Stephen Hawking - Et sinn uten grenser
Boka om tidens historikk
Hawking overvant mange hindringer i arbeidet med å skrive Abrief Historyoftime, den berømte boka om tidens historie i korte trekk, men eventyret var ikke omme da den utkom.
Året var 1988. Tidligere såpeoperastjerne Kylie Minogue toppet listene med I Should be so Lucky. I Norsjøen mistet 167 mennesker livet på Piper Alpha-riggen, og over Lockerbie i Skottland gikk en bombe av om bord i Pan Am Flight 103. Oppskytningen av STS-26 om bord i romfergen Discovery var første romfergeferd siden Challenger falt fra hverandre 71 sekunder etter start i 1986. Likevel kan en hevde at årets viktigste real vitenskapelige begivenhet ikke var noen vitenskapelig oppdagelse, men lanseringen av boka A Brief History of Time.
Dette begynte i 1982, da Stephen Hawking, som var kjent for sitt arbeid med teoriene omkring svarte hull, og for å være lenket til en rullestol av motor n ev ro n sykdom, ble misfornøyd med de populærvitenskapelige bøkene på han seget spesialfelt. Han bestemte seg for å skrive en selv. A Brief History of Time var under arbeid i lang tid. Da Hawking hadde levert utkastet, kontaktet Bantam- forlaget ham og ba om nærmere forklaring på en rekke punkter. I første omgang ble Hawking irritert over dette, men etter hvert innså han at redaktøren hadde rett. Tilbakemeldingene bekreftet også noe andre hadde sagt til ham, nemlig at enhver ligning i boka ville få sin leserkrets. Det endte med at Hawking bare beholdt én ligning, E=mc2.
Men medisinske problemer var den største hindringen Hawking måtte overvinne for å komme gjennom den drastiske omskrivingen av boka. Sommeren 1985 fikk han lungebetennelse mens han var i Genève. Han fikk ikke puste, og livet måtte reddes med øyeblikkelig trakeotomi. Men under operasjonen ble nervene til stemmebåndene kuttet. Stemmen var blitt svakere og svakere fra år til år, og når han holdt vitenskapelige forelesninger, måtte en doktorgradsstudent være tolk for ham. Men nå var det ingen vei tilbake. Stemmen var borte for alltid.
Hawking fikk en datastemme basert på et dataprogram som het Equaliser, en talegenerator fra Speech Plus og en bærbar datamaskin som ble festet til rullestolen hans. Dette utstyret ble installert av David Mason, eksmannen til pleieren Hawking senere skulle gifte seg med, for så å skille seg igjen. Det var den stemmen som ble synonym med Stephen Hawking, og han holdt hardnakket fast ved den selv etter at teknologiske framskritt kunne gitt ham en bedre røst.
Tross alle tilbakeslagene fullførte Hawking omskrivingen av A Brief History of Time, og boka kom ut. Den inneholdt et forord av Carl Sagan, forgrunnsfiguren i Tv-serien Kosmos og en av verdens framste populariserere av realvitenskap på den tiden. Boka utkom 1. april 1988. Om noen mente datoen var uhellsvanger, skulle bokas suksess vise at de tok alvorlig feil. Den sto uovertrufne 237 uker på bestselgerlisten i The Sunday Times, noe som ga den en plass i Guinness Rekordbok. Nå er den solgt i godt over 10 millioner eksemplarer på flere titalls språk.
Hittil har ingen kunnet forklare hvorfor boka har hatt så enorm suksess – hvis forlagene hadde visst det, ville de gjentatt suksessen med andre bøker. Kanskje det var den inspirerte og tankevekkende tittelen. Kanskje det var forfatteren selv – en suveren hjerne som var innestengt i en defekt kropp, men likevel kunne streife fritt over hele Kosmos. Eller kanskje det var det fantastiske temaet.
«Hvor kommer universet fra?» skrev Hawking i forordet. «Hvordan og hvorfor begynte det? Kommer det til å ta slutt, og i så fall hvordan?» Dette er de største spørsmålene som finnes innenfor realvitenskapen. Tidligere hadde bare religionene kunnet befatte seg med dem. Men i 1988 var det mulig for fysikere å stille de spørsmålene – og ha en rimelig sjanse til å finne svarene i løpet av en generasjon.
VEIEN FRA EN LITEN OPPRINNELSE TIL STORE TING
Teorien for store ting – stjerner, galakser og universet – er Einsteins teori om tyngdekraften. Teorien for små ting – atomer og det de består av
«Den sto uovertrufne 237 uker på bestselgerlisten i The Sundaytimes, noe som ga den en plass i Guinness Rekordbok»
– er kvanteteori. Begge deler er uhyre vellykket på sine respektive felt. Universet er stort, men i sine første øyeblikk var det mindre enn et atom. For å kunne forstå universets fødsel og gå løs på Hawkings store spørsmål trengte man derfor en dypere fysisk teori, en teori som dekket alt, og som forente Einsteins tyngdekraftteori (den generelle relativitetsteorien) med kvanteteori.
I A Brief History of Time beskrev Hawking Einsteins teori, der tyngdekraften ikke er noe mer enn materiens krumming av romtiden. Videre beskrev han kvante- teorien, som med fenomenal presisjon forklarer så å si alle aspekter ved hverdagens verden. Mot slutten av boka belyste han også strengteori, en svært spekulativ begrepsstruktur som muligens kan være et skritt i retning av den forjettede teorien som omfatter alt. Ifølge strengteorien er verdens fundamentale byggeelementer ultratynne strenger som vibrerer i ti romtiddimensjoner, og dette er foreløpig den eneste begrepsstrukturen som er forenlig med både relativitetsteorien og kvanteteorien.
Etter at A Brief History of Time kom ut, har en enorm mengde ting forandret seg. Den største endringen har kanskje vært omdannelsen av kosmologien – læren om universets opprinnelse, utvikling og skjebne – fra en hovedsakelig teoretisk disiplin til et felt preget av presise studier og pålitelige data.
I 1989 skjøt NASA opp Cosmic Background Explorer (COBE) med instrumenter til å studere strålingsrestene etter Big Bangs ildkule, skaperverkets eldste fossil, som bærer et avtrykk universet satte da det var bare 380 000 år gammelt. Sonden fant ørsmå variasjoner i rommets bakgrunnstemperatur rundt om på himmelhvelvingen. Disse kosmiske krusningene var noe vitenskapen lenge hadde vært på jakt etter, nemlig kimene til gigantiske superklynger av galakser i dagens univers. Dette var den manglende puslespillbrikken i verdensrommets historie, den viste hvordan Kosmos hadde gått over fra en jevn ildkule til det nåværende universets klumpete galaksevrimmel.
COBE og etterfølgeren, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ( WMAP), innledet en kosmologisk gullalder. Men mens observasjonene av skapelsens etterstråling stort sett bekreftet det Big Bang-modellen hadde forutsagt, slo en annen oppdagelse ned som en bombe i hjertet av kosmologien. Mørk energi, som ble oppdaget i 1998, er usynlig. Den fyller hele verdensrommet og øver en frastøtende tyngdekraft som akselererer universets ekspansjon. Men ingen vet hva det er. Vår beste fysikkteori, kvanteteorien, overvurderer den mørke energien med en faktor på 10 opphøyd i 120. potens – et ettall med 120 nuller etter. Dette er den største beregningsbom i vitenskapens historie. Noe er bindgalt et eller annet sted i vår forståelse av universet.
Like før oppdagelsen av mørk energi hadde Hawking ironisk nok hevdet at fysikerne var
nær ved å finne den altomfattende teorien som destillerte alle fysiske fenomener til et ryddig sett av ligninger. Dermed ble han en av de mange fysikerne som hadde gått i baret med tilsvarende spådommer, noe som viste at han ikke var ufeilbarlig. Mørk energi representerer 68,3 prosent av universets totale masseenergi. Inntil for 20 år siden hadde vi ufattelig nok oversett universets største massekomponent!
KNUST HÅP
Jakten på en altomfattende teori har vist seg å være vanskeligere enn Hawking trodde. Grunnen til entusiasmen hans i A Brief History of Time var at Michael Greene ved Queen Mary College i London og John Schwarz ved California Institute of Technology i 1984 hadde vist for første gang at strengteorien kunne gi rimelige beregninger. Hawking og mange andre håpet at den ville fastslå elementærpartiklenes masse og energi. I de senere år har det håpet dessverre falt i grus, for teoretikerne har oppdaget at det finnes minst 10 500 strengteorier, hver med forskjellige partikler og krefter.
I det minste gir dette såkalte strenglandskapet en mulig plassering av multiverset, en enorm samling parallelle universer som fysikerne har fått stadig sterkere tro på siden 1988. Enkelte fysikere kan ikke fordra tanken på romtiddomener som aldri vil kunne observeres direkte, mens andre godtar en rekke forskjellige tegn som tyder på at vårt univers ikke er det eneste.
Blant andre ting som har fått stor betydning siden 1988, kan vi nevne gammautbrudd, som vi nå vet er eksplosjoner opptil en million ganger kraftigere enn en normal supernova, og mørk materie. Riktignok var mørk materie kjent allerede i 1988, men nå har fenomenet fått en sentral plass i Big Bang- modeller sammen med mørk energi. Ingen vet hva mørk materie er – det kan være ennå uoppdagede subatomiske partikler, eller muligens svarte hull med dimensjoner som et kjøleskap og masse som Jupiter. Men den mørke materien er omtrent seks ganger tyngre enn synlige stjerner og galakser. For den som vet hva mørk materie er, ligger en nobelpris klar i Stockholm.
Det er imidlertid ikke tvil om at læren om svarte hull har blomstret etter at A Brief History of Time kom ut. I 1988 kjente vi knapt ti gode kandidater i Melkeveien, nå vet vi om nærmere 100. Og på nittitallet oppdaget NASAS Hubbleteleskop at så å si alle galakser tydeligvis har et supermassivt uhyre av et svart hull i sentrum. Like fullt, selv om en overveldende mengde tegn
«Han ble en av de mange fysikerne som hadde gått i baret med tilsvarende spådommer, noe som viste at han ikke var ufeilbarlig»
tydet på at svarte hull eksisterte, var det bare snakk om indirekte observasjoner – materie som kretset i stor fart rundt noe massivt og kompakt som ikke var synlig. Men alt dette endret seg 14. september 2015, da gravitasjonsbølger – krusninger i romtidens struktur som Einstein hadde forutsagt nesten hundre år tidligere – for første gang ble registrert på Jorda.
I en fjern galakse, i en tid da den mest komplekse organismen på Jorda var en basill, hang to svarte hull sammen i en dødsspiral. De virvlet rundt hverandre, kysset hverandre og smeltet sammen. I det øyeblikket slapp de løs en kataklysme av mishandlet romtid. Kraften i gravitasjonsbølgene som strømmet utover var en kort stund 50 ganger sterkere enn tyngdekraften fra alle stjernene i universet til sammen. Eller for å si det på en annen måte: Hvis sammensmeltingen hadde generert lys i stedet for gravitasjonsbølger, ville den skint 50 ganger sterkere enn hele universet. Det var det
«Gjennom hele menneskehetens historie har vi kunnet se universet – først med øynene, senere med teleskoper. Nå kan vi for første gang høre det »
aller kraftigste fenomen mennesket noen gang har vært vitne til.
Gravitasjonsbølgene, som hadde avtatt til nesten ingenting mens de bredte seg gjennom verdensrommet i 1,3 milliarder år, hadde akkurat den formen Einsteins teori hadde forutsagt for sammensmelting av to svarte hull. Omsider var svarte hulls eksistens bevist hinsides enhver tvil.
Etter denne første registrerte sammensmeltingen er fire andre hendelser av samme type blitt påvist – i tre tilfeller var det svarte hull som smeltet sammen, i det fjerde var det superkompakte himmellegemer som kalles nøytronstjerner. Betydningen av disse oppdagelsene kan ikke overvurderes. La oss tenke oss at vi har vært døve fra fødselen av, men plutselig kan vi høre. Slik er det for fysikere og astronomer. Gjennom hele menneskehetens historie har vi kunnet se universet – først med øynene, senere med teleskoper. Nå kan vi for første gang høre det. Gravitasjonsbølger er verdensrommets stemme.
Foreløpig er det som om vi har utviklet et primitivt høreapparat slik at vi så vidt kan ane tordenbulder i det fjerne. Men når vi videreutvikler gravitasjonsbølgedetektorene, er det ikke godt å vite hvilke fantastiske ting vi vil få høre når vi begynner å følge den kosmiske symfonien. Dette er en interessant tid for kosmologien og det nye feltet gravitasjonsbølgeastronomi. Og Gud skje lov at Stephen Hawking, gravitasjonsfysikkens mester, fikk leve lenge nok til å se begynnelsen av det som nå skjer.