Sådan hjalp Hawking os med at forstå universet

Fysikeren Stephen Hawking er død, men hvad var det egentlig, han udtænkte?

Stephen Hawking har givet os nogle af de helt centrale brikker, der hjælper os til at forstå det store og komplicerede puslespil om universet.

Men han var ikke ene om det. Hawkings' arbejde står på skuldrene af en hel række store forskere.

Universets mystiske krumninger

I 1916 udgiver Albert Einstein sine ideer om den generelle relativitetsteori, der kort sagt beskriver, hvordan tid og rum hænger sammen.

Einsteins teori går ud på, at universet bøjer omkring meget, meget tunge ting som planeter, måner og stjerner. Altså at de har et usynligt felt om sig, som trækker i alle andre ting omkring dem. Det vi i daglig tale kalder tyngdekraften.

Einsteins forskning er en videreudvikling af Isaac Newtons observationer om tyngdekraften. At alle objekter bliver tiltrukket af Jorden på grund af dens store masse. Einstein samler en række love for tyngdekraften, så de pludselig gælder både her på jorden og også ude i rummet.

Det viser sig så senere, at Einsteins teorier faktisk kan bruges til at forudse sorte huller - selvom han selv stritter lidt imod den opdagelse.

Sorte huller findes altså, Einstein!

Havde det ikke været for den amerikanske fysiker Robert Oppenheimer, ville Hawking måske slet ikke have haft teorien om sorte huller at arbejde videre med.

Oppenheimer, der også ledede arbejdet med at udvikle den første atombombe, udgiver nemlig i 1939 en forskningsartikel, hvor han viser, at sorte huller er matematisk mulige. Han kalder dem dog ikke sorte huller, men frosne stjerner. Det er faktisk først i 1967, at fysikeren John A. Wheeler giver dem det navn, vi bruger i dag.

Oppenheimer strækker Einsteins relativitetsteori til det maksimale for at vise, at når en stjerne får en tilpas stor masse, så vil den på et tidspunkt kollapse og blive til et sort hul. Paradoksalt nok udgiver Einstein samme år en artikel, der argumenterer for, at sorte huller er umulige. Og det ender også med, at Oppenheimer har ret.

En galaktisk støvsuger

Oppenheimer finder nemlig ud af, at når en stjerne kollapser til et sort hul, er massen og dermed tyngdekraften så stor, at den langsomt suger mere og mere ind i hullet - som en gigantisk rumstøvsuger.

Faktisk suger den her galaktiske støvsuger så kraftigt i sine omgivelser, at den selv skrumper ind til et enkelt lillebitte punkt - en singularitet. Men en singularitet med et enormt stort og kraftigt tyngdefelt, hvor intet kan slippe ud.

Eller hvad? I 1974 påstår Stephen Hawking det modsatte - der kan slippe stråling ud fra et sort hul.

De tavse sorte huller sladrer

Stephen Hawking og fysikeren Roger Penrose møder hinanden og begynder et samarbejde i midten af 1960'erne, da Hawking afslutter sine studier. De to videreudvikler blandt andet Oppenheimers tanker om singulariteter og sorte huller, men det er Hawkings teori om stråling fra sorte huller, der for alvor er banebrydende.

Hawkings idé lyder sådan her: Hele tiden, overalt omkring os, mødes små usynlige partikler og deres modparter: anti-partikler. Når de to mødes, udsletter de hinanden. Tænk på det som en partikel der møder sin onde tvilling og de to udslettes.

Men hvis mødet mellem dem sker på kanten af et sort hul, er det kun den ene i tvillingeparret, der bliver suget ind i den galaktiske støvsuger. Den anden part undslipper, og tager en lille mængde energi med sig fra det sorte hul. Den partikel udgør Hawking-strålingen.

Det betyder også, at sorte huller fordamper, da de taber energi på den måde. Og det betyder også, at små sorte huller fordamper hurtigere end store. Hvis det ikke var for Hawking-strålingen, ville de vokse i det uendelige.

Hawking-strålingen er det tætteste Stephen Hawking kom på sit store mål: at finde en forenet teori for al fysik. At forene den klassiske fysik, som forudser æblers, stjerners og sorte hullers opførsel med kvantemekanikkens mystiske verden, hvor partikler har onde tvillinger, der udsletter hinanden.

Tyngdekraften skvulper

Stephen Hawking har ikke vundet en nobelpris. Det kræver nemlig, at man kan bevise sine teorier med observationer for at vinde sådan en. Og vi kan endnu ikke observere strålingen fra sorte huller på en måde, som vil bekræfte teorien om Hawking-strålingen.

Men vi er stille og roligt på vej. Hvis vi vender tilbage til Einsteins ideer om at planeter og stjerner med stor masse bøjer universet, så er nogle af de tanker blevet aktuelle igen i moderne tid.

Fordi sorte huller er så utroligt massive, laver de helt enormt stærke krumninger i universet, som giver ekstremt kraftige tyngdefelter.

Einsteins teori forudser derfor også, at hvis to meget massive objekter roterer om hinanden, giver det nogle gevaldige skvulp i tyngdekraften - altså den her krumning af universet. Det kaldes tyngdebølger, og den idé fremsatte Einstein i 1916.

Og netop tyngdebølger måler man for første gang i 2016, hvilket udløser en Nobelpris i fysik til det forskerhold der laver målingen.

Stephen Hawkings teorier kan ikke stå alene, men hans store bidrag til vores forståelse af universet vil stå som en milepæl i den teoretiske fysik fremover. Og måske vil forskerne udvikle teknologi, der gør det muligt at bekræfte Hawkings teorier, som Einsteins blev det i 2016.

Facebook
Twitter