Η ταινία “Θεωρία των Πάντων” είναι μια ευρέως γνωστή βιογραφική ταινία, η οποία περιγράφει με λεπτομέρειες την αινιγματική και εντυπωσιακή ζωή του Stephen Hawking. Η ταινία προτάθηκε για πολλά Όσκαρ, καθώς παρουσιάζει τον απίστευτο τρόπο σκέψης του Hawking και την ικανότητά του να μαγεύει το κοινό με τις θεωρίες του για την κατανόηση της δημιουργίας του σύμπαντος, ενώ παράλληλα πάλευε με την αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση. Αλλά τι είναι ακριβώς η «θεωρία των πάντων» και ποιο το μέγεθος της συνεισφοράς του Hawking στην επιστήμη;
Η θεωρία των πάντων είναι μια έννοια στην επιστημονική κοινότητα, η οποία δηλώνει ότι υπάρχει μία ευρύτερη θεωρία που προσφέρει ένα πλαίσιο εργασίας για την κατανόηση ολόκληρης της φυσικής, συνδυάζοντας την κβαντική μηχανική και την κλασική φυσική σε μια ενοποιημένη προσέγγιση, η οποία εξηγεί τους νόμους του σύμπαντος.
Αν και κανείς δεν έχει καταφέρει να βρει μια τέτοια θεωρία, ο Stephen Hawking ήταν ικανός να προσδιορίσει μία φόρμουλα που ενοποιούσε την κβαντική μηχανική και την κλασική φυσική, όσον αφορά στην περιγραφή των μαύρων τρυπών. Και μπορεί να σκεφτείτε τώρα: «Και γιατί έχει τόσο μεγάλη σημασία;»
Τόσο η κλασική φυσική, όσο και η κβαντική μηχανική περιγράφουν τον κόσμο γύρω μας· η μία περιγράφει την κίνηση των μεγάλων σωμάτων, ενώ η άλλη περιγράφει την κίνηση των μικροσκοπικών σωματιδίων που συναποτελούν τα μεγάλα σώματα. Η δυνατότητα ύπαρξης μιας ενοποίησης των δύο αυτών κλάδων της φυσικής για την περιγραφή του κόσμου είναι μία από τις σπουδαιότερες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες.
Ομολογουμένως, μία από τις μεγαλύτερες συνεισφορές του Hawking ήταν η ανακάλυψη της ακτινοβολίας Hawking, από τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις του 20ου αιώνα. Περιέγραφε μία άνευ προηγουμένου κατανόηση των μαύρων τρυπών, όπως επίσης, και την αλληλεπίδραση ανάμεσα στα κβαντικά φαινόμενα και στη γενική θεωρία της σχετικότητας.
Η ανακάλυψη του Hawking είναι μεγαλοφυής, καθώς είναι τόσο απλή, όσο και ιδιαίτερα δημιουργική. Ο Hawking ανακάλυψε ότι η μαύρη τρύπα είναι σαν μια αναβράζουσα ταμπλέτα βιταμίνης στο νερό – διαλύεται με το χρόνο. Η επιστημονική κοινότητα εξεπλάγην με αυτό, επειδή η κυρίαρχη περιγραφή μέχρι τότε ήταν ότι η μαύρη τρύπα αποτελείταο από πυκνά αντικείμενα ύλης και ότι τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτά. Οπότε πώς μπορούν να διαλύονται; Για να κατανοήσουμε την επιστήμη πίσω από αυτή την ανακάλυψη, χρειάζεται να ξεκινήσουμε από ορισμένες βασικές έννοιες φυσικής και πώς αυτές αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
Μαύρη τρύπα προσδιορίζεται ως ένα σημείο του χωροχρόνου, όπου οι βαρυτικές δυνάμεις είναι τόσο μεγάλες που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτή. Φανταστείτε το σαν μία πυκνή μπάλα αντιστρές. Γύρω από αυτή τη μπάλα, υπάρχει μια κυκλική περιοχή όπου την περικλείει, και η περίμετρος αυτού του κύκλου είναι γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων – όπου μπορούμε να τον σκεφτούμε ως έναν τοίχο που ξεχωρίζει αυτό που μπορούμε να αντιληφθούμε ως πραγματικότητα από αυτό που βρίσκεται στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας. Δεν μπορούμε να δούμε τίποτα πέρα από αυτό το σημείο.
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής επισημαίνει ότι η ποσότητα της εντροπίας ενός συστήματος θα αυξάνεται πάντα, που σημαίνει ότι η εντροπία είναι ένα μέτρο αταξίας και ότι το σύμπαν πάντα κινείται προς μια περισσότερο άτακτη κατάσταση. Αλλά οτιδήποτε έχει εντροπία, πρέπει επίσης να έχει μία θερμοκρασία, που σημαίνει ότι χρειάζεται να εκπέμπει ενέργεια. Ωστόσο, το όλο ζήτημα της μαύρης τρύπας είναι ότι συγκεντρώνει τα πάντα με τέτοια δύναμη που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει. Επομένως, πώς θα μπορούσε να εξηγηθεί αυτό;
Αυτό που ο Stephen Hawking πρότεινε εύστοχα είναι ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ενέργεια, αλλά αυτή η διαδικασία μπορεί να περιγραφεί μέσω μιας κβαντικής κατανόησης του κόσμου, παρά μέσω της κλασικής οδού.
Η κβαντική μηχανική δείχνει ότι αυτό που μοιάζει σαν ένας άδειος χώρος, δεν είναι στην πραγματικότητα άδειος. Είναι ζωντανός και γεμάτος δυναμική δραστηριότητα ταυτόχρονης δημιουργίας και καταστροφής ενέργειας σε υποατομική κλίμακα. Τα σωματίδια και τα αντισωματίδια δημιουργούνται σε ζευγάρια, όπου ένα σωματίδιο έχει θετική ενέργεια και το άλλο αρνητική. Ένα σωματίδιο είναι ύλη και το άλλο θεωρείται ως αντι-ύλη. Ύστερα, αυτά τα δύο συνθλίβονται μεταξύ τους σε μια διαδικασία που είναι γνωστή ως εκμηδένιση, έτσι ώστε καμία νέα ενέργεια δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται σε συμφωνία με τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο. Επειδή αυτή η διαδικασία συμβαίνει τόσο γρήγορα, θεωρείται ότι αυτά τα σωματίδια είναι εικονικά, επειδή δεν έχουν εντοπιστεί.
Αυτό που πρότεινε ο Stephen Hawking ήταν ότι αν τα σωματίδια δημιουργούνται πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, τότε δεν χρειάζεται να εκμηδενιστούν μεταξύ τους, επειδή το ένα από αυτά μπορεί να παρασυρθεί μέσα στη μαύρη τρύπα. Και για να ισχύσει ο νόμος της αρχής της διατήρησης ενέργειας, το σωματίδιο που επιστρέφει πίσω στη μαύρη τρύπα χρειάζεται να έχει αρνητική ενέργεια.
Γι’ αυτό, αν η μαύρη τρύπα λαμβάνει αρνητική ενέργεια, σημαίνει ότι χάνει ενέργεια, άρα και μάζα (Ενέργεια και μάζα είναι ισοδύναμες στις εξισώσεις του Αϊνστάιν E=mc2). Επομένως, αυτό υποδεικνύει ότι η μαύρη τρύπα εκπέμπει ενέργεια και το αποτέλεσμα είναι ότι συρρικνώνεται. Πρόκειται για μια καταπληκτική ιδέα που δείχνει ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι εντελώς μαύρες και σκοτεινές και ότι δεν μπορούν να υπάρχουν για πάντα. Με τα λόγια του Stephen Hawking: «Αν νιώθετε ότι είστε σε μια μαύρη τρύπα, μην τα παρατάτε. Υπάρχει διέξοδος».
