استیون هاوکینگ

استیون ویلیام هاوکینگ یکی از بزرگ‌ترین فیزیک‌دانان نظری معاصر است که در ۸ ژانویه ۱۹۴۲، دقیقاً ۳۰۰ سال پس از مرگ گالیله، در آکسفورد، انگلستان به دنیا آمد و هم اکنون در دانشگاه کمبریج صاحب کرسی ریاضیات لوکاس است.

مشهورترین آثار او در بین افراد معمولی علاقمند به دانش، کتاب‌های جهان در پوست گردو «تاریخچهٔ زمان» و «تاریخچهٔ بسیار کوتاه زمان» هستند.

 زمینه‌های پژوهشی

زمینهٔ پژوهشی اصلی وی کیهان‌شناسی و گرانش کوانتومی است. از مهم‌ترین دستاوردهای وی مقاله‌ای است که به رابطهٔ سیاه‌چاله‌ها و قانون‌های ترمودینامیک می‌پردازد. او نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها بعد از مدتی به وسیلهٔ زوج‌های ذرات مجازی که در افق رویداد (event horizon) آن تشکیل می‌شود، نابود می‌شوند.

ناتوانی جسمی

به دنبال احساس ناراحتی هایی در عضلات دست و پا استیفن در ژانویه ۱۹۶۳ یعنی آغاز بیست و یکسالگی مجبور به مراجعه به بیمارستان شد و آزمایش هایی که روی او انجام گرفت علائم بیماری بسیار نادر و درمان ناپذیری را نشان داد. این بیماری که به نام ALS شناخته می شود بخشی از نخاع و مغز و سیستم عصبی را مورد حمله قرار می دهد و به تدریج اعصاب حرکتی بدن را از بین می برد و با تضعیف ماهیچه ها فلج عمومی ایجاد می کند بطوریکه بمرور توانایی هرگونه حرکتی از شخص سلب می شود. معمولاً مبتلایان به این بیماری بی درمان مدت زیادی زنده نمی مانند و این مدت برای استیفن بین دو تا سه سال پیش بینی شده بود.

ناامیدی و اندوه عمیقی را که پس از آگاهی از جریان بر استیفن مستولی شد می توان حدس زد. ناگهان همه آرزوهای خود را بر باد رفته میدید. دوره دکترا-رویای دانشمند شدن - کشف رمز و راز کیهان - همگی به صورت کاریکاتورهایی در آمدند که در حال دورشدن و رنگ باختن به او پوزخند می زدند. بجای همه آن خیال پروریهای بلند پروازانه حالا کاری بجز این از دستش بر نمی آمد که در گوشه ای بنشیند و دقیقه ها را بشمارد تا دوسال بعد با فلج عمومی بدن زمان مرگش فرا برسد.

به اتاقی که در دانشگاه داشت پناه برد و در تنهایی ساعتها متفکر و بی حرکت ماند. خودش بعدها تعریف کرده است که آن شب دچار کابوسی شد و در خواب دید که محکوم به اعدام شده است و او را برای اجرای حکم می برند و در آن موقعیت حس کرد که هر لحظه زندگی چقدر برایش ارزشمند است. بعد از بیداری به یاد آورد که در بیمارستان با یک جوان مبتلا به بیماری سرطان خون هم اتاق بوده و او از فرط درد چه فریادهایی می کشید. پس خود را قانع کرد که اگر به بیماری درمان ناپذیری مبتلااست لااقل درد نمی کشد. بعلاوه طبع لجوج و نقادش که هیچ چیز را به آسانی نمی پذیرفت هشدار داد که از کجا معلوم که پیش بینی پزشکان درست از کار در بیاید و چه بسا که از نوع اشتباهات کتاب‌های درسی باشد!

اما آنچه به او قوت قلب و اعتماد به نفس بیشتری برای مبارزه با ناامیدی و بدبینی داد آشنایی اش در همان ایام با دختری به نام (جین وایلد) بود که بعد ها همسرش شد.

جین دانشجوی دانشگاه لندن بود اما تحت تأثیر هوش فوق العاده و شخصیت استثنایی استیفن چنان مجذوب او شده بود که هر هفته به سراغش می آمد و ساعتی را به گفتگوی با او می گذرانید.آنها پس از چندی رسما نامزد شدند و استیفن تحصیلات دانشگاهی اش را از سر گرفت زیرا برای ازدواج با جین می بایست هرچه زودتر دکترای خود را بگیرد و کار مناسبی پیدا کند.

و او طی دو سال با اشتیاق و پشتکار این برنامه را عملی کرد در حالیکه رشد بیماری لعنتی را در عضلاتش شاهد بود و ابتدا به کمک یک عصا و سپس دو عصا راه می رفت. ازدواجش با جین در سال ۱۹۶۵ صورت گرفت و او چنان غرق امید و شادی بود که به پیش بینی دو سال پیش پزشکان در مورد مرگ قریب الوقوعش نمی اندیشید. جین تا سال ۱۹۹۱ ازاستیفن نگهداری کرد. در آن سال به دلیل مشکلات ناشی از شهرت استیفن و بد تر شدن بیماری او، این دو از یکدیگر جدا شدند. سپس استیفن که از این ازدواج سه فرزند داشت، با یکی از پرستارانش، الن میسون، ازدواج کرد. همسر اول الن، دیوید میسون، سازنده نخستین دستگاه گویا برای استیفن بود.

پروفسور استیفن هاوکینگ اکنون ۶۵ سال داردو ظاهراً بیش از یک ربع قرن قاچاقی زندگی کرده است. البته اگر بتوان وضع کاملا استثنایی او را در حال حاضر زندگی نامید.!

پیش بینی پزشکان در مورد بیماری فلج پیش رونده او نادرست نبود و این بیماری اکنون به همه بدنش چنگ انداخته است. از اواخر دهه ۶۰ برای نقل مکان از صندلی چرخدار استفاده می کند و قدرت تحرک از همه اجزای بدنش بجز دو انگشت دست چپش سلب شده است. با این دو انگشت او می تواند دکمه های کامپیوتر بسیار پیشرفته ای را فشار دهد که اختصاصأ برای او ساخته اند و بجایش حرف می زند و رابطه اش را با دنیای خارج برقرار می کند زیرااستیفن از سال ۱۹۸۵ قدرت گویایی خود را هم ازدست داده است.

در آن سال او پس از بازگشت از سفری به گرد جهان برای مدتی در ژنو بسر می برد که مرکز پژوهشهای هسته ای اروپاست و دانشمندان این مرکز جلسات مشاوره ای با او داشتند. یک شب که استیفن هاوکینگ تا دیر وقت مشغول کار بود ناگهان راه نفس کشیدنش گرفت و صورتش کبود شد بیدرنگ او را به بیمارستان رساندند و تحت معالجات اضطراری قرار دادند. معمولاً مبتلایان به بیماری ALS در مقابل سینه پهلو حساسیت شدیدی دارند و در صورت ابتلای به آن میمیرند که این خطر برای استیفن هاوکینگ هم پیش آمده بود و گرفتن راه تنفس او ناشی از سینه پهلو بود. پس از چند روز بستری بودن در بخش مراقبتهای ویژه بیمارستان سرانجام با اجازه همسرش تصمیم گرفته شد که با عمل جراحی مخصوص مجرای تنفس او را باز کنند اما در نتیجه این عمل صدای خود را برای همیشه از دست می داد.

عمل جراحی با موفقیت صورت گرفت و بار دیگر استیفن از خطر مرگ جست. هر چند قدرت گویایی خود را از دست داد، با جایگزینی کامپیوتر مخصوص سخنگو ارتباط او با اطرافیانش حتی بهتر از سابق شد زیرا قبلا بعلت ضعف عضلات صوتی با دشواری و نارسایی زیاد صحبت می کرد. برنامه ریزی این دستگاه شامل سه هزار کلمه است و هر بار که استیفن بخواهد سخنی بگوید می بایست با انتخاب کلمات و فشردن دکمه های کامپیوتر به کمک دو انگشتش که هنوز کار می کنند جمله مورد نظرش را بسازد و صدای مصنوعی به جای او حرف می زند. البته اینگونه سخنگویی ماشینی طولانی تر است اما خود استیفن که هرگز خوشبینی اش را از دست نمی دهد عقیده دارد که به او وقت بیشتری می دهد برای اندیشیدن آنچه می خواهد بگوید و سبب می شود که هرگز نسنجیده حرف نزند.

 آثار

این فهرست کامل آثار هاوکینگ نیست و تنها مشهورترین آثار او را شامل می‌شود. برای فهرست کامل آثار مراجعه کنید به [۱]. در ژوئن ۲۰۰۶، وی که برای یک سخنرانی به هنگ‌کنگ سفر کرده بود، اعلام کرد که تصمیم دارد به همراه دختر خردسالش، لوسی، کتابی علمی برای کودکان بنویسد. لوسی هاوکینگ گفت : «[این کتاب] داستانی است برای کودکان که در آن شگفتی‌های گیتی شرح داده می‌شود.»^[۲].

شرط‌بندی علمی

او با کیپ ثورن درباره اینکه ماکیان ایکس یک سیاهچاله نیست یک شرط‌بندی علمی داشته است

علمی

‎

·         The Large Scale Structure of Spacetime with George Ellis

·         The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Roger Penrose), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-78572-3

 برای مردم معمولی

‎

·         A Briefer History of Time

·         A Brief History of Time

این کتاب در ایران با عنوان «تاریخچه زمان» ترجمه و چاپ شده است.

·         Black Holes and Baby Universes and Other Essays

·         The Universe in a Nutshell

این کتاب در ایران با عنوان «جهان در پوست گردو» ترجمه و چاپ شده است.

·

تحلیل جدید مریخ نشین فونیکس نشان داد بعضی از نواحی خاک مریخ از لحاظ شیمیایی به مانند خاک باغچه های زمین است.

بعضی از نواحی خاک مریخ از لحاظ شیمیایی به مانند خاک باغچه های زمین است. تحلیل جدید مریخ نشین فونیکس این موضوع را تایید کرد. یافت  مناطقی بزرگتر و وسیعتر از این ساختارها می تواند شرایط حیات در مریخ را محیا کند.

گرچه این تحقیقات هنوز کامل نشده است ولی فونیکس پیش ازاین ماده ای دارای ارزش غذایی یافته بود که ساختار آن شبیه منیزیوم، سدیم، پتاسیم و کلر بود. با اینکه عناصر ذکر شده در خاک مریخ موجود است ولی دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که این عناصر تمایلی به انحلال در آب و مهیا کردن حیات داشته باشند.

نتیجه دلپذیر از آزمایش خاک مریخ در منطقه ای به نام "سرزمین عجایب"(wonderland) بدست آمد که حاکی از آن بود، این ماده غنی قابلیت انحلال در آب را دارد. این منطقه که در شمال مریخ نشین قرار گرفته، چند سانتی متری از آن حفر شده است. این نمونه برداری  به آزمایشگاه رطوب سنج و الکتروشیمی و تحلیل گر ضریب هدایت (MECA) فونیکس فرستاده داده شد.

آزمایشگاه مکای فونیکس، در نمونه های خود ماده ای  قلیایی با pH بین 8 و 9 یافت. این ماده  قلیایی در خیلی از موارد با خاک زمین اشتراک دارد. ازجمله این تشابهات می توان به خاکی که شلغم و مارچوبه سمی در آن رشد می کند اشاره کرد. دانشمندان همگی از این داده های دریافتی شگفت زده بودند!

دانشمندان گمان می کنند که اگر خاک شرایطی مناسب و مساعد داشته باشد به این معناست که محدوده ای عریضتر و بزرگتر از سازواره ها وجود دارد که توانایی رشد گیاه در خاک را داراست؛ چیزی درباره از بین بردن حیات وجود ندارد و در حقیقت این گونه به نظر می رسد که طبیعت خیلی دوستانه رفتار کند.کاوش و حفاری عمیق تر می تواند پرده از خاک نمک آلود یا خاکی با pH متمایز بردارد

مفهوم جسمی که آنقدر پرجرم است که حتی نور هم نمی تواند از آن بگریزد ، ابتدا از سوی زمین شناسی به نام جان میچل در سال 1784 مطرح شد که آن را در مقاله ای که به هنری کوندیش فرستاد و از سوی انجمن سلطنتی به چاپ رسید ، عنوان کرد .

در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت گریز شناخته شده بودند. طبق محاسبات میچل جسمی با شعاعی 500 برابر شعاع خورشید و چگالی مشابه در سطح خود سرعت گریزی بیش از سرعت نور خواهد داشت و بنابراین غیر قابل مشاهده خواهد بود . به بیان او :

((اگر شعاع کره ای با چگالی مشابه خورشید قرار باشد که 500 بار از آن بزرگ تر باشد ، جسمی که هر از ارتفاع بی نهایت به سمت آن سقوط می کند  ، در سطح آن سرعتی بیش از سرعت نور به دست می آورد و اگر فرض کنیم نور با نیروی مشابهی به سمت ستاره کشیده شود ، آن گاه تمام نوری که از چنین جسمی ساطع می شود به ناچار به وسیله گرانش آن به سمت خود ستاره باز میگردد .))

میچل احتمال می داد چنین اجسامی به تعداد فراوان در سرتاسر کیهان وجود داشته باشد .

در سال 1796 پیر سیمون لاپلاس ف ریاضی دان فرانسوی نظریه مشابهی را در ویرایش اول ودوم کتاب خود با نام آشکار سازی نظام جهان مطرح شد . این مطالب در ویرایش های بعدی کتاب حذف شد . این نظریه در قرن نوزدهم توجه چندانی را به خود جلب نکرد ، زیرا فیزیک دانان بر این باورد بودند که نور به صورت موج و فاقد جرم است و بنابراین تحت تاثیر گرانش قرار نمیگیرد .

در سال 1915 آلبرت انیشتین که قبلا نشان داده بود که گرانش ، نور را تحت تاثیر قرار میدهد ، نظریه ی گرانش خود به نام نسبیت عام را مطرح کرد . چند ماه بعد کارل شوارتسشیلد را حلی برای میدان گرانشی یک جرم نقطه ای و یک جرم کروی ارائه داد که نشان می دهد سیاهچاله ها می توانند به صورت تئوری وجود داشته باشد .

شعاع شوارتسشیلد امروزه به عنوان شعاع افق رویداد یک سیاهچاله غیر چرخشی ،شناخته می شود . اما این موضوع در آن زمان به خوبی درک نشد . خود شوارتسشیلد فکر می کرد که این مسئله به صورت فیزیکی ممکن نیست .چند ماه بعد از نظریه شوارتسشیلد ، یکی از دانشجویان دانشگاه لورنتر به نام یوهان درست به صورت مستقل راه حلی مشابهی را برای جرم نقطه ای ارائه داد و درباره ویژگی های آن به صورت مفصل تری به پژوهش پرداخت .

در سال 1930 سابراهمانیان  چاندراسخار اختر فیزیک دان هندی ، ادعا کرد که یک جسم غیر تابنده با جرمی معادل 41/1 برابر جرم خورشید ( که امروز به عنوان حد چاندر اسخار شناخنه می شود ) به این دلیل که تا آن زمان چیزی که بتواند جلوی فروپاشی آن را بگیرد شناخته نشده بود ، فرو می پاشد . آرتور ادینگتون با این ادعا مخالف بود و اعتقاد داشت که اجبارا باید چیزی وجود داشته باشد ، که فرایند فروپاشی را متوقف سازد . هر دو نفر درست می گفتند ، زیرا کوتوله سفیدی که بیش از حد چاندراسخار جرم دارد ، به صورت یک ستاره نوترونی فرو می پاشد . در حالی که ، یک ستاره نوترونی با جرمی بیش از سه برابر جرم خورشید (حد تولمان –اوپنهایمر-ولکف) ، با همان قوانین فیزیکی در برابر فروپاشی ، بی ثبات خواهد بود .

رابرت اوپنهایمر و اچ. اشنایدر پیش بینی کردند که ستارگان پر جرم ممکن است فروپاشی گرانشی تاثیر گذاری را تجربه کنند  اصولا سیاهچاله ها می توانند در طبیعت شکل بگیرند . از دید یک ناظر خارجی ف فروپاشی به سرعت در حال کند شدن است و در نزدیکی شعاع شوارتسشیلد انتقال به قرمز بسیار زیادی پیدا میکند ، به همین علت چنین اجسامی تا مدت ها ((ستارگان منجمد)) نامیده می شدند . اصول ریاضی نشان داد که از دید ناظر بیرونی ، سطح ستاره در لحظه ای که شعاع را قطع می کند ، در زمان متقوف می شود . این اجسام مفروض تا اواخر دهه ی 1960 چندان مورد توجه قرار نگرفتند . بسیاری از فیزیکدانان اعتقاد داشتند که این اجسام یکی از ویژگی های خاص راه حل متقارنی بودند که شوارتسشیلد یافته بود و فروپاشی اجشام در طبیعت سیاهچاله ایجا نمی کند .

در سال 1967 پیشرفت های نظری و تجربی ، علاقه ی اختر فیزیک دانان را به سیاهچاله برانگیخت . استیفن هاوکبنگ و راجر پنروز ثابت کردند که سیاهچاله ها یک ویژگی عمومی در نظریه گرانشی اینیشتن هستند و با فروپاشی برخی اجسام به ناچار سیاهچاله به وجود می آید . جامعه ستاره شناسی با کشف تپ اخترها ( پولسارها ) علاقه دوباره ای به سیاهچاله پیدا کردند . پس از مدتی اصطلاح سیاهچاله (حفره سیاه) از سوی قزیک دانی به نام آرچیبالد ویلر مطرح شد . او نخستین با در سخنرانی عمومی خود با عنوان « جهان ما ، شناخته ها و ناشناخته ها » در دسامبر سال 1967 از این نام استفاده کرد . برای تشخیص سیاهچاله نسبیت عام از دیگر اجرام نیوتنی که از سوی میچل و لاپلاس مطرح شده بودند ، غالبا ان اجرام را « ستارگان تاریک» می نامند .

انواع سیاهچاله ها

بر اساس نظریه ای که جان ویلر ارائه کرده است ف سیاهچاله ها مو ندارند ؛ یعنی اینکه جدا از سه ویژگی سیاهچاله ها که عبارتند از : اندازه حرکت زاویه ای ، بار الکتریکی و جرم ، ویژگی ها دیگر سیاهچاله ها قابل تشخیص نیستند .      

تقسیم بندی سیاهچاله ها بر اساس بار و اندازه حرکت

اگر چه کارایی نظریه بدون حوی جان ویلر در مورد جهان ما هنوز یه اثبات نرسیده است ، اما در حال حاضر دانشمندان سیاهچاله ها را بر اساس را بر اساس دو ویژگی بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای ، به چهار دسته تقسیم می کنند.

         چرخشی                    غیر چرخشی 
              کر                         شوارتسشیلد             غیر باردار
             کر - نیومن              رایسنر -نوردستروم        باردار
                  

اندازه و حرکت زاویه ای غیر صفر به این معنا است که سیاهچالهدر حال چرخش است . از آنجا که همه سیاهچاله ها جرمی غیر از

 صفر  دارند، طبقه بندی بر اساس جرم که بر مبنای بله – خیر است نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. برهمین اساس ، تقسیم بندی سیاهچاله ها بر اساس جرم آنان به صورت جداگانه انجام میگیرد.

تقسیم بندی سیاهچاله ها بر اساس جرم

سیهچاله ها می توانند هر جرمی داشته باشند ، زیرا هر چه حجم جرمی کاهش پیدا کند ، قدرت گرانش آن بیشتر می شود و تقریبا می توان گفت هر جسمی که به اندازه کافی فشرده شود ، به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد .

با این همه ، سیاهچاله هایی که در طبیعت شکل می گیرند ، تنها در چند گروه جرمی قابل دسته بندی هستند که عبارتند از :

1 – سیاهچاله های بسیار پرجرم :

این گروه از سیاهچاله ها جرمی بین میلیون ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید دارند . دانشمندان معتقدند که این سیاهچاله ها در مرکز اغلب کهکشان ها ، از جمله کهکشان راه شیری ، وجود دارند .

2 -  سیاهچاله های جرم متوسط :

این سیاهچاله ها ، جرمی هزاران برابر جرم خورشید دارند و گمان می رود که این سیاهچاله ها نیروی منابع درخشنده پرتو ایکس را تامین می کنند .

3 – سیاهچاله های جرم ستاره ای :

جرم این ستاره ها بین 3 تا 15 برابر جرم خورشید متغیر است . این سیاهچاله در نتیجه فروپاشی ستارگان منفرد ، به وجود می آیند.

4- سیاهچاله (سیاهچاله های بسیار کوچک ) :

جرم این سیاهچاله به اندازه ای است که در آنها اثرات مکانیک کوانتومی اهمیت زیادی پیدا می کند . حد پایین جرم این سیاهچاله ها چیزی در حدود جرم پلانک ( تقریبا 10 به توان 5- گرم ) در نظر گرفته شده است . به طور کلی ، سیاهچاله هایی که جرمی کم تر از جرم خورشید دارند ، میکروسیاهچاله ها نامیده می شوند .

دانشمندان بر این باورند که میکروسیاهچاله ها در زمان انفجار بزرگ شکل گرفته اند و همچنین امکان ساخت چنین سیاهچاله هایی در دستگاههای شتاب دهنده ذرات روی زمین وجود ، تا کنون هیچ میکروسیاهچاله ای از سوی دانشمندان شناسایی نشده است .