Стівен Гокінг — один з найвидатніших фізиків-теоретиків і космологів XX століття, чия наукова діяльність значно вплинула на розуміння Всесвіту. Він став відомим завдяки своїм працям над чорними дірами, квантовою гравітацією і теорією Великого вибуху, а також завдяки здатності популяризувати складні наукові концепції.

Біографія

Дитинство та юність. Стівен Вільям Гокінг народився 8 січня 1942 року в Оксфорді, Англія. Стівен був старшим із чотирьох дітей у родині. Його народження припало на час Другої світової війни, тому сім'я вирішила переїхати до безпечнішого Оксфорда з Лондона. Батько, ФренкГокінг, був біологом, а мати, Ізабель, займалася політичними та науковими питаннями, будучи однією з небагатьох жінок, які отримали освіту в Оксфорді у той час.
З дитинства Гокінг демонстрував великий інтерес до математики та фізики. У школі його дражнили за неохайний зовнішній вигляд і своєрідну манеру поведінки, проте він завжди мав цікавість до науки і питань Всесвіту. У підлітковому віці Гокінг став відомим як "Ейнштейн", оскільки мав видатні здібності до точних наук і вирізнявся вмінням швидко розв’язувати математичні задачі.

Шкільні роки. Стівен Гокінг почав своє навчання у школі в місті Сент-Олбанс, що неподалік Лондона, куди його сім'я переїхала, коли він був ще дитиною. З дитинства Стівен виявляв інтерес до науки і математики. Хоча він не завжди був найстараннішим учнем, він вирізнявся здатністю швидко засвоювати складні ідеї та розв’язувати нестандартні задачі.

Гокінг захоплювався конструюванням — він навіть збудував саморобний комп'ютер з підручних матеріалів, що було вражаючим досягненням для того часу. Одним із його улюблених предметів була математика, проте його батько прагнув, щоб Стівен займався більш «практичною» наукою, наприклад медициною.

Оксфордський університет: бакалаврський ступінь. Після школи, у віці 17 років, Гокінг вступив до Оксфордського університету, де почав вивчати природничі науки, обравши спеціалізацію з фізики. Це стало певним компромісом між його інтересами і прагненням батька. На той час факультет математики в Оксфорді не пропонував окремої програми, тому Гокінг обрав фізику, сконцентрувавшись на космології та теоретичній фізиці.

На перших курсах Оксфорду Стівен не завжди показував високі академічні результати. Він був досить безтурботним студентом і не завжди докладав зусиль до навчання. Але йому вдавалося блискуче складати іспити та виявляти глибоке розуміння матеріалу. Згодом, на третьому курсі, коли він почав серйозно займатися космологією, його академічні успіхи стали більш помітними. Закінчивши навчання, він отримав ступінь бакалавра з відзнакою в галузі природничих наук.

Кембриджський університет: аспірантура. Після завершення навчання в Оксфорді Гокінг вирішив продовжити наукову діяльність і вступив до аспірантури в Кембриджському університеті, де почав вивчати космологію. Він потрапив під керівництво відомого астронома і космологаДеннісаСкіами, який був провідним спеціалістом у галузі теоретичної астрофізики. Під його керівництвом Гокінг працював над фундаментальними проблемами космології, зокрема над природою сингулярностей і початковим станом Всесвіту.

Саме під час навчання в Кембриджі йому поставили діагноз аміотрофічного бічного склерозу (ALS), що стало великим випробуванням. Однак, незважаючи на серйозне погіршення здоров’я, Гокінг не тільки не полишив науку, але й доклав усіх зусиль для завершення своєї дисертації. Завдяки наполегливій праці та підтримці близьких він зміг отримати ступінь доктора філософії (PhD) у 1966 році.

Його дисертація на тему «Властивості розширення всесвітів» стала одним із перших великих досягнень, і вона привернула увагу наукового товариства до молодого дослідника. Вона підтверджувала теорію Великого вибуху, на яку тоді дивилися із сумнівом, та досліджувала природу сингулярностей, що заклало основу для подальших розробок в астрофізиці.

Лукасовська кафедра в Кембриджі. У 1979 році Стівен Гокінг став Лукасовським професором математики в Кембриджі — почесною посадою, яку колись займав Ісаак Ньютон. Ця посада підтвердила його статус одного з найвидатніших фізиків сучасності. Завдяки своїм дослідженням і вмінню популяризувати складні теорії він став знаним не тільки серед науковців, але й серед широкої аудиторії.

Діагноз та новий етап життя. У 21-річному віці, під час навчання в Кембриджі, Гокінг почав помічати проблеми з координацією рухів і постійне послаблення м’язів. Лікарі поставили йому діагноз — аміотрофічний бічний склероз (ALS), також відомий як хвороба ЛуГеріга. Лікарі прогнозували йому всього кілька років життя, що стало для молодого науковця великим потрясінням. Попри це, хвороба поступово прогресувала, а не призвела до миттєвого погіршення стану, як очікувалося.

Саме в цей важкий період Гокінг вирішив одружитися зі своєю подругою Джейн Вайлд. Їхній шлюб дав йому силу і мотивацію продовжувати життя і наукову діяльність. Джейн стала його підтримкою і доглядала за ним, незважаючи на поступову втрату рухових функцій.

Особисте життя. Важливим моментом у житті Гокінга стало його одруження з Джейн Вайлд у 1965 році. Вони познайомилися до того, як його стан почав сильно погіршуватися. Їхній шлюб став для нього великим моральним підґрунтям, а підтримка Джейн допомогла йому витримати безліч випробувань. У них народилося троє дітей — Роберт, Люсі та Тім, і попри прогресування хвороби Гокінг продовжував активно працювати.

Стівен Гокінг з першою дружиною Джейн та дітьми – донькою Люсі та синами Тімоті і Робертом

Хвороба поступово обмежувала його рухливість, і врешті він був прикутий до інвалідного візка. Втрата здатності говорити унаслідок трахеотомії стала ще одним ударом. Спілкуватися він зміг завдяки спеціально розробленому синтезатору мови, яким керував за допомогою м'яза щоки. Синтезатор став його голосом, і завдяки йому Гокінг міг писати книги, читати лекції та спілкуватися з колегами.

У 1995 році Гокінг одружився вдруге — на своїй доглядальниці Елайн Мейсон. Їхній шлюб був складним і викликав суперечки серед близьких, але тривав до 2006 року, після чого вони розлучилися. Хвороба продовжувала прогресувати, але Стівен залишався активним у науці та суспільному житті.

Стівен Гокінг з другою дружиною Елайн Мейсон

Спадок.Гокінг продовжував працювати аж до кінця свого життя, залишаючись науковцем, популяризатором і джерелом натхнення для багатьох людей. Його лекції, книги і публічні виступи залишили великий внесок у науку та культуру. Він став однією з найвідоміших постатей у світі науки завдяки своїм видатним досягненням і силі духу, яка допомогла йому подолати хворобу і продовжити свою роботу.

Стівен Гокінг помер 14 березня 2018 року у віці 76 років. Він прожив значно довше, ніж прогнозували лікарі, і залишив по собі великий спадок як вчений, педагог і приклад неймовірної сили духу.

Наукова діяльність

Його життя та досягнення продовжують надихати вчених, студентів і широке коло людей, яким він показав, що навіть найважчі обставини не можуть зупинити прагнення до знань. Його науковий і культурний вплив залишаються незгасними, а спадок продовжує жити в нових поколіннях дослідників.

Перші кроки у дослідженнях.Незабаром після завершення аспірантури Гокінг почав співпрацю з математиком Роджером Пенроузом, досліджуючи сингулярності в рамках загальної теорії відносності. Їхні результати стали великим проривом і підтвердженням теорії про те, що Всесвіт мав початок у вигляді сингулярності. Вони розробили математичну модель, яка стала важливим теоретичним доказом теорії Великого вибуху, а згодом лягла в основу сучасних моделей еволюції Всесвіту.

Теорія сингулярності та початок Всесвіту. На початку своєї кар'єри, у 1970-х роках, Гокінг разом з математиком Роджером Пенроузом працював над теоремами сингулярності в загальній теорії відносності. Вони розробили математичні докази, які підтверджували, що Всесвіт мав початкову точку — сингулярність.

Це відкриття стало основою теорії Великого вибуху, підтвердивши ідею про те, що Всесвіт має обмежений вік і почався з точки нескінченної щільності та температури. Їхня робота з сингулярностями також поглибила розуміння чорних дір та гравітаційних колапсів, що зробило значний внесок у сучасну космологію.

Теорія випромінювання Гокінга. У 1974 році Гокінг запропонував революційну ідею, відому як «випромінювання Гокінга». Вона ґрунтувалася на об'єднанні квантової механіки та загальної теорії відносності. Гокінг виявив, що чорні діри, всупереч усталеній думці, не є повністю чорними. Через квантові ефекти вони можуть випромінювати енергію і втрачати масу.

Ідея базувалася на квантових флуктуаціях у просторі біля горизонту подій чорної діри. Там спонтанно утворюються пари частинок та античастинок, одна з яких поглинається чорною дірою, а інша виривається назовні. Цей процес поступово призводить до «випаровування» чорної діри.

Теорія випромінювання Гокінга стала фундаментальною в сучасній фізиці і призвела до виникнення парадоксу інформації чорних дір, який став одним з найбільших нерозв’язаних питань теоретичної фізики. Відповідно до теорії Гокінга, інформація, що потрапляє до чорної діри, зникає разом із нею, що суперечить принципам квантової механіки.

«Модель Всесвіту без меж». У 1983 році Гокінг спільно з американським фізиком Джеймсом Хартлом запропонував концепцію «моделі Всесвіту без меж», яка стала відомою як «стан Гартла-Гокінга». Вони запропонували, що на початковій стадії існування Всесвіту не було чіткої межі між простором і часом, а обидві ці складові існували як єдина «сфера».

Згідно з цією моделлю, початок Всесвіту можна уявити без чіткої сингулярності, де час «плавно» переходить у просторову координату. Це дозволяє уникнути точки з нескінченною щільністю та температурою, що, на думку Гокінга і Хартла, було б логічним підходом для квантової моделі початку космосу. Ця модель надихнула багатьох учених на пошук квантової теорії гравітації і залишається однією з найважливіших ідей у космології.

Квантова гравітація і пошук «теорії всього».Гокінг активно працював над ідеєю квантової гравітації — теорії, яка б поєднала загальну теорію відносності з квантовою механікою. Це завдання є одним із головних завдань теоретичної фізики. Теорія всього має пояснювати всі відомі взаємодії в природі, включаючи гравітацію, як єдиний механізм.

Хоча Гокінгу не вдалося знайти кінцеву теорію всього, його роботи стали основою для подальших досліджень, зокрема у таких галузях, як теорія струн, квантова гравітація і підходи, засновані на принципах суперсиметрії та петльової квантової гравітації. Він був переконаний, що рішення криється в об’єднанні квантових і гравітаційних принципів.

Дослідження щодо природи простору-часу та чорних дір. Одним з цікавих аспектів досліджень Гокінга були його роботи з топології та природи простору-часу у контексті чорних дір. Він розглядав концепції «червоточин» (wormholes), теорій, що можуть пояснити можливість подорожей у часі. Гокінг вважав, що такі тунелі між різними точками простору-часу, можливо, існують, але ймовірно нестійкі та недосяжні для подорожей.

Популяризація науки і «Коротка історія часу». Окрім наукових досягнень, Гокінг зробив значний внесок у популяризацію науки. Його книга «Коротка історія часу», видана у 1988 році, стала світовим бестселером і зробила складні наукові концепції доступними для широкої аудиторії. Гокінг використовував просту мову для пояснення таких понять, як походження Всесвіту, природа чорних дір, час і простір. Його праці допомогли мільйонам людей зрозуміти основи сучасної фізики та космології.

Крім «Короткої історії часу», Гокінг написав й інші популярні книги, як-от «Всесвіт в горіховій шкаралупі», «Великий задум» та «Короткі відповіді на великі питання», які також отримали високу оцінку та популярність.

Парадокс інформації чорних дір. Одна з найбільш знакових дискусій, розпочатих Гокінгом, стосується так званого «парадоксу інформації чорних дір». Згідно з його теорією випромінювання, чорні діри втрачають масу і можуть повністю зникнути. Це означає, що інформація про об'єкти, які вони поглинули, теж зникає. Проте в квантовій механіці існує принцип збереження інформації, що суперечить такому процесу.

Протягом десятиліть ця проблема залишалася нерозв'язаною і викликала численні дискусії серед фізиків. Пізніше Гокінг змінив свою позицію і припустив, що інформація все ж може зберігатися, але специфічні деталі парадоксу залишаються невідомими.

Наукова діяльність Стівена Гокінга заклала основу для багатьох відкриттів і наукових досліджень. Його роботи вплинули не тільки на теоретичну фізику та космологію, а й на загальне уявлення людства про природу Всесвіту, межі часу і простору. Гокінг залишив великий науковий спадок, і його ідеї продовжують надихати фізиків, філософів і людей у всьому світі на дослідження фундаментальних питань про наше існування.

Список використаної літератури

1. Гокінг, С. (1988). Коротка історія часу: Від Великого вибуху до чорних дір. Нью-Йорк: BantamBooks. URL: https://chtyvo.org.ua/authors/Stephen_William_Hawking/Korotka_istoriia_chasu_Vid_velykoho_vybukhu_do_chornykh_dir.pdf
2. Офіційний сайт Стівена Гокінга. URL: https://www.hawking.org.uk/
3. NASA – Статті про Гокінга. URL: https://www.nasa.gov/
4. Королівське товариство (TheRoyalSociety). URL: https://royalsociety.org/search/?query=Stephen%20Hawking

Статтю підготувала студентка ІІ курсу спеціальності Математика денної форми навчання Савенко Олександра (група МІ23Б) у межах звіту про вивчення курсу «Історія науки і техніки» (викладач – професор Р.Я. Ріжняк).

Презентацію до статті можна скачати тут.