Stephen William Hawking (ur. 8 stycznia 1942 w Oksfordzie) – brytyjski astrofizyk, kosmolog, fizyk teoretyk. Hawking cierpi na stwardnienie zanikowe boczne, którego postęp spowodował paraliż większości ciała.

W ciągu trwającej ponad 40 lat kariery zajmował się głównie czarnymi dziurami i grawitacją kwantową. Opracował wspólnie z Rogerem Penrose'em twierdzenia odnoszące się do istnienia osobliwości w ramach ogólnej teorii względności oraz teoretyczny dowód na to, że czarne dziury powinny emitować promieniowanie, znane dziś jako promieniowanie Hawkinga (lub Bekensteina–Hawkinga).

Profesor matematyki i fizyki teoretycznej na macierzystej uczelni, Uniwersytecie Cambridge (gdzie w latach 1979-2009 obejmował katedrę Lucasa, tak jak kiedyś Newton), w Kalifornijskim Instytucie Technologii w Pasadenie. Członek Royal Society oraz Perimeter Institute for Theoretical Physics (Waterloo, Ontario).

Odznaczony Orderem Imperium Brytyjskiego oraz Order of the Companions of Honour. Członek Royal Society oraz Royal Society for the encouragement of Arts, Manufactures & Commerce. Jest członkiem honorowym Royal Society of Arts, dożywotnim członkiem Papieskiej Akademii Nauk. W 2009 został odznaczony Medalem Wolności, najwyższym odznaczeniem cywilnym USA.

Jego publiczne wystąpienia i książki popularnonaukowe, w których omawia współczesną kosmologię i własne odkrycia, uczyniły z niego akademicką sławę. Krótka historia czasu znajdowała się na liście bestselerów British Sunday Times przez rekordowy okres 237 tygodni.

Biografia

Dzieciństwo i edukacja

Stephen Hawking jest pierwszym synem biologa dr. Franka Hawkinga i jego żony Isobel Hawking. Specjalnością jego ojca była medycyna tropikalna. Kierował wydziałem parazytologii National Institute for Medical Research. Ma dwie młodsze siostry: Philippę i Mary oraz adoptowanego brata, Edwarda. Ponieważ w 1942 roku Londyn był wciąż zagrożony bombardowaniami, na czas ciąży cała rodzina przeniosła się do bezpieczniejszego Oksfordu. Jedna z rakiet V-2 uderzyła o kilka przecznic od ich domu w Highgate w północnym Londynie. Po narodzinach wrócili do Londynu. W 1950 cała rodzina przeniosła się do St Albans (w hrabstwie Hertfordshire), gdzie Uczęszczał do St Albans High School for Girls w latach 1950-53 (w tamtych czasach chłopcy mogli uczęszczać do szkół dla dziewcząt do 10. roku życia), później do St Albans School, gdzie był dobrym choć niewyróżniającym się uczniem. Zapytany później o to, który nauczyciel zainspirował go do zostania naukowcem wskazał nauczyciela matematyki Dikrana Tahtę. Wciąż utrzymuje kontakt z dawną szkołą, jego imieniem nazwany jest jeden z budynków i ponadprogramowy cykl wykładów, z których jeden wygłosił osobiście. Udzielił także obszernego wywiadu dla szkolnego pisma "The Albanian".

Studia

Choć Stephen chciał studiować matematykę, zgodnie z wolą ojca, który chciał, by syn studiował medycynę, wstąpił na Uniwersytet w Oxfordzie, gdzie w tym czasie matematyka nie była wykładana jako oddzielny kierunek. Studiował więc nauki przyrodnicze, specjalizując się w fizyce. Interesował się wtedy głównie termodynamiką, teorią względności i mechaniką kwantową. Jego nauczyciel fizyki, Robert Berman, powiedział później: "Jedyne czego potrzebował to przekonanie, że można to zrobić i robił to, nie oglądając się, jak robią to inni. [...] Nie miał zbyt wielu książek i nie robił notatek. W oczywisty sposób jego umysł różnił się od jemu współczesnych". Dobra pamięć i zdolności analityczne pozwalały mu osiągać dobre wyniki bez wielkiego wysiłku. Jak później obliczył, pracował średnio godzinę dziennie. Po otrzymaniu licencjatu w 1962 pozostał na Oxfordzie studiując astronomię. Zdecydował się odejść, kiedy okazało się, że bardziej interesuje go teoria niż obserwacja, a jedyna rzecz na jaką pozwalało oksfordzkie obserwatorium to obserwacja plam słonecznych. Przeniósł się do Trinity Hall (University of Cambridge) gdzie zaangażował się w astronomię teoretyczną i kosmologię. Z powodu choroby podczas swoich dwóch pierwszych lat na Cambridge był mniej aktywny, ale kiedy stan zdrowia się ustabilizował, z pomocą promotora Dennisa Williama Sciamy dającego mu angażujące wyobraźnię, trudne projekty, wrócił do pracy nad doktoratem. Po obronie pracy doktorskiej "Properties of the Expanding Universe" został pracownikiem naukowym, a później profesorem na wydziale matematyki stosowanej oraz Instytucie Astronomii Gonville and Caius College również w Cambridge.

Choroba

W młodości jeździł konno i był aktywny fizycznie. Na Oxfordzie był w czwórce wioślarskiej, co – jak wspomina – było poważną ulgą w przytłaczającej nudzie, jaką były studia. Wkrótce po przeniesieniu się na Cambridge pojawiły się pierwsze symptomy choroby, stracił równowagę i spadł ze schodów, uderzając się w głowę. Zmartwiony ewentualnymi skutkami dla sprawności intelektualnej przeszedł test Mensy. Diagnoza wskazująca na stwardnienie zanikowe boczne (ALS) (choroba neurodegeneracyjna mogąca prowadzić do całkowitego paraliżu) pojawiła się, kiedy miał 21 lat. Było to tuż przed ślubem i lekarze mówili, że zostało mu 2 do 3 lat życia. Wspomina, że ta diagnoza pozbawiła go motywacji do zajęcia się doktoratem, zareagował depresją i piciem alkoholu, ale zawarcie w 1965 małżeństwa z Jane Wilde stało się punktem zwrotnym. Po rozpoznaniu ALS jego lekarzem, aż do swej śmierci, był ojciec fizyka.

Hawking stopniowo tracił władzę nad kończynami i głosem i do dziś pozostaje prawie kompletnie sparaliżowany. Od 1974 nie był w stanie samodzielnie wstać z łóżka. Mowa stała się tak niewyraźna, że zrozumieć mogli go tylko ludzie, którzy go dobrze znali. W 1985 podczas pobytu w CERN w Genewie zachorował na zapalenie płuc, która to choroba w jego warunkach zagrażała życiu, ponieważ zmniejszała jego i tak ograniczoną wydolność płuc i musiał przejść tracheotomię, w wyniku czego stracił mowę. W późniejszym okresie choroba sprawiła, że jest prawie całkowicie sparaliżowany, porusza się na wózku inwalidzkim, a ze światem zewnętrznym porozumiewa się przy pomocy syntezatora mowy, do którego wprowadza wypowiedzi przez wirtualną klawiaturę. Bardzo długo używał nieprodukowanego już DECtalk DTC01 mającego amerykański akcent. Zapytany, dlaczego wciąż go używa, odparł, iż nie słyszał lepiej brzmiącego głosu i identyfikuje się z nim. Ponieważ urządzenie to jest już według współczesnych standardów przestarzałe, a ponadto duże i wrażliwe na uszkodzenia, musiał znaleźć zamiennik. W połowie 2009 używał NeoSpeech VoiceText. W publicznych wystąpieniach pojawia się mówiąc płynnie, ale w rzeczywistości jest to żmudny i czasochłonny proces. Używa systemu autouzupełniania, wymagającego tylko pierwszych liter, ale ponieważ może używać tylko policzka do wprowadzania danych, skompletowanie całego zdania wymaga czasu. Jego wykłady i publiczne wypowiedzi są uprzednio przygotowane, ale rozmowa z nim ujawnia złożoność i trudność jakiej wymaga porozumiewanie się. Podczas konferencji TED każda odpowiedź zabierała mu kilka minut.

Pomimo tak zaawansowanego inwalidztwa Hawking jest bardzo aktywny w fizyce, a także w życiu publicznym. Przebieg choroby u Hawkinga jest nietypowy, cierpi na wyjątkowo przewlekłą formę ALS. Przeżycie 10 lat jest nietypowe, a Hawking choruje już prawie pięćdziesiąt lat. Mówi, że wbrew chorobie jest szczęśliwy. Jej powolny postęp umożliwił mu dokonanie znaczących odkryć i nie uniemożliwił mu posiadania, jak to mówi, "bardzo atrakcyjnej rodziny". Kiedy zapytano jego żonę, dlaczego zdecydowała się poślubić człowieka mającego przed sobą jedynie trzy lata życia, odparła – "były to czasy w cieniu broni atomowej, więc i tak wszyscy mieli raczej niewielką oczekiwaną długość życia".

Życie osobiste

W 1965 ożenił się z Jane Wilde, która opiekowała się nim do 1991, kiedy to sąd orzekł separację, której przyczynami miały być ciśnienie sławy, różnice religijne i postępująca choroba. W 1995 roku po 30 latach małżeństwa doszło ostatecznie do rozwodu. Stephen Hawking ma z nią troje dzieci: Roberta (1967), Lucy (1969), Tima (1979) i troje wnucząt (George Edward i Rose – dzieci Roberta, William – syn Lucy). Później, w 1995, Hawking poślubił opiekującą się nim pielęgniarkę, Elaine Mason (poprzedni mąż Elaine, David Mason skonstruował pierwszy syntezator mowy dla Hawkinga). W październiku 2006 do sądu trafił wniosek rozwodowy Elaine i Stephena.

W 1999 Jane Hawking opublikowała pamiętnik Music to Move the Stars dokładnie opisujący długotrwały związek z Hawkingiem. Córka Lucy Hawking jest pisarką.

Dorobek naukowy

Stephen Hawking w Cambridge, sierpień 2008

Główne osiągnięcia Hawkinga dotyczą teoretycznej kosmologii oraz grawitacji kwantowej.

W pierwszym "klasycznym" okresie kariery, w późnych latach 60. współpracował z Rogerem Penrosem, Robertem Gerochem, Brandonem Carterem i George'em Ellisem. Podsumowanie badań z tego okresu znajduje się w technicznej książce Wielkoskalowa struktura czasoprzestrzeni (The Large Scale Structure of Spacetime). Dzięki zastosowaniu złożonych modeli matematycznych wyprowadzonych z ogólnej teorii względności dowiedli, iż istnienie osobliwości (jakimi są np. czarne dziury) w czasoprzestrzeni jest normalnym zjawiskiem niewymagającym szczególnych warunków.

Razem z Brandonem Carterem, Wernerem Israelem i D. Robinsonem, wyprowadził matematyczny dowód twierdzenia Johna Wheelera mówiącego iż każda czarna dziura jest w pełni opisana przez trzy właściwości: masy, momentu pędu i ładunku elektrycznego.

Zasugerował także na podstawie analizy emisji promieniowania gamma, iż wkrótce po Wielkim Wybuchu powstawały pierwotne miniaturowe czarne dziury. We współpracy z Bardeenem i Carterem zaproponowali cztery prawa mechaniki czarnych dziur analogiczne do znanych z termodynamiki.

W następnym – "kwantowym" okresie współpracownikami Hawkinga byli przede wszystkim Gary Gibbons, Don Page i Jim Hartle. Później astrofizyk zajął się badaniem zunifikowanej teorii pola. W 1974 dowiódł iż czarne dziury powinny wytwarzać i emitować cząsteczki subatomowe (tzw. promieniowanie Hawkinga) aż do wyczerpania energii i wyparowania w wyniku kreacji po obu stronach horyzontu zdarzeń par cząstka-antycząstka na koszt energii pola grawitacyjnego. Jak dotąd jest to jedynie niepotwierdzona obserwacjami hipoteza. W wyniku tego wycofał się z twierdzenia, że materia, która raz wleci do czarnej dziury, już z niej nie wróci.

We współpracy z Jimem Hartlem używając wprowadzonego przez Richarda Feynmana pojęcia tzw. czasu urojonego stworzył model czasoprzestrzeni pozbawionej krawędzi: "...jeżeli wszechświat (...) nie ma żadnych granic ani brzegów, to nie ma też początku ani końca, po prostu istnieje." – pisze w Krótkiej historii czasu, zastanawiając się jednocześnie nad wątpliwą rolą Boga: "Gdzież jest wtedy miejsce dla Stwórcy?". Zastąpił początkową osobliwość w modelu Wielkiego Wybuchu koncepcją analogiczną do bieguna północnego: nie można podróżować na północ od niego, więc nie stanowi krawędzi. Podczas kiedy początkowo propozycja czasoprzestrzeni pozbawionej krawędzi przewidywała zamknięty model wszechświata, dyskusje z Neilem Turokiem doprowadziły do stwierdzenia iż jest zgodna także z wszechświatem, który nie jest zamknięty.

W lipcu 2004 zaprezentował nową teorię dotyczącą czarnych dziur, sprzeczną z żywionym długo przekonaniem iż informacja przekraczająca horyzont zdarzeń już nie może powrócić do wszechświata, z którego pochodzi, co oznaczałoby iż zgodnie z twierdzeniem Wheelera wszystkie czarne dziury są identyczne i mogą się różnić tylko trzema podstawowymi parametrami. Problem wynikający z tego twierdzenia to implikacja, iż czarna dziura emituje promieniowanie niezależnie od tego co się do niej dostaje, więc jeśli w pełni określony stan kwantowy dostanie się za horyzont zdarzeń, wyemitowany zostanie stan mieszany. Jest to sprzeczne z regułami mechaniki kwantowej i znane jest jako paradoks informacyjny czarnej dziury.

W 2006 razem z Thomasem Hertogiem z CERN Hawking zaproponował teorię "top-down cosmology", która mówi iż wszechświat nie miał jakiegoś określonego, wyjątkowego stanu początkowego więc teoria która miałaby wyprowadzić obecny stan wszechświata z jakiegoś początku nie jest potrzebna. Stan obecny niejako wybiera wersję przeszłości z superpozycji wielu możliwych historii. Stanowi to rozwiązanie problemu przyczyn obecnego ustawienia stałych fizycznych, jest bowiem nieuniknione, że znajdziemy obecne parametry stałych fizycznych ponieważ obecny wszechświat wybiera te wersje historii, które do nich prowadzą. W ten sposób dostarcza antropicznego wyjaśnienia dlaczego znajdujemy się we wszechświecie, w którym istnieć może materia i życie bez przywoływania teorii multiwersum.

Inne badania Hawkinga dotyczą kosmologii kwantowej, inflacji kosmologicznej, powstawania helu we wszechświatach anizotropowego Wielkiego Wybuchu, macierzy gęstości wszechświata, topologii i struktury wszechświata, "wszechświatów niemowlęcych", macierzy S, splątania kwantowego i entropii, natury czasu i przestrzeni, włączając w to także strzałkę czasu, piany czasoprzestrzeni, teorii strun, supergrawitacji, euklidesowej grawitacji kwantowej, teorii grawitacji, fal grawitacyjnych i tuneli czasoprzestrzennych.