Premiul Nobel pentru Stephen Hawking ar putea fi

Moartea l-a înșelat pe Stephen Hawking, laureat al premiului Nobel?

Când fizicianul iconic s-a stins din viață la 14 martie 2018, erau deja la îndemână date care ar putea confirma o previziune de rău augur pe care a făcut-o acum mai bine de patru decenii. Dr. Hawking a emis ipoteza că găurile negre, care sunt condamnate de gravitație, nu pot crește decât mai mari, niciodată mai mici – înghițind informații pe măsură ce treceau și amenințându-ne capacitatea de a urmări istoria universului.

Aceste date au fost obținute în 2015, când Observatorul cu unde gravitaționale cu interferon laser sau LIGO, a înregistrat semnale de la două găuri negre masive care s-au ciocnit și au creat o gaură neagră și mai masivă.

Predicția doctorului Hawking a fost primul pas crucial într-o serie de informații despre găurile negre care au schimbat fizica modernă. În joc este dacă gravitația einsteiniană, care alcătuiește universul mai mare, joacă după aceleași reguli ale mecanicii cuantice, regulile contradictorii care prevalează în interiorul atomului.

Confirmarea predicțiilor doctorului Hawking a fost publicată Vara aceasta în scrisori de recenzie fizică. O echipă condusă de Maximiliano Isi, fizician la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, și colegii săi au petrecut ani de zile săpând detaliile descoperirilor LIGO, iar în iulie au anunțat în cele din urmă că dr. Hawking avea dreptate, cel puțin pentru această culoare neagră. coliziunea găurilor.

„Este un test interesant, deoarece este un rezultat mult dorit, care nu poate fi atins într-un laborator de pe Pământ”, a declarat într-un e-mail Matthew Geisler, cercetător la Universitatea Cornell și parte a echipei Dr. Issey. „Acest test a necesitat studierea fuziunii a două găuri negre la mai mult de un miliard de ani lumină distanță și nu ar putea fi realizat fără LIGO și detectoarele sale fără precedent”.

Nimeni nu pretinde să cunoască mintea Comitetului Premiului Nobel, iar numele persoanelor nominalizate pentru premiu au fost păstrate secrete pentru încă 50 de ani. Dar mulți cercetători sunt de acord că confirmarea doctorului Essie cu privire la predicția lui Hawking i-ar fi putut face pe dr. Hawking – și pe coautorii săi într-o lucrare specifică pe această temă – eligibili pentru Premiul Nobel.

Dar Premiul Nobel nu poate fi acordat postum. Rezultatul doctorului Issa a venit prea târziu.

Săptămâna Premiului Nobel s-a întors luni, când unii oameni de știință speră la un telefon pentru a-i unge drept câștigători și a-i invita la o gală fastuoasă la Stockholm, pe 10 decembrie (anul acesta, din cauza pandemiei, premiile vor fi înmânate în țările câștigătorilor.)

Dr. Hawking, probabil unul dintre cei mai cunoscuți și onorați cercetători, nu a câștigat niciodată premiul Nobel și niciodată nu va câștiga. Povestea sa este o amintire a modului în care premiul suprem pentru prestigiu este supus vicisitudinilor sorții.

norul universului

Povestea a început în 1970, când Dr. Hawking se pregătea să se culce într-o noapte – o sarcină descurajantă pentru un bărbat deja pe jumătate paralizat cu scleroză laterală amiotrofică sau boala Lou Gehrig.

Se gândea la găuri negre – obiecte cu o forță gravitațională atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa de ele, conform teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein. Ei pleacă până la infinit.

Fiecare gaură neagră este înconjurată de un orizont de evenimente, o bulă invizibilă care marchează granița fără întoarcere; Orice intră nu va ieși niciodată. Dr. Hawking și-a dat seama că teoria lui Einstein însemna, de asemenea, că orizontul evenimentelor unei găuri negre nu ar putea scădea niciodată. O gaură neagră câștigă doar masă, astfel încât suprafața totală a orizontului său de evenimente crește doar.

A fost o idee îndrăzneață. Natura nu trebuia să lucreze în acest fel. Ce se întâmplă dacă găurile negre se despart în două sau se împrăștie și dispar, ca bule de săpun?

Viziunea lui Hawking a devenit piatra de temelie a ziarului din 1973, „Cele patru legi ale mecanicii găurilor negre,A scris-o împreună cu James Bardeen, acum la Universitatea din Washington, și Brandon Carter, în prezent la Centrul Național Francez pentru Cercetări Științifice.

Aceste legi conțineau și o consecință tulburătoare a fizicii numită teoria „fără păr”. Suprafața orizontului evenimentelor este o măsură a tuturor informațiilor pe care le-a ingerat gaura neagră. Este la fel cu o gaură neagră, indiferent dacă consumă materie sau antimaterie, un Tesla sau un Volkswagen, un struț sau o balenă. Găurile negre au doar trei proprietăți: masă, centrifugare și încărcare electrică. Nu există alte detalii sau înregistrări „Poezie”.

Această teorie înseamnă că pe măsură ce o gaură neagră îmbătrânește și orizontul său de evenimente crește, cantitatea de informații pierdute despre ceea ce este în interior va crește, de asemenea. Universul va deveni mai prost și mai prost, ascunzând din ce în ce mai multe detalii despre trecutul său, inclusiv poate despre existența ta. Misterul s-a adâncit în 1974, când Dr. Hawking a calculat că efectele cuantice ar face ca o gaură neagră să se scurgă încet și să explodeze.

Căutarea de a înțelege ce se întâmplă cu informațiile dintr-o gaură neagră a schimbat fizica de bază și a revitalizat o generație de tineri teoreticieni. În joc este dacă gravitația lui Einstein, care guvernează universul, și mecanica cuantică, care guvernează microcosmosul, joacă după aceleași reguli.

„Totul a început odată cu realizarea lui Hawking că aria orizontului total al găurilor negre nu ar putea scădea niciodată”, a spus dr. Issey.

Dar fără găuri negre de experimentat, ideile doctorului Hawking nu pot fi testate.

LIGO la salvare

LIGO va schimba asta. Aceasta a fost promisiunea pe care Kip Thorne, fizician teoretic la Caltech și unul dintre fondatorii LIGO, i-a făcut-o doctorului Hawking în 2003. Noua matrice va putea să sorteze proprietățile găurilor negre până când Dr. A împlinit 70 de ani în 2012.

„Darul tău este că detectoarele de unde gravitaționale – LIGO, GEO, Fecioară și LISA – îți vor testa predicțiile găurii negre din epoca de aur și vei începe să te descurci atât de bine înainte de a împlini 70 de ani,” a spus recent doctorul Thorne în timp ce îi spunea .

A durat mai mult – până la 14 septembrie 2015 – ca LIGO să observe primul său eveniment istoric: coliziunea a două găuri negre. Prin potrivirea tiparelor de unde detectate cu simulările pe computer, echipa LIGO a concluzionat că una dintre găurile negre era de 36 de ori mai mare decât soarele nostru și cealaltă era de 29 de ori mai mare – echivalentul unui total de 65 de sori. Coliziunea a dus la o nouă gaură neagră cu o masă de aproximativ 62 de sori. Trei sori de energie au dispărut în undele gravitaționale care au zguduit universul.

Observația nu numai că a confirmat existența undelor gravitaționale, așa cum a prezis Einstein în urmă cu 100 de ani, ci a furnizat primele dovezi directe ale găurilor negre.

O copie filtrată a lucrării de descoperire a ajuns la doctorul Hawking cu câteva zile înainte de anunțul oficial al rezultatelor. A fost uimit să nu găsească nicio mențiune despre cele patru legi ale mecanicii găurilor negre sau despre posibilitatea ca descoperirea să le servească drept test. El i-a trimis mesaje text lui Dr. Thorne pe Skype, autorul lucrării.

„Stephen este total uimit”, le-a scris doctorul Thorne colegilor.

Nimeni nu s-a gândit să verifice legile mecanicii găurilor negre și era prea târziu pentru a adăuga ceva la hârtie. Mai mult, după cum a explicat recent doctorul Thorne, datele erau prea zgomotoase pentru a măsura suficient de bine dimensiunea unei găuri negre nou formate pentru a confirma teoria doctorului Hawking.

În 2017, dr. Geisler, un student absolvent la Caltech, și colegii săi au folosit simulări numerice ale găurilor negre care se ciocnesc pentru a privi mai adânc în vârtejul zilei de judecată.

Când se formează o gaură neagră nou fuzionată, aceasta vibrează. La fel ca toba, generează un ton de bază, precum și armonici – tonalități sau tonuri de bază. Dr. Geisler a constatat că tonurile s-au dovedit a fi surprinzător de puternice la începutul procesului de fuziune. Folosind aceste tonuri, în 2019, el și colegii săi Dovediți teoria „fără păr”, care afirmă că găurile negre pot fi descrise doar prin trei parametri.

În această vară, aceștia au reușit să extindă sfera analizei lor prin exploatarea unui grad semnificativ din noua gaură neagră pentru a măsura dimensiunea acesteia. Ei concluzionează că aria orizontului de evenimente al noii găuri negre a crescut, așa cum a prezis de mult Dr. Hawking.

Visele Nobel

Ar fi câștigat asta dr. Hawking un premiu Nobel dacă ar fi fost încă în viață?

„Nu mă simt confortabil speculând”, a spus dr. Thorne, care a împărtășit Premiul Nobel pentru fizică din 2017 pentru rolul său în dezvoltarea LIGO.

Andrew Strominger de la Universitatea Harvard, un colaborator îndelungat al Dr. Hawking, a spus: „Nu sunt la curent cu deliberările Comitetului Nobel, dar Hawking ar fi fost într-adevăr inclus în acest premiu dacă ar fi fost în viață. Experiențele recente vor face cazul și mai puternic. ”

Daniel Holz, astrofizician la Universitatea din Chicago, care face parte din colaborarea LIGO, dar nu face parte din echipa doctorului Essie, a descris rezultatul ca fiind „absolut remarcabil”.

„Se poate spune că este o confirmare observațională a uneia dintre predicțiile sale”, a spus el. „Aș vrea ca Comitetul Nobel să recunoască acest lucru”.

Premiul de fizică a gravitat întotdeauna spre descoperiri practice și experimentale; Chiar și Einstein a câștigat premiul pentru explicarea efectului fotoelectric, nu pentru relativitate. Cel mai îndepărtat punct la care a ajuns recent Comitetul Nobel pentru astrofizică teoretică a fost în 2020, când Roger Penrose de la Universitatea din Oxford a primit un premiu pentru dovedirea faptului că găurile negre erau posibile în univers.

Dar a împărțit premiul cu doi astronomi, Reinhard Genzel, de la Institutul Max Planck pentru fizică extraterestră și Andrea Geese, de la Universitatea din California, Los Angeles, au studiat amândoi gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee.

Chiar dacă Dr. Hawking era încă în viață atunci când teoria regiunii găurilor negre a fost dovedită, ar fi fost greu pentru el să se potrivească – Premiul Nobel ar putea fi acordat cel mult trei persoane. Și ce zici de Dr. Bardeen și Dr. Carter, coautori ai Dr. Hawking? Și echipa doctorului Issey?

Dr. Hawking nu ar fi primul om de știință care a murit prea devreme pentru a primi premiul Nobel.

Michael Turner, un cosmolog proeminent acum la Fundația Kavli din Los Angeles, a scris într-un e-mail, referindu-se la astronomul Edwin Hubble, care a descoperit universul în expansiune. – Dar a murit primul.

Robert Prout, fizician teoretic la Universitatea Liberă de la Bruxelles, ar fi fost probabil inclus în Premiul Nobel din 2013 pentru că a prezis existența bosonului Higgs, împreună cu colegul său François Englert și Peter Higgs de la Universitatea din Edinburgh, dacă ar fi fost nu a fost. A murit în 2011.

Ronald Drever de la Universitatea din Glasgow, unul dintre fondatorii LIGO, ar fi împărțit Premiul Nobel din 2017 cu Dr. Thorne și Rainer Weiss de la Massachusetts Institute of Technology dacă nu ar fi murit la începutul anului 2017. Locul său a fost luat de Barry C Parrish of the Caltech.

Dr. Hawking se odihnește lângă Isaac Newton și Charles Darwin la Westminster Abbey. Poate că este mai bine decât a petrece iarna la Stockholm.