Stephen Hawking, fisikawan yang memutar ulang alam semesta dan meluncur cepat mendorong partikel-partikel dari daerah batas panas lubang hitam, berusia 76 hari (8 Januari).
Selain menjadi ahli kosmologi terkenal di dunia, Hawking telah menjadi ikon budaya pop. Dia adalah sosok yang mengejutkan: seorang jenius meringkuk dalam tubuh yang sebagian besar diimobilisasi oleh sklerosis amyotrophic lateral, atau ALS. Dia didukung oleh kursi roda canggih, dan berkomunikasi dengan dunia melalui sistem khusus dan langka yang mengubah gerakan otot tunggal di pipinya menjadi ucapan. Dalam mode itu, ia muncul di "Star Trek: The Next Generation," "The Simpsons" dan "The Big Bang Theory."
Tetapi warisan Hawking yang paling abadi akan menjadi fisikawan paling penting di paruh kedua abad ke-20 - seorang peneliti yang mengambil karya tokoh-tokoh sebelumnya seperti Albert Einstein dan Werner Heisenberg dan menyatukan mereka menjadi sesuatu yang mendekati penjelasan yang masuk akal untuk perilaku kosmos.
"Ada singularitas di masa lalu kita"
Tidak ada cerita jenius yang baik dimulai dengan sesuatu yang kurang dari bang, jadi pantas bahwa prestasi besar pertama Hawking juga tesis doktoralnya di Universitas Cambridge.
Tesis Hawking, yang disetujui pada tahun 1966, membuat argumen dramatis: bahwa seluruh alam semesta dimulai sebagai satu titik, sangat kecil dan padat dan meringkuk dengan sendirinya - titik di awal segalanya. Atau, seperti yang akan ditulisnya kemudian, dengan ringkas: "Ada keistimewaan di masa lalu kita."
Itu adalah deskripsi pertama dari Dentuman Besar seperti yang biasa dipahami hari ini: titik kecil yang tak terhingga pada waktu yang jauh yang meledak ke dalam kosmos modern kita yang terus berkembang.
Seperti yang dijelaskan Hawking dalam ceramahnya tahun 2005 "The Origin of the Universe," tesisnya tiba pada saat para ilmuwan telah melihat bahwa ruang kosong yang sangat luas, jurang antar galaksi, meluas. Tetapi mereka tidak yakin mengapa. Beberapa fisikawan mengusulkan versi yang lebih lemah dari konsep Big Bang, minus singularitas. Tetapi teori lain, yang disebut Steady State Universe, dominan.
"Ketika galaksi bergerak terpisah," kata Hawking dari Steady State Universe, "idenya adalah bahwa galaksi baru akan terbentuk dari materi yang seharusnya terus diciptakan di seluruh ruang. Alam semesta akan ada selamanya dan akan tampak sama pada setiap saat."
Dengan kata lain, banyak ilmuwan berpikir bahwa alam semesta mengembang, tetapi dengan cara yang tidak memberinya awal dan akhir.
Seperti yang ditulis oleh penulis biografi Kitty Ferguson dalam bukunya "Stephen Hawking: An Unfettered Mind" (St. Martin's Griffin, 2012), Hawking bergumul dengan depresi pada bulan-bulan setelah diagnosis ALS 1963 pada usia 21 tahun, dan penyakit mentalnya masih ada, dia mungkin tidak pernah sampai pada tesisnya. Tetapi depresinya mereda ketika menjadi jelas bahwa dia melampaui harapan dan ketika dia diberikan pengecualian dari peraturan Cambridge yang mengatur mahasiswa pascasarjana, yang memungkinkan dia untuk menikahi istri pertamanya, Jane Wilde, menurut Ferguson.
Selama periode itu sebelum dia tiba di subjek tesis doktoralnya, Hawking melaporkan merasa frustrasi dengan cara para peneliti menyibukkan diri dengan pekerjaan yang pada akhirnya dianggap sepele.
"Orang-orang sangat senang menemukan solusi untuk persamaan lapangan; mereka tidak bertanya apa arti fisik, jika ada," katanya kemudian dalam kuliah ulang tahun 2002-nya.
Rasa frustrasi itu membawanya ke sikat pertamanya dengan ketenaran. Seperti yang diceritakan Ferguson, Hawking melakukan perjalanan pada Juni 1964 untuk mendengar ceramah dari Fred Hoyle, seorang astronom terkenal dan pendukung teori Steady State Universe. Selama kuliah, Hawking menjadi sangat frustrasi sehingga dia mengangkat dirinya sendiri, bersandar pada tongkatnya, untuk menantang salah satu hasil Hoyle.
"Hoyle yang heran bertanya kepada Hawking bagaimana dia bisa menilai apakah hasilnya benar atau salah," tulis Ferguson. "Hawking menjawab bahwa dia telah 'menyelesaikannya.'"
Para hadirin terkesan, dan Hoyle "geram," oleh mahasiswa pascasarjana yang tidak dikenal ini yang tampaknya menghancurkan penelitian profesor di dalam kepalanya pada kuliah itu, tulis Ferguson. (Faktanya, Hawking telah berteman dengan salah satu siswa Hoyle dan mulai menyerang ide itu jauh sebelum kuliah.)
Segera setelah itu, Ferguson menulis, Hawking belajar tentang teori kosmologis yang dikembangkan oleh matematikawan Roger Penrose: bahwa singularitas, titik-titik kepadatan tak terbatas dan kurvatur ruang-waktu yang diteorikan dalam relativitas umum, mungkin sebenarnya muncul ketika bintang-bintang yang cukup besar runtuh pada diri mereka sendiri.
"Hawking lepas landas dari sana," tulis Ferguson, "membalikkan arah waktu, dan mempertimbangkan apa yang akan terjadi jika titik kepadatan tak terbatas dan kelengkungan ruang-waktu yang tak terbatas - singularitas - meledak ke arah luar dan meluas. Seandainya alam semesta dimulai seperti Misalkan ruang-waktu, meringkuk ketat di titik kecil, tanpa dimensi, meledak dalam apa yang kita sebut Big Bang dan berkembang hingga tampak seperti sekarang ini. Mungkinkah itu terjadi seperti itu? Harus sudah terjadi seperti itu? "
Hawking mulai bekerja, mendukung kereta spekulasi dengan perhitungan pendukung yang kuat. Tesis doktoralnya, berdasarkan perhitungan itu, disetujui pada tahun 1966. Perhitungan itu, bersama dengan penelitian lanjutan yang dilakukan dalam kemitraan dengan Penrose selama dekade berikutnya, membentuk dasar bagi pemahaman modern para ilmuwan tentang Big Bang.
Sekitar waktu yang sama, prediksi kunci tertentu dari teori Steady State Universe mulai gagal tes eksperimental, memperkuat status Hawking sebagai penemu sejarah sejati alam semesta awal.
Ledakan lubang hitam?
Jika satu-satunya pencapaian Hawking dalam karirnya adalah menemukan bentuk historis dari alam semesta, ia masih akan menjadi raksasa - tipe orang yang disebutkan bersama Rosalind Franklin, yang menemukan bentuk double-helix DNA, atau Nicolaus Copernicus, yang pertama kali mengusulkan model heliosentris tata surya. Tapi itu hanya yang pertama dari dua prestasi Hawking yang menentukan.
Yang kedua, radiasi Hawking, membutuhkan sedikit pemahaman tentang dua hal: lubang hitam dan mekanika kuantum ruang kosong.
Pertama, tentang lubang hitam: Sebuah lubang hitam adalah bintang yang telah runtuh dengan sendirinya dan menjadi begitu kuat secara gravitasi sehingga bahkan cahaya tidak dapat lepas dari suatu wilayah di sekitar pusatnya. Di luar titik itu, yang disebut horizon peristiwa, ruang-waktu begitu melengkung sehingga segala sesuatu yang berada di balik kafan itu hilang selamanya. Sebuah lubang hitam, menurut pemahaman ini pada awal 1970-an, tidak pernah memancarkan cahaya, tidak pernah menyusut, tidak pernah kehilangan massa; ia hanya memperoleh massa dan menarik lebih banyak ruang ke dalam wilayahnya yang terselubung.
Kedua, tentang mekanika kuantum: Pada saat karier Hawking, para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa ketidakpastian Heisenberg menunjukkan bahwa ruang kosong tidak benar-benar kosong. Sebaliknya, ia berkeliaran dengan partikel "virtual" - pasangan materi-antimateri yang muncul bersama, terpisah dan kemudian menabrak satu sama lain dan memusnahkan dalam rentang waktu yang terlalu pendek untuk diukur. (Para ilmuwan berpendapat hingga hari ini apakah partikel-partikel virtual itu benar-benar ada atau muncul hanya dalam persamaan kuantum karena sifatnya yang aneh dan probabilistik.)
Pada akhir musim panas 1973, Stephen dan Jane Hawking menghadiri serangkaian ceramah di Warsawa, Polandia, merayakan ulang tahun ke-500 Copernicus, tulis Ferguson. Di sana, Hawking bertemu dengan dua fisikawan Soviet, Yakov Borisovich Zel'dovich dan muridnya Alexei Alexandrovich Starobinsky, yang telah menunjukkan bahwa energi dari lubang hitam yang berputar akan menciptakan partikel di luar horizon peristiwa mereka. Partikel-partikel itu akan meluncur ke luar angkasa, Zel'dovich dan Starobinsky mengatakan dalam ceramah mereka, menghirup beberapa putaran lubang hitam saat mereka pergi. Akhirnya, Zel'dovich dan Starobinsky berkata, lubang hitam akan berhenti berputar.
Gagasan itu melekat di kepala Hawking, tulis Ferguson, dan dia kembali ke Cambridge untuk mengulang dan memperbaiki perhitungan Zel'dovich dan Starobinksy. Tetapi ketika dia mengambil tikaman pertama pada hasil mereka, sesuatu yang baru dibuka.
"Saya menemukan, yang mengejutkan dan membuat saya jengkel, bahwa bahkan lubang hitam yang tidak memutar tampaknya harus membuat dan memancarkan partikel dengan kecepatan tetap," ia kemudian menulis dalam bukunya yang diterbitkan pada tahun 1988, "Sejarah Singkat Waktu."
Inilah sebabnya, sebagaimana ia jelaskan dalam buku itu:
Jika lubang hitam ada di ruang angkasa dan telah menetapkan horizon peristiwa, dan jika ruang berkeliaran terus-menerus dengan "pasangan partikel yang dapat dimusnahkan secara virtual, maka kadang-kadang partikel tersebut harus muncul tepat di tepi cakrawala peristiwa lubang hitam. Bahkan, beberapa dari pasangan-pasangan partikel tersebut harus tampil dengan posisi yang sempurna dengan satu partikel antimateri massa negatif dipisahkan ke satu sisi horizon peristiwa dan partikel materi massa positif lainnya dipisahkan ke sisi lain.
Keadaan aneh itu secara efektif akan "mendorong" partikel-partikel dari semieksistensi virtual mereka menjadi kenyataan penuh, Hawking menyadari, karena mereka akan cukup terpisah untuk tidak memusnahkan. Itu berarti partikel energi dan massa akan muncul mengalir dari permukaan horizon peristiwa lubang hitam. Dan aliran energi itu, yang memancar keluar dari apa yang sebelumnya diyakini oleh para fisikawan adalah tubuh yang gelap selamanya, mengambil nama Hawking radiasi, setelah ia menggambarkannya dalam makalah 1974 di Nature berjudul "Black Hole Explosions?"
Radiasi Hawking sangat mengubah cara fisikawan memahami alam semesta. Sebelum realisasi Hawking, para ilmuwan percaya bahwa segala materi atau energi yang hilang ke lubang hitam hilang dari alam semesta yang lebih luas selamanya, sehingga cakrawala peristiwa lubang hitam akan bertindak sebagai tembok dari mana beberapa benda alam semesta tidak akan pernah kembali.
Tetapi penemuan Hawking menunjukkan bahwa lubang hitam akan membusuk lebih cepat dan lebih cepat dari waktu ke waktu. Untuk setiap partikel positif yang mengalir dari permukaan horizon peristiwa keluar ke alam semesta yang lebih luas, partikel negatif dengan energi dan massa negatif akan jatuh kembali ke ruang di luar horizon peristiwa, mengurangi total massa dan energi yang terkunci di sana. Seiring waktu, proses itu akan menyebabkan lubang hitam menyusut. Dan ketika mereka menyusut, mereka akan menjadi lebih aktif dengan radiasi Hawking dan menyusut lebih cepat.
Hawking meramalkan bahwa alam semesta pasti mengandung "lubang hitam primordial" yang muncul bukan dari runtuhnya bintang tetapi dari tekanan ekstrem alam semesta awal. Lubang-lubang hitam ini, menurutnya, akan menyusut jauh selama milyaran tahun yang lalu dan cakrawala peristiwa kecil mereka akan menghasilkan sinar radiasi Hawking yang kuat.
"Lubang seperti itu hampir tidak pantas hitam: mereka benar-benar putih panas, "tulisnya dalam" Sejarah Singkat Waktu. "
Akhirnya, Hawking memutuskan, mereka akan meledak.
Ketika Hawking mulai membagikan gagasan ini, Ferguson menulis dalam "An Unfettered Mind," rekan-rekannya menerimanya sebagai sesuatu yang brilian atau sesat. Ketika Penrose mendengar bisikan-bisikan itu, dia memanggil Hawking tepat ketika fisikawan itu duduk untuk makan malam ulang tahun 1974 dan memberi selamat padanya begitu lama sehingga makan malamnya menjadi dingin. Tetapi berbulan-bulan kemudian, moderator di simposium tempat Hawking mempresentasikan proposalnya naik untuk menyatakannya "benar-benar sampah."
Hari ini, itu dianggap sebagai fakta ilmiah dasar.
Di luar lubang hitam
Dalam empat setengah dekade sejak "Ledakan Lubang Hitam?" Hawking terus menerbitkan penelitian yang mengambil dasar-dasar alam semesta - termasuk ide-ide yang menyerang kontribusi sebelumnya sendiri. (Lihat, misalnya, tajuk utama 2014 yang mengejutkan di Nature, "Stephen Hawking: There Are No Black Holes '".)
Hawking menjadi yang paling terkenal dalam kariernya di kemudian hari sebagai komunikator sains. Dia telah menindaklanjuti karya klasiknya yang berjudul 1988 A History History of Time dengan 10 karya sains populer dan memoar berjudul My My History History (Random House, 2013).
Mustahil untuk berbicara tentang kontribusi Hawking yang sangat besar pada pemahaman manusia tentang alam semesta tanpa mengakui konteks kesehatannya yang telah lama menurun. Dua kontribusi Hawking terhadap fisika terjadi pada periode yang sama ketika ia bertransformasi dari seorang anak muda yang mampu berjalan sendiri menjadi seorang pria yang terkurung di kursi roda, mengacau pidatonya, dan bergantung pada istrinya untuk menuliskan pemikirannya. .
ALS melumpuhkan tubuh, tetapi - setidaknya dalam kasus Hawking - itu tidak merusak pikiran. Dan untuk itu, tulis Ferguson, Hawking telah lama menganggap dirinya "sangat beruntung."
"Itu benar pada tahun 1964, dan sekarang," tulis Ferguson, "bahwa sejauh menyangkut Hawking, semakin sedikit masalah fisiknya, semakin baik. Saya mengenali pada tahun 1989, selama wawancara untuk buku pertama saya tentang dia, bahwa jika saya menulis tentang karya ilmiahnya dan gagal sepenuhnya untuk menyebutkan bahwa melakukan pekerjaan seperti itu mungkin lebih mewakili pencapaian baginya daripada bagi kebanyakan orang, itu akan cocok untuknya baik-baik saja. "
Hawking tampak paling nyaman mendiskusikan disabilitas dalam konteks aktivisme, yang penting. Pada tahun 1999, ia bergabung dengan sekelompok 12 tokoh terkemuka, termasuk aktivis Afrika Selatan Desmond Tutu, dalam menandatangani piagam yang menyerukan kepada pemerintah dunia untuk mengubah hubungan mereka dengan populasi penyandang cacat dan memperluas layanan yang meningkatkan kehidupan para penyandang cacat.
Hawking juga telah menjadi pembela utama perawatan kesehatan universal dan Layanan Kesehatan Nasional Inggris (NHS), bertindak sejauh untuk menyerang Sekretaris Kesehatan Partai Konservatif Jeremy Hunt dalam pidato Agustus 2017 karena pendanaan yang tidak mencukupi dan mendukung program.
"Aku tidak akan berada di sini tanpa NHS," kata Hawking.
Hawking cenderung mendapatkan perhatian paling besar atas idenya tentang masa depan umat manusia ketika ia berkomentar tentang kecerdasan buatan atau alien. Tetapi sebagian besar pernyataannya tentang masalah ini lebih membumi: menentang perang, khawatir bahwa pemberhentian Presiden AS terhadap perubahan iklim dapat merusak planet ini, dan bergabung dengan boikot akademik global Israel.
Live Science mengucapkan selamat ulang tahun kepada Hawking dan banyak lagi.
