2
Oxford és Cambridge
Apám nagyon szerette volna, ha Oxfordban vagy Cambridgeben tanulok. Ô maga
az oxfordi University College hallgatója volt, ezért az volt a véleménye, hogy
nekem is oda kellene jelentkeznem, mert ott nagyobb esélyem van, hogy
felvegyenek. Abban az időben a University College-nak nem volt
matematikaoktatója, ami újabb okot szolgáltatott apámnak arra, hogy a
kémiai tanulmányokra ösztönözzön. Azt akarta, hogy ne a matematikai, hanem
a természettudományi szakterületen pályázzak meg egy ösztöndíjat.
A család többi tagja egy évre Indiába utazott, nekem viszont otthon kellett
maradnom, hogy érettségizzek és felvételi vizsgákat tegyek. Az iskolaigazgató
szerint Oxfordhoz még túl fiatal voltam, én 1959 márciusában mégis elmentem
az ösztöndíj elnyeréséért meghirdetett vizsgára két másik iskolatársammal
együtt, akik egy évvel fölöttem jártak. Meg voltam róla győződve, hogy a
vizsgám nem sikerült, és el voltam keseredve, amikor a gyakorlati vizsga
alatt felügyelő egyetemi oktatók másokhoz odamentek beszélgetni, hozzám pedig
nem. Aztán Oxfordból való hazautazásom után három nappal kaptam egy táviratot,
amelyben az állt, hogy elnyertem a megpályázott ösztöndíjat.
Mikor Oxfordba kerültem, tizenhét éves múltam. A legtöbb évfolyamtársam már
katonai szolgálatot is teljesített és jóval idősebb volt nálam. Az első évem
és a második év nagy része is nagyon magányosan telt el. Csak a harmadévről
mondhatom azt, hogy már valóban jól éreztem magam. Akkoriban az oxfordi
diákok között nem volt divat a kemény tanulás. Az ember vagy különösebb
erőfeszítés nélkül is kiváló eredményt ért el, vagy belenyugodott abba, hogy
képességei végesek és csak elégséges minősítést kap. Ha valaki keményen
dolgozott a jobb eredményekért, erőfeszítéseit diáktársai az öregedés
legbiztosabb jelének tekintették - az "aggastyán" (gray man) kifejezés
az oxfordi szókincsben a legnagyobb sértésnek számított.
Oxfordban ez idő tájt a fizikus szak tanrendje igen alkalmas volt a
"munkakerüléshez". Én magam letettem a felvételi vizsgát, majd három évet
Oxfordban töltöttem, de csak a harmadik év végén kellett záróvizsgát tennem.
Egyszer kiszámítottam, hogy ezalatt a három év alatt kb. ezer órát töltöttem
tanulással, ami átlagosan napi egy órát jelent. Nem vagyok büszke erre a
lazsálásra, csak elmondom, milyen volt abban az időben a munkához való
hozzáállásom, és ez nem különbözött a legtöbb diáktársam álláspontjától: a
teljes unalom és az a meggyőződés jellemezte, hogy nincs olyan dolog a
világon, amelyért érdemes lenne erőfeszítést tenni. A betegségem mozdított
ki ebből az állapotból: ha a korai halál lehetőségével áll szemben valaki,
ez a tény rádöbbenti arra, hogy érdemes élni, és hogy mennyi mindent szeretne
még megvalósítani életében.
Mivel három évig nem sokat tanultam, azt terveztem, hogy a záróvizsgán úgy
megyek át, hogy előtte elméleti fizikai feladatokat oldok meg, és a vizsgán
elkerülöm a tényszerű tudást követelő kérdéseket. A megelőző éjszaka a
vizsgadrukk miatt nem aludtam, így nem szerepeltem valami jól. Teljesítményem
a jeles és a jó közé esett, ezért a vizsgáztatóknak további kérdésekkel
kellett eldönteniük, milyen minősítést kapjak. Jövőbeli terveimről kérdeztek.
Azt válaszoltam, hogy kutatómunkát szeretnék végezni, és ha jelest kapok,
elmegyek Cambridge-be, ha viszont csak jót adnak, akkor maradok Oxfordban.
Jelest adtak.
Úgy éreztem, az elméleti fizikának két olyan alapvető jelentőségű területe
van, amelynek a kutatásával esetleg én is szívesen foglalkoznék. Az egyik a
kozmológia, a nagyon nagy léptékű jelenségek, a másik pedig az elemi
részecskékkel kapcsolatos nagyon kis léptékű jelenségek tudománya. Az elemi
részecskéket nem éreztem olyan vonzónak, mert bár a kutatók sok új részecskét
fedeztek fel, leírásukra abban az időben még nem állt rendelkezésre
elfogadható elmélet. Ezen a területen nem lehetett mást tenni, mint a
biológiai rendszertanhoz hasonlóan csoportosítani a részecskéket. A
kozmológiának ezzel szemben jól megalapozott elméleti hátteret jelentett
Einstein általános relativitáselmélete.
Oxfordban akkor senki nem foglalkozott kozmológiával, viszont Cambridge-ben
dolgozott Fred Hoyle, a kor legnevesebb brit csillagásza. Ezért aztán
megpályáztam egy doktori ösztöndíjat Hoyle intézetében. A cambridge-i
ösztöndíjat meg is kaptam, azzal a feltétellel, hogy jeles eredménnyel kell
végeznem Oxfordban, de legnagyobb bosszúságomra a témavezetőm nem Hoyle,
hanem egy Denis Sciama nevű ember lett, akiről addig soha nem hallottam. Ez
azonban végül a lehető legjobb megoldásnak bizonyult. Hoyle gyakran utazott
külföldre, valószínűleg nem sokat láttam volna, Sciama viszont mindig ott
volt, ha szükség volt rá, és mindig ösztönzőleg hatott rám, még ha gyakran
nem is értettem egyet az ötleteivel.
Mivel az iskolában és Oxfordban nem sok matematikát tanultam, az általános
relativitáselmélet eleinte nagyon bonyolultnak tűnt számomra, és a munkám
nem sokat haladt. Még Oxfordban töltött utolsó évemben észrevettem,
hogy a mozgásom nehézkessé vált. Nem sokkal azután, hogy Cambridge-be
mentem, megállapították, hogy mozgatóidegsorvadásban (amiotrofiás laterális
szklerózisban, röviden ALS-ben) szenvedek. Angliában a betegség
mozgatóidegsorvadás néven ismert, az Egyesült Államokban pedig
Lou-Gehrig-betegségnek is hívják. Az orvosok nem biztattak gyógyulással, még
azt sem tudták ígérni, hogy állapotom nem fog tovább romlani.
Az első időszakban a betegség valóban gyorsan súlyosbodott. Nem sok értelme
látszott kutatómunkám folytatásának, hiszen nem számíthattam arra, hogy
megérem a doktori disszertációm elkészültét. Azonban az idő múlásával a
betegség kifejlődése lelassult. Az általános relativitáselméletet is kezdtem
megérteni, így a munkám kezdett előrehaladni. De a legnagyobb változást az
hozta, hogy eljegyeztem egy Jane Wilde nevű lányt, akit akkoriban ismertem
meg, amikor felismerték a betegségemet. Ez volt a legfontosabb dolog, amiért
érdemes volt élnem.
Ahhoz, hogy összeházasodjunk, állásra volt szükségem, az álláshoz viszont be
kellett fejeznem a doktori disszertációmat. Ezért életemben először keményen
dolgozni kezdtem. Legnagyobb meglepetésemre még tetszett is a dolog. Talán nem
is helyes az ilyen elfoglaltságot munkának nevezni. Valaki egyszer azt mondta,
hogy a tudósokat és a prostituáltakat olyan dologért fizetik, amit még
élveznek is.
Megpályáztam a Gonville and Caius (ejtsd: kíz) College egyik kutatási
ösztöndíját. Azt reméltem, hogy Jane legépeli a pályázatomat, de amikor
legközelebb Cambridge-be jött hozzám látogatóba, be volt gipszelve a karja,
mert eltörte. Be kell vallanom, hogy kevesebb együttérzést mutattam, mint
kellett volna. De szerencsére a bal karja tört el, így legalább kézzel le
tudta írni a pályázatot, amit lediktáltam neki, és valaki más aztán legépelte.
A pályázatban meg kellett neveznem két olyan személyt, akik a munkámról
véleményt tudnak mondani. A témavezetőm azt javasolta, hogy az egyik ilyen
ajánlónak Hermann Bondit kérjem fel. Bondi abban az időben a Kings College
matematikaprofesszora volt Londonban, és az általános relativitáselmélet
szakértőjének számított. Többször találkoztam vele, még egyik cikkemet is ő
nyújtotta be közlésre a Proceedings of the Royal Society című folyóirathoz.
Egy Cambridge-ben tartott előadása után megkértem, adjon rólam ajánlást a
pályázathoz. Szórakozottan rám nézett, és azt felelte, megteszi. Valahogy
mégsem emlékezett rám, mert amikor a College felkérte, hogy írja meg az
ajánlást, azt válaszolta nekik, hogy sosem hallott rólam. Manapság olyan sok
ember nyújt be pályázatot egyetemi kutatási ösztöndíj elnyeréséért, hogy ha az
ajánlók egyike azt állítja, sohasem hallott a pályázóról, ez valószínűleg el
is vágja a jelölt útját. Akkoriban még nyugalmasabb időket éltünk. A College
értesített felkért ajánlóm kínos válaszáról, mire témavezetőm elment Bondihoz,
és felfrissítette a memóriáját. Bondi ezután megírta a kért ajánlást, amely
ezúttal valószínűleg sokkal jobb volt, mint amit megérdemeltem volna.
Mindenesetre megkaptam az ösztöndíjat, és azóta is a Caius College munkatársa
vagyok.
Az ösztöndíj elnyerése azt jelentette, hogy összeházasodhattunk Jane-nel, amit
1965 júliusában meg is tettünk. Egy hét nászútra Suffolkba utaztunk - ennyi
volt, amit megengedhettünk magunknak. Közvetlenül ezután egy általános
relativitáselméletről tartott nyári iskolába utaztunk a New York állam északi
részén fekvő Cornell Egyetemre. Ez nagy hiba volt. Szálláshelyünk tele volt
zajos, kisgyermekes családokkal, ami valódi erőpróbát jelentett a
házasságunknak. A nyári iskola más szempontból viszont nagyon hasznosnak
bizonyult, mivel megismertem a témakörömben dolgozó legfontosabb embereket.
Kutatómunkám során 1970-ig kozmológiával, a világegyetem, a nagy léptékű
jelenségek tudományával foglalkoztam. Legfontosabb munkám ebben az időben a
szingularitásokra irányult. A megfigyelések alapján a csillagrendszerek
távolodnak tőlünk, azaz a világegyetem tágul. Ez viszont azt jelenti, hogy a
csillagrendszereknek a múltban egymáshoz közelebb kellett lenniük. Felvetődik
tehát a kérdés: vajon létezett a múltban egy olyan időpont, amelyben
valamennyi galaxis egy helyen tömörült, és a világegyetem sűrűsége a
végtelenhez közelített? Vagy létezett a tágulást megelőzően egy összehúzódási
szakasz, amelynek során a csillagrendszereknek valahogy sikerült elkerülniük,
hogy összeütközzenek egymással? Talán elrepültek egymás mellett, azután
kezdtek távolodni? Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolásához új matematikai
módszerekre volt szükség, amelyek csak az 1965 és 1970 közötti években
jelentek meg, legtöbbjüket mi dolgoztuk ki Roger Penrose-zal. Penrose ezután
Londonba került, a Birkbeck College munkatársa lett, jelenleg pedig Oxfordban
dolgozik. A közösen kidolgozott módszerek segítségével megmutattuk, hogy ha az
általános relativitáselmélet helyes, akkor a múltban léteznie kellett egy
végtelen sűrűségű állapotnak.
Ez a végtelen sűrűségű állapot az ősrobbanásnak vagy Nagy Bummnak nevezett
szingularitás volt. Az ősrobbanás azt jelenti, hogy ha az általános
relativitáselmélet helytálló, akkor a tudomány nem képes arra, hogy megmondja,
hogyan keletkezett a világegyetem. Későbbi munkám során viszont megmutattam,
hogy a világegyetem keletkezése tudományos módszerekkel mégiscsak leírható,
ha a rendkívül kis léptékű jelenségekre érvényes kvantumelmélet eredményeit
is figyelembe vesszük.
Az általános relativitáselméletből az is következik, hogy a nagy tömegű
csillagok összeroppannak, amikor nukleáris energiakészletük kimerül.
Penrose-zal együtt végzett munkánk során kimutattuk, hogy összeroppanásuk
addig folytatódik, amíg végtelen sűrűségű szingularitássá nem zsugorodnak
össze. A csillag és a csillagon található valamennyi dolog számára ez a
szingularitás az idő végét jelentené. A szingularitás olyan erős gravitációs
teret képvisel, hogy a fény ebből a tartományból nem juthat ki, mert a
szingularitás gravitációs tere visszahúzza. Az ilyen tartományt, amelyből
nem lehet kijutni, fekete lyuknak, a tartomány határfelületét pedig
eseményhorizontnak nevezzük. Ha az eseményhorizonton keresztül bárki vagy
bármi a fekete lyukba zuhan, akkor számára a szingularitásban elérkezett az
idő vége.
1970-ben, röviddel Lucy lányom születése után egyik este a fekete lyukakról
gondolkodtam. Hirtelen rájöttem, hogy azokat a módszereket, amelyeket
Penrose-zal a szingularitások létezésének bizonyítására dolgoztunk ki, a
fekete lyukakra is alkalmazni lehet. Különösen az foglalkoztatott, hogy az
eseményhorizont felszíne, tehát a fekete lyuk határfelülete időben nem
csökkenhet. Ha két fekete lyuk összeütközik és egyetlen fekete lyukká egyesül,
akkor a keletkezett fekete lyuk eseményhorizontjának felülete nagyobb lesz a
két eredeti eseményhorizont felületének összegénél. Ez pedig igen fontos
korlátot jelent a fekete lyukak ütközése során kibocsátott energia nagyságára.
A felismerés olyan izgalomba hozott, hogy éjszaka alig tudtam aludni.
1970-től 1974-ig a fekete lyukakkal foglalkoztam. 1974-ben aztán életem
talán legmeglepőbb felfedezését tettem: a fekete lyukak nem is teljesen
feketék! Ha az anyagi világ kis méretekben megnyilvánuló viselkedését is
figyelembe vesszük, arra az eredményre jutunk, hogy a fekete lyukból sugárzás
és részecskék szivároghatnak ki. A fekete lyuk tehát a forró testhez hasonlóan
sugárzást bocsát ki.
1974 óta az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika
ellentmondásmentes, egységes elméletté történő összekapcsolásán dolgozom.
Munkám egyik eredményeként 1983-ban Jim Hartle-lal, a Santa Barbara-i
Kaliforniai Egyetem kutatójával felvetettük, hogy mind az idő, mind a tér
véges kiterjedésű, de határtalan. Ez olyasmihez hasonlítható, mint a Föld
felszíne, de annál kettővel több dimenzióban. A Föld felszíne is véges
kiterjedésű, még sincs határvonala. Utazásaim során még soha nem sikerült
leesnem a véges felszín szélén. Ha ez a feltevés helytálló, akkor nem léteznek
szingularitások, és a tudományos törvények minden esetben, tehát a
világegyetem kezdetekor is érvényesek. A világegyetem keletkezése is
a tudomány törvényszerűségeinek megfelelően ment végbe. Azt mondhatjuk tehát,
hogy erőfeszítéseim sikerrel jártak. Megismertük, hogyan alakult ki a
világegyetem. Azt azonban, hogy miért alakult ki, továbbra sem tudjuk.