Omów wkład Stephena Hawkinga w OTW, w szczególności na polu rozwiązywania problemów kosmologicznych; ewolucja kosmosu, zagadnienie, tzw. Osobliwości, twierdzenie o osobliwościach, „parujące” czarne dziury.

Gdy 300 lat po śmierci Galileusza na świat przyszedł Stephen Hawking, nikt nie spodziewał się, że oto urodził się jeden z najwybitniejszych fizyków teoretycznych na świecie. Chociaż miał zostać lekarzem, przypadek sprawił, że w końcu zaczął studiować fizykę, której nauka przychodziła mu z niespodziewaną łatwością. Niestety, w dość młodym wieku Hawking zachorował na stwardnienie zanikowe boczne, które spowodowało właściwie całkowity paraliż ciała .Pisze o tym we wstępie mojej pracy, gdyż chciałam podkreślić niezwykły fenomen pracy tego człowieka, który porusza się na wózku inwalidzkim, a z innymi porozumiewa się tylko, dzięki syntezatorowi mowy, wprowadzając swoje wypowiedzi przez klawiaturę. I właśnie pomimo swego ciężkiego stanu, został profesorem matematyki na uniwersytecie w Cambridge, jest członkiem elitarnego Royal Society, a także laureatem wielu nagród i doktoratów honoris causa.
Stephen Hawking zaproponował światu fizyki wiele ciekawych teorii i hipotez, które umieścił w swych przełomowych, popularno - naukowych książkach, m.in. „Krótka historia czasu”, „W poszukiwaniu teorii wszystkiego” oraz „Wszechświat w skorupce orzecha”. Jego prace nawiązują do Ogólnej Teorii Względności Alberta Einsteina, a także traktują o ewolucji kosmosu i wprowadzają nowe spojrzenie na temat pojęcia „ czarnej dziury”.
Ogólna teoria względności (OTW) jest popularną nazwą dla teorii grawitacji opublikowanej przez Alberta Einsteina w 1915 roku. Zgodnie z OTW, siła grawitacji wynika z lokalnej geometrii czasoprzestrzeni. Całość tej teorii była poprzedzona badaniami rzeszy matematyków i jest ona, jak sama nazwa wskazuje „uogólnieniem” Szczególnej Teorii Względności, opierającym się przede wszystkim na zasadzie równoważności. Jednocześnie, podważa ona fakt, ze jedyne, dopuszczalne przekształcenia współrzędnych, to liniowe transformacje Lorentza. Einstein proponował, by dopuścić dowolne krzywoliniowe układy współrzędnych. Pomimo faktu, że to zagadnienie może wydawać się bardzo abstrakcyjne i trudne do zrozumienia ( i niestety, ubolewam na tym faktem), ważne jest to, że owa teoria była czymś przełomowym w dziedzinie fizyki, lecz, gdy powstała w 1915 roku, nawet Einstein nie twierdził, że jest ona ostateczna : „ Ogólna teoria względności jest jeszcze teorią niekompletną, ponieważ – jak dotychczas- udało się zastosować ogólną zasadę względności tylko do pół grawitacyjnych, nie zaś do pola całkowitego. Nie wiemy jeszcze, za pomocą jakich wielkości matematycznych należy opisywać całkowite pole w przestrzeni, nijakim regułom niezmienniczości ma ono podlegać. Jedno wydaje się pewne: ogólna zasada względności okaże się koniecznym i skutecznym narzędziem w poszukiwaniach rozwiązania problemu całkowitego pola”1. Ogólna teoria względności wyróżniała się więc się spośród innych teorii grawitacji swoją prostotą powiązania materii i krzywizny, chociaż wciąż nie istnieje teoria unifikacji pomiędzy ogólną teorią względności, a mechaniką kwantową i nie umiemy zastąpić równania pola bardziej ogólnym prawem kwantowym. Równanie pola Einsteina zawierało również parametr zwany stałą kosmologiczną Λ, która została wprowadzona przez Einsteina po to, aby Wszechświat pozostał statyczny (tzn. nie rozszerzający i nie zapadający się). Ta próba zakończyła się niepowodzeniem z dwóch powodów: statyczny Wszechświat opisywany przez tę teorię byłby niestabilny, co więcej, obserwacje prowadzone przez Hubble'a dekadę później pokazały, ze nasz Wszechświat nie jest statyczny, lecz się rozszerza.
A co w zakresie problemów kosmologicznych zauważył Stephen Hawking? Od początku swojej pracy zawodowej Hawking zajmował się podstawowymi problemami kosmologii. W połowie lat sześćdziesiątych pozostawał pod wpływem Rogera Penrose'a, słynnego matematyka i fizyka teoretyka, który badał "osobliwości" w teorii względności. Osobliwość pojawia się w modelu rozszerzającego się wszechświata, co sugeruje, że w chwili początkowej wszechświat był punktowy. W tym momencie nie obowiązywały normalne prawa fizyki. Jakkolwiek Einstein wiedział, że w teorii względności występują osobliwości, miał nadzieję, że są następstwem teoretycznych przybliżeń Pierwszym ważnym odkryciem było ustalenie wraz z Penrose'em (30 sierpnia 2005 roku Sir Roger Penrose wygłosi na UW wykład pt. "Moda, wiara i fantazja w nowoczesnych teoriach fizycznych"!) , że wszechświat, zgodnie z OTW, musi mieć początek. Twierdzenie o osobliwościach zostało ogłoszone w 1970 roku. Udowodnili oni że każde rozwiązanie równań OTW gwarantuje istnienie singularnego brzegu dla czasu i przestrzeni w przeszłości i jest ono bardzo ważnym odkryciem uściślającym teorię Wielkiego Wybuchu.
Hawking następnie skoncentrował się na fizyce czarnych dziur. (bo jeżeli osobliwości istnieją, to logicznie uzasadnionym miejscem, gdzie można by je znaleźć, są wypalone i zapadłe gwiazdy - czyli "czarne dziury". ).Odkrycie, że powierzchnia czarnej dziury nie może nigdy zmaleć, doprowadziło go do wniosku, że ma ona związek z entropią, która jest miarą stopnia nieuporządkowania układu. W 1974 roku udowodnił, że czarne dziury mają niezerową temperaturę i emitują promieniowanie. Pisze na temat kwantowego parowania czarnych dziur, eksplodujących czarnych dziur oraz „promieniowania Hawkinga” W połowie lat 80-tych Hawking zaczął interesować się zastosowaniem teorii kwantów do warunków istniejących na początku wszechświata, w chwili Wielkiego Wybuchu. Jego ideą jest sformułowanie kwantowej teorii grawitacji, będącej tzw. teorią wszystkiego. Wspólnie z Jamesem Hartle'em napisał ważną pracę 'The Wave Function of the Universe', która, jak się okazało, miała zasadnicze znaczenie dla powstania dziedziny znanej jako kosmologia kwantów. Hawking i Hartle opracowali 'hipotezę braku brzegu', która określa warunki początkowe wszechświata. „Choć niektóre z jego prac mają charakter spekulatywny, to jego wpływ na fizykę jest bardzo duży. Większość wyników Stephena Hawkinga pozostaje niepotwierdzona eksperymentalnie, co jest jedyną przeszkodą do otrzymania przez niego nagrody Nobla. Strona matematyczna i pojęcia, które używa, są na bardzo wysokim poziomie. W 1994 r. przyszło pierwsze potwierdzenie jego prac teoretycznych – odkrycie czarnych dziur. Nie zweryfikowano jeszcze promieniowania Hawkinga. Einstein nie miał racji w kilku kwestiach, co nie przeszkodziło mu być w pierwszej trójce największych fizyków razem z Newtonem i Maxwellem.”2 .
Stephen Hawking stał się niezwykle popularnym fizykiem, zarówno przez swoja prace naukowa, a także przez walkę z dokuczliwym schorzeniem. Ponadto, jego prace maja nie tylko wymiar naukowy, ale również nawiązują do istnienia Boga. W przypadku Hawkinga – zagorzałego ateisty- jest to negowanie Boga, który nie mógł stworzyć wszechświata, bo nie posiada on żadnego brzegu, żadnego początku, ani końca w czasie…




Bibliografia i przypisy:
1„Teoria Względności i inne eseje” Albert Einstein
2 Praca dr Leszka Zaremby, pt. „Wielki Wybuch, Stephen Hawking i Bog”
www.wikipedia.pl
www.chfpn.pl
www.fonon.univ.rzeszow.pl
www.aik.magazyn.pl
www.kopernik.pl
www.astronomia.ozone.pl
http://www.hawking.org.uk/