Czy przeszłość może ulec zmianie? Tak Stephen Hawking namieszał w nauce

Teoria ta nie jest pozbawiona kilku prowokacyjnie brzmiących twierdzeń i przewidywań. To sprawia, że już dziś można powiedzieć, że będzie ona niewyczerpanym źródłem inspiracji i motywacji dla kolejnych pokoleń astrofizyków.

Czytaj także:
- Znaleźliśmy w kosmosie potwora. Oficjalnie jednego z największych w historii badań
- Stworzyli 6 przykazań sztucznej inteligencji. Musi je spełnić, żeby była bezpieczna dla ludzi i świata

Stephen Hawking to nie tylko jeden z najwybitniejszych naukowców w historii. To także postać popkultury, o której słyszał chyba każdy. Powstawały inspirowane nim piosenki, np. „Mars” Fun Lovin’ Criminals, wystąpił w jednym z odcinków kultowego serialu The Simpsons. Za wcielenie się w niego w filmie „Teoria wszystkiego”, brytyjski aktor Eddie Redmayne otrzymał w 2015 Oscara. Choć Stephen Hawking większość życia spędził przykuty do wózka inwalidzkiego na skutek stwardnienia zanikowego bocznego, nie przeszkodziło mu to w sięgnięciu umysłem w najdalsze zakątki wszechświata.

Przez ponad cztery dekady zajmował się głównie czarnymi dziurami i zjawiskiem grawitacji kwantowej. Wymagało to posługiwania się nieprawdopodobnie skomplikowaną matematyką. Stephen Hawking potrafił jednak przetłumaczyć najbardziej zawiłe równania na język, który poruszał wyobraźnię milionów ludzi. Wszystko to osiągnął, nie mogąc nawet samodzielnie mówić. To kolejny, piękny dowód na to, do czego zdolny jest ludzki geniusz, a zarazem jeden z powodów, dla których zdobył tak dużą popularność. Inspirował nie tylko swoim umysłem, ale także niezwykłym charakterem i niezłomnością.

Najbardziej istotny wkład Hawkinga w nasze pojmowanie wszechświata stanowią rozważania nad naturą czarnych dziur. Są to jedne z najbardziej niezwykłych obiektów w kosmosie. W uproszczeniu to obiekty, które są niewyobrażalnie masywne i gęste. To sprawia, że ich oddziaływanie grawitacyjne jest tak silne, że są w stanie przyciągnąć i uwięzić nawet światło, a także wszelką informację. Stąd określenie - czarna dziura.

Innymi słowy, z czarnej dziury nie da się wydostać. To oznacza, że nie można dowiedzieć się niczego na temat tego, co się w niej znajduje. Jakakolwiek informacja (czyli np. sygnał świetlny, radiowy lub jakikolwiek inny) od kogoś lub czegoś, co się w niej znajduje, nie jest się po prostu w stanie wydostać na zewnątrz. Jeśli coś raz do niej trafi, to koniec.

Choć szczerze mówiąc, to słowo nie jest tu chyba najlepsze, bowiem przyciąganie grawitacyjne czarnych dziur jest tak potężne, że jest w stanie doprowadzić do spowolnienia czasu. Tak naprawdę, owo spowolnienie jest tak znaczące, że można mówić o zaniku upływu czasu w ogóle. Granicą, za którą nie ma już powrotu, jest tzw. horyzont zdarzeń.

To właśnie horyzont zdarzeń opisał precyzyjnie w latach siedemdziesiątych Stephen Hawking. A dokładniej scharakteryzował go w kategoriach termodynamiki, czyli teorii opisującej wzajemne oddziaływanie temperatury, ciepła i transferu energii. To, doprowadziło go do przewidzenia, że czarne dziury mogą emitować promieniowanie, a ściślej promieniowanie cieplne. Doszedł on do tego wniosku, rozumując, że jeżeli nic nie może się z czarnej dziury wydostać, a dokładniej z jej horyzontu zdarzeń, to byłyby one wieczne.

Co więcej, wraz z upływem czasu czarne dziury stawałyby się coraz potężniejsze, wchłaniając w końcu całą materię we Wszechświecie, na końcu pochłaniając same siebie. Od jego nazwiska, taką potencjalną emisję ciepła przez czarne dziury, nazywa się Promieniowaniem Hawkinga. Teoria ukuta przez brytyjskiego geniusza sprawiła, że w środowisku fizyków do dziś trwają debaty nad naturą czarnych dziur i tym, czy istotnie promieniowanie cieplne może z nich uciekać.

Jednocześnie, wspomniane twierdzenie nie jest jedynym, które namieszało w świecie fizyki teoretycznej. W późniejszym okresie swojego życia Hawking spędził 20 lat na poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie, dlaczego spośród wszystkich możliwości, wszechświat ma akurat te szczególne właściwości, które sprawiają, że tak dobrze nadaje się do powstania życia.

O doniosłości rozważań Hawkinga dobrze świadczy tytuł artykułu w czasopiśmie New Scientist: „Ostateczne twierdzenie Stephena Hawkinga wywraca czas i przyczynowość do góry nogami". Znajduje się w nim bardzo szczegółowy i osobisty opis jego spostrzeżeń i tego, jak do nich doszedł, będący dziełem bliskiego współpracownika Hawkinga, fizyka Thomasa Hertoga.

Jak wyjaśnia Hertog, propozycja ta pociąga za sobą wiele rewolucyjnych przewidywań. Jednym z nich jest stwierdzenie, że przyczynowość może działać wstecz. Tzn. że zdarzenia, które mają miejsce, mogą zmieniać nie przyszłość, ale także… przeszłość. To z kolei sugeruje, że czas niejako „znika” w wielkim wybuchu, a nasz wszechświat jest hologramem. W istocie chodzi o to, że prawa fizyki, zostały ustanowione w trakcie wielkiego wybuchu i następnie „wyewoluowały" do swojej obecnej postaci, ukształtowane przez środowisko wczesnego wszechświata.

Jeśli niewiele z tego rozumiecie, witajcie w klubie! Większość fizyków przyznaje, że nie do końca jest się w stanie w tym połapać. Nie dość, że twierdzenie Hawkinga jest trudne do zrozumienia, to może być jeszcze trudniejsze do udowodnienia. Jednak w pozornym szaleństwie może być metoda. Pomysł ten jest bowiem poważnym wyzwaniem i inspiracją dla kolejnych pokoleń astrofizyków. Jedynie czas, który przynajmniej na Ziemi płynie do przodu, pokaże, czy zaproponowane przez Hawkinga stwierdzenie ma sens. Potrzeba tylko jeszcze jednego: kolejnego rozbłysku ludzkiego geniuszu.

Zdjęcie główne: pantid123 / Shutterstock