Saját kivégzése adott erőt a tudomány popikonjának

2017.01.07. 19:59

75 éve, 1942. január 8-án született a modern fizika egyik meghatározó alakja, Stephen Hawking. Nevéről a legtöbb embernek valószínűleg modern kütyükkel felszerelt tolószéke és jellegzetes géphangja ugrik be, pedig az ősrobbanással és fekete lyukakkal kapcsolatos elméleteivel, valamint ismeretterjesztő munkájával már beírta magát a tudománytörténet ikonikus figurái közé. Élete bővelkedett az örömteli és szomorú eseményekben, így nem csoda, hogy a közelmúltban egy sikeres mozifilmet is forgattak róla.

Egy csodabogár család sarja

Van valami sorsszerű abban, hogy napjaink legnépszerűbb fizikusa éppen Galileo Galilei halálának háromszázadik évfordulóján látta meg a napvilágot.

Hawking egy vészterhes időben született Oxfordban két brit értelmiségi, Frank és Isobel Hawking első gyermekeként. A világháború viszontagságai megnehezítették a család életét, kezdetben komoly anyagi gondokkal küszködtek. Stephennek két testvére született, Mary (1943) és Philippa (1947), majd 1956-ban szülei örökbe fogadtak egy fiút is, Edwardot.

Az ismerősök egyfajta csodabogár famíliaként jellemezték a Hawking családot, akik vacsora közben sem beszélgettek egymással, inkább csendben olvasgatták az éppen kezük ügyébe eső könyveket. Az apa a pénzügyi problémák megszűnését követően sem mondott le sajátos puritán életstílusáról: egy londoni taxinak használt régi kocsit vásárolt, és hullámlemezből épített bódét garázsnak.

Frank az elsőszülött fiát orvosi pályára szánta, ám a kíváncsi természetű gyermek érdeklődését inkább a csillagászat, a kozmosz világa kötötte le. Édesanyja szerint a fiú a nyári estéken gyakorta kimerészkedett az udvarra, hogy hosszasan bámulja az égbolt pislákoló fényeit. Mindig képes volt erősen rácsodálkozni a dolgokra, és láttam, hogy a csillagok valósággal megbabonázzák őt”  – emlékezett vissza az asszony.

Forrás: Getty Images/2010 Getty Images/Frederick M. Brown

Amennyire vonzotta Hawkingot a tudomány a tanintézmény falain kívül, annyira érdektelennek tartotta az iskolai órákat, fiatal nebulóként kifejezetten rossz tanulónak számított – olvasni is csak nyolcévesen tanult meg.

Tanulmányait később az Oxfordi Egyetem diákjaként is lazán kezelte. Eredetileg matematikával szeretett volna foglalkozni, ám Oxfordban ekkor még nem lehetett diplomázni belőle, így inkább a fizika, azon belül is a kozmológia felé fordult. Miután summa cum laude minősítéssel fizikusi végzettséget szerzett, úgy döntött, a Cambridge-i Egyetemen végzi el a doktori képzést.

A mindent megváltoztató betegség

Hawking már Oxfordban igyekezett aktív életmódot folytatni, táncolt és evezett is. Ám ekkor kezdtek feltűnni az első jelek, hogy valami nincs rendben az ifjú tehetséggel: időnként elesett, beszéde érthetetlenné vált, ekkor azonban még nem tulajdonított a tüneteknek különösebb jelentőséget, sőt, igyekezett palástolni állapotát társai és családja előtt.

Ez azonban nem mehetett a végtelenségig. Idővel feltűnt az idősebb Hawkingnak fia furcsa viselkedése, így orvoshoz küldte az alig 21 éves Stephent. Csak hosszas, komoly fájdalmakkal járó tesztsorozat után derült ki az igazság, ami padlóra küldte az egész családot: Hawking egy különleges, gyógyíthatatlan degeneratív idegrendszeri elváltozásban, úgynevezett amiotrófiás laterálszklerózisban (ALS-ben) szenved. 

Ez a központi idegrendszer mozgató idegsejtjeinek pusztulásával járó kór, következménye, hogy az akaratlagos izmok fokozatosan elgyengülnek, majd végül el is sorvadnak. Az orvosok csupán két és fél évet adtak a fiatal fizikusnak.

Forrás: Getty Images/2008 Getty Images/Romano Cagnoni
54 éve él a betegséggel

Az ALS leginkább 40–60 éves kor körül alakul ki, de jelentkezhet fiatalabb korban is. A túlélési idő egyén- és korfüggő: általában 2-3 év alatt elviszi a kór az érintettet, de léteznek olyan páciensek, akik évtizedek óta élnek együtt e betegséggel.


A legkülönlegesebb eset az orvosok szerint mindenképpen Hawkingé. Hogy miért, arra több magyarázat is létezik. Leo McCluskey, a Pennsylvania Állami Egyetem kutatója a Scientific American magazinnak azt nyilatkozta, hogy az ALS elsősorban két módon gyilkol: a légzőizmok működéséért felelős idegsejtek pusztulásával légzési elégtelenség lép fel, a nyelési izmok elhalásával pedig az érintett személy képtelen lesz inni és táplálkozni. Ha a betegség nem érinti ezeket a területeket, a páciens akár évtizedekig is életben maradhat.

Az elkeserítő hír azonban egészen máshogy hatott Hawking életére, mint azt bárki várta volna. Amikor a kórházban feküdt, szobatársa egy leukémiában szenvedő fiú volt, az ő szenvedését látva értette meg a tudós, hogy vannak emberek, akik még nála is rosszabb helyzetben vannak. A másik sorsformáló esemény Hawking különös, bizarr álma volt, amelyben a saját kivégzését látta.  Úgy érezte, ha kegyelmet kapna, hátralévő idejét a társadalom számára hasznos munkával tudná eltölteni. Saját bevallása szerint ez a későbbiekben alapvetően meghatározta életének és karrierjének alakulását. 

A betegségem diagnosztizálása előtt untam az életemet, úgy láttam, nincs értelme bármivel is foglalkozni”  – vallott memoárjában korábbi életszemléletéről a fizikus. Amikor azonban tudatosult benne, hogy talán már a doktoriját sem lesz képes befejezni, minden energiáját a kutatásba fektette.

Szerencsére az 1963-as év nemcsak szomorú, hanem örömteli eseményeket is tartogatott Hawking számára. Kevéssel a diagnózisa előtt egy szilveszteri partin megismerkedett a bölcsészhallgató Jane Wilde-dal, akivel 1965-ben összeházasodtak. Három gyermekük született: Robert (1967), Lucy (1969) és Timothy (1979). 

Stephen Hawking és Jane Wilde szerelmét a nagy sikerű A mindenség elmélete dolgozta felForrás: www.focusfeatures.com

Az ősrobbanás nyomában – lendületet vesz Hawking karrierje

Az 1960-as évek elején az ősrobbanás elmélete még nem számított sziklaszilárd teóriának, a tudósok egy jelentős része az „állandó állapotú világegyetemben” hitt. Ennek lényege, hogy az univerzum változatlan állapotban öröktől fogva létezik.

Kezdetben maga Hawking is ezt a nézetet támogatta, véleménye azonban idővel megváltozott, és kételkedni kezdett a hipotézisben. Jelentős szerepet játszott ebben egy 1965-ös véletlen felfedezés: két kutató, Arno Allan Penzias és Robert Woodrow Wilson éppen egy új típusú antennán dolgozott, amikor műszereikkel furcsa, megmagyarázhatatlan zajra lettek figyelmesek. Mint kiderült, a mikrohullámú háttérsugárzást, az ősrobbanás „visszhangját” sikerült észlelniük, amely mondhatni „halálos csapást” mért az állandó világegyetemről szóló nézetekre. 

Forrás: AFP

Innentől kezdve Hawking figyelmének középpontjába az ősrobbanás került. Akkoriban a fizikusok arra jutottak, hogy Einstein gravitációs elmélete lehetővé teszi a szingularitások létezését – ezek a téridő olyan pontjai, ahol a téridő görbülete végtelenné válik. Sokáig azonban kérdéses volt, léteznek-e a valóságban szingularitások. Az angol Roger Penrose a matematika eszközeivel bizonyította, hogy igen, méghozzá fekete lyukak belsejében. 1970-ben Hawking Penrose-zal együttműködve az egész világegyetemre alkalmazta ezt az elképzelést:  az eredeti egyenletben az idő irányát megfordítva bizonyította, hogy Einstein teóriája alapján az univerzum története az ősrobbanásnak nevezett végtelen sűrűségű és hőmérsékletű szingularitással kezdődött. 

Doktori címének megszerzése után, 1968-ban Hawking a Cambridge-i Asztronómiai Intézet tagja lett. Sajnos egészségi állapota, ha nem is olyan sebesen, mint korábban, de tovább romlott, 1969-re tolószékbe került, 1971-től pedig már írni sem tudott. 

Roger PenroseForrás: Wikimedia Commons

Fekete lyukak repítik a világhírnév felé

Hawking egyik legmerészebb álmának mind a mai napig a mindenség elméletének megtalálását tekinti. E feltételezett teória lényege, hogy teljes mértékben leírja az összes fizikai jelenséget, kapcsolatot teremt köztük, és megjósolja valamennyi kísérlet következményét, amelyet elvégezhetünk. Szakmai nyelven fogalmazva: összehangolja a relativitáselméletet a kvantummechanikával.

Hawking úgy vélte, az ősrobbanás és a mindenség elméletéhez a kulcs a fekete lyukak tanulmányozásában rejlik, így ezeket a kozmikus képződményeket kezdte el kutatni. 

Forrás: NASA
Mi a fekete lyuk?

A hivatalos definíció szerint a téridő olyan tartománya, amely nem tud a szokásos módon kommunikálni a külső univerzummal. Kívülről részecskék bejuthatnak, de a lyukban olyan erős a gravitációs tér, hogy belülről semmi nem kerül ki. Mivel fény sem jöhet ki, kívülről a lyuk nem látható, egy fekete hézag az űrben. A tartomány határa a fekete lyuk felülete, az úgynevezett eseményhorizont.

E területen számos eredményt ért el. Példának okáért 1974-ben hozta nyilvánosságra leghíresebb elképzelését, amely szerint a fekete lyukak képesek sugározni, ezáltal veszíteni a tömegükből. Ezt nevezzük Hawking-sugárzásnak

Forrás: NASA

Bár a teória nagy felzúdulást keltett a tudósok között – lényegében a mai napig nem sikerült megfigyelni –, Hawkingot még ebben az évben (alig 32 évesen) a brit tudományos akadémia, a Royal Society tagjává választották, és egyfajta „popikonná” avanzsált a tudomány világában. 

Az információs paradoxon

A Hawking-sugárzás miatt csökken a fekete lyuk energiája és tömege, ezt a jelenséget a fekete lyuk párolgásának hívják. A legnagyobb valószínűség szerint a folyamat végén a fekete lyuk megsemmisül, ami hatalmas problémát vet fel a fizika területén, mert azt jelenti, hogy a belsejében lévő információ véglegesen elveszhet, amikor a fekete lyuk eltűnik. Ez pedig megsérti a kvantummechanika azon törvényét, hogy az információ nem semmisülhet meg (információs paradoxon). Noha Hawking 2004-ben beismerte, hogy tévedett, és az információ kiszökhet a fekete lyukakból, az továbbra is vita tárgya maradt, hogy lehetséges-e, és ha igen, miként nyerhető vissza az információ egy fekete lyukból.

2016-ban közölt tanulmányában ugyan arról értekezett, hogy az információt valószínűleg a fekete lyukak körül gyűrűszerűen elhelyezkedő, alacsony energiájú kvantumgerjesztésekből álló „szőr” tárolhatja, a tudósok többsége szerint az információs paradoxon rejtélyének megoldása még várat magára.

1983-ban Hawking James Hartle fizikus segítségével egy újabb modellt alkotott. A két kutató a világegyetem létrejöttével kapcsolatban arra a megállapításra jutott, hogy tulajdonképpen nincs is valódi kezdete, vagyis úgy kell elképzelni, mint ahol „a tér és idő határtalan, zárt felületet alkot”.

Természetesen Hawking a tudomány szolgálatában végzett munka mellett a tanítást sem hanyagolta el. Egy évig a pasadenai Caltech vendégprofesszora volt Kaliforniában, majd 1977-től egyetemi professzorként helyezkedett el Cambridge-ben. 1979-től a matematika Lucas-professzora lett, ezt a posztot töltötte be valaha Isaac Newton is. 2009-es nyugdíjazásáig ebben a tisztségben maradt.

A beszédképesség elvesztése

A 70-es évek közepétől Hawking egyre inkább magatehetetlenné vált, először egyetemi tanítványai, majd 1980-tól reggel és este néhány óráig hivatásos ápolónő volt a segítségére.

1985-ben tüdőgyulladást kapott, és gégemetszést hajtottak végre rajta. Ettől kezdve 24 órás segítségre, gondozásra szorult. Beszéde már a gégemetszés előtt is nehezen volt érthető, tagolatlanul beszélt, mint a részegek. Csak néhány ember volt képes megérteni, ők tolmácsolták Hawking szavait. Így diktálta le tudományos dolgozatait, és tolmáccsal tartotta meg egyetemi óráit. A gégemetszés után többé már nem tudott beszélni.

A beszédképesség elvesztése után először rendkívül nehézkes és lassú volt számára a kommunikáció, a kapcsolattartás. Az ábécé betűit tartalmazó kártyát tartottak szemei elé, segítője sorban rámutatott a betűkre, Hawking pedig szemöldökének felhúzásával jelezte, ha a kívánt betűhöz értek. Ezután Kaliforniából kapott egy olyan szoftvert, amely szavakat kínált fel a képernyőn, így már betűk helyett szavakból válogathatott. A válogatáshoz egy kapcsolót kellett kézzel működtetni. Maradék kézmozgásának elvesztése után kívülről az arcához rögzítettek egy vezérlő szenzort, amit az arcizom mozgásával vezérel. 

Forrás: Getty Images/2004 Getty Images/Dave Hogan

A számítógépben tárolt szövegfogalmazványt egy beszédszintetizátor formálta hallható mondatokká. A következő lépésben a számítógépet és a szintetizátort beépítették Hawking tolószékébe. Ezzel a rendszerrel körülbelül percenként 15 szó sebességgel tudott fogalmazni, állapotának romlásával azonban ma már jóval kevesebbre képes.

Az idő rövid története

A beszédszintetizátor hatalmas segítséget jelentett Hawking számára. Több könyvet és tudományos dolgozatok sorát írta meg ily módon, sőt, napjainkig rendszeresen tart tudományos és ismeretterjesztő előadásokat.

Egyik leghíresebb művét nem is kifejezetten a tudományos közösségnek, hanem laikusoknak készítette. Az idő rövid története című könyve minden eladási rekordot megdöntött, több mint 40 nyelvre fordították le, a magyar kiadása is óriási sikernek számított. 

Forrás: Getty Images/2016 Getty Images/Jemal Countess

A tudomány egyre növekvő népszerűségét kihasználva Hawking további írásokat is megjelentetett. Olyan nagy sikerű művek kerültek ki a kezei közül, mint a kozmológia legnagyobb elméleteit bemutató A világegyetem dióhéjban vagy az univerzum keletkezésével foglalkozó A nagy tervEz utóbbi alkotásában arról érvelt, hogy a világegyetem létrejöttéhez nincs szükség Istenre, a fizika törvényei lehetővé teszik, hogy a világmindenség létrehozza magát a „semmiből”. 

Fókuszba került a magánélete

A „tudományos celebbé” válás egyik kellemetlen velejárója volt, hogy az emberek kezdtek fokozott érdeklődést mutatni Hawking magánélete iránt, ami egyébként sem volt viharoktól mentes (egy 2012-es interjúban azt vallotta, a nők jelentik számára a legnagyobb rejtélyt). 

1990-ben elvált feleségétől, Jane-től, majd 1995-ben elvette ápolónőjét, Elaine Masont. A kapcsolatnak Hawking gyerekei nem örültek, úgy vélték, Masont csak a hírnév vezérli, sőt, többször meggyanúsították azzal, hogy fizikailag is bántalmazza a híres fizikust, amit az érintett tagadott. 

Második feleségével, Elaine MasonnelForrás: Getty Images/2004 Dave M. Benett/Dave M. Benett

A pár 2006-ban a válás mellett döntött, ami ismét közelebb hozta Hawkingot és családját. 2007-ben még egy gyerekeknek szóló tudományos könyvet is megjelentetett lányával, Lucyvel.

Időutazás és űrutazás

Hawking egyik legnagyobb tehetsége abban rejlik, hogy még a tudományos fantasztikum világába hajló témákról is képes hitelesen és közérthetően beszélni, így kifejtette már véleményét többek között a földön kívüli civilizációkról, a mesterséges intelligenciáról és az időutazásról is. 

Utóbbi lehetőségét a világhírű fizikus erősen vitatja. Bár az általános relativitáselmélet elvileg megengedi a téridő olyan szintű torzítását, hogy visszafelé utazhassunk az időben, ehhez elképzelhetetlen mennyiségű energiára lenne szükség.  Az időutazás gyakorlati megvalósíthatatlanságát egy igencsak vicces kísérlettel demonstrálta: 2009-ben rendezett egy bulit időutazók számára, ám a meghívókat csak három évvel később, 2012-ben küldte ki. A partit sajnálatos módon kénytelen volt magányosan eltölteni. 

Hawking véleménye alapján az emberiség jövője az űr felfedezésétől függ, és azt jósolta, egy nap más planétákat is meghódítanak az emberek. 

Jurij Milner orosz milliárdos (balra) és Stephen Hawking brit tudós a közös tudományos kezdeményezésüket bejelentő sajtókonferencián LondonbanForrás: MTI/EPA/Andy Rain

Ennek szellemében a tudós az űrprogramok fejlesztésének nagy támogatója; 2016 áprilisában például bejelentette, hogy egy orosz milliárdossal, Jurij Milnerrel összefogva olyan nanoméretű űrhajót tervez, ami húsz év alatt eljut a legközelebbi csillagrendszerhez, az Alfa Centaurihoz, és feltérképezi. A merész projekt a Breakthrough Starshot nevet kapta. 

Forrás: Wikimedia Commons
Hawking és a súlytalanság

A fizikus egyik nagy álma 2007-ben valósult meg, ekkor súlytalansági repülésen vett részt. „Egész életemben a gravitációt és a fekete lyukakat tanulmányoztam, és most izgatottan várom, hogy első kézből szerezzek tapasztalatot a súlytalanságról” – mondta a repülés előtt.

A zuhanórepülés tízezer méter magasan kezdődött egy speciálisan átépített Boeing 727-200-as fedélzetén, 45 fokos szögben. Hawkingnak 30 másodpercig sikerült a súlytalanságot átélnie: kiemelkedett a tolószékből, és lebegett. A pilóták nyolcszor ismételték meg a zuhanást, így a fizikus összesen 4 percet tölthetett súlytalanságban.

Idegenek és mesterséges intelligencia

Habár Hawking az idegen élet utáni kutatások egyik legfőbb támogatója, hevesen ellenzi, hogy kapcsolatba lépjünk a földönkívüliekkel.

Úgy hiszi, ez a lépés veszélybe sodorhatja az egész emberiséget, mivel egy távoli intelligens civilizáció valószínűleg gyengébbnek, alacsonyabb rendűnek gondolná fajunkat. Olyannak, akiket gyerekjáték leigázni.

Forrás: Getty Images/©Karwai Tang/Karwai Tang

Hawking az idegenekhez hasonló veszélyforrásként tekint a mesterséges intelligenciára is. A legjobb vagy a legrosszabb dolog, ami az emberiséggel történhet”  – fejtette ki véleményét a gépi intelligenciáról a kutató egy korábbi előadásában.

Szerinte az igazi probléma a fejlődésből adódik: míg az embereket köti a lassú, évszázados-évezredes evolúció, addig a gépek, ha egyszer elszakadnak tőlünk, elképesztő mértékben tudják majd fejleszteni saját magukat. 

Kip ThorneForrás: Wikimedia Commons
Rendre veszít a fogadásokban

Hawking szenvedélyesen szeret fogadni, ám nem túl sikeres benne.

1975-ben a fekete lyukak létezéséről – pontosabban arról, hogy a Cygnus X-1 csillagászati objektum fekete lyuk-e – fogadott kollégájával, Kip Thorne-nal. Mivel Hawking munkásságának tetemes része alapszik a fekete lyukak létezésén, így bevallottan maga ellen fogadott. Ha fekete lyukak mégsem léteznek, és kutatásai elbuknak, legalább nyert egy fogadást. 1988-ban a csillagászok már 95%-os biztonsággal állították, hogy a Cygnus X-1 valóban fekete lyuk. Ezután nem sokkal Hawking is elismerte, hogy vesztett, így kifizette Thorne-nak az egyéves Penthouse-előfizetést – ezzel magára haragítva a fizikus feleségét.

Később Thorne Hawking oldalára állt, közösen fogadtak John Preskill ellen (ennek részleteiről egy korábbi cikkünkben olvashat).

2012-ben, a Higgs-részecske megtalálásakor Stephen Hawking úgy gondolta, ezért a felfedezésért jár a Nobel-díj. Járt is, de a fizikus elmosolyodva azt is bevallotta, hogy ez neki 100 dollárjába került. Hawking ugyanis ekkora összegben fogadott 2000-ben a Michigani Egyetem professzorával, Gordon Kane-nel abban, hogy sosem fogják megtalálni a Higgs-részecskét.

Stephen Hawking tehát nem pihen, rendületlenül tartja népszerű előadásait, és szüntelenül keresi az információs paradoxon megoldását, valamint a világegyetem törvényeit leíró nagy elméletet. Életszemléletét és munkásságát kiválóan összegzi egy tőle származó idézet: 

Bár nekünk, emberi lényeknek fizikai korlátaink vannak, szellemünk szabadon bejárhatja az egész világmindenséget.” 

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK