Nhà vật lý nổi tiếng Stephen Hawking đã đưa lực hấp dẫn đến giới hạn cuối cùng của nó. Khi làm như vậy, ông đã tạo ra một số tiến bộ đáng kể trong sự hiểu biết của chúng ta về lỗ đen, vũ trụ học và lực hấp dẫn lượng tử. Thêm vào đó, những đóng góp của ông cho việc phổ biến khoa học đã củng cố di sản của ông cho các thế hệ sau.
Hawking bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu của mình vào những năm 1960, rất lâu trước khi chẩn đoán mắc bệnh ALS (xơ cứng teo cơ một bên) khiến ông phải sử dụng xe lăn và giao tiếp thông qua công nghệ thay vì giọng nói trong phần lớn cuộc đời trưởng thành của mình. Mặc dù không thể tóm tắt gọn gàng hơn 200 bài báo học thuật của Hawking trong hơn bốn thập kỷ, nhưng ông rất quan tâm đến bản chất của lực hấp dẫn trong các môi trường khắc nghiệt.
Điều này bắt đầu với bản chất của các điểm kỳ dị. Hawking đã lấy bằng chứng của nhà toán học và vật lý Roger Penrose rằng các điểm kỳ dị thực sự tồn tại trong thuyết tương đối rộng và mở rộng nó ra toàn bộ vũ trụ — chứng minh rằng, trong các mô hình tiến hóa của vũ trụ, Vụ nổ lớn thực sự bắt đầu bằng một điểm kỳ dị, một điểm có mật độ vô hạn.
Sau đó, Hawking tiếp tục khám phá sâu hơn về các lỗ đen và đi đến kết luận đáng ngạc nhiên của mình rằng các lỗ đen không hoàn toàn đen. Bằng cách khéo léo kết hợp thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử, Hawking phát hiện ra rằng các lỗ đen phát ra một lượng bức xạ nhỏ, có nghĩa là chúng có thể bốc hơi và biến mất.
Hawking đã mở rộng ý tưởng này để xây dựng một bộ định luật nhiệt động lực học lỗ đen — các phiên bản của các định luật nhiệt động lực học quen thuộc nhưng được áp dụng cho lỗ đen — cho thấy mối liên hệ sâu sắc giữa bản chất của nhiệt, năng lượng và entropy với bản chất của lực hấp dẫn.
Quay trở lại lĩnh vực vũ trụ học, Hawking đã có những tiến bộ lớn trong việc hiểu cách thức hoạt động của lạm phát. Mặc dù Alan Guth là người khởi xướng ý tưởng rằng vũ trụ sơ khai đã trải qua một giai đoạn giãn nở cực kỳ nhanh chóng, nhưng chính Hawking là người đã đưa ra và biến nó thành một lý thuyết mạnh mẽ, vững chắc về vũ trụ.
Ngoài lạm phát, Hawking đã dành nhiều thời gian để nghiên cứu những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn. Ông đặc biệt quan tâm đến câu hỏi về "sự khởi đầu" — vũ trụ có sự khởi đầu không? Liệu việc đặt câu hỏi đó có hợp lý không? Cơ học lượng tử đã nói gì về điều đó?
Lực hấp dẫn là câu chuyện về không-thời gian, và Hawking đã dành nhiều năm để nghiên cứu mối quan hệ sâu sắc giữa không gian, thời gian và cơ học lượng tử. Ví dụ, ông đã làm việc rất nhiều về lỗ sâu — lối tắt qua không-thời gian — và thăm dò xem liệu chúng có khả thi về mặt vật lý hay không. Nhận ra rằng lỗ sâu cũng có thể được sử dụng như cỗ máy thời gian, ông đã đề xuất phỏng đoán bảo vệ niên đại, trong đó nêu rằng du hành thời gian vào quá khứ bị cấm vì quá khứ đã xảy ra và không thể thay đổi.
Không giống như nhiều đồng nghiệp của mình, Hawking không đặc biệt quan tâm đến việc phát triển một lý thuyết về mọi thứ, một tập hợp các phương trình bao hàm tất cả có thể giải thích mọi hiện tượng vật lý. Mặc dù ông đã thử nghiệm các khía cạnh của lý thuyết dây — một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho một lý thuyết về mọi thứ — ông chủ yếu tập trung vào bản chất của lực hấp dẫn.
Nhưng công trình của ông về các khía cạnh lượng tử của lực hấp dẫn đã vang dội khắp toàn bộ cộng đồng. Ví dụ, bất kỳ lý thuyết về mọi thứ nào cũng phải có khả năng giải thích được câu đố do bức xạ Hawking đặt ra, hoặc bản chất khó nắm bắt của lạm phát vũ trụ. Công trình của Hawking đã mở ra một cánh cửa sổ hướng đến sự thống nhất của cơ học lượng tử và lực hấp dẫn — một mục tiêu mà các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng theo đuổi cho đến ngày nay.
Để đưa ra một số góc nhìn về quy mô công trình của Hawking, hãy xem xét giải thưởng Nobel. Giải Nobel Vật lý năm 2019 được trao "cho những đóng góp cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ và vị trí của Trái Đất trong vũ trụ", một nửa được trao cho James Peebles "cho những khám phá lý thuyết trong vũ trụ học vật lý". Hawking qua đời vào năm 2018, nhưng nếu ông còn sống, những đóng góp của ông cho vũ trụ học sẽ khiến ông trở thành ứng cử viên sáng giá để chia sẻ giải thưởng này.
Các bài viết liên quan:
— Stephen Hawking đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về lỗ đen như thế nào
— Stephen Hawking: Mọi thứ bạn cần biết về luận án đã 'phá vỡ Internet'
— Bài báo cuối cùng của Stephen Hawking đề xuất cách phát hiện 'đa vũ trụ'
Giải Nobel Vật lý năm 2020 đã được chia đôi, một nửa được trao cho Roger Penrose "vì khám phá ra rằng sự hình thành lỗ đen là một dự đoán chắc chắn của thuyết tương đối rộng". Hawking cũng có thể là một ứng cử viên ở đây, vì hiểu biết sâu sắc của ông về bản chất cơ bản của lỗ đen.
Hawking có cơ hội lớn để lọt vào danh sách đề cử cho hai giải Nobel riêng biệt, điều này chắc chắn đưa ông vào một nhóm hiếm có.
Bên cạnh thành quả khoa học đồ sộ đó, Hawking còn là một người truyền bá khoa học rất năng nổ. Cuốn sách năm 1988 của ông "Lược sử thời gian" đã trở thành một cú hit ngay lập tức. Đây là lần đầu tiên nhiều người được giới thiệu về cơ học lượng tử, lực hấp dẫn và vũ trụ học. Ông đã trở thành một biểu tượng văn hóa, hầu như mọi người đều có thể nhận ra ông và giọng nói được vi tính hóa của ông.
Tất cả những đóng góp này chắc chắn sẽ tạo nên một di sản đáng ghi nhớ.
Hawking bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu của mình vào những năm 1960, rất lâu trước khi chẩn đoán mắc bệnh ALS (xơ cứng teo cơ một bên) khiến ông phải sử dụng xe lăn và giao tiếp thông qua công nghệ thay vì giọng nói trong phần lớn cuộc đời trưởng thành của mình. Mặc dù không thể tóm tắt gọn gàng hơn 200 bài báo học thuật của Hawking trong hơn bốn thập kỷ, nhưng ông rất quan tâm đến bản chất của lực hấp dẫn trong các môi trường khắc nghiệt.
Điều này bắt đầu với bản chất của các điểm kỳ dị. Hawking đã lấy bằng chứng của nhà toán học và vật lý Roger Penrose rằng các điểm kỳ dị thực sự tồn tại trong thuyết tương đối rộng và mở rộng nó ra toàn bộ vũ trụ — chứng minh rằng, trong các mô hình tiến hóa của vũ trụ, Vụ nổ lớn thực sự bắt đầu bằng một điểm kỳ dị, một điểm có mật độ vô hạn.
Sau đó, Hawking tiếp tục khám phá sâu hơn về các lỗ đen và đi đến kết luận đáng ngạc nhiên của mình rằng các lỗ đen không hoàn toàn đen. Bằng cách khéo léo kết hợp thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử, Hawking phát hiện ra rằng các lỗ đen phát ra một lượng bức xạ nhỏ, có nghĩa là chúng có thể bốc hơi và biến mất.
Hawking đã mở rộng ý tưởng này để xây dựng một bộ định luật nhiệt động lực học lỗ đen — các phiên bản của các định luật nhiệt động lực học quen thuộc nhưng được áp dụng cho lỗ đen — cho thấy mối liên hệ sâu sắc giữa bản chất của nhiệt, năng lượng và entropy với bản chất của lực hấp dẫn.
Quay trở lại lĩnh vực vũ trụ học, Hawking đã có những tiến bộ lớn trong việc hiểu cách thức hoạt động của lạm phát. Mặc dù Alan Guth là người khởi xướng ý tưởng rằng vũ trụ sơ khai đã trải qua một giai đoạn giãn nở cực kỳ nhanh chóng, nhưng chính Hawking là người đã đưa ra và biến nó thành một lý thuyết mạnh mẽ, vững chắc về vũ trụ.
Ngoài lạm phát, Hawking đã dành nhiều thời gian để nghiên cứu những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn. Ông đặc biệt quan tâm đến câu hỏi về "sự khởi đầu" — vũ trụ có sự khởi đầu không? Liệu việc đặt câu hỏi đó có hợp lý không? Cơ học lượng tử đã nói gì về điều đó?
Lực hấp dẫn là câu chuyện về không-thời gian, và Hawking đã dành nhiều năm để nghiên cứu mối quan hệ sâu sắc giữa không gian, thời gian và cơ học lượng tử. Ví dụ, ông đã làm việc rất nhiều về lỗ sâu — lối tắt qua không-thời gian — và thăm dò xem liệu chúng có khả thi về mặt vật lý hay không. Nhận ra rằng lỗ sâu cũng có thể được sử dụng như cỗ máy thời gian, ông đã đề xuất phỏng đoán bảo vệ niên đại, trong đó nêu rằng du hành thời gian vào quá khứ bị cấm vì quá khứ đã xảy ra và không thể thay đổi.
Không giống như nhiều đồng nghiệp của mình, Hawking không đặc biệt quan tâm đến việc phát triển một lý thuyết về mọi thứ, một tập hợp các phương trình bao hàm tất cả có thể giải thích mọi hiện tượng vật lý. Mặc dù ông đã thử nghiệm các khía cạnh của lý thuyết dây — một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho một lý thuyết về mọi thứ — ông chủ yếu tập trung vào bản chất của lực hấp dẫn.
Nhưng công trình của ông về các khía cạnh lượng tử của lực hấp dẫn đã vang dội khắp toàn bộ cộng đồng. Ví dụ, bất kỳ lý thuyết về mọi thứ nào cũng phải có khả năng giải thích được câu đố do bức xạ Hawking đặt ra, hoặc bản chất khó nắm bắt của lạm phát vũ trụ. Công trình của Hawking đã mở ra một cánh cửa sổ hướng đến sự thống nhất của cơ học lượng tử và lực hấp dẫn — một mục tiêu mà các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng theo đuổi cho đến ngày nay.
Để đưa ra một số góc nhìn về quy mô công trình của Hawking, hãy xem xét giải thưởng Nobel. Giải Nobel Vật lý năm 2019 được trao "cho những đóng góp cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ và vị trí của Trái Đất trong vũ trụ", một nửa được trao cho James Peebles "cho những khám phá lý thuyết trong vũ trụ học vật lý". Hawking qua đời vào năm 2018, nhưng nếu ông còn sống, những đóng góp của ông cho vũ trụ học sẽ khiến ông trở thành ứng cử viên sáng giá để chia sẻ giải thưởng này.
Các bài viết liên quan:
— Stephen Hawking đã thay đổi hiểu biết của chúng ta về lỗ đen như thế nào
— Stephen Hawking: Mọi thứ bạn cần biết về luận án đã 'phá vỡ Internet'
— Bài báo cuối cùng của Stephen Hawking đề xuất cách phát hiện 'đa vũ trụ'
Giải Nobel Vật lý năm 2020 đã được chia đôi, một nửa được trao cho Roger Penrose "vì khám phá ra rằng sự hình thành lỗ đen là một dự đoán chắc chắn của thuyết tương đối rộng". Hawking cũng có thể là một ứng cử viên ở đây, vì hiểu biết sâu sắc của ông về bản chất cơ bản của lỗ đen.
Hawking có cơ hội lớn để lọt vào danh sách đề cử cho hai giải Nobel riêng biệt, điều này chắc chắn đưa ông vào một nhóm hiếm có.
Bên cạnh thành quả khoa học đồ sộ đó, Hawking còn là một người truyền bá khoa học rất năng nổ. Cuốn sách năm 1988 của ông "Lược sử thời gian" đã trở thành một cú hit ngay lập tức. Đây là lần đầu tiên nhiều người được giới thiệu về cơ học lượng tử, lực hấp dẫn và vũ trụ học. Ông đã trở thành một biểu tượng văn hóa, hầu như mọi người đều có thể nhận ra ông và giọng nói được vi tính hóa của ông.
Tất cả những đóng góp này chắc chắn sẽ tạo nên một di sản đáng ghi nhớ.
