Stephen Hawking, cercetătorul care ar fi meritat un Premiu Nobel: cum i-a fost ”furat”

Stephen Hawking, cercetătorul care ar fi meritat un Premiu Nobel: cum i-a fost ”furat”

Un studiu recent al găurilor negre a confirmat o previziune fundamentală pe care fizicianul a făcut-o în urmă cu aproape cinci decenii. Din păcate, premiul suprem nu mai este la îndemână pentru legendarul om de știință.

Când fizicianul a murit pe 14 martie 2018, existau deja date care puteau confirma o previziune pe care acesta o făcuse cu mai mult de patru decenii în urmă. Dr. Hawking susținuse că găurile negre puteau doar să crească, înghițind informații pe măsură ce se deplasau și amenințându-ne astfel capacitatea de a urmări istoria universului.

Aceste date au fost obținute în 2015 când Observatorul cu Unde Gravitaționale prin 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 un prim pas crucial într-o serie de informații despre găurile negre care au transformat fizica modernă. În joc este dacă gravitația propusă de către Einstein, care modelează universul mai mare, joacă după aceleași reguli ca și mecanica cuantică, regulile paradoxale care prevalează în interiorul atomului.

Tragedia omului

O confirmare a predicției doctorului Hawking a fost publicată în această vară în Physical Review Letters. O echipă condusă de Maximiliano Isi, fizician la Institutul de Tehnologie din Massachusetts, și colegii săi au petrecut ani de zile analizând în amănunt detaliile rezultatelor LIGO, iar în iulie au anunțat în cele din urmă că dr. Hawking avea dreptate, cel puțin în ceea ce privește acea coliziune.

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

Mulți oameni de știință sunt de acord că această confirmare a doctorului Isi cu privire la predicția lui Hawking l-ar fi putut face pe acesta eligibil pentru cea mai râvnită distincție.

Din păcate, Premiul Nobel nu poate fi acordat postum. Rezultatul doctorului Isi a venit prea târziu…

Săptămâna Premiului Nobel s-a întors, când anumiți oameni de știință speră la un apel telefonic care să-i ungă ca laureați și să-i convoace la o ceremonie fastuoasă la Stockholm, din păcate, anul acesta, din cauza pandemiei, premiile vor fi înmânate în țările de origine ale câștigătorilor.

Dr. Hawking, probabil unul dintre cei mai cunoscuți cercetători, nu a câștigat niciodată un Nobel și nici nu va câștiga vreodată. Povestea sa este o reamintire a modului în care premiul suprem este supus sorții.

De unde a plecat totul

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.

Perspectiva doctorului Hawking a devenit piatra de temelie a unei lucrări din 1973, „Cele patru legi ale mecanicii găurilor negre”, pe care a scris-o împreună cu James Bardeen, acum la Universitatea din Washington, și Brandon Carter, acum la Centrul Național Francez pentru Cercetări Științifice.

Aceste legi conțineau și o concluzie tulburătoare pentru fizică numită teorema „fără păr”. Suprafața unui orizont de eveniment este o măsură a tuturor informațiilor înghițite de o gaură neagră. Este la fel pentru 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 se înregistrează alte detalii sau „păr”.

Această teoremă a însemnat 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 ar deveni din ce în ce mai prost, ascunzând din ce în ce mai multe detalii ale trecutului său,  poate chiar și existența ta. Enigma s-a adâncit în 1974, când Dr. Hawking a calculat că efectele cuantice ar face ca o gaură neagră să se scurgă încet și în final să explodeze.

„Totul a început cu realizarea lui Hawking că zona orizontului total al găurilor negre nu poate coborî niciodată”, a spus dr. Isi.

Dar fără găuri negre pe care să experimenteze, ideile doctorului Hawking nu au putut fi testate.

LIGO a schimbat totul

LIGO ar schimba asta. Aceasta a fost promisiunea lui Kip Thorne, fizician  la Institutul de Tehnologie din California și unul dintre fondatorii LIGO, față de Hawking în 2003.

După 14 ani, LIGO a reușit să descopere primul său eveniment epocal: două găuri negre care se ciocnesc. Prin potrivirea modelelor de unde detectate cu simulări pe computer, echipa LIGO a ajuns la concluzia că una dintre găurile negre era de 36 de ori mai masivă decât soarele nostru și cealaltă era de 29 de ori mai masivă, echivalând cu 65 de sori în total. Coliziunea a dus la o nouă gaură neagră cu o masă de aproximativ 62 de sori. Trei sori cu valoare de energie dispăruseră în undele gravitaționale care zguduiau universul.

Observația a confirmat nu numai existența undelor gravitaționale, așa cum a prezis Einstein cu 100 de ani mai devreme, dar a furnizat primele dovezi directe ale găurilor negre.

O copie a lucrării de cercetare a ajuns la Dr. Hawking cu câteva zile înainte de anunțul oficial al descoperirilor. A fost surprins să nu găsească nicio mențiune despre cele patru legi ale mecanicii găurilor negre sau despre posibilitatea ca aceea descoperire să le poată testa.

Nimeni nu se gândise să verifice legile mecanicii găurilor negre și era prea târziu pentru a adăuga ceva la proiect. Mai mult, așa cum a explicat recent doctorul Thorne, datele erau prea zgomotoase pentru a măsura suficient de bine dimensiunea găurii negre nou formate pentru a confirma teoria doctorului Hawking.

În 2017, dr. Giesler, pe atunci student la Caltech, împreună cu colegii săi au folosit simulări numerice ale găurilor negre pentru a afla mai multe detalii.

Când are loc fuziunea dintre două găuri negre și apare una nouă, aceasta din urmă vibrează. Practic, generează un ton fundamental, precum și armonici, tonuri sau subtonuri. Tonalitățile s-au dovedit a fi surprinzător de puternice la începutul procesului de fuziune, a constatat dr. Giesler. Folosind aceste tonuri, în 2019, el și colegii săi au dovedit teorema „fără păr”, care afirmă că găurile negre pot fi descrise doar prin trei parametri.

Mai mult, aceștia au reușit să-și extindă analiza exploatând un ton al noii găuri negre pentru a măsura dimensiunea acesteia. Astfel, au ajuns la concluzia că aria noului orizont de evenimente al găurii negre a crescut, așa cum a prezis dr. Hawking cu mult timp în urmă.

Visul care se numește Nobel

Ar fi câștigat dr. Hawking premiul Nobel dacă ar fi fost încă în viață?

Chiar dacă ar fi trăit atunci când teorema sa a fost dovedită, ar fi fost greu să-l încadrezi pentru Premiu Nobel. De ce? Simplu, Premiul Nobel poate fi acordat unui număr maxim de trei persoane. Astfel, în cazul de față vorbim de echipe întregi de oameni care au lucrat pentru a ajunge la rezultatul final.

Cu toate acestea, Stephen Hawking nu ar fi primul om de știință care a murit înainte de a câștiga un premiu Nobel. Nici Edwin Hubble sau Robert Brout nu au primit cea mai importantă distincție.

„Mi s-a spus că juriul Nobel a regretat că nu i-a acordat un premiu lui Hubble”, a scris într-un e-mail Michael Turner, un cosmolog proeminent care lucrează acum pentru Fundația Kavli din Los Angeles, referindu-se la astronomul Edwin Hubble. „Dar a murit primul.”

Robert Brout, fizician teoretic la Universitatea Libre de Bruxelles, ar fi fost probabil inclus în lista câștigătorilor Premiului Nobel din 2013 pentru prezicerea existenței bosonului Higgs, împreună cu François Englert și Peter Higgs de la Universitatea din Edinburgh, dar a murit în 2011.

Până la urmă Stephen Hawking se odihnește lângă Isaac Newton și Charles Darwin în Westminster Abbey. Personal, consider că e mai plăcută compania asta, decât să petreci câteva zile în Stockholm.

Citește și: