宇宙を巻き戻し、ブラックホールの熱い境界領域からブーストされた粒子をスキミングした物理学者、スティーブンホーキングは、今日76歳になります（1月8日）。
世界的に有名な宇宙学者であることに加えて、ホーキングはポップカルチャーのアイコンのようなものになりました。彼は印象的な人物です。主に筋萎縮性側索硬化症（ALS）によって動かなくなる身体に丸められた天才です。彼は高度な車椅子に支えられており、頬の1本の筋肉の動きを音声に変換する珍しい特殊なシステムを通じて世界とコミュニケーションをとっています。そのモードで、彼は「スタートレック：次世代」、「シンプソンズ」、「ビッグバン理論」に出演しました。
しかし、ホーキングの最も長持ちする遺産は、20世紀後半の最も重要な物理学者-アルバートアインシュタインやヴェルナーハイゼンベルクのような初期の人物の作品を取り、それらを一緒に編んで、コスモス。
「私たちの過去には特異点があります」
優れた天才物語は強烈なものから始まるものではないので、ホーキングの最初の素晴らしい業績はケンブリッジ大学での博士論文でもあったのが適切です。
1966年に承認されたホーキングの論文は劇的な議論をしました：宇宙全体が単一の点として始まり、無限に小さく密であり、それ自体の上に丸くなっている-すべての始まりの点。または、後で彼が書くように、「私たちの過去には特異点があります。」
それは今日一般的に理解されているように、ビッグバンの最初の説明でした：現代の絶えず拡大する宇宙に突入した、遠い時間の無限の小さな点。
ホーキングが彼の2005年の講義「宇宙の起源」で述べたように、彼の論文は科学者が宇宙の広大な空の範囲、銀河の間の裂け目が拡大しているのを見た瞬間に到着しました。しかし、彼らはその理由を確信していませんでした。一部の物理学者は、特異点を除いた、ビッグバンの概念のより弱いバージョンを提案しました。しかし、定常国家宇宙と呼ばれる別の理論が支配的でした。
「銀河がばらばらになったとき、ホーキングは定常状態の宇宙について述べた。「新しい銀河は宇宙全体に継続的に生成されるはずの物質から形成されるという考えでした。宇宙は永遠に存在し、同じように見えたでしょう。常時。"
言い換えれば、多くの科学者は宇宙が拡大していると思っていましたが、それは始まりも終わりもない方法でした。
伝記作家キティファーガソンが彼女の著書「スティーブンホーキング：自由な心」（St. Martin's Griffin、2012）に書いているように、ホーキングは21歳で1963年のALS診断後の数か月でうつ病に苦しみ、精神病が持続したとすると、彼の論文に到達したことはありません。しかしファーガソン氏によると、彼が期待をはるかに超えており、大学院生を管理するケンブリッジの規則からの例外が認められ、最初の妻であるジェーンワイルドと結婚できるようになったため、彼のうつ病は治まった。
博士論文の主題にたどり着く前のその期間中、ホーキングは、研究者が彼が最終的に取るに足らないと考えた研究に忙しくしている方法に不満を感じていると報告しました。
「人々は、場の方程式の解を見つけることをとても嬉しく思います。彼らは、もしあれば、それがどんな物理的重要性を持っているのかと尋ねることはしませんでした」と彼は2002年の誕生日講義で述べた。
その欲求不満は彼を悪評のある最初の筆に導いた。ファーガソンが再び語ったように、ホーキングは1964年6月に旅行し、有名な天文学者であり、定常状態宇宙理論の擁護者であるフレッド・ホイルからの講演を聞きました。講義の間、ホーキングは欲求不満になり、ホイルの結果の1つに挑戦するために、杖に寄りかかって立ち上がった。
「驚いたホイルはホーキングに、結果が正しいか間違っているかをどのように判断できるかと尋ねた」とファーガソンは書いた。 「ホーキングは、彼は「それを解決した」と答えた。」
聴衆は感銘を受け、そしてホイルは講義で彼の頭の中で教授の研究を引き裂くように見えたこの未知の大学院生によって「激怒」しました、とファーガソンは書いています。 （実際、ホーキングはホイルの学生の一人と友達になり、講義のずっと前にその考えを攻撃し始めました。）
その後すぐにファーガソンは、ホーキングは数学者ロジャーペンローズによって開発された宇宙論について学びました：その特異性、無限相対密度の点と一般相対論で理論化された時空曲率は、十分に大きな星が崩壊すると実際に現れる可能性があります。
「ホーキングはそこから離陸した」とファーガソンは書いた、「時間の方向を逆転させ、そして無限の密度と時空の無限の曲率の点-特異点-が外側に爆発して拡大した場合に何が起こるかを考えた。宇宙が時空が、小さな無次元の点できつく巻き上げられ、ビッグバンと呼ばれる場所で爆発し、今日のように見えるまで拡大したとしましょう。 しなければならない それはそのように起こったのですか？」
ホーキングは、強力な裏付けのある計算で彼の一連の推測をバックアップし、仕事に取りかかりました。彼の博士論文は、これらの計算に基づいて1966年に承認されました。これらの計算は、その後の10年間にペンローズと共同で実施されたフォローアップ研究とともに、ビッグバンに関する科学者の現代的理解の基礎を形成しました。
同じ頃に、定常状態宇宙理論の特定の重要な予測は実験的試験に失敗し始め、初期宇宙の真の歴史の発見者としてのホーキングの地位を固めました。
ブラックホール爆発？
ホーキングのキャリアにおける唯一の功績が宇宙の歴史的な形を発見することだったとしても、彼は巨人である-DNAの二重らせんの形を発見したロザリンドフランクリン、またはニコラウスコペルニクスと一緒に最初に提案した人太陽系の太陽中心モデル。しかし、それはホーキングの2つの明確な成果の1つにすぎません。
2番目のホーキング放射は、ブラックホールと空の空間の量子力学の2つのことを少し理解する必要があります。
まず、ブラックホールについて：ブラックホールとは、それ自体が崩壊して重力が強まり、光さえもその中心の領域から逃げることができない星のことです。イベントホライズンと呼ばれるそのポイントを超えると、時空は非常に湾曲しているため、シュラウドの背後にあるすべてのものが永久に失われます。 1970年代初頭のこの理解によると、ブラックホールは決して発光せず、縮小することも、質量を失うこともありません。質量を増すだけで、覆い隠された領域により多くのスペースを引き込みます。
第二に、量子力学について：ホーキングのキャリアの頃までに、科学者たちはハイゼンベルグの不確実性原理が空の空間は実際には空ではないことを意味することを長い間知っていました。代わりに、それは「仮想」粒子-一緒に出現し、分離し、次に互いに衝突し、測定するには短すぎる時間で全滅する物質-物質のペアで沸騰します。 （科学者たちは今日、それらの仮想粒子が実際に存在するのか、それとも奇妙で確率論的な性質のために量子方程式でのみ現れるのかと主張しています。）
1973年の夏の終わりに、スティーブンとジェーンホーキングはポーランドのワルシャワで開催された講義シリーズに参加し、コペルニクスの500歳の誕生日を祝ったとファーガソンは書いています。そこでホーキングは、ソビエトの2人の物理学者、ヤコフボリソビッチゼルドビッチと彼の学生のアレクセイアレクサンドロビッチスタロビンスキーに出会いました。彼らは、ブラックホールを回転させるエネルギーが彼らのイベントの地平線のすぐ外側に粒子を作ることを示していました。それらの粒子は宇宙へ運び去られるだろうと、ゼルドビッチとスタロビンスキーは彼らの講義でブラックホールのスピンのいくらかを叩きながら言った。結局、ゼルドビッチとスタロビンスキーは言った、ブラックホールは回転を止めるだろう。
ファーガソンはホーキングの頭にこだわったアイデアを書き、彼はケンブリッジに戻ってゼルドビッチとスタロビンクシーの計算を繰り返して洗練させた。しかし、彼が彼らの結果で彼の最初の刺し傷をとったとき、何か新しいものが起こりました。
「驚いたことに不快なことに、私は回転していないブラックホールでさえ、一定の速度で粒子を生成および放出するようだと思いました」と彼は1988年の本「時間の簡単な歴史」で書いています。
その理由は、彼がその本で説明したとおりです。
ブラックホールが空間に存在し、イベントの地平線が定義されている場合、および空間が絶えず仮想消滅粒子のペアで揺らいでいる場合、それらの粒子がブラックホールのイベントの地平線のすぐ端に存在しなければならないことがあります。実際、これらの粒子ペアのうち、1つの負の質量の反物質粒子がイベントホライズンの一方の側に分離され、もう一方の正の質量物質の粒子が反対側に分離された状態で完全に配置されている必要があります。
その奇妙な状況は、粒子をそれらの仮想的な半存在から完全な現実へと効果的に「ブースト」し、それらが全滅しないように十分に離れていたので、ホーキングは気づいた。これは、エネルギーと質量の粒子がブラックホールのイベントの地平線の表面から流れるように見えることを意味しました。そして、そのエネルギーの流れは、以前は物理学者が永遠に暗い体であると信じていたものから外に放射し、ホーキング放射線という名前をつけました。彼がそれを1974年のNatureの「Black Hole Explosions？」
ホーキング放射線は、物理学者が宇宙を理解する方法を大きく変えました。ホーキングが実現する前、科学者たちはブラックホールで失われた物質やエネルギーはより広い宇宙から永遠に消え去り、ブラックホールの事象の地平線は宇宙の一部がそこから戻ることのできない壁として機能すると信じていました。
しかし、ホーキングの発見は、ブラックホールが時間とともにどんどん速く減衰することを示しました。イベントの地平線の表面からより広い宇宙に流れ出した正の粒子ごとに、負のエネルギーと質量を持つ負の粒子は、イベントの地平線を越えて空間に戻り、そこに固定されている総質量とエネルギーを減らします。時間の経過とともに、そのプロセスによりブラックホールが縮小します。そして、彼らが縮むにつれて、彼らはホーキング放射でより活発になり、より速く収縮するでしょう。
ホーキングは、宇宙には崩壊する星からではなく初期宇宙の極端な圧力から現れた「原始ブラックホール」が含まれているはずだと予測しました。これらのブラックホールは介在する数十億年の間にかなり縮小し、それらの小さな出来事の地平線はホーキング放射の強力な光線を生み出すであろうと彼は推論した。
「そのような穴はふさわしくありません 黒：彼らは本当に ホワイトホット、」彼は「時間の簡単な歴史」に書いた。
結局、ホーキングは彼らが爆発するだろうと決めました。
ホーキングがこの考えを共有し始めたとき、ファーガソンは「アン・フリータード・マインド」に書いた、彼の仲間はそれを素晴らしいものか異端者のどちらかとして受け取った。ペンローズがささやく音を聞いたとき、物理学者が1974年の誕生日ディナーに腰を下ろしている間、彼はホーキングに電話し、長い間彼のディナーが冷えたので祝福しました。しかし数か月後、ホーキングが提案を発表したシンポジウムの司会者は、それを「まったくのゴミ」と宣言するために立ち上がった。
今日、それは基本的な科学的事実と考えられています。
ブラックホールを超えて
「ブラックホールの爆発」から40年半。ホーキングは、彼自身の以前の貢献を攻撃するアイデアを含めて、宇宙の土台を取り上げる研究を発表し続けました。 （たとえば、Natureの驚くべき2014年の見出し「Stephen Hawking：There Are no Black Holes」を参照してください。）
ホーキングは、科学コミュニケーターとしての後のキャリアで最も有名になりました。彼は1988年の名作「A Brief History of Time」に続いて、ポピュラーサイエンスの10作品と「My Brief History」というタイトルの回顧録（Random House、2013）を発表しています。
ホーキングの宇宙の人間の理解への多大な貢献について語るのは、彼の衰えつつある健康の背景を認めることなく不可能です。ホーキングの物理学への2つの独創的な貢献は、彼が一人で歩くことができた若い人から車椅子に閉じ込められた男に変身した同じ時期に起こりました、彼のスピーチを鈍らせ、彼の考えを転写するために彼の妻に頼っていました。
ALSは身体を麻痺させますが、少なくともホーキングの場合は心を傷つけません。そのため、ファーガソンは書いた、ホーキングは長い間彼自身を「非常に幸運」と数えてきました。
「それは1964年に本当だった、そしてそれは今日である」とファーガソンは書いた、「ホーキングに関して言えば、彼の身体的な問題から作られたほうが少ないほど良いと思います。1989年に彼に関する最初の本のインタビュー中に私は認識しました、もし私が彼の科学的な仕事について書いて、そのような仕事をすることはおそらく彼にとってほとんどの人々よりも多くの成果を表すと言ったなら、それは彼にうまく適合したであろう」
ホーキングは彼の行動主義の文脈で障害について議論するのが最も快適であるように見えました。 1999年、彼は南アフリカの活動家デズモンドツツを含む12人の著名な人物のグループに加わり、障害者との関係を変革し、障害を持つ人々の生活を改善するサービスを拡大するよう世界政府に求める憲章に署名しました。
ホーキング氏はまた、ユニバーサルヘルスケアと英国の国民医療サービス（NHS）の著名な擁護者であり、プログラムへの資金提供とサポートが不十分であるとして2017年8月の演説で保守党保健長官ジェレミーハントを攻撃しました。
「私はNHSなしではここにはいられないだろう」とホーキング氏は語った。
ホーキングは、人工知能やエイリアンについてコメントするとき、人類の未来についての彼の考えに最も注目する傾向があります。しかし、この問題に関する彼の発言の大部分は、より現実的なものになっています。戦争に反対し、ドナルドトランプ大統領の気候変動の解任が地球にダメージを与えるのではないかと心配し、イスラエルの世界的な学術ボイコットに参加しました。
ライブサイエンスでは、ホーキングの誕生日おめでとうございます。
