Stephen Hawking: chi era

14 marzo 2018, muore Stephen Hawking. Astrofisico teorico, cosmologo, divulgatore e paladino per i diritti dei disabili, Hawking è stato probabilmente l’astrofisico più celebre dei nostri tempi. Questo post vuole essere un approfondimento sulla sua vita e sulle sue scoperte scientifiche.

Stephen Hawking: la vita

Stephen è nato l’8 gennaio 1942 ad Oxford, UK, da Frank ed Isobel Hawking. I genitori erano molto attenti all’educazione del figlio, ed il piccolo Stephen studiò prima alla Byron House School (Highgate, Londra) e successivamente alla St. Alban School, nell’Hertfordshire.

Molto interessato alla matematica, ripiegò sulla fisica in quanto l’università di Oxford non offriva un corso di laurea in matematica a quel tempo. Per il primo anno di università, in cui Hawking entrò a soli 17 anni, fu uno studente chiuso e schivo, ma a partire dal secondo anno decise di darsi da fare per cambiare e divenire più socievole, partecipando, ad esempio, alle gare di canottaggio del proprio college.

Ottenuta la laurea con lode, si iscrisse al corso di cosmologia dell’università di Cambridge, lavorando ad una tesi sul Big Bang, argomento in voga in quegli anni. Proseguì negli studi con un dottorato in matematica applicata e fisica teorica presso la stessa università.

A partire dal 1963 si manifestarono i primi problemi di movimento e gli fu diagnosticata la SLA, che lo costrinse inizialmente ad usare il bastone e poi sulla sedia a rotelle.

Nel 1965 si sposò con Jane Wilde, amica di sua sorella, dalla quale ebbe tre figli: Robert (1967), Lucy (1970) e Timothy (1979).

Dal 1977 fu professore di gravità quantistica presso l’università di Cambridge. Hawking non si rinchiuse mai tra le mura dell’università: nel corso della sua vita ottenne moltissimi riconoscimenti e curò sempre moltissimo i rapporti con il pubblico, tenendo lezioni pubbliche, conferenze, e scrivendo moltissimi libri divulgativi per il grande pubblico che restano delle pietre miliari per qualunque appassionato di astronomia.

A seguito di problemi relazionali con Jane, nel 1995 i due chiesero il divorzio, e Hawking si risposò con Elaine Meson.  Nel 2006 divorziò da Elaine e si riavvicinò a Jane e alla sua famiglia.

Negli anni ’90, Hawking ha compreso che l’unione della sua carriera e della sua disabilità facevano di lui un modello e una fonte di ispirazione per le persone affette da disabilità in tutto il mondo.

Tra le molte attività, come la partecipazione a raccolte fondi e a conferenze sulla disabilità, è degna di nota la Carta per il Terzo Millennio sulla Disabilità, firmata insieme ad altre 11 personalità di spicco per spingere i governi a fare il possibile per difendere i diritti dei disabili e per prevenire la disabilità.

Nel 2012 ha partecipato alla cerimonia di apertura delle Paralimpiadi di Londra. Nel 2014 ha partecipato alla Ice Bucket Challenge, la sfida per la promozione della ricerca sulla sclerosi.

Il 14 marzo 2018, Stephen muore nella sua casa a Cambridge.

Stephen Hawking: la scienza

In astrofisica, il nome di Hawking viene principalmente associato ai buchi neri, nei campi della cosmologia ed alla gravità quantistica.

All’iinizio della sua carriera, Hawking si occupò di singolarità insieme al collega Penrose. Le singolarità, ossia punti dello spaziotempo in cui l’attrazione gravitazionale diviene infinita, come ad esempio nei buchi neri, furono analizzate da Hawking e Penrose in relazione all’origine dell’universo, ritenendo che il Big Bang si dovesse essere originato da una singolarità.

Nel 1970, inoltre, postulò la seconda legge della dinamica dei buchi neri, che indica che l’orizzonte degli eventi (ossia il punto oltre il quale la luce resta intrappolata dal buco nero a causa dell’eccessiva curvatura dello spazio-tempo) non possa mai rimpicciolirsi, ossia la massa del buco nero può aumentare, ma mai diminuire.

A partire dal 1973, Hawking si interessò alla gravità quantistica, in particolare applicandola ai buchi neri. Nel 1974, in contrapposizione alla sua seconda legge della dinamica dei buchi neri, Hawking teorizzò che questi corpi emettono radiazione a causa di effetti quantistici. Questa fu per l’appunto detta radiazione di Hawking, e porta i buchi neri a perdere materiale fino all’evaporazione completa. La radiazione di Hawking non è mai stata osservata direttamente a causa della sua debolezza, ma è stata riprodotta in laboratorio tramite la creazione di analoghi (dal punto di vista quantistico) di un buco nero.

Quando divenne professore a Cambridge, nel 1977, iniziò a studiare l’origine dell’universo attraverso la meccanica quantistica. Infatti, l’esistenza di una singolarità all’origine del Big Bang avrebbe fatto sì che in questa fase l’universo fosse dominato dalle leggi dei quanti. Presentò un’ipotesi sull’origine dell’universo, detta stato di Hartle-Hawking. Stando a questo modello, prima dell’epoca di Planck, l’universo non aveva limiti nello spazio-tempo. Prima del Big Bang, il tempo non esisteva, ed il concetto di inizio era insensato. Dalla singolarità iniziale, una fluttuazione quantistica avrebbe innescato il Big Bang.

Negli anni ’90, Hawking proseguì nello studio dei buchi neri insieme a Kip Thorne. La radiazione di Hawking, dovuta a fenomeni quantistici, viola i principi della relatività generale, e quindi l’informazione portata dalla radiazione deve essere “nuova”. Ma questo contraddice il principio di microcausalità della meccanica quantistica, che quindi secondo Hawking e Thorne dovrebbe essere modificata. Preskill, un altro studioso del settore, sosteneva invece il contrario, affermando che doveva essere la realtà generale a dover essere modificata. Questo è detto il paradosso dei buchi neri.

Nel 2006 lavorò insieme a Thomas Hertog e Jim Hartle ad un modello di universo detto top-down, che prevede che la nascita dell’universo non sia avvenuta da un singolo stato iniziale, ma da molti stati contemporanei (delle diverse storie dell’universo), tra i quali uno avrebbe prevalso sugli altri. Le storie in cui le costanti fisiche non sono adatte allo sviluppo dell’universo non si sono sviluppate, mentre quelle in cui le costanti fisiche non hanno i valori adatti allo sviluppo della vita non avrebbero alcun essere intelligente ad osservarle. Questo modello risolverebbe il paradosso dell’informazione dei buchi neri, in cui la perdita di informazione legata all’evaporazione non violerebbe il principio di conservazione dell’informazione, se negli altri universi si verificasse un aumento dell’informazione nei buchi neri.