Stephen Hawkings bidrag till förståelsen av gravitation, svarta hål och kosmologi var verkligen enorma. De började med singularitetssatserna på 1960-talet följt av hans upptäckt att svarta hål har en entropi och följaktligen en ändlig temperatur. Svarta hål förutspåddes avge termisk strålning, det som nu kallas Hawking-strålning. Han var pionjär i studiet av ursprungliga svarta hål och deras potentiella roll i kosmologin. Hans organisation av och bidrag till Nuffield Workshop 1982 befäste bilden av att universums storskaliga struktur uppstod som kvantfluktuationer under inflationstiden. Arbetet med samspelet mellan kvantmekanik och allmän relativitet resulterade i hans formulering av begreppet universums vågfunktion. Spänningen mellan kvantmekanik och allmän relativitetsteori ledde till hans kamp med informationsparadoxen angående djupa kopplingar mellan dessa grundläggande områden av fysiken.
Alla dessa prestationer uppnåddes efter diagnosen under de första åren av Stephens studier som en doktorand i Cambridge att han hade obotlig motorneuronsjukdom — han fick två år kvar att leva. Mot alla odds levde han ytterligare 55 år. Utmärkelsen för hans arbete ledde till många utmärkelser och han blev en stor offentlig person som med passion främjade funktionshindrade människors behov. Hans populära bästsäljande bok, A brief history of time, gjorde kosmologin och hans eget verk kända för allmänheten över hela världen. Han blev en ikon för vetenskapen och en inspiration för alla.
Förord
“Bilden av Stephen Hawking i sin motoriserade rullstol, med huvudet något förvridet åt sidan och händerna gick över för att arbeta med kontrollerna, fångade allmänhetens fantasi som en sann symbol för sinnets triumf över materien. Liksom med det delfiska oraklet i det antika Grekland, verkade fysisk funktionsnedsättning kompenseras av nästan övernaturliga gåvor, som tillät hans sinne att ströva omkring i universum fritt, och ibland gåtfullt avslöjade några av dess hemligheter gömda för vanliga dödliga. Naturligtvis kan en sådan romantiserad bild endast representera en partiell sanning. De som kände Hawking skulle helt klart uppskatta den dominerande närvaron av en riktig människa, med en enorm livslust, stor humor och enorm beslutsamhet, men med normala mänskliga svagheter, såväl som hans mer uppenbara styrkor. Han var extremt högt ansedd, med tanke på hans många mycket imponerande, ibland revolutionerande, bidrag till förståelsen av universums fysik och geometri” (Penrose 2018).
“Vi minns Newton för svar. Vi minns Hawking för frågor. Och själva Hawkings frågor fortsätter att ge och genererar genombrott decennier senare. När vi till slut behärskar kvantgravitationslagarna och fullt ut förstår födelsen av vårt universum, kommer det att vara genom att stå på Hawkings axlar” (Thorne 2018).
1. Tidigt liv
Stephen föddes i Oxford den 8 januari 1942 (figur 1), trehundraårsdagen av Galileo Galileis död.1 Hans far, Frank Hawking, kom från en familj av arrendatorer i Yorkshire som led svåra tider under jordbruksdepressionen i början av 1900-talet. Även om det var ekonomiskt ansträngt kunde familjen skicka Frank till Oxford, där han studerade medicin. Hans forskningsexpertis var inom tropisk medicin, vilket innebar regelbundna studieresor till Östafrika. I början av andra världskriget bedömde myndigheterna, trots frivillighet för militärtjänst, att det vore bäst om Frank fortsatte sin medicinska forskning under krigsåren. Stephens mamma, Isobel Walker, föddes i Dunfermline i Skottland, men familjen flyttade till Devon när hon var 12. Isobel fick tillträde till University of Oxford, där hon studerade ekonomi, politik och filosofi. Hon arbetade då för Skatteverket, men det visade sig inte falla henne i smaken och hon blev därefter skollärare. Hon var en fritänkande radikal och ett starkt inflytande på sin son.
Familjen bodde i London, men på grund av hotet om bombningar flyttade hans mamma till Oxford där Stephen föddes. Han hade två yngre systrar, Mary född 1943 och Philippa 1947. Familjen flyttade från Highgate i London till St Albans 1950 när Frank tillträdde en tjänst vid det nya National Institute for Medical Research i Mill Hill. Stephen hade all entusiasm som en frågande ung pojke – modelltåg, både urverk och elektriska, båtar och modellflygplan samt uppfinnandet av mycket komplicerade spel med sina nära skolkamrater Roger Ferneyhough och John McClenahan.
I Highgate utbildades Stephen vid den progressiva Byron House School. När familjen flyttade till St Albans gick han på St Albans School for Girls, som också tog pojkar upp till 10 års ålder. Som en följd av detta gjordes hans 11-plus examen framgångsrikt ett år tidigare och han började på pojkens skola, St Albans School, i den översta strömmen (figur 2). I allmänhet var han mitt i klassen, men fick en god utbildning med begåvade skolkamrater; hans klasskamrater gav honom det profetiska smeknamnet “Einstein”. Frank var dedikerad till forskning i tropiska sjukdomar och mycket hårt arbetande. Han uppmuntrade starkt Stephens intresse för vetenskap och tog honom till sitt laboratorium i Mill Hill för att titta genom mikroskop och besöka insektshuset där myggor infekterade med tropiska sjukdomar hölls. Frank coachade också Stephen i matematik tills han inte kunde hänga med honom i matematisk kunskap och skicklighet.
Under de senaste två åren på gymnasiet koncentrerade sig Stephen på matematik och fysik och hade turen att ha en lysande matematik lärare, Dikran Tahta. Med Tahtas hjälp byggde Stephen en tidig primitiv dator. Senare sa Stephen att “Tack vare Mr Tahta blev jag professor i matematik vid Cambridge, en position som en gång innehas av Isaac Newton” (Ferguson 2017). Frank var angelägen om att Stephen skulle försöka få inträde till University College, Franks gamla college vid University of Oxford. Även om rektorn på St Albans tyckte att Stephen var för ung för att göra inträdesprovet, lyckades han vid 17 års ålder.
2. Oxford
De flesta av Stephens kollegor i Oxford var äldre än honom, några hade gjort militärtjänst. I sina memoarer skriver Stephen om att han var något ensam under sina första två år och gick därför med i collegebåtklubben som styrman under sitt tredje år. Även om han inte var en framstående cox, utökade upplevelsen hans vänkrets. På den tiden var det enda provet som spelade någon roll i Oxford det sista tredjeårsprovet. Som han skrev var fysikkursen utformad på ett sådant sätt att det var lätt att slippa arbete. Dessutom:
Att arbeta hårt för att få en bättre examen betraktades som kännetecknet för en “grå man”, det värsta epitetet i Oxfords vokabulär. Stephen arbetade inte hårt under sina Oxford-år, även om hans talang var erkänd. För slutproven koncentrerade han sig på problem inom teoretisk fysik som inte krävde mycket faktakunskap. Genom att proppa innan provet uppnådde han en gränsöverskridande examen i första–andra klass. För att bedöma vilken examen som ska ges hölls en intervju med examinatorerna. Stephen sa till dem att om han fick en första skulle han åka till Cambridge för att forska – om han fick en andra skulle han stanna i Oxford. Han belönades med en första.
3. Cambridge
1960-talet var en spännande period inom astronomi, astrofysik och kosmologi. Det är ingen överdrift att säga att upptäckterna och innovationerna under det decenniet förändrade dessa discipliner ur all erkännande – bevis började dyka upp för existensen av svarta hål och konsolideringen av Big Bang som den föredragna modellen för den storskaliga strukturen, universums dynamik och evolution. Stephen tog chansen att skapa en anmärkningsvärd samling originalverk, som beskrivs i del II av denna memoarbok.
Efter en äventyrlig resa genom Persien, som inkluderade att vara nära epicentrum av en jordbävning med magnitud 7,1 som dödade mer än 12 000 människor, anlände Stephen till Trinity Hall, Cambridge, hösten 1962 och planerade att studera under den framstående astrofysikern och kosmologen Fred Hoyle FRS. En besvikelse för Stephen kunde Hoyle inte ta emot honom. Den andra personen som fanns tillgänglig inom det kosmologiska området var Dennis Sciama (FRS 1983), som var okänd för Stephen vid den tiden. Faktum är att detta visade sig vara en stor lycka, eftersom Sciama var en enastående stimulerande figur inom brittisk kosmologi, som handlade många studenter som skulle skapa imponerande namn för sig själva under senare år. Under åren 1964–1973, när Sciama var medlem av Institutionen för tillämpad matematik och teoretisk fysik (DAMTP), inkluderade hans doktorander, i datumordning, George Ellis (FRS 2007), Brandon Carter (FRS 1981), Ray McLenaghan , Martin Rees (FRS 1979, PRS 2005), John Stewart, Malcolm MacCullum, Bill Saslaw, Gary Gibbons (FRS 1999) och Bernard Jones. Ellis & Penrose (2010) beskriver Sciamas anmärkningsvärda rekord. Sciama verkade veta allt som pågick inom fysiken vid den tiden, särskilt inom kosmologin, och förmedlade en smittsam spänning till alla som mötte honom. Han var också mycket effektiv i att föra samman människor som skulle ha stor nytta av att kommunicera med varandra.
Under sitt sista år på Oxford hade Stephen märkt att han blev allt mer klumpig och sökte läkare. Hans tillstånd fortsatte att minska efter hans flytt till Cambridge. Under juluppehållet 1962 föll han omkull när han åkte skridskor på St Albans och kunde inte resa sig. Strax efter sin tjugoförsta födelsedag en månad senare diagnostiserades Stephen som lider av en ospecificerad obotlig sjukdom, som senare identifierades som den dödliga degenerativa motorneuronsjukdomen, amyotrofisk lateralskleros (ALS). Läkarnas prognos var att han förmodligen bara hade två år kvar att leva. När han låg på sjukhus strax efter att hans sjukdom först diagnostiserades, lyftes Stephens depression något när han jämförde sin situation med en pojke som han vagt kände i nästa säng som höll på att dö i leukemi. Stephen bestämde sig för att göra något riktigt kreativt med sina återstående år och strävade efter att ta itu med några av de mest grundläggande frågorna om universums fysiska natur. För första gången i sitt liv arbetade han seriöst hårt och fann att han verkligen njöt av det – han började utnyttja sina anmärkningsvärda gåvor i en serie revolutionära tidningar inom gravitationsfysik.
Ännu viktigare för Stephen var hans engagemang 1964 till Jane Wilde. Hon växte upp i St Albans och studerade språk vid University of Londons Westfield College. De träffades genom gemensamma collegevänner på en fest 1962 och gifte sig 1965 i kapellet i Trinity Hall, Stephen’s Cambridge college. De fick tre barn: Robert, född 1967, Lucy 1970 och Timothy 1979 (figur 4). Jane tog sin doktorsexamen i medeltida spansk poesi i april 1981. Hon var exceptionellt stödjande av Stephen när hans tillstånd försämrades. Ett av Janes kanske viktigaste bidrag var att låta Stephen, på egen insisterning, göra saker för sig själv i ovanlig utsträckning – han var en utomordentligt beslutsam person. Hans hälsa försämrades ytterligare, tills han i slutet av 1970-talet nästan inte hade någon rörelse kvar och hans tal knappt kunde höras alls, förutom av ett fåtal av hans familj och kollegor. Trots att han trotsade etablerade medicinska åsikter levde han ytterligare 40 år. 1964 behövde Stephen ett jobb för att försörja en familj. Originaliteten i hans arbete resulterade snart i en rad positioner. Det första steget på stegen var ett forskarstipendium vid Gonville och Caius College, Cambridge, som skulle förbli hans college för resten av hans liv. Detta följdes av en utnämning som anställd vid Institutet för teoretisk astronomi under den mest spännande perioden av dess existens från 1968 till 1972. 1969 valdes han till full gemenskap vid Gonville och Caius College for Distinction in Science. Efter skapandet av Institute of Astronomy 1972 stannade Stephen där som forskningsassistent i två år innan han fick en mer permanent status vid DAMTP. Vid den här tiden erkändes originaliteten och betydelsen av Stephens arbete över hela världen och han valdes till Fellow i Royal Society 1974 vid en exceptionellt tidig ålder av 32. Han skulle få sällskapets högsta utmärkelse, Copley-medaljen, 2006 .
Stephen, med sin familj, besökte Caltech i Pasadena under läsåret 1974 till 1975 som Sherman Fairchild Distinguished Scholar, Caltechs högsta utmärkelse. Han tyckte att Caltech och Kalifornien var spännande. På den tiden var faciliteterna mycket bättre än i Cambridge och det fanns ramper överallt för hans rullstol, installerade för samhället vid hans häst. Bland de viktiga händelserna under besöket höll Stephen ett stort seminarium om Hawking-strålning på Caltech i närvaro av Richard Feynman ForMemRS. Under året på Caltech tilldelades Stephen Pius XI-medaljen och flög till Rom för att ta emot den. Han insisterade på att besöka Vatikanens arkiv för att läsa återberättelsen om Galileo, som han alltid kände en stark samhörighet med.
Han arbetade i samma byggnad som jag. Jag tryckte ofta in hans rullstol på hans kontor, och han bad mig att öppna en kortfattad bok om kvantteori, inte ett ämne som hittills hade intresserat honom särskilt mycket. Han skulle sitta böjd orörlig i timmar – han kunde inte ens vända blad utan hjälp. Jag undrade vad som gick igenom hans sinne, och om hans krafter sviktade. Men inom ett år kom han på sin bästa idé någonsin – inkapslad i en ekvation som han sa att han ville ha inskriven på sin minnessten.
Senare skulle elever och kollegor skriva en formel på en svart tavla. Han skulle stirra på det och säga om han höll med om det eller inte, och kanske vad som skulle komma härnäst. 1979 utsågs Stephen till en av de mest framstående tjänsterna vid universitetet som den sjuttonde innehavaren av Lucasian Chair of Natural Philosophy, cirka 310 år efter att Isaac Newton (FRS, PRS 1703) blev dess andra innehavare. Stephen innehade denna stol med utmärkelse i 30 år tills han nådde pensionsåldern 2009, varefter han innehade en särskild forskningsprofessur, tack vare en generös donation från Avery–Tsui Foundation. Dennis Avery och Sally Tsui Wong-Avery hade tidigare gett betydande stöd till Stephen Hawking Center for Theoretical Cosmology i DAMTP.
Medan han var i Schweiz 1985, drabbades Stephen av lunginflammation och en trakeotomi var nödvändig för att rädda hans liv. Konstigt nog, efter den här borsten med döden, verkade progressionen av hans degenerativa sjukdom sakta ner till en nästan haltande. Hans trakeotomi förhindrade all form av tal så att skaffa en datoriserad talsyntes blev en nödvändighet. Han försörjdes, sedan och därefter, av ett team av hjälpare och personliga assistenter, såväl som av familjen. I efterdyningarna av detta möte med lunginflammation togs Hawkings hem nästan över av sjuksköterskor och vårdpersonal, och han och Jane gled isär. De separerade 1990 och skildes 1995. Samma år gifte Stephen sig med Elaine Mason, som hade varit en av hans sjuksköterskor och vars tidigare man hade designat Stephens talsyntes. Så småningom tog även deras förhållande ett slut – de skildes 2007. Stephen fortsatte att få stöd av ett team av hjälpare och personliga assistenter, samt av sina barn och Jane.
4 . Den offentliga personen
Långfilmen The theory of everything, där Stephen blev häpnadsväckande exakt porträtterad i en Oscar-vinnande föreställning av Eddie Redmayne, återskapade den mänskliga historien bakom hans kamp. Den överträffar de flesta filmbiografier genom att representera huvudkaraktärerna känsligt och sympatiskt, även om den förståeligt nog har utelämnat, sammanblandat och kronologiskt förvrängt nyckelepisoder i hans personliga och vetenskapliga liv. Den förmedlade hur behovet av stöd, som krävde ett team av sjuksköterskor, ansträngde hans äktenskap med Jane till bristningsgränsen, särskilt när det förstärktes av trycket från hans växande kändisskap. Janes bok Traveling to infinity: my life with Stephen, som filmen är baserad på, berättar om de 25 år under vilka hon med fantastiskt engagemang underbyggde deras familjeliv och hans karriär (Hawking 2007). Redan före den här filmen från 2014 hade Stephens liv och arbete varit med i ett utmärkt TV-dokudrama som gjordes 2004, där han spelades av Benedict Cumberbatch, som också uttalade sina ord i en fyrdelad dokumentär, The grand design, gjord för TV Discovery Channel.
I sitt senare liv blev Stephen allt mer involverad i populariseringen av vetenskapen. Detta började med den häpnadsväckande framgångsrika boken A brief history of time (66), som översattes till cirka 35 språk och såldes i över 10 miljoner exemplar under de följande 20 åren. Utan tvekan var bokens lysande titel en bidragande faktor till dess framgång och ämnet grep allmänhetens fantasi. Det finns en direkthet och klarhet i stilen, som Stephen utvecklade som en nödvändighet när han försökte hantera de begränsningar som hans fysiska funktionshinder. Han kunde bara kommunicera med stor svårighet och med stor ansträngning, och fick därför nöja sig med korta meningar som var direkt till saken. Dessutom kan man inte förneka att hans fysiska tillstånd kraftfullt fångade allmänhetens fantasi. Även om spridning av vetenskap bland en bredare publik verkligen var ett av Stephens syften med att skriva boken, hade han också det allvarliga syftet att generera inkomster. De ekonomiska behoven var betydande, på grund av kraven från hans följe av familj, sjuksköterskor, vårdpersonal och allt dyrare utrustning. En del, men långt ifrån allt, täcktes av National Health Service och anslag.
Att bjuda in Stephen till en konferens innebar alltid stora utmaningar för arrangörerna. Rese- och logikostnaderna var enorma, inte minst på grund av det stora antalet medföljande personer. På grund av sin bräckliga hälsa var han tvungen att flyga första klass och under sina sista år med privat jetplan eller ambulansflyg. Men en populär föreläsning av Stephen skulle alltid vara slutsåld, och särskilda arrangemang skulle behövas för att hitta en tillräckligt stor föreläsningssal. 1998 föreläste Stephen i Clintons Vita huset och återvände 2009 när president Obama gav honom US Medal of Freedom, en mycket sällsynt ära för alla utlänningar (figur 5). Detta var bara en av de många utmärkelser som samlats in under hans karriär, inklusive Companion of Honor från Storbritannien (se avsnittet “Utmärkelser och erkännande”). Sommaren 2012 nådde han sin kanske största publik någonsin i sin huvudroll vid öppningsceremonin av de paralympiska spelen i London.
Stephen Hawkings bidrag till förståelsen av gravitation, svarta hål och kosmologi var verkligen enorma . De började med singularitetssatserna på 1960-talet följt av hans upptäckt att svarta hål har en entropi och följaktligen en ändlig temperatur. Svarta hål förutspåddes avge termisk strålning, det som nu kallas Hawking-strålning. Han var pionjär i studiet av ursprungliga svarta hål och deras potentiella roll i kosmologin. Hans organisation av och bidrag till Nuffield Workshop 1982 befäste bilden av att universums storskaliga struktur uppstod som kvantfluktuationer under inflationstiden. Arbetet med samspelet mellan kvantmekanik och allmän relativitet resulterade i hans formulering av begreppet universums vågfunktion. Spänningen mellan kvantmekanik och generell relativitetsteori ledde till hans kamp med informationsparadoxen om djupa kopplingar mellan dessa grundläggande fysikområden. Alla dessa prestationer uppnåddes efter diagnosen under de första åren av Stephens studier som doktorand i Cambridge att han hade obotlig motorneuronsjukdom – han fick två år kvar att leva. Mot alla odds levde han ytterligare 55 år. Utmärkelsen för hans arbete ledde till många utmärkelser och han blev en stor offentlig person som med passion främjade funktionshindrade människors behov. Hans populära bästsäljande bok, A brief history of time, gjorde kosmologi och hans eget arbete kända för allmänheten över hela världen. Han blev en ikon för vetenskapen och en inspiration för alla.
