Stephen Hawking: Einstein álma

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.