Stephen Hawking

Rozbalit box

Obsah boxu

Stephen William Hawking (8. ledna 1942 – 14. března 2018) byl anglický teoretický fyzik, kosmolog, spisovatel a jeden z nejvýznamnějších a nejznámějších vědců své doby. Jeho práce zásadně přispěla k pochopení vesmíru, zejména v oblasti černých děr a gravitačních singularit. Jeho nejznámějším objevem je teoretická předpověď, že černé díry vyzařují záření, dnes známé jako Hawkingovo záření.

Přestože byl v 21 letech diagnostikován s amyotrofickou laterální sklerózou (ALS), která ho postupně zcela paralyzovala a upoutala na invalidní vozík, pokračoval ve své průlomové vědecké práci po více než pět desetiletí. Díky své knize Stručná historie času, která se stala mezinárodním bestsellerem, a díky svému odhodlání a ikonickému počítačovému hlasu se stal celosvětovým symbolem lidského intelektu a vůle triumfující nad fyzickými omezeními. V letech 1979 až 2009 zastával prestižní post Lukasiánského profesora matematiky na Univerzitě v Cambridge, který kdysi patřil i Isaacu Newtonovi.

Stephen William Hawking
Stephen Hawking během návštěvy NASA v roce 2008
Datum narození	8. ledna 1942
Místo narození	Oxford, Anglie
Datum úmrtí	14. března 2018 (76 let)
Místo úmrtí	Cambridge, Anglie
Národnost	britská
Děti	3
Obor	Teoretická fyzika, kosmologie, kvantová gravitace
Ocenění	Cena Alberta Einsteina (1978) Wolfova cena za fyziku (1988) Cena knížete asturského (1989) Copleyho medaile (2006) Prezidentská medaile svobody (2009)
Soubor:Stephen Hawking signature.svg

⏳ Dětství a vzdělání

Stephen Hawking se narodil 8. ledna 1942 v Oxfordu, přesně 300 let po smrti Galilea Galileiho. Jeho rodiče, Frank a Isobel Hawkingovi, oba absolventi Oxfordské univerzity, se do Oxfordu přestěhovali z Londýna, aby unikli bombardování během druhé světové války. Vyrůstal v intelektuálně podnětném prostředí; jeho otec byl uznávaný lékařský výzkumník specializující se na tropické nemoci.

• Školní léta: Vzdělání získal na St Albans School. Ačkoliv se již v raném věku zajímal o to, jak věci fungují, a přátelé mu přezdívali "Einstein", nebyl považován za zázračné dítě a jeho školní výsledky byly průměrné. Projevoval však velký talent pro matematiku a fyziku.
• Studium v Oxfordu: V roce 1959, v 17 letech, začal studovat fyziku na University College v Oxfordu. Během prvních dvou let se studiu příliš nevěnoval, připadalo mu "směšně snadné" a nudil se. Více se věnoval společenskému životu a byl členem univerzitního veslařského týmu. Až v posledním ročníku se začal studiu intenzivněji věnovat a v roce 1962 promoval s vyznamenáním.
• Doktorandské studium v Cambridge: Po Oxfordu nastoupil na Univerzitu v Cambridge, aby se věnoval kosmologii, která v té době v Oxfordu nebyla rozvinutá. Jeho vedoucím se stal Dennis Sciama, jeden ze zakladatelů moderní kosmologie.

🚑 Diagnóza a odhodlání

Právě během jeho prvního roku v Cambridge, ve věku 21 let, se začaly projevovat první příznaky jeho nemoci.

• Diagnóza ALS: Po sérii vyšetření mu byla v roce 1963 diagnostikována nevyléčitelná a progresivní amyotrofická laterální skleróza (ALS), známá také jako Lou Gehrigova choroba. Jedná se o onemocnění motorických neuronů, které postupně paralyzuje svaly v těle. Lékaři mu dávali pouhé dva roky života.
• Počáteční deprese: Diagnóza ho uvrhla do hluboké deprese. Zdálo se mu zbytečné pokračovat v doktorandském studiu.
• Bod obratu: Zlom nastal díky dvěma klíčovým faktorům. Prvním byla podpora jeho budoucí manželky, Jane Wildeové, se kterou se krátce před diagnózou seznámil. Druhým bylo povzbuzení od jeho vedoucího Dennise Sciamy. Hawking později řekl, že zasnoubení s Jane mu "dalo něco, pro co stojí za to žít".
• Vědecká práce jako smysl života: S nově nalezeným odhodláním se vrhl do práce. Jeho mozek zůstal nemocí nedotčen. V roce 1966 obhájil svou disertační práci s názvem "Properties of Expanding Universes" (Vlastnosti expandujících vesmírů). I přes postupující paralýzu tak odstartoval jednu z nejpozoruhodnějších vědeckých kariér v historii.

🔬 Vědecká kariéra a hlavní přínosy

Hawkingova vědecká práce se soustředila na propojení Einsteinovy obecné teorie relativity s kvantovou mechanikou s cílem popsat původ a osud vesmíru.

💥 Singularity a Velký třesk

• Penrose-Hawkingovy teorémy singularit (konec 60. let): Společně s matematikem a fyzikem Rogerem Penrosem aplikoval Hawking matematické metody používané pro popis černých děr na celý vesmír. V sérii prací dokázali, že pokud je obecná teorie relativity správná, pak vesmír musel začít v bodě o nekonečné hustotě a zakřivení časoprostoru – v gravitační singularitě. Tím poskytli silný teoretický důkaz pro teorii Velkého třesku. Jejich práce ukázala, že singularity nejsou jen teoretickou kuriozitou, ale nevyhnutelným důsledkem gravitace v Einsteinově teorii.

⚫ Černé díry a jejich termodynamika

Největší část své kariéry věnoval Hawking studiu černých děr, objektů s tak silnou gravitací, že z nich nemůže uniknout ani světlo.

• Druhý zákon termodynamiky černých děr (1971): Hawking formuloval teorém, podle kterého celková plocha horizontu událostí skupiny černých děr nemůže nikdy klesnout. Tato vlastnost je matematicky analogická druhému zákonu termodynamiky, kde entropie (míra neuspořádanosti) nikdy neklesá. To vedlo k myšlence, že plocha horizontu událostí je mírou entropie černé díry.

✨ Hawkingovo záření (1974)

Toto je Hawkingův nejznámější a nejdůležitější objev. Při snaze spojit obecnou relativitu s kvantovou mechanikou dospěl k šokujícímu závěru: černé díry nejsou zcela "černé".

• Princip: Podle kvantové teorie pole se ve vakuu neustále spontánně vytvářejí a zanikají páry virtuálních částic a antičástic. Pokud se takový pár vytvoří těsně na hranici horizontu událostí černé díry, může se stát, že jedna částice spadne do černé díry, zatímco druhá unikne do vesmíru.
• Důsledek: Unikající částice se stává reálnou částicí a odnáší s sebou energii. Podle zákona zachování energie musí být tato energie odebrána z černé díry. Pro vnějšího pozorovatele to vypadá, jako by černá díra pomalu vyzařovala tepelné záření, jako by měla určitou teplotu. Toto záření bylo nazváno Hawkingovo záření.
• Vypařování černých děr: Tento objev znamená, že černé díry se postupně "vypařují" a zmenšují. Tento proces je však extrémně pomalý. Černá díra o hmotnosti Slunce by se vypařovala déle, než je současné stáří vesmíru. Pouze velmi malé, tzv. prvotní černé díry, by se mohly vypařit v kratším čase.

❓ Informační paradox černých děr

Hawkingovo záření vedlo k hlubokému teoretickému problému, známému jako informační paradox černých děr.

• Paradox: Kvantová mechanika tvrdí, že informace o stavu systému se nikdy nemůže ztratit. Když ale něco spadne do černé díry a ta se následně kompletně vypaří prostřednictvím Hawkingova záření, které je čistě tepelné (a tedy náhodné), zdá se, že veškerá informace o původním objektu je navždy zničena. To je v rozporu se základními principy fyziky.
• Hawkingův postoj: Hawking původně tvrdil, že informace se skutečně ztrácí. To vedlo k slavné vědecké sázce s fyziky Johnem Preskillem a Kipem Thornem. Po desetiletích debat a nových teoretických poznatcích (jako je holografický princip) Hawking v roce 2004 svůj názor změnil, uznal prohru v sázce a připustil, že informace musí být nějakým způsobem zachována, ačkoliv přesný mechanismus zůstává předmětem výzkumu.

♿ Život s nemocí a technologie

Jeho život byl neoddělitelně spjat s bojem proti postupující nemoci a s vývojem technologií, které mu umožňovaly komunikovat.

• Ztráta řeči (1985): Během návštěvy CERNu v roce 1985 onemocněl těžkým zápal plic. Lékaři mu museli provést tracheostomii, která mu zachránila život, ale natrvalo ho připravila o schopnost mluvit.
• Počítačový hlas: Zpočátku komunikoval zvedáním obočí, aby označil písmena na kartách. Později začal používat počítačový program "Equalizer" od společnosti Words Plus, který mu umožňoval vybírat slova a fráze pomocí spínače v ruce. Hlasový syntezátor, který byl součástí tohoto systému a měl charakteristický americký akcent, se stal jeho poznávacím znamením. Ačkoliv byla později dostupná dokonalejší technologie, Hawking si tento "hlas" ponechal, protože se s ním identifikoval.
• Komunikace pomocí tváře: Jak jeho nemoc postupovala, ztratil schopnost ovládat ruce. Společnost Intel pro něj vyvinula speciální systém, který snímal pohyby jeho lícního svalu pomocí infračerveného senzoru v brýlích. Pohybem tváře ovládal kurzor na obrazovce a vybíral písmena a slova z prediktivního softwaru, který se učil jeho slovník. Tímto způsobem dokázal psát vědecké práce, knihy a e-maily a pronášet přednášky.

📚 Popularizace vědy a veřejné působení

Stephen Hawking nebyl jen výjimečným vědcem, ale také mimořádně úspěšným popularizátorem vědy. Cítil jako svou povinnost přiblížit složité koncepty kosmologie široké veřejnosti.

• "Stručná historie času" (A Brief History of Time, 1988): Tato kniha se stala celosvětovým fenoménem. Hawking v ní srozumitelným jazykem, s minimem rovnic, vysvětluje základní otázky vesmíru: jeho původ (Velký třesk), jeho osud a podstatu prostoru a času. Kniha se prodávala v desítkách milionů výtisků, byla přeložena do více než 40 jazyků a v žebříčku bestsellerů listu The Sunday Times se udržela rekordních 237 týdnů. Díky ní se z Hawkinga stala globální celebrita.
• Další literární díla: Napsal řadu dalších populárně-vědeckých knih, včetně Vesmír v kostce (The Universe in a Nutshell, 2001) a Velkolepý plán (The Grand Design, 2010, s Leonardem Mlodinowem). Společně se svou dcerou Lucy také napsal sérii dětských knih o vesmíru, jejichž hlavním hrdinou je chlapec George.
• Veřejné přednášky a vystoupení: I přes své postižení byl vyhledávaným řečníkem. Jeho předem připravené přednášky, pronášené jeho ikonickým počítačovým hlasem, přitahovaly davy po celém světě. Často je doplňoval svým typickým suchým humorem. V roce 2007 zažil stav beztíže na palubě speciálně upraveného letadla Boeing 727 a doufal, že se jednou podívá do vesmíru se společností Virgin Galactic.

🎭 Kulturní ikona

Hawking se stal nedílnou součástí populární kultury. Jeho postava a hlas se objevily v řadě filmů a seriálů.

• Televizní a filmová vystoupení: Hostoval sám sebe v seriálech jako Star Trek: Nová generace (kde hrál poker s Newtonem a Einsteinem), Simpsonovi, Futurama a opakovaně v sitcomu Teorie velkého třesku, kde byl idolem hlavní postavy, Sheldona Coopera.
• Hudba: Jeho počítačový hlas byl použit v písních skupiny Pink Floyd ("Keep Talking", "Talkin' Hawkin'") a v úvodu písně "Lovesick" od britského zpěváka Robbieho Williamse.
• Filmová ztvárnění: Jeho životní příběh byl námětem několika filmů. Nejznámější je oscarový snímek "Teorie všeho" (2014), kde ho ztvárnil Eddie Redmayne, který za svůj výkon získal Oscara. Samotný Hawking film pochválil a Redmaynovi zapůjčil svůj skutečný počítačový hlas.

🤔 Názory a filozofie

Hawking se často vyjadřoval k filozofickým a společenským otázkám, které přesahovaly rámec jeho vědecké práce.

• O Bohu: Ačkoliv v mládí nebyl striktním ateistou, postupem času dospěl k závěru, že existence Boha není pro vysvětlení vzniku vesmíru nutná. Ve své knize Velkolepý plán napsal: "Protože existuje zákon jako gravitace, vesmír může a bude tvořit sám sebe z ničeho. Spontánní stvoření je důvodem, proč existuje něco, spíše než nic, proč existuje vesmír, proč existujeme my. Není nutné vzývat Boha, aby zapálil doutnák a uvedl vesmír do chodu."
• Budoucnost lidstva: Vyjadřoval obavy ohledně dlouhodobého přežití lidstva na Zemi. Jako největší hrozby vnímal klimatické změny, pandemie a válku s použitím jaderných nebo biologických zbraní. Byl přesvědčen, že jedinou dlouhodobou záchranou pro lidstvo je kolonizace vesmíru a vytvoření soběstačných kolonií na jiných planetách.
• Umělá inteligence: Varoval před riziky spojenými s vývojem pokročilé umělé inteligence (AI). Obával se, že by se AI mohla začít sama zdokonalovat a nakonec překonat lidskou inteligenci a převzít kontrolu, což by mohlo znamenat konec lidské rasy.

🧑‍🏫 Pro laiky

• Co je to singularita? Představte si, že mačkáte houbu. Čím víc ji mačkáte, tím je menší a hustší. Singularita je teoretický bod, kde je veškerá hmota a energie vesmíru (při Velkém třesku) nebo hvězdy (v černé díře) stlačena do nekonečně malého a nekonečně hustého bodu. Je to místo, kde přestávají platit nám známé fyzikální zákony.
• Co je to Hawkingovo záření? Podle kvantové fyziky není prázdný vesmír úplně prázdný. Neustále v něm "probublávají" páry neviditelných částic, které okamžitě zaniknou. Hawking si uvědomil, že když se takový pár zrodí přímo na hraně černé díry, může se stát, že jedna částice spadne dovnitř a druhá unikne. Ta uniklá částice se stane viditelnou a pro nás to vypadá, jako by ji černá díra "vyzářila". Tím černá díra ztrácí energii (a tedy i hmotnost) a velmi, velmi pomalu se "vypařuje".
• Proč byl jeho hlas tak ikonický? Hlas, který používal, pocházel ze syntezátoru z 80. let. Měl charakteristický robotický, americký přízvuk. I když mu později nabízeli modernější a přirozeněji znějící hlasy, Hawking je odmítal. Tvrdil, že tento hlas se stal jeho součástí a jeho poznávacím znamením. Stal se tak paradoxně jedním z nejznámějších "britských" hlasů na světě.