Stephen Hawking

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Stephen Hawking

Stephen William Hawking (Oxford, 8 gennaio 1942 – Cambridge, 14 marzo 2018) è stato un cosmologo, fisico, matematico e astrofisico britannico, fra i più autorevoli e conosciuti fisici teorici al mondo, noto soprattutto per i suoi studi sui buchi neri, sulla cosmologica quantistica e sull'origine dell'universo.

Tra i suoi contributi più rilevanti figurano la radiazione di Hawking, la teoria cosmologica sull'inizio senza confini dell'universo (denominata stato di Hartle-Hawking) e la termodinamica dei buchi neri; la fruttuosa collaborazione con altri scienziati ha contribuito all'elaborazione di numerose teorie fisiche e astronomiche: il multiverso, la formazione ed evoluzione galattica e l'inflazione cosmica; sempre spiegate con chiarezza e semplicità, hanno raggiunto il grande pubblico attraverso numerosi testi di divulgazione scientifica.Vincolato all'immobilità dagli anni ottanta a causa di una malattia del motoneurone, diagnosticatagli già nel 1963 (con probabilità una forma a lenta progressione di sclerosi laterale amiotrofica) Hawking era limitato dalla patologia a comunicare con un sintetizzatore vocale. Ciononostante, la sua immagine pubblica, mediata da numerose apparizioni in documentari e trasmissioni televisive, è divenuta una delle icone popolari della scienza moderna, come già accaduto in passato ad Albert Einstein.

Titolare della cattedra lucasiana di matematica all'Università di Cambridge per trent'anni, dal 1979 al 2009, è stato fino alla morte direttore del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica di Cambridge. Membro della Royal Society, Royal Society of Arts e Pontificia Accademia delle Scienze, nel 2009 ha ricevuto dal presidente statunitense Barack Obama la Medaglia presidenziale della libertà, la più alta onorificenza degli Stati Uniti d'America.

Il quoziente d'intelligenza di Stephen Hawking, secondo i test standard, era 160 o 165, lo stesso che molti biografi attribuiscono a Albert Einstein e Isaac Newton. Il suo numero di Erdős-Bacon è 7 (4+3).

Biografia

« Remember to look up at the stars and not down at your feet... And however difficult life may seem, there is always something you can do, and succeed at. »

« Ricordatevi di guardare le stelle e non i vostri piedi... Per quanto difficile possa essere la vita, c'è sempre qualcosa che è possibile fare, e in cui si può riuscire. »

Stephen Hawking nacque l'8 gennaio 1942 dallo scienziato Frank Hawking (1905-1986) e da Isobel Eileen Walker (1915-2013). I genitori, sebbene le proprie famiglie non fossero economicamente stabili, frequentarono l'Università di Oxford, dove il padre studiò medicina tropicale e la madre invece Philosophy, Politics, and Economics. I due si conobbero poco dopo l'inizio della seconda guerra mondiale, in un istituto di ricerca medica dove Frank lavorava come ricercatore e Isobel come segretaria. Dopo aver risieduto per qualche tempo a Highgate, i bombardamenti su Londra fecero maturare in Isobel la decisione di portare alla luce il bambino, per la sicurezza, ad Oxford. Nel 1950, quando il padre divenne capo della divisione di parassitologia presso il National Institute for Medical Research, la famiglia Hawking si trasferì a St Albans, nell'Hertfordshire.

Formazione accademica

Primaria e secondaria

Hawking iniziò gli studi presso la Byron House School; in seguito accusò i suoi "metodi progressisti", per la sua iniziale difficoltà nell'imparare a leggere. All'età di otto anni frequentò, per un paio di mesi, la St Albans High School for Girls. Successivamente la Radlett School per un anno, e nel settembre 1952, la St Albans School.

Il padre volle che il figlio partecipasse alla Westminster School, ma Stephen all'età di tredici anni fu colpito da una serie di febbri ghiandolari, che a detta dei medici rappresentavano solo normali scompensi dovuti alla crescita.

Studente universitario

Sviluppò una genuina passione per la matematica, passione osteggiata dal padre, in quanto preferiva che il figlio seguisse gli interessi paterni in campo medico.

All'epoca l'Università di Oxford non aveva, tuttavia, tra le sue offerte formative la facoltà di matematica, e Stephen si vide costretto a ripiegare sulla fisica, laureandosi poi alla facoltà di Scienze naturali.

Hawking cominciò la sua formazione universitaria nell'ottobre del 1959, all'età di 17 anni, presso la University College. Fu il più giovane tra i suoi coetanei e trovava il lavoro accademico "ridicolmente facile". Tra il secondo e il terzo anno di studio, Hawking si sforzò "per essere uno dei ragazzi". Sviluppò un grande interesse per la musica, la scienza e per la fantascienza.

Hawking stimò di aver studiato circa mille ore durante i suoi tre anni a Oxford. Una laurea con lode, di prima classe, era una condizione necessaria per essere accettati al corso di laurea in cosmologia, presso l'Università di Cambridge. Fu molto turbato la notte prima degli esami, ma infine riuscì ad ottenere il suo voto di prima classe.

Dopo aver conseguito la laurea con lode in scienze naturali, cominciò il suo lavoro di laurea al Trinity Hall di Cambridge, nel'ottobre del 1962.

All'epoca, l'argomento accademico di maggiore dibattito verteva sull'origine dell'universo e sul Big Bang. Durante il 1965, fece sua questa problematica, analizzandola nella propria tesi di laurea.

Nel marzo 1966, Hawking ottenne una borsa di ricerca presso la Gonville and Caius College, e di lì a breve conseguì il dottorato in matematica applicata e in fisica teorica. Il saggio dal titolo Singularities and the Geometry of Space-Time, vinse il Premio Adams.

Malattia e disabilità

Arrivato nel 1963 a Cambridge, le accresciute difficoltà nell'uso degli arti (che ebbero per conseguenza alcune cadute) lo spinsero a sottoporsi ad accertamenti medici (una mielografia e una biopsia muscolare). Gli venne diagnosticata una malattia degenerativa dei motoneuroni, che comprometteva la funzione di governo della contrazione muscolare: in particolare si pensò allora alla sclerosi laterale amiotrofica (SLA) o a malattia ad essa correlata. Hawking cominciò a usare un bastone, ed in seguito la sedia a rotelle. Nonostante la depressione seguita alla diagnosi, che ufficialmente gli lasciava solo due anni di vita, proseguì alacremente gli studi, convolando successivamente a nozze con Jane Wilde, sua prima moglie, che gli farà da infermiera e dalla quale avrà tre figli: Robert (1967), Lucy (1970) e Tim (1979).

La malattia che colpì Hawking ebbe però un decorso e una progressione inusualmente lunga e lenta per le caratteristiche della malattia stessa, dato che gli inibì i movimenti e l'uso della parola dopo più di vent'anni, mentre con la SLA ciò sarebbe dovuto avvenire entro 5-10 anni (e con una ridotta aspettativa di vita); oltre ai movimenti oculari, che permangono di solito anche nella SLA conclamata, lo scienziato ha conservato anche alcuni movimenti facciali e, fino agli anni '90, anche alcuni minimi movimenti delle mani (che nei casi di SLA sono perduti in tempi molto più brevi). Oltre a ciò, benché tracheotomizzato e sottoposto a ventilazione assistita, durante il sonno e in momenti di bisogno ha conservato la respirazione autonoma, e non utilizza normalmente ventilatori in sede diurna, eccettuati i periodi in cui patisce problemi respiratori. Alcuni hanno quindi sostenuto che la sua patologia reale sia la meno letale atrofia muscolare progressiva (PMA), simile nella sintomatologia alla SLA e appartenente al medesimo gruppo di malattie neurologiche (tanto che fino a pochi decenni fa ne era considerata solo una variante clinica meno aggressiva), ma che colpisce solo il secondo motoneurone. Alcuni esperti, così come lo stesso Hawking , e in alcune interviste), sostengono invece che la sua malattia possa essere una forma particolare e atipica di SLA, più benigna rispetto alla forma tipica: la SLA di Hawking avrebbe colpito principalmente il secondo motoneurone, mentre avrebbe danneggiato meno il primo; nella forma più comune invece entrambi i neuroni motori sono colpiti egualmente, talvolta anche congiuntamente al bulbo encefalico. Comunque la malattia di Hawking danneggiò in effetti anche il primo motoneurone da subito, facendo propendere per la SLA, vista la disartria e la sofferenza ai muscoli facciali e della deglutizione, che lo colpirono dagli anni '70 in poi.

Molti medici che lo hanno avuto in cura sostengono che la SLA di Hawking possa essere di una tipologia poco diffusa tra le numerose varianti della malattia, ossia correlata a un difetto di malassorbimento delle vitamine, lenta nella progressione e ad esordio giovanile; queste due caratteristiche sono collegate; in caso di SLA, la forma giovanile è la meno virulenta e ad un certo punto pare arrestarsi. Inoltre, poiché Hawking ha ricevuto costanti cure e assistenza - che gli hanno evitato l'insufficienza respiratoria e la malnutrizione con disidratazione, ossia le due cause principali di decesso nei malati assieme alle infezioni - ed il suo corpo non è mai stato sforzato eccessivamente (dato il suo lavoro sedentario), mantenendo però in attività la mente, questo ha contribuito alla sua lunga sopravvivenza, superiore ai 50 anni. Solo il 5% dei pazienti affetti da questo ceppo di malattie raggiunge i 20 anni ed i casi di sopravvivenza così lunga sono pochissimi; la sopravvivenza della maggioranza - il 75% - si attesta fra i due e i cinque anni, il 20% li supera senza arrivare ai 20. Oltre a Hawking, esiste l'altro caso del musicista Jason Becker (anch'gli colpito da SLA giovanile, che si è in seguito stabilizzata). I pochi altri pazienti con casi come quello di Hawking necessitano, però, di ventilazione artificiale continua. Nigel Leigh, professore di neurologia clinica del King's College, ha analizzato il caso di Hawking definendolo come "eccezionale". Dagli anni '80 in poi ha necessitato di assistenza 24 ore al giorno, ma non ha quasi mai fatto ricorso alla nutrizione artificiale o alla PEG, ma solo all'alimentazione assistita con cibi non solidi con l'aiuto di infermiere personali, dato che negli anni '90 ha subito un intervento di separazione di faringe e trachea. Ci sono stati studi medici sulla dieta ipercalorica e ipervitaminica, priva di glutine e oli vegetali, seguita da Hawking, secondo i quali essa avrebbe contribuito alla sua longevità.

Nel 1985 Hawking fu colpito da una grave polmonite e venne sottoposto ad una tracheotomia permanente, con perdita della funzione vocale. Egli ha rivelato che, mentre si trovava in coma farmacologico, i medici avrebbero voluto staccarlo dalle macchine, ma fu la moglie Jane ad opporsi. Un tecnico di Cambridge, l'ingegnere informatico David Mason, in questi anni costruì per lui un sintetizzatore vocale che trasformava in suono ciò che Hawking scriveva su un apposito computer, poi collegato alla sedia a rotelle secondo un sistema inventato dallo stesso Mason. In questo modo Hawking riuscì a comunicare, sebbene molto lentamente e con una frequenza di non più di quindici parole al minuto. Nel 2009 ha rischiato nuovamente la vita a causa di una polmonite, patologia che lo ha colpito anche in seguito. Le sue condizioni sono pressoché stabili dalla metà degli anni '80, anche se dalla seconda metà degli anni 2000, a causa della debolezza dovuta all'invecchiamento, ha perso i movimenti impercettibili alle dita che gli permettevano di muovere autonomamente la sedia a rotelle elettrica e scrivere sulla tastiera.

In seguito ai rilevanti problemi nell'articolare le dita (riusciva ormai a comporre poco meno di cinque parole al minuto, in media solo una o due), è stato quindi messo a punto per lui un sistema di riconoscimento facciale, che trasforma in parole i movimenti minimi della bocca, della guancia destra e delle sopracciglia, collegato al computer tramite infrarossi sugli occhiali; questo software, perfezionato nel 2011, è in grado di leggere anche i movimenti oculari, tutto per comporre parole e frasi. Con questo sistema, Hawking riesce a scrivere quasi 10 parole al minuto.

Nel 2013 questo supporto è stato arricchito da un nuovo programma, uno scanner cerebrale che permette anche la lettura di alcuni impulsi cerebrali particolari, che vengono tramutati in dati, e poi in alcuni simboli, suoni e parole. Hawking non usa quest'ultimo sistema, ma è stato messo a punto per lui al fine di evitare una possibile sindrome locked-in, se perdesse anche l'uso dei movimenti oculari in futuro.

Docente universitario

Nel periodo che va dal 1965 al 1970 elaborò alcune teorie che spiegano l'evoluzione dell'universo. Nel 1970 proseguì gli studi sui buchi neri e si occupò anche di divulgazione, con la stesura del suo "capolavoro" e best seller Dal big bang ai buchi neri. Breve storia del tempo, pubblicato nel 1988.

Nel 1979 fu nominato titolare della cattedra lucasiana di matematica a Cambridge.

Nel 1982 fu nominato commendatore dell'Ordine dell'Impero Britannico dalla regina Elisabetta II, ma Hawking rifiutò il cavalierato (Knight Bachelor, con anteposizione del titolo di "Sir" al nome proprio). In seguito affermò di detestare il concetto stesso di "cavaliere".

Nel 1986 Hawking fu nominato membro della Pontificia Accademia delle Scienze.

Il 30 settembre 2009 lasciò la cattedra lucasiana, rimanendo fino alla morte, direttore del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica.

Morte

Hawking è morto nelle prime ore del mattino del 14 marzo 2018 all’età di 76 anni nella sua casa a Cambridge. A darne per primo l’annuncio sono i suoi tre figli Lucy, Robert e Tim, senza rivelare la causa della morte. La sua ultima apparizione televisiva, avviene durante un’intervista in cui discuteva con l’amico e collega Neil deGrasse Tyson il proprio punto di vista sui concetti di tempo e spazio prima del Big Bang.

Vita privata

Hawking aveva due sorelle, Philippa (1943) e Mary (1947), e un fratello adottivo, Edward (1956).

Dopo la laurea a Cambridge, Hawking iniziò a frequentare Jane Wilde, un'amica di sua sorella, conosciuta poco prima della sua diagnosi. I due si fidanzarono nell'ottobre del 1964 e si sposarono il 14 luglio 1965.

Durante i primi anni di matrimonio, Jane abitò a Londra. Non appena conseguì la laurea, i due coniugi viaggiarono per gli Stati Uniti più volte per conferenze di fisica, di conseguenza Jane cominciò un programma di dottorato di ricerca. Nel maggio 1967 nacque il primo figlio, Robert. Nel 1970 nacque la seconda figlia, Lucy, e nel 1979 il terzo figlio, Timothy. Hawking discusse poche volte della sua malattia con Jane, nonostante le responsabilità della casa e della famiglia ricadessero su di lei. Al momento della sua nomina nel 1974 presso la California Institute of Technology di Pasadena, in California, Jane propose a uno dei suoi studenti di vivere insieme a loro per aiutarla a prendersi cura di Hawking. La famiglia trascorse un anno felice e stimolante a Pasadena. Hawking tornò da Cambridge nel 1975, stabilendosi in una nuova casa e con un nuovo lavoro; come lettore ebbe Don Page, con il quale Hawking intrecciò una stretta amicizia al Caltech, corroborata dall'aiuto in famiglia, insieme a una segretaria, in modo che Jane potesse completare la tesi di laurea. Hawking fu il revisore del dottorato di Page, assieme a Kip Thorne.

Nel dicembre del 1977 Jane conobbe l'organista Jonathan Hellyer Jones mentre partecipava alle attività nel coro della chiesa locale. Hellyer Jones entrò in stretti rapporti con la famiglia di Hawking e, dalla metà degli anni 1980, lui e Jane svilupparono una stretta relazione personale. Secondo Jane, Hawking accettò la situazione; Jane e Hellyer Jones decisero di non spezzare la famiglia e il loro rapporto rimase platonico per un lungo periodo. Dal 1980, il matrimonio di Hawking rimase teso per molti anni, poiché Jane si sentiva sopraffatta dall'intrusione dell'infermiera nella loro vita familiare, oltre che per le differenze di vedute su temi come la religione. Alla fine del 1990, Hawking iniziò una relazione sentimentale con Elaine Mason, sua infermiera personale da anni ed ex moglie di David Mason (l'inventore del sistema di comunicazione usato dallo scienziato). Hawking disse poco dopo a Jane che stava partendo con Mason, e quindi se ne andò di casa nel febbraio 1991.

Dopo il divorzio da Jane nel 1995, Hawking sposò Elaine Mason nel mese di settembre, dichiarando "È meraviglioso - Ho sposato la donna che amo"; Jane sposò invece Jonathan Hellyer Jones l'anno seguente. Dopo il suo secondo matrimonio, la famiglia di Hawking si sentì esclusa dalla sua vita. Per circa cinque anni nei primi anni del 2000, ci fu il forte sospetto che Hawking fosse maltrattato da qualcuno che si occupava di lui (cadde dalla sedia a rotelle fratturandosi un braccio e procurandosi ecchimosi al volto, e riportò alcune ustioni solari per essere rimasto troppo tempo seduto in giardino). Su segnalazione della famiglia e della stampa, nel 2004 furono aperte delle indagini da parte della polizia, principalmente su Elaine ma anche su altre infermiere, sospettando anche che qualcuna di loro manifestasse la sindrome di Münchausen per procura (un disturbo mentale che spinge ad arrecare un danno fisico ad una persona incapace di reagire, come un figlio piccolo o un familiare disabile, per poi "curarlo" e attirare così attenzioni positive su di sé); le indagini furono però presto chiuse perché Hawking si rifiutò di sporgere denuncia, sostenendo sempre che le lesioni erano frutto di caduta accidentale.

Nel 2006, Hawking e Elaine Mason divorziarono, e Hawking riprese stabilmente i rapporti con Jane, i propri figli, e i nipoti.

Ricerche

I principali campi di ricerca di Hawking sono la teoria cosmologica e la gravità quantistica. Per quanto concerne la meccanica quantistica ha sostenuto l'interpretazione a molti mondi. Il suo lavoro sulla cosmologia quantistica e sulla funzione d'onda dell'universo, secondo alcuni, è la ragione del ritrovato interesse per questa teoria.

Modelli matematici e singolarità gravitazionali

Verso la fine degli anni sessanta, con il suo amico e collega di Oxford Roger Penrose, ha lavorato sulle singolarità nelle soluzioni delle equazioni di campo dalla teoria della relatività generale, concentrandosi in particolare sui buchi neri. Singolarità come i buchi neri erano state scoperte fin dai primi studi di Karl Schwarzschild, ma erano limitate a particolari condizioni simmetriche di distribuzione della massa-energia, per cui restava aperta la domanda se le singolarità restassero presenti anche in condizioni meno simmetriche e più realistiche. A questo proposito, Hawking dimostrò nel 1971 il primo di molti teoremi che forniscono un insieme di circostanze sufficienti per l'esistenza delle singolarità gravitazionali nello spaziotempo. Questo lavoro ha indicato che le singolarità sono una caratteristica generale e non occasionale della relatività generale, provando che l'universo deve aver avuto origine nel Big Bang, una singolarità in cui le leggi stesse della relatività generale cessano di essere valide per via degli effetti quantistici.

Studi sui buchi neri

Insieme a Brandon Carter, W. Israel e D. Robinson, ha fornito la prova matematica del teorema dell'essenzialità (No-Hair Theorem) di John Archibald Wheeler, cioè che i buchi neri sono caratterizzati solamente da tre proprietà: la massa, il momento angolare e la carica elettrica. Riguardo a questo, si ricorda la contesa che lo oppose a Jacob Bekenstein, ma alla fine concordarono per una descrizione simile dell'entropia del buco nero. Con Bardeen e Carter, ha inoltre proposto le quattro leggi della termodinamica dei buchi neri, in analogia con la termodinamica classica, in modo da non violare specialmente il secondo principio della termodinamica. Nell'ambito dei teoremi sulla singolarità, Penrose e Hawking hanno proposto che non esista una singolarità nuda, cioè una singolarità isolata non circondata dall'orizzonte degli eventi, in quanto secondo loro una singolarità non dovrebbe essere visibile dall'esterno a causa di un principio che hanno definito "censura cosmica". La questione sull'esistenza di singolarità nude rimane tuttora aperta. Nel 1972 Hawking ha enunciato il teorema dell'area di Hawking, secondo la quale la superficie totale di un buco nero non diminuisce mai.

La radiazione di Hawking

Nel 1974 dimostrò che, dal punto di vista termodinamico, i buchi neri sono corpi neri e sono descritti dalle leggi della termodinamica: posseggono cioè una temperatura e un'entropia definite dal loro campo gravitazionale e dalla loro superficie. Di conseguenza, nonostante il teorema dell'area, dovrebbero irradiare, grazie ad un fenomeno quantistico, particelle subatomiche (oltre che produrre lampi di raggi gamma, raggi x e dando origine alla luminosità dei quasar). Questa radiazione, nota come radiazione di Hawking, ha caratteristiche termiche e dovrebbe portare alla progressiva diminuzione di massa del buco nero. Il meccanismo quantistico che produce questa radiazione occorre in quanto, sull'orizzonte degli eventi, coppie di particelle e antiparticelle virtuali che sono emesse normalmente nel vuoto dalle fluttuazioni quantistiche potrebbero separarsi, una delle due potrebbe cadere nel buco nero e l'altra potrebbe sfuggirgli, invece che annichilirsi entrambe subito dopo la loro creazione. Il buco nero assorbirebbe quindi un'antiparticella prima che questa si annichilisca con la relativa particella esterna al buco nero; la particella viene invece lasciata sfuggire, ed è rilevabile sotto forma di radiazione. L'antiparticella corrispondente invece si annichilirà con una particella della materia all'interno del buco nero, diminuendone quindi la massa fino alla cosiddetta "evaporazione" completa dopo circa 1066 anni (10100 o più per i buchi neri di grande massa). Non è ancora chiaro tuttavia il possibile risultato finale dell'evaporazione di un buco nero, anche se Hawking ha ipotizzato che i buchi neri possano divenire molto piccoli e poi esplodere con estrema forza. Hawking scommise nel 1975 col collega Kip Thorne che Cygnus X-1 (un probabile buco nero stellare) non fosse un buco nero, con la motivazione che aveva dedicato la vita agli studi sui buchi neri e, se non esistessero, almeno si sarebbe consolato vincendo una scommessa. Il fisico britannico decise però di arrendersi quando, a partire dal 1990, i dati osservativi rinforzarono l'ipotesi dell'esistenza del buco nero, oggi in larga parte confermata.

Il paradosso dell'informazione dei buchi neri

« So Einstein was wrong when he said, "God does not play dice". Consideration of black holes suggests, not only that God does play dice, but that he sometimes confuses us by throwing them where they can't be seen. »

« Einstein sbagliò quando disse: "Dio non gioca a dadi". La considerazione dei buchi neri suggerisce infatti non solo che Dio gioca a dadi, ma che a volte ci confonde gettandoli dove non li si può vedere. »

(Stephen Hawking e Roger Penrose)

Il paradosso dell'informazione del buco nero implica che l'informazione potrebbe "sparire" una volta finita in un buco nero, permettendo a molti stati fisici iniziali di evolvere nello stesso identico stato. Le particelle e i corpi che finiscono in un buco nero contengono molte informazioni relative al loro stato e alla loro forma, ma il buco nero può essere descritto solamente con poche variabili (massa, momento angolare e carica elettrica), sicché non è chiaro se tutta l'informazione delle particelle che sono finite nel buco nero venga conservata al suo interno. In particolare, la domanda cruciale è se l'informazione possa uscire, o al contrario venga distrutta, mentre il buco nero lentamente evapora. La violazione della conservazione dell'informazione comporterebbe la violazione dell'unitarietà della teoria che dovrebbe descrivere la gravità quantistica, fatto considerato innaturale.

Per questo problema, Hawking ha proposto diverse soluzioni; ha ad esempio appoggiato l'idea che le particelle possano attraversare l'orizzonte degli eventi per via dell'effetto tunnel, potendo quindi trasportare informazioni al di fuori del buco nero. In alternativa, sostiene sia possibile che le informazioni possano invece uscire da un buco bianco, oppure come informazione degradata dallo stesso buco nero con la radiazione. Un'altra soluzione da lui appoggiata è che i buchi neri possano essere stelle nere, cioè corpi del tutto analoghi al buco nero stellare ma senza orizzonte degli eventi.

Nel 2015 ha elaborato una nuova soluzione matematica al paradosso, da lui considerata quella definitiva e pubblicata nel gennaio 2016, secondo cui il buco nero conserva sempre l'informazione, pur cancellandola, in parziale deroga del teorema no-hair: alcune particelle lascerebbero un'impronta olografica a due dimensioni sull'orizzonte degli eventi, in questo modo l'informazione seppur parziale e caotica, sopravvive e torna indietro con la radiazione, e non sono violate né la relatività generale, né la meccanica quantistica o la legge di conservazione dell'energia. Nel documento pubblicato sul web, Hawking e i colleghi Malcolm J. Perry dell'Università di Cambridge e Andrew Strominger di Harvard spiegano, con le parole riassuntive di Strominger, che «abbiamo dimostrato che quando una particella carica entra, si aggiunge un fotone al buco nero. Quindi si aggiungono "capelli" al buco nero»; il fotone prodotto dalla particella negativa entrata nel buco nero, e che fa perdere massa tramite annichilazione, non entra all'interno dell'oggetto. Secondo Hawking, questi "peli" o "capelli" - Wheeler con "peli" intendeva qualcosa che potrebbe sporgere dal buco nero per rivelare i dettagli dell'oggetto che l'ha creato, in particolare le linee del campo magnetico di una stella - sono dimostrabili sperimentalmente e restano sull'orizzonte degli eventi essendo molto piccoli e privi di massa. Se il fotone (o in alternativa un gravitone) è "soffice" ("soft photon", con un'energia di punto zero, troppo bassa per essere rilevata), il buco nero mantiene la stessa energia, ma un momento angolare diverso, che porterebbe alla fuoriuscita di una specie di "fiocco di neve" con proprietà legate alla sua origine e alla sua storia. Potrebbe essere possibile, quindi, analizzando il magnetismo e gli effetti correlati ai buchi neri, recuperare informazioni sugli oggetti che li hanno creati, e il determinismo delle leggi fisiche non sarebbe aggirato dal paradosso.

I buchi neri primordiali

Un'altra teoria sostenuta da Hawking ipotizza la presenza dei buchi neri primordiali, generati dalle fluttuazioni nella densità della massa-energia nei primissimi istanti di vita dell'universo anziché dal collasso di una stella massiccia. Questi micro buchi neri, potendo avere una massa minore rispetto a quelli generati dai collassi stellari, emetterebbero una radiazione più intensa e sarebbero quindi individuabili dalle sonde e dagli osservatori astronomici. Se queste radiazioni fossero effettivamente rilevate, permetterebbero una verifica sperimentale dell'esistenza della radiazione di Hawking.

Prove sperimentali e candidatura al Nobel

I buchi neri primordiali e la radiazione di Hawking (a differenza di altri raggi o effetti provenienti al di fuori dei buchi neri) non sono mai stati osservati fino ad ora, i tentativi principali di osservare questi fenomeni sono concentrati nelle onde gravitazionali della radiazione cosmica di fondo. L'assenza di prove sperimentali per le sue teorie è forse all'origine della mancata assegnazione del premio Nobel per la fisica a Hawking, come lui stesso sostiene. Alcuni esperimenti hanno riprodotto in laboratorio dei sistemi che si comportano in maniera analoga a quella dei buchi neri, dove l'emissione di radiazione è però rappresentata da onde acustiche. Nel maggio del 2016 infatti, basandosi sui dati raccolti e sulla teoria di Hawking, Jeff Steinhauer, dell'Istituto israeliano Technion di Haifa, ha dichiarato di aver simulato un buco nero in laboratorio, verificando la teoria dell'evaporazione degli oggetti come descritta dal fisico britannico 42 anni prima. Secondo il Times, questo potrebbe valergli realmente il Nobel.

Modelli cosmologici

I contributi di Hawking furono molto importanti per lo sviluppo del modello standard della cosmologia, che implica il Big Bang caldo. In collaborazione con James Hartle, ha sviluppato poi dagli anni ottanta un modello di cosmologia quantistica in cui l'universo non ha confini nello spaziotempo, sostituendo il Big Bang, inteso come singolarità gravitazionale iniziale, con un modello matematico che egli descrive per analogia come la regione di un polo terrestre: nessuno può viaggiare più a nord o più a sud dei rispettivi poli in quanto in tale luogo non esiste un contorno (arrivare alla singolarità nuda diventa impossibile come nel paradosso dello stadio di Zenone). Originariamente la nuova proposta prevedeva una forma dell'universo di tipo chiuso a forma di sfera, ma le discussioni con Neil Turok hanno portato a concludere che la proposta di assenza di condizioni al contorno, caratterizzata dall'istantone e dal tempo immaginario (a differenza del tempo reale che è legato allo spaziotempo, esso può essere senza limiti), è valida anche nel caso di un universo aperto, come una cupola a geometria piatta euclidea. Questo modello è comunque diverso da altri simili, come la teoria dello stato stazionario.

Secondo Hawking è anche possibile che la materia e l'energia fossero condensate, in questo stato senza confini, in un buco nero primordiale, da cui sono emerse per le leggi quantistiche e della relatività. Hawking ha sostenuto anche che il Big Bang è un buco nero al contrario, quindi simile ad un buco bianco, essendo entrambi singolarità. Quindi la materia potrebbe uscire in seguito, passando per un wormhole, un varco spaziotemporale ipotizzato dalla relatività generale, in un altro punto dell'universo (questo sarebbe facile specialmente in universo a forma di "ciambella" o toroide), o da un buco bianco in un altro universo, se il buco nero è rotante e molto grande (ma non potrà tornare indietro). Quest'idea è stata ripresa da Lee Smolin per la sua teoria della selezione naturale cosmologica, un modello di multiverso alternativo a quello della teoria delle stringhe, in cui i buchi neri creano universi paralleli.

Insieme a Thomas Hertog del CERN, nel 2006 Hawking ideò uno sviluppo ulteriore della sua proposta senza confini, un modello di "cosmologia top-down" (dalle strutture grandi alle piccole, un modello di Fine-tuned Universe che si oppone al modello "bottom-up", cioè dal basso in alto, dallo ieri all'oggi), per cui l'universo non aveva alcuno stato unico iniziale, e quindi è inappropriato per i fisici tentare di formulare una teoria che cerchi di predire la configurazione attuale dell'universo partendo da un preciso stato iniziale. La cosmologia top-down di Hawking postula che il presente possa selezionare il passato da una sovrapposizione di molte possibili storie (la cosiddetta somma sulle storie di Richard Feynman o integrale sui cammini, già usata per il modello senza confini; in esso ogni particella segue ogni possibile storia). Secondo questa teoria matematica è inevitabile scoprire le attuali costanti fisiche del nostro universo, dato che l'attuale universo "seleziona" soltanto quelle storie passate che hanno portato alle condizioni presenti.

Come nell'interpretazione a molti mondi, e proprio come nella selezione naturale, le storie in cui le costanti fisiche e le condizioni non sono adatte allo sviluppo della vita o collassano oppure semplicemente non permettono la nascita di esseri intelligenti in grado di domandarsi sull'origine e la natura dell'universo. C'è chi attribuisce a questo, e ai precedenti lavori di Hawking sulla funzione d'onda dell'universo, la ragione del ritrovato interesse della comunità dei fisici teorici per la teoria a molti mondi, in alternativa alla più diffusa delle interpretazioni della meccanica quantistica, quella di Copenaghen (secondo cui solo una storia prosegue, le storie parallele collassano immediatamente). In questo modo si fornisce una spiegazione antropica per il motivo per cui ci troviamo in un universo che permette l'esistenza della materia stabile e della vita, senza per questo dover invocare l'esistenza di molteplici universi, cosa che Hawking comunque non esclude affatto, in quanto il modello top-down da lui descritto è parte della Teoria M e si adatta anche con le dimensioni extra. Egli non ha mai escluso difatti la teoria del multiverso, ossia la possibilità di più universi (prevista da molti modelli cosmologici), ognuno con la sua relativa nascita e le sue leggi fisiche peculiari, e varie teorie di universi eterni o autoriproducenti. Hawking perciò afferma che anche se il Big Bang di 13,7 miliardi di anni fa potesse anche non essere l'inizio assoluto; l'universo o gli universi sarebbero eterni, auto-creati e auto-riproducenti. Se esistono molti universi, allora la legge delle probabilità spiega l'apparente perfezione di quello dove viviamo, in senso "evoluzionistico", in particolare la possibilità che la Terra abbia sviluppato la vita, specie se essa è rara (la cosiddetta ipotesi della rarità della Terra). Queste teorie hanno avuto molta importanza per lo sviluppo della concezione religiosa di Hawking. L'ordine in passato era attribuito al creatore, oggi può apparire anche solo frutto della legge dei grandi numeri, implicata, come naturale seguito, in queste teorie.

Altri suoi lavori di fisica teorica cosmologica riguardano la nucleosintesi dell'elio nell'anisotropia post-Big Bang, un modello matematico di cosmologia a grandi N (Large N cosmology o N-Body Cosmology), la densità della matrice dell'universo, la topologia e la struttura a grande scala dell'universo, gli universi "neonati", l'istantone di Yang-Mills, la natura dello spaziotempo, la radiazione gravitazionale, nonché varie questioni di natura filosofica e di teologia, fino a studi di astrobiologia e futurologia.

Negli anni '80 Hawking si occupò anche dell'idea teorica della freccia del tempo, delle leggi della termodinamica, e della discussione sulla teoria dell'inflazione, assieme con i primi proponenti Alan Guth e Andrej Linde, ipotizzando con loro la possibile esistenza teorica di una costante cosmologica di origine quantistica (energia del vuoto o energia di punto zero), per la cui apparente scomparsa si facevano diverse ipotesi; con la scoperta dell'universo in accelerazione tale costante, già introdotta da Einstein come artificio matematico, è stata riconsiderata e identificata con l'energia oscura.

Dibattito sul bosone di Higgs

Come parte di un'altra controversia scientifica di lunga data, Hawking aveva enfaticamente sostenuto, e scommesso, che il bosone di Higgs non sarebbe mai stato trovato. La particella era stata proposta da Peter Higgs come parte della teoria del campo di Higgs nel 1964. Hawking e Higgs furono impegnati in un acceso dibattito pubblico sulla questione nel 2002 e di nuovo nel 2008, con Higgs che criticò il lavoro di Hawking, lamentando che la "celebrità di Hawking gli permetta una credibilità immediata che gli altri non hanno". La particella è stata scoperta nel luglio 2012 al CERN dopo la costruzione del Large Hadron Collider. Hawking ha ammesso subito che aveva perso la scommessa e dichiarò che Higgs doveva vincere il premio Nobel per la Fisica, cosa avvenuta nel 2013.

Sostegno alla teoria delle stringhe e teoria M

Dagli anni 2000 si è interessato anche alla teoria delle stringhe. Hawking si è concentrato, con altri come il citato Turok e Michio Kaku, sulla teoria M, una possibile teoria del tutto che intende unificare le cinque varianti della teoria delle stringhe e che si sviluppa anche attorno al concetto di multiverso, spiegando le condizioni così adatte del nostro universo alla vita umana.

Nel 1988 affermò che l'esistenza di altre galassie e l'omogeneità ed isotropia a grande scala dell'universo sembra in contrasto con il principio antropico forte: "L'universo deve avere quelle proprietà che permettono alla vita di svilupparsi al suo interno ad un certo punto della sua storia". Su posizioni simili si ritrovano le teorie di Frank Tipler, John D. Barrow e Brandon Carter. In seguito all'adesione al modello della teoria M, cambiò però opinione, diventando un deciso sostenitore del principio. All'inizio egli era perplesso sulla validità della teoria M, ma poi si è convinto che si tratta di una teoria convincente, non solo per la spiegazione del principio antropico forte, ma soprattutto poiché unifica la teoria delle superstringhe e la teoria della supergravità, fornendo una soluzione adeguata all'apparente inconciliabilità di quantistica e relatività. Al momento non vi sono prove sperimentali dirette a sostegno della teoria delle stringhe e della teoria M.

[nuvolotta]

Opinioni

Politica

Hawking ha difeso apertamente il sistema sanitario pubblico del Regno Unito, progressivamente ridotto dagli anni '80, affermando di avervi ricevuto ottime cure mediche, e ha pensato che fosse importante mettere le cose in chiaro testimoniando i benefici della sanità universalistica. Ha anche supportato il Partito Laburista. Alcune polemiche hanno suscitato l'annullamento della sua presenza in alcuni congressi scientifici e incontri pubblici svoltesi in Israele, come protesta contro la politica israeliana nei confronti dei palestinesi della Striscia di Gaza. Nel 2014 ha lanciato un appello perché venga posta fine alla guerra civile siriana.

Futuro dell'umanità

« Siamo noi a creare la storia con la nostra osservazione, e non la storia a creare noi »

(Stephen Hawking, Il grande disegno: Che cosa sappiamo oggi dell'universo, 2010)

Più volte ha affermato la necessità per l'umanità di poter creare colonie spaziali, e ha manifestato le sue inquietudine sulla possibilità che l'uomo possa autodistruggersi prima tramite la distruzione dell'ambiente, la diffusione di virus geneticamente modificati come armi biologiche, la costruzione di un'intelligenza artificiale che possa "ribellarsi" all'essere umano, o una guerra nucleare.

Il 25 settembre 2015 viene lanciata in tutto il mondo l'iniziativa The Global Goals che vede Hawking uno dei protagonisti insieme a tanti altri attivisti ed artisti tra i quali Malala Yousafzai, Anastacia, Stevie Wonder, Kate Winslet, Bill Gates e Melinda Gates, Jennifer Lawrence, la regina Rania di Giordania, Jennifer Lopez, Meryl Streep e molti altri. I leader mondiali si sono impegnati a rispettare 17 obiettivi globali da realizzare nei prossimi 15 anni, tre dei più importanti: eliminare la povertà estrema, combattere la disuguaglianza, le ingiustizie e sistemare il cambiamento climatico.

Diritti dei disabili

Hawking è impegnato anche per i diritti dei disabili, soprattutto quelli nella sua stessa condizione, ed ha affermato il diritto all'eutanasia e al suicidio assistito.

Nel 2012 ha partecipato alla cerimonia di apertura delle Paralimpiadi di Londra, mentre nel 2014 ha aderito alla campagna dell'Ice Bucket Challenge di sensibilizzazione verso i malati di SLA, ma in vece sua sono stati i suoi figli e nipoti a farsi rovesciare il secchio di acqua ghiacciata sulla testa, in quanto Hawking poteva rischiare una ricaduta della polmonite che l'aveva colpito nel 2013.

Sulla vita extraterrestre

Stephen Hawking ha sostenuto che esista quasi sicuramente qualche forma di vita intelligente extraterrestre nell'universo, data la sua immensità, ma che l'uomo farebbe meglio a non cercare un contatto diretto, poiché, se questi esseri fossero ostili e riuscissero ad arrivare fino a noi, significherebbe che sono in possesso di una tecnologia così avanzata da distruggere, se lo volessero, la Terra e l'umanità in poco tempo. Ha mostrato tuttavia interesse per gli studi di ricerca di tale vita aliena, come quello del SETI. Data la distanza che ci separerebbe da mondi abitati da civiltà extraterrestri e le poche prove concrete sulla loro esistenza, Hawking si è dimostrato scettico sull'ipotesi extraterrestre degli UFO, propendendo per fenomeni naturali, errori di interpretazione, scherzi o velivoli militari segreti: «dato che molti avvistamenti hanno una spiegazione più convenzionale, è ragionevole affermare che UFO non identificabili abbiano un'origine altrettanto convenzionale».

Concezione religiosa

« Poiché esistono leggi come quella della gravità, l'universo può crearsi e si crea dal nulla. La creazione spontanea è il motivo per cui c'è qualcosa anziché nulla, per cui l'universo esiste, per cui noi esistiamo! Non è necessario invocare Dio... »

(Stephen Hawking e Leonard Mlodinow, The Grand Design, 2010)

Hawking si dichiara ateo, ma ha manifestato in passato interesse per una visione panteista e non trascendente, come quella di Albert Einstein, o una sorta di deismo, come si nota nel capitolo finale del suo libro Dal Big Bang ai buchi neri, in cui usa l'espressione "mente di Dio". Hawking affermò di "non essere religioso, nel senso normale" e credere, in base anche alle proprie convinzioni strettamente cosmologiche, che "l'universo è regolato dalle leggi della scienza. Le leggi possono essere state decretate da Dio, ma Dio non interviene per infrangere le leggi".

Egli sostiene, in un articolo del 2011, che Dio non può conciliarsi con la scienza e non è correlato col nostro mondo. Sostiene anche, sulla base del proprio modello cosmologico, ed in opposizione al tomismo, che l'esistenza non abbia "causa" e che non esiste quindi una causa (cioè Dio) precedente ad essa. Nello stesso articolo si dichiara che Hawking è in realtà agnostico, anche se la sua posizione è specificamente ignostica, cioè non ritiene né utile né possibile un'affermazione sull'esistenza di Dio, la quale resta solo una verità di fede (posizione simile a quella di Pierre Simon Laplace). Non specificò mai, fino al 2011, se credesse o meno in Dio o in un'altra entità superiore: nel libro, The Grand Design, scritto insieme al fisico Leonard Mlodinow, ha elaborato una teoria cosmologica che intende spiegare l'origine dell'universo, il quale, come dichiara lo scienziato in un'intervista sul Times "non è stato creato da Dio". Anche riguardo al rapporto tra religione e scienza, Hawking sostiene che non sono conciliabili, in quanto come ha dichiarato sempre sul Times: «c'è una fondamentale differenza tra la religione, che è basata sull'autorità, e la scienza, che è basata su osservazione e ragionamento. E la scienza vincerà perché funziona». Nel 2011 ha dichiarato espressamente di non credere, a livello strettamente personale e senza farne una verità assoluta, nell'esistenza di un Dio Creatore (senza esprimersi sulle religioni che invece non parlano di "creazione"), perché non è necessario per spiegare l'universo, in quanto lui considera inesistente ciò che sarebbe "fuori dal tempo", e non c'era un tempo prima del Big Bang, a meno che non esista il multiverso. Egli afferma che questa sia la spiegazione più semplice, proprio per lo stesso motivo, per cui una malattia è derivata da una causa fisica, non ha bisogno di una metafisica per spiegarla, portando ad esempio la propria situazione personale.

L'universo e le peculiari condizioni che sembrano essersi create provvidenzialmente per permetterci di esistere (universo finemente regolato) trovano risposta nel principio antropico forte, per cui questo universo risulta semplicemente, tra i tanti originatesi in un evento quantistico (multiverso), quello adatto alla nostra esistenza per effetto di selezione e legge dei grandi numeri, ed anche la creazione di un intero universo dal "nulla" o senza confini può trovare una spiegazione soddisfacente in ciò che osserviamo ed interpretiamo attraverso i nostri modelli fisici, eliminando la necessità di interventi esterni.

Per contro, secondo i critici, Hawking non spiegherebbe come possa esistere ad esempio una legge di gravità senza gravi, così come non spiega come sia concepibile una legge della meccanica quantistica che preceda l'universo dato che in realtà lo presuppone; inoltre, darebbe per scontate le idee elaborate teoricamente della Teoria M. Hawking risponde a queste obiezioni che non c'è bisogno di un Creatore per creare le leggi fisiche, in quanto semplicemente esistono intrinsecamente nella materia/energia, e afferma che, seguendo la mentalità scientifica, non esista l'aldilà ("il paradiso è una fiaba per chi ha paura del buio"), manifestando un'opinione razionalista. Alcuni hanno affermato che Hawking si sia così avvicinato al movimento del nuovo ateismo, il cui maggiore esponente è Richard Dawkins.

Hawking afferma inoltre di essere interessato principalmente ai meccanismi di funzionamento dell'universo, senza indagare a fondo sul perché esistono, in quanto si tratta di campi non scientifici e che quindi la scienza non deve considerare. Egli inoltre sostiene che la fisica sia la nuova metafisica filosofica, come esplicita nell'incipit de Il grande disegno. A tal proposito ha dichiarato di sentirsi "un positivista":

« I take the positivist viewpoint that a physical theory is just a mathematical model and that it is meaningless to ask whether it corresponds to reality. All that one can ask is that its predictions should be in agreement with observation. »

« Io assumo un punto di vista positivista secondo cui una teoria fisica è solo un modello matematico e che è senza senso chiedersi se corrisponda alla realtà. Tutto quello che si può chiedere è che le sue previsioni siano in accordo con le osservazioni. »

(Stephen Hawking e Roger Penrose)

Hawking, nonostante non sia un credente, è membro della Pontificia accademia delle scienze.

Hawking nella cultura di massa

Stephen Hawking è apparso molte volte nella cultura di massa o nei documentari. Egli ha attribuito la sua notorietà nell'immaginario popolare soprattutto alla sua immagine di "genio disabile", più che alle sue ricerche, che sono molto tecniche e spesso conosciute a fondo solo dagli esperti.

Nel 1994 ha collaborato, prestando la sua voce sintetizzata, al brano Keep Talking, contenuto nel disco The Division Bell dei Pink Floyd. L'inizio della carriera di Stephen Hawking presso l'Università di Cambridge ha ispirato il film per la televisione del 2004 Hawking, prodotto dalla BBC, in cui lo scienziato è interpretato da Benedict Cumberbatch. Nel 2008 esce il film Superhero - Il più dotato fra i supereroi (Superhero Movie), diretto e sceneggiato da Craig Mazin, dove Stephen Hawking viene interpretato da Robert Joy ed è oggetto di caricature.

Stephen Hawking ha partecipato inoltre alla realizzazione di un programma di Discovery Channel intitolato L'universo di Stephen Hawking, nel quale l'astrofisico, in ogni puntata, affronta un tema sulla nascita dell'universo. Il programma è costituito da tre puntate: Il big bang, ai buchi neri e La nascita di stelle e pianeti. I vari filmati che illustrano i fenomeni cosmici sono realizzati dalla NASA.

Nel 2011 Hawking ha realizzato un documentario in cui appare in prima persona per la serie Curiosity di Discovery Channel, Stephen Hawking's Grand Design, tratto dal saggio Il grande disegno, esteso nel 2010 insieme al fisico Leonard Mlodinow. Il film alterna parti spiegate dallo stesso Hawking tramite il suo sintetizzatore vocale e altre in cui il suo testo viene letto dalla voce fuori campo dell'attore Benedict Cumberbatch.

Hawking è apparso di persona nell'episodio 26 della stagione 6 di Star Trek: The Next Generation, esibendosi in una partita a poker con Einstein, Newton ed il comandante Data. Hawking è anche apparso numerose volte nelle serie animate di Matt Groening: in particolare, in alcuni episodi de I Simpson (con un computer dotato di gadget particolari) e di Futurama (sia in versione normale sia come testa parlante), in 5 episodi della serie The Big Bang Theory anche di persona e in Due Fantagenitori dove "dimostra" all'insegnante di Timmy che in particolari circostanze 2+2 fa 5, appare anche come professore di Brian ne I Griffin nella puntata Brian Goes Back to College.

È citato nel film The Avengers della Marvel, in cui viene paragonato a Bruce Banner (ossia Hulk). Nel 2013 è stato realizzato un altro film sulla sua vita, intitolato sempre Hawking, in cui è interpretato da attori diversi per ogni età della vita: Arthur Pelling (bambino), Nathan Chapple (giovane), Finlay Macrae (ragazzo), Martin King (adulto), Joe Lovell (adulto), e da sé stesso (maturo). Il film è stato scritto da Ben Bowie, Stephen Finnigan e dallo stesso Hawking.

Nel 2014 esce il film La teoria del tutto (The Theory of Everything), diretto da James Marsh, dove Hawking è interpretato da Eddie Redmayne, che per questa interpretazione vince il premio Oscar al miglior attore protagonista. Nello stesso anno, a pochi mesi dall'annuncio dell'uscita di The Endless River, l'ultimo album dei Pink Floyd, viene confermata nuovamente la presenza della voce sintetizzata di Hawking nel brano Talkin' Hawkin'.

Nel film del 2016 Sausage Party - Vita segreta di una salsiccia è presente il personaggio Gomma, una gomma da masticare molto intelligente, costretta su una sedia a rotelle motorizzata e dotata di sintetizzatore vocale come Hawking, a cui si ispira anche nell'aspetto fisico.

Hawking ha usato la sua fama per pubblicizzare alcuni prodotti, tra cui una sedia a rotelle, National Savings, British Telecom, Specsavers, Egg Banking, e Go Compare. In questa occasione ha usato il suo nome come un marchio registrato.

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