הלך לעולמו סטיבן הוקינג, אחד הפיזיקאים המפורסמים בעולם, שפרץ את הידע על חורים שחורים ועל היקום בעודו מרותק לכסא גלגלים

סטיבן הוקינג (Hawking) נולד ב-8 בינואר 1942 באוקספורד. אביו פרנק היה מומחה למחלות טרופיות, ואמו איזובל הייתה אחת הנשים הראשונות שהתקבלו ללימודים באוקספורד. אחריו נולדו להם שתי בנות ובהמשך הם אימצו בן נוסף.

אביו של הוקינג ייעד אותו ללימודי רפואה, אך סטיבן הצעיר התעניין בעיקר בשמיים ובכוכבים. הוא גם היה ילד פעיל מאוד, שאהב לטפס, לרקוד ולעסוק בספורט. אף על פי שהיה ברור שהוא נער חכם מאוד, הוא לא הצליח במיוחד בלימודים והתעניין בדברים אחרים, כמו ייצור זיקוקים, בניית דגמי מטוסים והמצאת משחקי לוח. בהדרכת המורה למתמטיקה, בנו הוקינג וכמה מחבריו מחשב פשוט מרכיבים אלקטרוניים משומשים של מחשבים ומכשירים אחרים.

לקראת סיום התיכון שיפר הוקינג מאוד את הישגיו, ואף סיים את הלימודים בגיל 17. הוא רצה ללמוד מתמטיקה באוניברסיטה, אבל אביו לחץ שילמד גם הוא באוקספורד, שם  לא היה תואר ראשון במתמטיקה, לכן הוא פנה ללימודי פיזיקה וקוסמולוגיה. ב-1962 סיים בהצטיינות את לימודיו והמשיך לדוקטורט באוניברסיטת קיימברידג'.

במהלך לימודי הדוקטורט החל הוקינג לחוש ירידה בתפקוד המוטורי שלו. עד מהרה התברר כי הוא חולה ב-ALS, מחלת ניוון שרירים קשה. במחלה נפגע תפקודם של תאי העצב המפעילים את השרירים, וכעבור זמן קצר תפקוד השרירים יורד לאפס, והחולה אינו מסוגל גם לאכול או לנשום בכוחות עצמו. תוחלת החיים של החולים היא בדרך כלל שנים אחדות לאחר האבחון. רופאיו של הוקינג העריכו תחילה שנותרו לו כשנתיים לחיות, והוא החליט לפרוש מהלימודים. לאחר מכן התברר כי מחלתו מתקדמת לאט יותר, והוא נענה לעצת הרופאים ולעידוד של המנחה שלו, דניס סיאמה, והמשיך בלימודים בכל זאת.

בעבודת הדוקטורט שלו לקח הוקינג את הרעיון של נקודה סינגולרית הנמצאת במרכזם של חורים שחורים, והחיל אותו על היקום כולו. חור שחור הוא גוף בעל מסה גדולה המרוכזת בנפח קטן מאוד, ולכן בעל כבידה כה חזקה עד ששום דבר לא יכול להימלט ממנה, אפילו קרני אור. במרכזו של חור שחור יש נקודה שבה מרוכזת רוב המסה, והצפיפות שלה למעשה אינסופית מבחינת הפתרון של משוואות השדה. בתקופה שמודל המפץ הגדול עדיין היה שנוי במחלוקת מדעית, חישב הוקינג את התכונות של היקום המתפשט והראה כי היקום עצמו היה יכול להתחיל מנקודה סינגולרית כזו.

בשנה שעברה פרסם את העבודה, שכותרתה תכונות של יקומים מתפשטים, באתר הפתוח של אוניברסיטת קיימברדיג'. הפרסום עורר התעניינות כה רבה, עד ששרתי האוניברסיטה קרסו מעומס גולשים.

האנטרופיה לא יכולה להעלם גם בחור שחור, והוא פולט קרינה. בקנשטיין (מימין) והוקינג | צילומים: ויקיפדיה, נחלת הכלל
האנטרופיה לא יכולה להעלם גם בחור שחור, והוא פולט קרינה. בקנשטיין (מימין) והוקינג | צילומים: ויקיפדיה, נחלת הכלל

קרינה מחור שחור

עבודתו של הוקינג נשענה במידה רבה על פריצות דרך של המתמטיקאי הנודע רוג'ר פנרוז (חתן פרס וולף, 1988). הם המשיכו לעבוד יחד על התיאוריה של התפתחות היקום, וב-1970 פרסמו יחד מאמר מקיף המראה כי התפשטות היקום מנקודה סינגולרית עולה בקנה אחד עם תורת היחסות הכללית.

הוקינג נשאר כחוקר באוניברסיטת קיימברידג', וחזר עד מהרה לעסוק בסוגיית החורים השחורים. הוא ניסח עם כמה חוקרים אחרים ארבעה חוקים העוסקים במכניקה של חורים שחורים, ומגדירים את דרכי היווצרותם.

את פריצת הדרך המדעית הגדולה שלו עשה ב-1974, כשהוכיח כי חורים שחורים אינם שחורים לגמרי, כלומר משהו בכל זאת נפלט מהם, בצורת קרינה. הוקינג הסתמך על עקרון אי-הוודאות שקובע שאי אפשר לדעת בדיוק מוחלט את האנרגיה של מערכת. הוא הסיק שאפילו במקום שאין בו חלקיקים או קרינה, כלומר רִיק מוחלט, האנרגיה לא יכולה להיות בדיוק אפס ויהיו תמיד תנודות קוונטיות שלה. התנודות הללו יתבטאו ביצירת זוגות של חלקיק ואנטי־חלקיק שייווצרו לזמן קצר מאוד מתוך הרִיק ולאחר מכן ייעלמו.  אם זוג כזה ייווצר בדיוק על גבול החור השחור, אותו "אופק אירועים" שמעבר לו כל דבר נבלע בחור השחור, חלקיק אחד ייבלע בחור השחור, והחלקיק האחר ייפלט מכיוונו. זו הקרינה של חורים שחורים, הנקראת כיום קרינת הוקינג.

החישובים של הוקינג התבססו על עבודה של המדען הישראלי יעקב בקנשטיין, שהראה שנתיים קודם לכן כי לחורים שחורים יש אנטרופיה, כלומר אי סדר אנרגטי. החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי אנטרופיה תמיד גדלה, ובקנשטיין הבין שגם כאשר חומר נבלע בחור שחור האנטרופיה שלו אינה נעלמת, ומצא דרך לחשב את האנטרופיה של חורים שחורים. לכן הקרינה שחזקה הוקינג נקראת לעיתים קרינת הוקינג-בקנשטיין.

הוקינג חזה את קיומם של החלקיקים העשויים להיפלט מאופק האירועים של חור שחור, חישב את הטמפרטורה של הקרינה והראה שהיא מתאימה לאנטרופיה שהציע בקנשטיין. קרינת הוקינג לא נצפתה מעולם בחור שחור בחלל, בגלל שעוצמתה חלשה מדי למדידה. בשנה שעברה הראה חוקר ישראלי, ג'ף סטיינהאואר מהטכניון, כי הקרינה הזו קיימת בחור שחור אקוסטי, כלומר התקן דמוי חור שחור הבולע גלי קול, לא קרינה אלקטרומגנטית.

עבודתו פורצת הדרך זיכתה את הוקינג בכמה פרסים מדעיים חשובים, בהם מדליית אדינגטון מטעם החברה הבריטית המלכותית (עם פנרוז), מדליית מקסוול של המכון הבריטי לפיזיקה ומדליית איינשטיין. בשנת 2009 העניק לו נשיא ארצות הברית, ברק אובמה, את מדליית החירות הנשיאותית.

קיצור תולדות הזמן

מאז שנות ה-80 המשיך הוקינג לעסוק בשאלות יסוד של הפיזיקה, כגון מהותו של הזמן וסוגיית אובדן המידע הנופל לתוך חור שחור. הוקינג טען כי מידע כזה יאבד לעד עם קצו של החור השחור. במחווה למשפט המפורסם של איינשטיין שאמר כי "אלוהים לא משחק בקוביות", כשהביע התנגדות להיבטים ההסתברותיים של תורת הקוונטים, אמר הוקינג כי "אלוהים לא רק משחק בקוביות עם היקום, אלא אף משליך אותן לפעמים למקומות שבהם אי אפשר לראותן". פיזיקאים רבים התנגדו לעמדתו ואמרו כי תפיסהזו סותרת את רעיון שימור המידע שבבסיסה של מכניקת הקוונטים, וב-2004 קיבל הוקינג את עמדתם והודה בטעותו.

את עיקר פרסומו מחוץ לקהילת הקוסמולוגים קנה בזכות כמה ספרי מדע פופולרי שפרסם. הראשון והמפורסם ביותר היה "קיצור תולדות הזמן" שראה אור ב-1988. הספר היה לרב-מכר, תורגם לשפות רבות ונמכר במיליוני עותקים ברחבי העולם. בעקבותיו פרסם הוקינג ספרים נוספים בהם "חורים שחורים, גורי יקומים ומסות אחרות", "היקום בקליפת אגוז" ו"התיאוריה של הכל".

ב-2014 ראתה אור האוטוביוגרפיה שלו, "קיצור תולדות חיי". כמו כן פורסמו כמה ביוגרפיות שלו. סיפור חייו עומד במוקד סרט הקולנוע  "התיאוריה של הכל" (2014).

על אף מצבו הרפואי התחתן הוקינג עם ג'יין ווייד, שהכיר זמן קצר לפני שפרצה מחלתו. הם הביאו לעולם שלושה ילדים, רוברט (נולד ב-1967), לוסי (1970) וטימותי (1979). ב-1995 התגרש הוקינג מאשתו ונישא לאיליין מנסון, האחות שטיפלה בו במסירות במשך שנים רבות.

לאחר שאיבד את יכולת הדיבור בעקבות המחלה, אימץ הוקינג מערכת מחשב המאפשרת לו לבחור אותיות, מילים או משפטים מתוך תוכנה, ומתרגמת את דבריו לצליל מכאני. תחילה הצליח הוקינג להשתמש בידו לבחירת הטקסטים, ובהמשך עבר למכשיר המאפשר לו לעשות את הבחירה באמצעות הפעלה של אחד משרירי הפנים. המערכת שוכללה עם השנים, אך הוקינג בחר שלא להשתמש בהקלטות ואמר כי הקול המתכתי של מערכת המקורית הפך מזוהה עמו.

בלי מגבלות

למרות מגבלותיו הוקינג לא הפסיק לסייר בעולם, וביקר בכל היבשות, בהן אנטארקטיקה. ב-2006 ביקר בישראל ונשא הרצאה באוניברסיטה העברית בירושלים. הוא אפילו חלם לטוס לחלל, והיה אמור להיות אחד הנוסעים הראשונים ביוזמה השאפתנית של איל ההון הבריטי ריצ'רד ברנסון להטיס תיירים לגבול החלל. בשנת 2007 קיבל הזדמנות לחוות חוסר כבידה במטוס לאימוני אסטרונאוטים המבצע צלילות ארוכות, ומקנה לנוסעים תחושה של חוסר כבידה בזמן הנפילה החופשית. "התחושה של חוסר כבידה הייתה נפלאה, והחלקים של כבידה חזקה לא היו בעייתיים מבחינתי. הייתי יכול להמשיך בכך עוד ועוד. חלל, הנה אני מגיע!", אמר הוקינג לאחר ההתנסות שנמשכה שעתיים. כשנשאל בהזדמנות אחרת מדוע הוא אוהב להסתכן, אמר "אני רוצה להראות שאנשים לא צריכים לתת למוגבלות פיזית לשים להם גבולות, כל עוד אין גבולות לרוח האדם".

מעמדו כמדען פורץ דרך וכמחבר של ספרי מדע פופולריים בשילוב עם מצבו הרפואי, הפכו את הוקינג לדמות מוכרת מאוד בעולם. הוא גם השתתף בדמותו בסרטים פופולריים ובסדרות טלוויזיה, כמו "המפץ הגדול" ואפילו "משפחת סימפסון". הנה קטע שבו הוקינג משתתף במשחק פוקר עם מדענים גדולים אחרים, איינשטיין וניוטון, בסדרה "מדע בין כוכבים – הדור הבא".

הוקינג התראיין לא מעט בנושאים מדעיים ונושאים קיומיים אחרים, וסיפק לתקשורת התבטאויות מעניינות רבות. הוא נהג לומר שסביר מאוד להניח שיש חיים מחוץ לכדור הארץ, אך המפגש עמם עלול להיות מסוכן בעבורנו. "בהתחשב במספר הכוכבים וכוכבי הלכת שאנו יודעים על קיומם, מאוד לא סביר שאנו צורת החיים היחידה שהתפתחה", אמר. "אם חייזרים יבקרו אותנו, אני חושב שהתוצאה תהיה דומה למה שקרה כשכריסטופר קולומבוס נחת באמריקה, וזה לא היה טוב לילידים".

הוא גם הביע לא אחת את עמדתו בנושאי דת "לפני שאנו מבינים את המדע, טבעי להאמין שאלוהים ברא את היקום. אבל המדע מציע הסבר משנע יותר", אמר.

רק לפני כמה ימים, במה שהיה ככל הנראה הראיון האחרון שלו, נשאל בתכנית Star Talk מה היה לפני המפץ הגדול, והסביר כי לא היה כלום, משום שגם הזמן עצמו התחיל במפץ הגדול:

הוקינג ניצל את מעמדו הציבורי לקידום הסיוע המחקר של מחלת ALS, ואף תרם כסף למחקרים כאלה. כמו כן הוא פעם לקידום מעמדם של בעלי מוגבלויות אחרות. הוא גם התבטא רבות בנושאים ציבוריים ופוליטיים. כבר ב-1968 כשעדיין נעזר במקלות הליכה, השתתף בצעדת מחאה נגד מלחמת וייטנאם. בהמשך מתח ביקורת נוקבת על הפלישה של בעלות הברית לעיראק ב-2003 וכינה אותה "פשע מלחמה", ואף הודיע לפני חמש שנים כי הוא מצטרף לחרם האקדמי על ישראל. הוא גם קרא לפירוק העולם מנשק גרעיני, ולפעילות עולמית לבלימת התחממות כדור הארץ.

הוקינג נהג להתגאות שנולד בדיוק ביום השנה ה-300 למותו של גליליאו גליליי. נראה שזה אך סמלי שהוא הלך לעולמו ביום הולדתו של פיזיקאי גדול אחר, אלברט איינשטיין. "מאז איינשטיין לא היה מדען שהצית כמותו את הדמיון של הקהל הרחב וריתק עשרות מיליוני אנשים ברחבי העולם", אמר עליו הפיזיקאי וסופר המדע הפופולרי מיצ'יו קאקו (Kaku).

"דמותו של סטיבן הוקינג מתנייד בכסא הגלגלים החשמלי, ראשו מוטה הצדה וידיו השלובות מפעילות את הכסא, נתפסת בדמיון הציבורי כסמל ממשי של נצחון הרוח על מגבלות החומר", כתב רוג'ר פנרוז בהספד לידיו ושותפו לעבודה המדעית. "כמו אצל האורקל של דלפי ביוון העתיקה, נראה כי על המגבלה הגופנית שלו פיצה כשרון כמעט על טבעי, שאיפשר למוחו לשוטט בחופשיות במרחבי היקום ומדי פעם בפעם לחשוף כמה מהסודות החבויים מעיניהם של בני התמותה".

10 תגובות

  • אינפיניטי

    אולי פרץ את הידע על חורים שחורים,

    אבל היה רחוק מלפרוץ את הידע על היקום.
    הוא לא נתן אפילו תשובה מוחלטת וסופית אחת לאף אחת מהשאלות הגדולות.
    אנשים, הגזמתם עם פסטיבל סטיבן הוקינג. הוא לא היה כזה גדול.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    ידע

    תשובה מוחלטת וסופית אף אחד לא נתן בינתיים. הוקינג הניח יסודות מתמטיים ופיזיקליים גם להבנה של חורים שחורים, וגם להבנה של התפתחות היקום עצמו, בעיקר בעבודת הדוקטורט שלו על המפץ הגדול. אני לא יודע איך אתה מגדיר "כזה גדול" - הוא לא היה איינשטיין או ניוטון, אבל הוא בהחלט היה אחד הקוסמולוגים החשובים במאה ה-20.

  • אינפיניטי

    מר נבו, לדעתך אף אחד לא נתן תשובה מוחלטת וסופית.

    לדעתי דווקא ניתנו תשובות מוחלטות וסופיות, והבאתי כדוגמה לכך בהודעה למטה פרק שמסביר הכל על הזמן מתוך מאמר בשם "רקוויאם למוות", כשבפרק השני מוסבר מדוע קיים היקום, אם סופי או אינסופי וכולי,
    הנה הפרק השני במקרה ואתה מעוניין:
    http://www.academics.co.il/Articles/Article84738.aspx
    אגב, הפרקים הבאים מתוך המאמר הנ"ל טרם פורסמו בשום מקום, אבל משני הפרקים הראשונים ניתן בערך להבין אלו עוד חידות גדולות של היקום עומדות להיפטר שם...
    לגבי הוקינג, "כזה גדול" היה איינשטיין ולא הוקינג, גם אם במקומות מסויימים הכתירו אותו שלא בצדק כמובן כיורשו של איינשטיין, יחד עם זאת בהחלט מסכים שהוא היה אחד הקוסמולוגים החשובים במאה ה-20. כפי שכתבת.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    תשובה סופית

    הכוונה שלי ב"תשובה מוחלטת וסופית" היא כזו שאפשר גם לנסח אותה באופן מתמטי-פיזיקלי שמתיישב עם שאר הידע הקיים על תולדות היקום, התפתחותו ומצבו הנוכחי, ואולי גם מאפשרת לחזות את עתידו.

  • אינפיניטי

    הנה דוגמה לפריצת ידע על היקום שהוקינג לא פרץ

    פרק על הזמן מתוך מאמר מאת חנניה (ננו) כהן שפורסם במספר מקומות: חנניה (ננו) כהן רקוויאם למוות 1.זמן החומר והאנרגיה הנראים והבלתי נראים (תמיד כשיכתב בהמשך חומר ואנרגיה הכוונה היא לחומר ואנרגיה נראים ובלתי נראים) שהם היש,והחלל הריק שהוא האין,מעורבבים ביניהם, (לדוגמא,בין האטום לאלקטרון קיים חלל ריק...) היכן שיש חומר ואנרגיה יש גם חלל ריק.ערבוב זה ביניהם הוא שמאפשר לחומר ולאנרגיה דינמיות... דינמיות זו של החומר והאנרגיה שגורמת לשינויים בהם היא הזמן. כלומר,זמן=שינויים.אם יש חומר ואנרגיה מעורבבים בחלל ריק יש גם שינויים ויש גם זמן.אם אין חומר ואנרגיה אין גם שינויים ואין גם זמן כמובן. אולם המצב האחרון לא אפשרי מאחר שקיומם של החומר והאנרגיה וגם של החלל הריק נצחי הוא ללא התחלה וללא סוף,מפני שלחומר ולאנרגיה ולחלל הריק לא היה מאיפה לבוא ולא יהיה להיכן להסתלק מפני שהם כל המקומות האפשריים... בחומר ובאנרגיה שמעורבבים בחלל הריק מתרחשים ללא הרף שינויים ושינויים הם כאמור הזמן,ולכן גם הזמן נצחי הוא ללא התחלה וללא סוף. בנצח לא מתרחשים דברים חדשים וראשוניים או אחרונים.מה שנוצר הוא אפשרות פוטנציאלית נצחית שאחרי שתיווצר בהווה או בעתיד יישאר לה זמן אינסופי בכדי להיווצר שוב ושוב...ולפני כל פעם שנוצרה בעבר היה לה זמן אין-התחלתי בכדי שתיווצר שוב ושוב... לפיכך היקום או מבני היקום הם תופעה נצחית שנוצרת שוב ושוב מהחומר והאנרגיה ללא יקום או מבני יקום ראשוניים או אחרונים מבחינת זמן,כאשר מספר מבני היקום שנוצרים בכל פעם נע בין אחד לאינסוף... דבר נוסף וחשוב בקשר לזמן זה שבמצב של אין-התחלה לזמן כל נקודת זמן בעבר,בהווה ובעתיד לא אמורה להגיע מפני שלפני כל נקודת זמן בעבר,בהווה ובעתיד היה אין-התחלה זמן ואין-התחלה זמן לא יכול לחלוף כדי שתגיע כל נקודת זמן בעבר,בהווה ובעתיד... אז איך בכל זאת מגיעות נקודות הזמן בעבר,בהווה ויגיעו נקודות הזמן בעתיד? ובכן,יש רק דבר אחד שיכול להסביר זאת וזה שכל נקודות הזמן על ציר הזמן קיימות בו-זמנית ללא עבר,הווה ועתיד כפי שהם נתפסים אצלנו...(אולם בשביל הבנת הדברים יהיה בהמשך שימוש גם בזמן,בעבר,בהווה ובעתיד כפי שהם נתפסים אצלנו) לזמן כזכור גם לא יכולה להיות התחלה מפני שמצב זה של אי-זמן שהיה לפני ההתחלה היה אמור להישאר כך כי בלי זמן לא היתה מגיעה הנקודה שבה היה צריך להיווצר הזמן...כלומר, כדי שיווצר זמן צריך זמן...ואין-התחלתיות זו של הזמן שהוא כאמור השינויים שמתרחשים בחומר ובאנרגיה מראה שגם כאן החומר והאנרגיה אין-התחלתיים הם וגם אינסופיים מבחינת זמן כמובן כפי שגם הוסבר קודם לכן שאין לחומר ולאנרגיה ואיתם לזמן לאן להסתלק...כלומר,אין יש לאין...יש רק יש ליש...

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    תודה

    תודה

  • h

    איך אתם מסבירים שחי מעל שנתיים שהקצו הרופאים?

    איך אתם מסבירים שהוקינג האריך חיים מעל גיל 70 למרות מחלתו הקשה בצעירותו?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    ניצח את הסטטיסטיקה

    קודם כל, הרופאים לא הקצו שנתיים - זו הייתה ההערכה בעת האבחון הראשוני. אחר כך היא מן הסתם שונתה. לעצם העניין, היום הסטטיסטיקה אומרת שרוב חולי ALS חיים 3-5 שנים לאחר האבחון. הסיבות למחלה והמנגנון שלה עדיין אינם ברורים מספיק, אז קשה לדעת מה גורם להבדלים בתוחלת החיים של החולים. להוקינג היה כנראה סוג מחלה שמתקדם לאט יותר, ואין כמעט ספק שגם הטיפול הרפואי המעולה שקיבל סייע להאריך את חייו.

  • h

    תודה

    תוהה אם אין קשר גם לרווחה הנפשית (תחושת שליחות, והכרה חברתית וכו') שמאריכה את חיינו

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאיתי נבו

    בהחלט יכול להיות

    בהחלט יכול להיות