова метрика) нестабилна на мале пертурбације у раним фазама ширења свемира. Ово је отворило пут значајној дискусији о посматрачким селекционим ефектима („антропичким принципима“) у космологији, између осталог и омогућило Ваjнбергу да у познатом раду из 1987. предвиди постојање мале позитивне космолошке константе, што се 1998. и потврдило. 

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S. W. & Penrose, R. (1970). “The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology”, Proceedings of the Royal Society Avol. 314, стр. 529.

3. Космологија – глобалне релативистичке методе. Хокинг је, заједно са Џорџом Елисом, написао епохалну књигу о глобалним методама у општој релативности и класичној космологији: The Large-Scale Structure of Space-Time (Cambridge University Press, 1973). То је до данас права Библија за читаву ту област. У њој је први пут јасно доказан читав низ теорема које су релевантне за геометрију свемира на великим скалама.

4. Термодинамика црних рупа. Хокинг је засновао целу област термодинамике црних рупа, а касније независно од Јакоба Бекенштајна развио формулу за ентропију црних рупа, која чини „мост“ између класичне и квантне гравитације, што представља тест којем се подвргавају сви савремени покушаји да се формулише коректна теорија квантне гравитације. Ово је, између осталог, био извор великог узбуђења када су најпре Ендру Стромингер и Кумрун Вафа, а затим и други теоретичари, успели да покажу да теорија струна (потом и Витенова М-теорија) може да реконструише Хокингове семикласичне резултате. 

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S. W. (1976) “Black holes and thermodynamics”, Physical Review D 13, стр. 191 (и одатле потиче сам концепт Хокинговог зрачења, што је универзално прихваћен назив)

5. Космологија – космолошки хоризонти. Заједно са својим студентом Геријем Гибонсом, Хокинг је показао да у свемиру са позитивном космолошком константом – чије је постојање доказано 1998. године, за шта је између осталог додељена Нобелова награда за физику за 2011. годину – и хоризонтом догађаја мора постојати минимална температура, која одговара резервоару зрачења црног тела са таласном дужином једнаком величини хоризонта; овај рад не само што има неколико хиљада цитата, већ је и један од главних резултата за сва истраживања будуће еволуције астрофизичких објеката, нарочито након открића позитивне космолошке константе (односно „тамне енергије“). 

Кључна публикација у овом домену: Gibbons, G. W. & Hawking, S. W. (1977) “Cosmological event horizons, thermodynamics, and particle creation” Physical Review D, vol. 15, стр. 2738.

6. Квантна космологија. Заједном са Џимом Хартлом, Хокинг је практично 1983. године засновао читаву област квантне космологије; једна од две најзначајније једначине у целој дисциплини се зове Хартл-Хокингова формула. Ово је истовремено први озбиљан покушај да се разуме шта у домену квантне космологије логички претходи оном догађају који се у класичној космологији назива Великим праском. Наглашавам, логички претходи, јер се не може говорити о хронолошком претхођењу; заправо врлина Хокинговог предлога и јесте у томе што он омогућава да се у потпуности елиминише питање „шта је било пре Великог праска“, а да се задржи шира позадина која представља мултиверзум.

Кључна публикација у овом домену: Hartle, J. & Hawking, S. W. (1983), “Wave function of the Universe” Physical Review D, vol. 28, стр. 2960 (импресивних 1705 цитата, каже Astrophysics Data System, а сигурно их има и више, пошто ADS не индексира баш све – при чему је космологија врло мала област науке).

7. Квантна гравитација – методе. Хокинг је један од пионира примене путањских интеграла (енгл. path-integral) у квантној гравитацији и теорији струна. Ова метода се све више користи, посебно што данас постоје суперкомпјутери који могу нумерички да рачунају путањске интеграле, што није било могуће пре 1990-тих година. 

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S. W. & Horowitz, G. (1996) “The gravitational Hamiltonian, action, entropy and surface terms”, Classical and Quantum Gravity vol. 13, стр. 1487.

8. Астрофизика – гравитациони таласи. Хокинг је први разматрао могући астрономски извор гравитационих таласа, предвиђених Ајнштајновом општом теоријом релативности, наиме сударе масивних црних рупа, какви се могу дешавати приликом судара и стапања галаксија, као и у збијеним звезданим јатима и веома масивним блиским двојним системима.

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S. (1971) “Gravitational Radiation from Colliding Black Holes”, Physical Review Letters vol. 26, стр. 1344.

 

9. Космологија – инфлација. Хокингови резултати на развоју инфлаторне парадигме су и даље крајње актуелни и цитирани. Утицај инфлације на стварање структуре, веза инфлације и квантне космологије, могућност да су хипотетичне честице које се крећу брже од светлости („тахиони“) играле улогу у космолошкој инфлацији – све су ово само неки од аспеката његовог рада на овој значајној космолошкој теми. Он је био један од првих који је показао да оригинална, Гутова инфлација није подесна за стварање структуре на великој скали какву примећујемо у стварном свемиру. На овоме Хокинг интензивно ради и данас. 

Кључна публикација у овом домену: Hawking, S.W. (1982), “The development of irregularities in a single bubble inflationary universe”, Physics Letters B vol. 115, стр. 295.

 

И ту ћу се зауставити, из чисто практичних разлога обима овог текста, мада ћу нагласити и следеће: Очигледно је да нисам ни поменуо оно по чему шира јавност најчешће – погрешно – познаје Хокинга, наиме, његове спекулативније радове о црвоточинама, стрели времена, бранским световима, затвореним временским петљама/хипотези о заштити хронологије, очувању/губитку информације у црним рупама, итд. Не треба нимало потцењивати ни његов огроман допринос математичким методама које се примењују у физици. Такође нећу говорити о организационим и радовима из историје науке (рецимо, уређивање у 1987. години феноменалног зборника 300 година гравитације поводом три века од Њутнове Principie).

И, наравно – тек при крају овог текста, обратите пажњу колико смо већ прешли и колико је то скроловања захтевало!  – поменућу и његову улогу у популаризацији науке, која укључује бестселере попут Кратке повести времена или Великог дизајна (мој критички приказ потоњег се може видети овде, три књиге за децу које је написао са својом кћерком Луси, али и бројне медијске наступе у најразличитијим контекстима. На овај или онај начин, сви они су у функцији промоције и популаризације науке, те унапређивања вредности просветитељства које, нажалост, исувише често губимо из вида у данашњем свету. Уз то, потпуно демантујући експлицитну или имплицитну предрасуду о људима са инвалидитетом, Хокинг се врло свесно ангажовао на читавом низу веома значајних друштвених питања, изражавајући свој протест против загађења и еколошке неодговорности, против смањења буџета за науку и образовање, против независности Шкотске од Велике Британије, те своју подршку нуклеарном разоружању, универзалности људских права, и развоју астронаутике и коришћењу свемирских ресурса. Један је од малог броја људи који током више последњих година указују на егзистенцијалне ризике које прете дугорочном опстанку човечанства, а нарочито оне повезане са злоупотребом нових и моћних технологија, као што су биотехнологија, нанотехнологија и вештачка интелигенција.

Укратко, Стивен Вилијем Хокинг је сасвим несумњиво један од најзначајнијих научника и највећих интелектуалаца на прелазу из 20. у 21. век, што никакав бесмислени псеудоскептицизам не може умањити. У његовом случају, који свакако јесте јединствен, али и те како има и општију поруку, псеудоскептицизам потиче из нездравог споја три фактора: (1) уобичајене људске зависти према истакнутим појединцима који су несумњиво од нас паметнији (нарочито изоштрене на просторима где је сам индивидуализам потиснут у други план); (2) његовог јасног и артикулисаног атеизма који очигледно боде очи оној групи верника који никако да разумеју да је средњи век одавно прошао и да је атеизам сасвим легитиман и поштовања достојан став; те (3) мање или више потиснутог осећаја нелагоде, па и кривице при сусрету са особама са инвалидитетом (посебно у срединама као што је српска, где се нашим суграђанима из ове групе посвећује далеко мање пажње и разумевања него у средини где Хокинг живи и ради). Од свих ових разлога треба да се снагом воље и радом на сопственом побољшању и просвећењу еманципујемо – и то баш овде и баш сада

 
 
 
(1) Наравно, има и бизарнијих разлога – мада будалама по правилу не треба давати икакав додатни публицитет и “кликове”, готово савршен пример синергије различитих врста политички мотивисаних, а антинаучних глупости се налази у тексту познатог “антиглобалистичког активисте” Љубодрага Дуција Симоновида, као и другим текстовима на  http://eugenika.webs.com/tekstovi16.htm. Крајње идиотски пример „из белог света“ је, рецимо, http://itsnobody.wordpress.com/2011/09/03/the-top-10-most-overrated-geniuses/ – савршен показатељ шта се дешава кад модерна технологија омогуди било ком кретену да изрази своје „мишљење“.

(2) Указаћу, рецимо, на веома занимљив рад из текуде године: godine: Hartle, J. B., Hawking, S. W., & Hertog, T. (2014)

“Quantum probabilities for inflation from holography”, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 01, ид. 015.

(3)Или школовања. Па сад, у овом постмодерном добу може се мирне душе рећи: скроловање или школовање, одлучите сами…

 

Истражите друге текстове:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

ЦПН
Улица краља Петра 46
11000 Београд
Република Србија
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs