Stephen Hawking och tiden

De flesta som känner till namnet Stephen Hawking tänker nog i första hand på bilden av ett grimaserande ansikte och en förvriden kropp sittande hopsjunken i en permobil. Kanske tänker man också på honom som ett medicinskt under: han har levat med den fruktade nervsjukdomen ALS i årtionde efter årtionde, men de som drabbas av ALS dör vanligen efter bara några få år.

Men Hawking har inte bara överlevt fysiskt. Trots sin svåra sjukdom har han fortsatt ett kreativt arbete som teoretisk fysiker. Tillsammans med andra ledande forskare har han aktivt deltagit i utformningen av nya teorier inom modern kosmologi.

Utöver det rent vetenskapliga arbetet har han också lagt ner stor energi på att beskriva modern kosmologi så att den blir begriplig även för icke-fysiker. Det är väl främst genom sina populärvetenskapliga publikationer som han har blivit känd för en bredare allmänhet. Den första kom i början av 1980-talet: A Brief History of Time (på svenska Kosmos. En kort historik) och har sålts i över 10 miljoner exemplar och översatts till 40 språk. Också den senare The Universe in a Nutshell (Universum i ett nötskal) från 2001 har gått ut i stora upplagor.

De olika bilder som hör ihop med namnet Stephen Hawking har för mig blivit till en fråga: denne ALS-drabbade, förvridna gestalt i permobil och de matematiska modellerna för möjliga tillstånd vid tidens kant – hur är de sammankopplade med varandra?

Innan jag går in på den frågan, först ett klargörande: självklart skall och måste naturvetenskapliga teorier bedömas enbart utifrån inomvetenskapliga kriterier. Allt annat är orimligt. Vem som formulerat en teori, eller varför han/hon gjorde det, är helt irrelevant. Naturvetenskap är i grunden och bör alltid vara ett anonymt lagarbete.

Med detta sagt återstår emellertid frågan: finns det ett samband mellan Hawkings sjukdom och hans kreativitet som teoretisk fysiker? Varför valde han just de områden han valde? Det är den frågan jag har i bakhuvudet, när jag börjar läsa hans nyutkomna självbiografi My Brief History (2013).

I boken berättar Hawking om när han fick diagnosen ALS. Det var i början på 1960-talet. Han var 21 år gammal och hade fyra års universitetsstudier bakom sig. Studier och studier förresten, i de kretsar där han umgicks var de alla genier och det hörde inte till god ton att verkligen arbeta med studier. Var man inte ett geni från början var det inte lönt att anstränga sig för att försöka bli ett. Så studieresultaten blev därefter. Han blev i alla fall antagen som doktorand i Cambridge med inriktning mot astronomi, kosmologi. Det var då han fick sin diagnos och besked om att han förmodligen bara hade några få år kvar att leva.

Han skriver i sin biografi att innan han fick diagnosen var han allmänt uttråkad på livet. Det fanns inget som det var värt att anstränga sig för. Men om han nu bara hade några år kvar att leva, varför inte då använda den tiden väl? För första gången i sitt liv börjar han lägga ner energi på sina studier. Till sin förvåning upptäcker han att det är roligt. Och eftersom han uppenbarligen har en mycket stor matematisk kreativitet gör han snabba framsteg. Hans forskning är framför allt inriktad på vad som händer nära tidens kant, vid dess början och vid dess slut.

Sjukdomen förlamar honom mer och mer men han låter det inte bli ett hinder för sin fortsatta forskning. Vid mitten av 1980-talet inträffar emellertid en allvarlig försämring. Han är mycket nära att dö. Man blir tvungen att operera strupen, han mister helt talförmågan och blir beroende av tekniska hjälpmedel för att kunna kommunicera med sin omgivning. Likväl fortsätter han sitt arbete, reser på forskningskonferenser, skriver vetenskapliga artiklar, även om han nu bara kan leverera omkring tre ord i minuten. Steg för steg förlorar han sin kropp, förlorar sin kontroll över den. Vid flera tillfällen är han ytterst nära att dö. När han skriver My Brief History är han beroende av tillförsel av syrgas.

Medan denna utdragna nedmontering av kroppen pågår, arbetar alltså Hawking med tiden. Men tidens början och tidens slut, med svarta hål och singulariteter. De här begreppen behöver kanske förklaras såsom Hawking själv har förklarat dem i sina populärvetenskapliga böcker.

Beräkningar visar att om anhopningen av materia blir tillräckligt stor och tillräckligt koncentrad över ett begränsat område i rymden blir gravitationen där så stark att materiens strukturer kollapsar och rumtiden böjs ihop till en punkt, en singularitet, där alla kända naturlagar upphör att fungera. En singularitet är omgiven av ett svart hål; det är det område i rymden, som ingenting, inte ens ljuset, kan ta sig ut ifrån och där upphör tiden. Ytan på det svarta hålet är alltså en sorts tidshorisont. Det som försvinner över den gränsen in i det svarta hålet försvinner ur tiden.

Innan Hawking lanserat sina teorier antogs allmänt att svarta hål representerade ett slutstadium. De kunde inte krympa utan bara växa sig större allteftersom de slukade mer och mer materia och energi från omgivningen. Men Hawking hittar modeller som tyder på att det alldeles vid tidshorisonten finns mekanismer som gör att svarta hål fortlöpande förlorar energi till omgivningen och därmed krymper. Hålen kommer därför att bli mindre och mindre och till slut utplånas tillsammans med singulariteten. Den fångna energin frigörs.

Vid andra änden av tiden, vid dess början, finns också en så enorm koncentration av energi att vi får en singularitet, Big bang där inga naturlagar gäller. Rumtiden är hopböjd till en punkt. Det enda som går att säga om singulariteter är att där upphör alla kända modeller, där vet vi ingenting. Där antogs gränsen gå för en möjlig kunskap. Men Hawking har utarbetat en modell, där tiden uttrycks i imaginära tal och därigenom blir hela området hanterbart. Vid den imaginära tidens början finns ingen gräns, för det finns inget före tiden, lika lite som det finns någon plats söder om Sydpolen. Han kallar sin modell för en teori om gränsfrihet.

Så alltså: Hawkings liv blir en fortlöpande förlust av kroppskontroll och han blir alltmer beroende av avancerade tekniska hjälpmedel, gång på gång hjälplöst och utan kontroll snubblande in mot döden. Och samtidigt en ständigt arbetande hjärna med en stor kreativitet fokuserad på de matematiska modeller, som kan ge honom förståelse för och därmed möjlig kontroll över vad som sker vid tidens kant; och hans slutsats blir att de svarta hålen inte kan representera slutstadiet och att det finns en möjlig gränsfrihet vid tidens början.

Titeln på Hawkings förmodligen sista populärvetenskapliga verk The Universe in a Nutshell, anspelar på ett citat från Hamlet som i översättning lyder:

”Jag skulle kunna vara innesluten i ett nötskal och ändå räkna mig för kung över den oändliga rymden …”

Där tycks han ge något av ett självporträtt.

Stig Olsson är biolog, tidigare verksam vid Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala.