استیون هاوکینگ

نظریه پردازان

نظریه پردازان هزاره سوم

استیون هاوکینگ

استیون هاوکینگ در سال 1942 و در سالروز مرگ گالیله در آکسفورد به دنیا می‏آید؛ پدر و مادر او هردو در آکسفورد درس خوانده بودند؛ پدرش فرانک پزشک بود و مادرش ایزابل در هنگام آشنایی با پدرش به شغل منشیگری مشغول بود، ایزابل در نهایت چهار بچه به دنیا آورد.

خانواده هاوکینگ ثروتمند نبود اما فقیر هم نبود، به همین ترتیب ظاهراً آنان در دوران ملال آور و سرکوب اجتماعی از اکثر دیگر خانواده‏های متوسط نه خوشبخت تر بودند و نه بدبخت تر. از این خانواده متوسط ، یک پسربچه ی مدرسه ای متوسط و معمولی سربرآورد. استیون دانش آموزی نحیف و لاغر مردنی، بی دست و پا و از لحاظ بدنی وجسمی نامتوازن و بدون اختیار کنترل حرکاتش بود: آدمی غیرقابل تشخیص و نامتمایز در میان همکلاسی‏های معمولی.
در این احوال استیون به علوم طبیعی علاقه مند شد و حتی یک آزمایشگاه علمی در خانه دایر کرد. به تدریج معلوم شد که استیون پسری تیزهوش است اما مدرسه شبه اشرافی اش نمی‏توانست از او کار بکشد و آن را شکوفا کند. او در خانه و در گوشه دنج خود با چندتن از همکلاسی‏های صمیمی اش به ابداع بازی‏های صفحه دار پیچیده اقدام کرد، بازی کردن با این صفحات به ندرت کمتر از پنج ساعت طول می‏کشید و در تعطیلات گاه حتی می‏توانست تا یک هفته هم به درازا بکشد. تعجبی ندارد که پس از کوتاه مدتی خودش را در مقابل خودش دید. دوستان و خانواده اش هم تحت تأثیر قدرت غرق شدن کامل او در اندیشه‏های مربوط به مسایل غامض و دشواری قرار گرفتند که حل آنها غالباً ساعت ها به درازا می‏کشید.
به نظر می‏رسید که استیون از زیستن در یک دنیای منظم نظری لذت می‏برد. تمرکز ذهنی او به نحو نامعمولی تجریدی بود. این اندیشمند کوچولوی زیرک از قرار معلوم چندان وقتی صرف فکرکردن پیرامون امور و چیزها نمی‏کرد؛ او تلاش می‏کرد پی ببرد در کل عالم چه می‏گذرد.
در سال 1958 در امتحان آزمایشی و یکسال قبل از آزمون واقعی برای ورود به آکسفورد ،چنان نمرات بالایی کسب می‏کند که فی المجلس یک کمک هزینه تحصیلی به او اختصاص داده می‏شود؛ استعدادهای پنهان هاوکینگ به یک تکان و ضربه نیاز داشت تا آشکار شود. این اتفاق در شانزده سالگی وی و با سفر همه اعضای خانواده به هند و باقی گذاشتن استیون در انگلستان به منظور شرکت در امتحان ای لول افتاد. جاگذاشته شدن هاوکینگ از سوی خانواده اش ممکن است هر تأثیری بر او نهاده باشد اما باعث شد نفوذ نیروی خرد وی در زندگی اش برانگیخته وتحریک شود.
هاوکینگ در 17 سالگی وارد آکسفورد شد تا در آن جا به تحصیل علوم طبیعی با تأکید بر فیزیک بپردازد. او که در نوجوانی بیشتر به ریاضیات گرایش داشت،حال به این ارزیابی رسیده بود که ریاضیات تنها کلید فهم گستره جهان هستی است، خود کیهان کماکان ژرف ترین دل مشغولی و مشغولیت ذهنی وی را تشکیل می‏داد.
درس‏های هاوکینگ چندان جاذبه ای در او ایجاد نمی‏کرد و او اگر روزی یک ساعت درس می‏خواند، آن روز خیلی خوشبخت بود. با همه ی اینها چندان تردیدی وجود ندارد که هاوکینگ را دانش آموزی استثنایی می‏دانستند، هرچند فقط به این علت که وی ناقض اصل بقای انرژی به شمار می‏رفت (جمع دریافتی شما از هرچیز نمی‏تواند از مقدار کاری که روی آن انجام می‏دهید تجاوز کند. ) هاوکینگ هم از لحاظ موقعیت اجتماعی خود را نسبت به دیگران بالاتر می‏دید و هم خویشتن را باهوش تر از سایرین می‏دانست. علی رغم نمره‏های کارنامه اش برآن شد که به درس خواندن ادامه دهد و کارشناسی ارشدش را در تحقیقات کیهان شناسی بگیرد. بنابراین برای ادامه تحصیل در کمبریج و شرکت در کلاس‏های هویل، بزرگ ترین کیهان شناس زمانه در خواست داد و به این شرط پذیرفته شد که بادرجه ممتاز در امتحانات نهایی قبول شود، برآوردن این شرط برایش دشوار نبود. با این همه در آخرین لحظه اعتماد به نفسش را از دست داد و نمره نهایی اش در مرز بین اول و دوم قرار گرفت. مطابق معمول این موارد به مصاحبه فراخوانده شد و وقتی درباره برنامه هایش از او پرسیدند پاسخ داد:«اگر اول شوم به کمبریج راه پیدا می‏کنم و اگر دوم شوم در آکسفورد خواهم ماند، از این رو انتظار دارم مرا شاگرد اول کنید. »
در سال 1962 برای اخذ درجه کارشناسی ارشد وارد کمبریج شد. هاوکینگ ورودی ناخوشایند به کمبریج داشت در همان ابتدا پی برد که هویل او را به عنوان دانشجوی خود نپذیرفته است و دستیار هویل به عنوان استاد راهنمای او برگزیده شده است. ضربه سختی به غرور او وارد آمد؛ هاوکینگ دیگر آن دانشجوی درخشان دوره لیسانس نبود؛تعداد زیادی ستاره و ذهن درخشان علمی واقعی در کمبریج یافت می‏شد؛ کریک و واتسون در آزمایشگاه کاوندیش کمبریج ساختار DNA را کشف کرده و در همان هفته ورود هاوکینگ نوبل زیست شناسی و فیزیولوژی را برده بودند. کندرو و پروتز نیز در همان آزمایشگاه جایزه نوبل شیمی را کسب کردند. . . هاوکینگ به زودی همه چیز را دشوار و سخت یافت. دیگر روزی یک ساعت درس خواندن کافی نبود و فقدان زمینه ریاضی دقیق وکامل هم به زودی خود را نمایان کرد.
بدتر از همه آنکه در پایان نیم سال تحصیلی و پس از بازگشت به خانه معلوم شد که سلسله حوادثی نظیر زمین خوردن در پله ها یا عدم توانایی در بستن گره‏های بند کفش که گاهاً در این سالها برای او پیش آمده بود ناشی از بیماری تصلب جانبی توأم با کاهیدگی عضله مشهور به بیماری لوگرینگ است که یک بیماری فرساینده پیشرونده یاخته‏های عصبی در رشته نخاعی و مغز به شمار می‏رود.
در این بیماری، از بین رفتن یاخته هایی که کنترل فعالیت‏های عضلانی را برعهده دارند باعث می‏شود با پیشرفت بیماری عضلات تحلیل رفته و روبه تباهی بگذارند و نتیجه بی حرکتی و سرانجام حتی فقدان تکلم است. عملکرد جسم به یک حالت گیاهی کاهش پیدا می‏کند، اما مغز در آن جسم کاملاً هوشیار و فعال باقی می‏ماند. دراین میان برقراری تمامی ارتباطات ناممکن می‏شود و معمولاً بیمارظرف چند سال می‏میرد.
ضربه مهلکی به هاوکینگ واردآمده و او عمیقاً تحت تأثیر واقعیت درمان ناپذیر بودن بیماری ومرگ قریب الوقوع خود قرارگرفته بود. دختری که درمهمانی سال نو ودرست پیش از رفتن وی به بیمارستان بااو ملاقات کرده بود به نحوی مرعوب این جوجه روشنفکر یک دنده ژولیده موی شده بودوبه گفته او:«وی به راستی حالتی ترحم انگیز داشت. به نظرم میل و اراده به ادامه حیات را ازدست داده بود. »
هاوکینگ به کمبریج بازگشت و چندین ماه خود را در صفحه‏های موسیقی واگنر و ودکا غرق کرد. اما به تدریج ابرهای تیره آه و ناله و ترحم جویی کنار رفتند . دختر مهمانی سال نو به دیدنش رفت؛ نام او جین وایلد بود و تنها 18 سال سن داشت. جین به خداوند اعتقاد داشت و معتقد بود که هر چیزی برای هدف و منظوری آفریده شده است و ممکن است علیرغم آنکه رویدادها جلوه ای نامناسب و نامطلوب داشته باشند اما چیز خوب و مطلوبی از دل آن ها به وجود آید. هاوکینگ از دیرباز اعتقاد به خدا را وانهاده بود، اما نگرش جین به نظرش آشنا آمد و در دلش نشست. به یاد آورد که پیش از آنکه بیماری به سراغش بیاید از زندگی خسته شده بوده است و هیچ کاری به نظرش نمی‏رسید که به انجامش بیارزد اما حالا همه چیز فرق کرده بود؛ خواب دید که می‏خواهند اعدامش کنند، ناگهان پی برد که اگر حکم اعدام لغو شود کارهای ارزشمند زیادی است که می‏تواند انجام دهد. در هر حال از نظر ذهنی و روانی داشت رو به بهبود می‏رفت ولی از لحاظ جسمی حالش چندان مساعد نبود.
لوگرینگ به صورتی منظم پیشرفت نمی‏کند. درپی هر نوبت اوج گیری نشانه‏های بیماری معمولاً یک دوره پایداری فرا می‏رسد. دکترها به هاوکینگ خبر دادند که بیماریش وارد یکی از این دوره‏های وضع ثابت شده است اما این پیش آگهی خطا از کار درآمد و پیشروی بیماری ادامه یافت، درنهایت هاوکینگ مجبور شد با استفاده از عصا این طرف و آن طرف برود و پزشکان گفتند که او کمتر از دوسال دیگر زنده خواهند ماند.
هاوکینگ کماکان جین را می‏دید ولی از هرگونه احساساتی گری در رابطه شان اجتناب می‏کرد چرا که از ترحم متنفر بود و تصمیم داشت حتی الامکان مستقل باقی بماند اما آنها سرانجام باهم نامزد شدند و از نظر هاوکینگ این اتفاق همه چیز را تغییر داد. وی اکنون چیزی داشت که به خاطرش زندگی کند.
در سال 1965 کار برای دریافت Ph. D. را آغاز کرد و در همان سال هم ازدواج کرد. اراده ی مصمم هاوکینگ برانگیخته شده بود و نیروی مغزیش را به طور کامل، بدون کمترین پریشانی حواس متمرکز کرد و باید هم این شرایط فراهم می‏آمد. زیرا مسایلی که وی اینک متوجه آنها شده بود از جمله ی پیچیده ترین و بلندپروازانه ترین مسایل در کل حوزه کیهان شناسی به شمار می‏آمدند.
هاوکینگ توجه کرده بود که نسبیت در سطح مکانیک کوانتومی با فیزیک سازگار نیست و بنابراین برای توضیح دادن و توصیف کردن سیاهچاله ها -که وجود آنها درکمال شگفتی از سال 1783 توسط جان میچل ،کشیش دهکده انگلیسی پیش بینی شده بود - ناکافی است. میچل گفته بود که اگر ستاره ای به اندازه کافی بزرگ و چگال باشد هیچ نوری قادر نخواهد بود از سطح آن منتشر شده و بیرون بیاید، مشاهدات و رصدهای آسمانی اش وی را به پرداختن این نظریه رساند که عالم حاوی تعداد چشمگیری از چنین ستارگانی است که وجود آنها را می‏توان از طریق اثر گرانشی آنها بر سیارات یا ستارگان مریی مجاورشان آشکارسازی کرد. این ایده را در سال‏های اولیه قرن بیستم کارل شوارتسشیلد،اخترشناس آلمانی احیا کرد. او نشان داد که وقتی تحت تأثیر نیروی گرانشی خودش رمبش کند،چیزهای معینی به وجود خواهند آمد. بنابر نظریه اینشتین درباره اثر گرانش بر نور، اثر نیروی گرانشی بعد از نقطه معینی تا جایی اقزایش خواهد یافت که هیچ چیزی،حتی نور قادر نخواهد بود از میدان گرانشی آن بگریزد. این مرحله وقتی فرا خواهد رسید که ستاره می‏رمبد و شعاعش به مقدار معینی کاهش می‏یابد که این مقدار معین به جرم آن بستگی دارد. این شعاع عبارت است از نقطه ای که در آن یک ستاره رمبشی به سیاهچاله ها تبدیل می‏شود. شوارتسشیلد پیش بینی میچل را به کمک نسبیت اثبات کرد. به تدریج نظریه‏های دیگری هم در حوزه کیهان شناسی مطرح شد که از میان آنها می‏توان به موارد زیر اشاره کرد:
 الکساندر فریدمن اخترشناس روس با فرض اینکه عالم از یک ابر دقیق یکنواخت ماده پر شده و بهره گیری از شکلی از محاسبات اینشتین توانست نشان دهد که عالم باید در واقع درحال انبساط باشد.
 نظریه فریدمن را ادوین هابل به کمک رصدهای علمی تأیید کرد.
 لولاندایو، فیزیکدان نظری روس این نظریه را مطرح کرد که مرکز هر ستاره از یک ستاره ابرچگال دیگر تشکیل شده که عمدتاً از ذرات بدون باری به نام نوترون ساخته شده اند و گرمای زیادی که از یک ستاره به بیرون منتشر می‏شود از طریق جذب گاز به وسیله ستاره نوترونی درونی تولید می‏شود.
 اوپنهایمر فیزیکدان کوانتومی آمریکایی و دستیار هوشمندش اسنیدر، کمبودهای زیادی در نظریه لولاندایو یافتند ولی از ایده بدیع وخلاق آن استقبال کردند. بنابر نظر اوپنهایمر و اسنیدر، وقتی یک ستاره بزرگ سوخت هسته ای خود را به تمامی مصرف می‏کند و می‏سوزاند، تحت ربایش گرانشی خودش از درون فرو میریزد. در یک نقطه معین تا یک شعاع بحرانی منقبض می‏شود که در این مرحله ی بحرانی حتی پرتوهای نور نمی‏توانند از سطح آن بگریزند. در این مرحله این ستاره از بقیه عالم مجزا می‏شود و یک «افق رویداد یکطرفه» شکل می‏گیرد ، ذرات و تابش می‏توانند به این افق رویداد وارد شوند اما هیچ چیزی نمی‏تواند از آن بگریزد. یک تکینگی یا نقطه تکین تشکیل خواهد شد که در آنجا ابعاد فضا و بعد مرتبط با آن یعنی زمان به تمامی ناپدید می‏شوند و نمی‏توان هیچ راهی یافت که به ما بگوید در درون این افق چه روی داده است.
 جان ویلر فیزیکدان آمریکایی براین عقیده بود که شاید بتوان با ادغام نسبیت و فیزیک کوانتومی آنچه در یک سیاهچاله اتفاق می‏افتد را تشریح و توصیف کرد.
 گروهی از دانشمندان شوروی اعلام داشتند که اثبات کرده اند تکینگی‏های فضا-زمان(سیاهچاله ها) نمی‏توانند وجود داشته باشند. بنا بر نظر آنها تکینگی فضا-زمان فقط در صورتی ایجاد می‏شود که کسی فرض کند ستاره رمبنده عظیم به نحوی متقارن در خود منفجر شده است وتنها دراین صورت است که میدان گرانشی متمرکز روی یک تک نقطه کانونی می‏شود و بدون این تقارن نامحتمل هیچ گونه تکینگی وجود نخواهد داشت.
 هویل نظریه حالت پایایی را ارایه داده بود که بنابرآن عالم آغاز نشده است و پایان هم نخواهد پذیرفت، عالم همواره وجود داشته است و چگالی میانگین کلی آن همواره ثابت باقی خواهد ماند. البته این نظریه نمی‏توانست انبساط عالم را که هابل عملاً مشاهده کرده بود توضیح دهد. این هاوکینگ بود که با ملاحظه محاسبات هویل و بررسی بی هنجاری‏های آنها در جلسه سخنرانی وی در انجمن سلطنتی شرکت جست و بی معنی بودن نظریه هویل را در حضور صدها نفر به او گوشزد کرد.
 نگاه نامتقارن به ستارگان رمبیده به این معنی بود که ستاره باید به نحوی ناموزون و بسیار قدرتمند به درون خود منفجر شود، یعنی اینکه صرفاً «خودش را به گذشته می‏رساند» و دوباره منبسط می‏شود. این مسأله را راجر پنروز ، ریاضیدان جوان بریتانیایی با استفاده از روش‏های ریاضی که خود به تازگی ابداع کرده بود و به کار گیری آنها در حوزه توپولوژی حل کرد و به نتایج خیره کننده ای دست یافت. بنابر قضیه تکینگی او ستاره رمبنده باید درست مطابق آنچه ویلر پیش گویی کرده بود رفتار کند. این ستاره باید یک تکینگی تشکیل دهد که در آنجا زمان بازمی ایستد و قوانین فیزیک دیگر کارساز نیستند و حتی اگر به طور ناموزونی به درون خود منفجر شود،ماده بعدازاین اتفاق دیگر به گذشته خود رجعت نمی‏کند تا دوباره منبسط شود. هرستاره به افق رویداد خودش منفجر خواهد شد که درآنجابه سیاهچاله بدل خواهد شد. اما پنروز اثبات کرد که فراسوی این نقطه ستاره رمبنده همچنان به فشرده شدن وکاهش ادامه می‏دهد. در واقع کوچک شدن شعاع آن با چنان شدت فزاینده ای ادامه خواهد یافت که سرانجام حجمش صفر و چگالی اش نامتناهی خواهد شد. به بیان دیگر این ستاره از قوانین گرانش تا حد داشتن جرم اما بدون بعد، تخطی می‏کند. به همین ترتیب فضا-زمان و نور نباید فقط به داخل یک چاله فروکشیده شوند، این ها به طور نامتناهی با نقطه ای پیوند تنگاتنگ می‏خورند که درآن نقطه ناپدید می‏شوند. تمام این اتفاقات در داخل افق رویداد خواهد افتاد وبنابراین غیرقابل مشاهده و نامریی خواهد بود. اما افق رویداد در هر حالتی منقبض یابه درون خود منفجر نمی‏شود:درنقطه ای که ستاره منفجرشونده به درون خود به سیاهچاله تبدیل می‏شود بدون تغییر باقی خواهد ماند.
هاوکینگ شروع به مطالعه جزییات ایده‏های پنروز کرد ودرضمن این مطالعه ایده ای بدیع و شگفت انگیز در ذهنش شکل گرفت. هاوکینگ از خود پرسید که آیا یک سیاهچاله می‏تواند به نحوی مسیر عکس را طی کند یا خیر. وی سپس این ایده را درباره کل جهان هستی به کار گرفت. چه می‏شد اگر این عالم در حال انبساط در مسیر برعکس دیگر چیزی جز ستاره رمبنده عظیمی نباشد،زمان به داخل سیاهچاله می‏رود و نابود می‏شود:اگر این فرایند برعکس می‏شد،مستلزم آفرینش و ایجاد زمان بودوبه همین ترتیب فضابود. ماده بایستی ازنقطه ای بی نهایت چگال اما بدون بعد ناشی شود واین نقطه باید مهبانگ(انفجار بزرگ)،اقلاً،همان عمل آفرینش باشد.
نظریه نسبیت دوطرفه عمل می‏کرد و صادق بود. با شدید شدن میدان گرانشی ، فضا-زمان ، ماده و تابش فشرده و متمرکز می‏شدند، با گسترش و تضعیف میدان گرانشی ، فضا-زمان باز وگشوده وتابش و ماده پخش می‏شوند. هاوکینگ موفق شد نشان دهد که در گذشته دور یک تکینگی وجود داشته است که زمان از آن آغاز شده است و اگر عالم از انبساط باز می‏ایستاد و شروع به انقباض می‏کرد سرانجام به درون خود می‏رسید و به یک تکینگی وبه اصطلاح «قرچ قروچ بزرگ» (big crunch) ختم می‏شد. دراین صورت امکان دانستن این که پیش از آغاز عالم چه اتفاقی افتاده یا پس از پایان یافتن آن چه رخ داده، وجود نداشت زیرا تحت چنین شرایطی چیزی همچون زمان وجود نداشت و فضا هم در کنار ماده وجود نمی‏داشت.
در سال 1971 بود که ایده ای مبنی بر شکل گرفتن تعدادی «کوچک سیاهچاله» بعد از مهبانگ به ذهنش رسید. این سیاهچاله ها چندان متمرکز و چگال بودند که باوجودی که بزرگ تر از یک فوتون نبودند یک میلیارد تن ماده در آنها می‏گنجید. هاوکینگ نشان داد که این کوچک سیاهچاله ها یگانه اند ، این یگانگی ناشی از جرم عظیم و نیروی گرانش بسیار زیاد آنها است که پیروی از قوانین نسبیت را ایجاب می‏کند، درعین حال ابعاد این سیاهچاله ها باید چندان کوچک و ریز باشد که از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی کنند. در نتیجه این نظر مطرح شد که در آغاز نسبیت و مکانیک کوانتومی باید یکی بوده باشند.
از لحاظ فلسفی ، دراین حال علم با دو امکان هیجانی و متناقض مواجه شده بود که هردو را می‏شد «پایان راه علم» نامید. کوچک سیاهچاله ها نشانه این بودند که روزی باید نظریه ای پرداخته شود که همه چیز را توضیح دهد. درعین حال تعداد بیشتر سیاهچاله ها (که تکینگی ناشی از رمبشی گرانشی در آنها به معنای نفض تمام قوانین شناخته شده فیزیک و درنتیجه محال بودن پیشگویی آنچه در آینده اتفاق می‏افتد بود )نشانه آن بودند که عالم به سادگی پذیرای توضیح علمی نیست.
دیدن درون سیاهچاله ها ناممکن شده بود و لی حدس و گمان در خصوص آنچه در درون این قلمرو ممنوع اتفاق می‏افتاد همواره امکان پذیر بود. در همین حال ویلر به حدسی به نام «قضیه بی پرزی» دست یافت؛ بنابراین قضیه هر سیاهچاله در جایی که فقط سه پارامتر یعنی جرم، حرکت زاویه ای و بار الکتریکی اعتبار خود را حفظ می‏کنند پس از کوتاه زمانی به یک حالت پایا می‏رسد یعنی وقتی چیزی وارد سیاهچاله می‏شود فقط این سه کمیت پایسته می‏مانند.
هاوکینگ نشان داد که چگونه حدس ویلر می‏تواند در نظریه نسبیت بگنجد، قاعدتاً باید قوانین فیزیک در درون سیاهچاله ها نقض شود اما در آنجا هرج و مرج کامل برقرار نبود.
در همین دوران بود که هاوکینگ با اینکه گرفتار صندلی چرخ دار شده و وصدایش نیز وضع وخیمی پیدا کرده بود به لحظه ی «یافتم یافتم» خود رسید که او را در مسیر کشف عمده اش قرار داد. هاوکینگ به این فکر افتاد که در افق رویداد سیاهچاله ها برای پرتوهای نور چه اتفاقی می‏افتد؟ وی می‏دانست که پرتوهای نور گسیلیده از افق رویداد ، یعنی سطح سیاهچاله هرگز نمی‏توانند به یکدیگر برسند زیرا به حالت معلق درمی آیند، نه قادرند که بگریزند ونه می‏توانند که به داخل سیاهچاله ها کشیده شوند. در یک جرقه ناگهانی وی معنی این موضوع را دریافت. مساحت سطح سیاهچاله ها هرگز نمی‏تواند کاهش پیدا کند. به بیان دیگر حتی اگر دو سیاهچاله در هم ادغام شوند، یکدیگر را نخواهند بلعید. برعکس مساحت سطح کل آنها فقط می‏تواند بدون تغییر باقی بماند یا افزایش یابد، هرگز نمی‏تواند کاهش یابد. معانی ضمنی این نظریه، کل تصور ما از سیاهچاله را دگرگون کرد.
هاوکینگ پی برده بود که رفتار سطح سیاهچاله ها شباهتی مرموز با قانون دوم ترمودینامیک دارد. بنابراین قانون، آنتروپی(یا بی نظمی) در داخل یک سیستم منزوی همواره بدون تغییر باقی می‏ماند یا افزایش می‏یابد. این قانون بیان می‏کند که چرا برخی فرایندها برگشت ناپذیرند( چون برگشت پذیر بودن آنها مستلزم کاهش آنتروپی است) درنتیجه آنتروپی جهتی را تعیین می‏کند که در آن جهت فرآیندی برگشت ناپذیر باید طی شودو از یک لحاظ، برجهتی دلالت می‏کند که زمان باید درآن به پیش برود. بنابراین انطباق رفتار سیاهچاله ها بر قانون دوم ترمودینامیک ، فرض عدم صدق هرگونه قانون فیزیکی در مورد آنها را مردود می‏شمارد.
تا آن موقع محاسبات مربوط به سیاهچاله ها براساس نظریه نسبیت انجام شده بود که در این نظریه رفتار اجسام بزرگ محسوب می‏شود و اتفاق هایی که در سطح زیراتمی افتاده و منطبق بر نظریه کوانتومی بوده اند با این دیدگاه که آثار زیر اتمی در ابعاد عظیمی چون ستارگان رمبنده کم اهمیت خواهند بود نادیده انگاشته شده اند. هاوکینگ نشان داد که این فرض خطا است.
بنابر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ تعیین همزمان موقعیت دقیق و تکانه (اندازه حرکت) دقیق یک ذره ناممکن است. حال اگر این اصل درمورد میدان ها -که می‏توان آنهارا متشکل از ذرات پنداشت- اعمال شود نتایج قابل توجهی به دست می‏آید:
فضا یک میدان است و درنتیجه اندازه گیری همزمان کمیت ها و آهنگ تغییرات آن با دقت مطلق ناممکن است ، از سویی فضا بنابر تعریف قطعاً تهی و خلأ است که این امر ایجاب می‏کند که اندازه میدان دقیقاً باید صفر باشد. از آنجایی که اندازه گیری دقیق میدان هم از اندازه آن و هم از آهنگ تغییرش حاصل می‏شود، مطابق اصل عدم قطعیت هیچ میدانی نمی‏تواند اندازه دقیقاً صفر داشته باشد. به این ترتیب چیزی چون فضای تهی وجود ندارد و به جای آن حتی در فضا هم همواره کمترین عدم قطعیت وجود خواهد داشت؛ این عدم قطعیت را می‏شود نوسان بسیار کم دامنه درست از بالای صفر تا درست زیرصفر تصور کرد اما هرگز عملاً صفر نمی‏شود. در خلآ هیچ چیز نمی‏تواند وجود داشته باشد پس برای توجیه نوسان‏های دوسوی صفر ،می توان این امر را ناشی از کنار هم قرارگرفتن یک زوج ذرات مجازی دانست که متشکل از یک ذره و یک پادذره بوده و یکی از آنها مثبت و دیگری منفی است، کنارهم قرارگرفتن این ذرات، نابودی آنها را درپی دارد، این زوج ذرات پیوسته وجود واقعی می‏یابند و نابود می‏شوند ، تشکیل می‏شوند و یکدیگر را از بین می‏برند. وجود سیاهچاله ها در فضا به معنای این است که این فرایند در تمامی پیرامون آنها در جریان است.
هاوکینگ اندیشید فضای افق رویداد نیز باید حاوی زوج ذرات مجازی باشد که به صورت گذرا وجود واقعی پیدا می‏کنند اما پیش از آنکه بتوانند خودشان را ازبین ببرند، باید تحت تأثیر سیاهچاله قرار گیرند، سیاهچاله ذره منفی را می‏رباید(جذب می‏کند) درحالی که ذره مثبت را به بیرون پرتاب می‏کند. این ذره به شکل تابش خواهد گریخت. سیاهچاله عملاً تابش گرمایی(یعنی گرما) گسیل می‏کند. بنابراین دارای دمایی قابل اندازه گیری است.
به همین ترتیب، ذره ای پرآنتروپی که به داخل سیاهچاله سقوط می‏کند سبب خواهد شد که مساحت سطح سیاهچاله افزایش یابد(مساحت سطح سیاهچاله پیرو شعاع شوارتسشیلد است که این شعاع هم به جرم دخیل در سیاهچاله وابسته است). افزایش مساحت سطح سیاهچاله ، هرچقدر هم که کوچک باشد نشانه افزایش آنتروپی سیاهچاله است، اما اگر سیاهچاله آنتروپی دارد ، این امر حاکی از آن است که سیاهچاله باید دمایی داشته باشد. این دما در عالم واقع باید ناچیز و تقریباً چشم پوشیدنی باشد،اما قطعاً در سیاهچاله وجود دارد. هاوکینگ نشان داده بود که سیاهچاله ها «سیاه» نیستند. آنها تابش؛گرما گسیل میکنند.
معنای ضمنی این مفهوم آن است که سیاهچاله ها درروهای (plug holes) نامحدودی در عالم نیستند که در پایین دست آنها ماده، فضا-زمان و قوانین فیزیک ناپدید شده باشند. حالا میشد این سیاهچاله ها را اشیایی تلقی کرد که درداخل عالم وجود دارند. این اشیا تابع قانون دوم ترمودینامیک هستند و انتروپی ودرنتیجه زمان دارند،نامریی نیستند ومی شود با قوانین فیزیک مشاهده شان کرد.
هاوکینگ این نظریه را در همایشی که در سال 1974 در آکسفورد برگزار می‏شد با صدای ناله مانند خود که به سختی قابل درک بود برای حضار توضیح داد و در پایان هم اعلام داشت که سرانجام سیاهچاله به صورت تابش خالص تبخیر خواهد شد و به بیان دیگر سیاهچاله در پایان راه خود منفجر خواهد شد. مخاطبان در سکوت وحیرت از گفته‏های هاوکینگ استقبال کردند اما جان تیلور ریاضیدان که سازمان دهنده همایش مزبور بود اعلام داشت:«متأسفم استیون، اما این حرفها به کلی بی معناست. »، هاوکینگ با حالت قهر از سالن بیرون رفت. یک ماه بعد هاوکینگ مقاله ای حاوی طرح کلی یافته هایش تحت عنوان «انفجارهای سیاهچاله؟» را در نشریه ی نیچر منتشر کرد. این مقاله یکی از زیباترین رساله ها در تاریخ فیزیک و هم ارز مقاله ی نسبیت عام اینشتین تلقی شده است. تیلور جوابیه ای خشم آگین و بی ثمر در نیچر منتشر کرد.
در 32 سالگی به عضویت انجمن سلطنتی برگزیده شد و 4 سال بعد به سمت استادی لوکاسی ریاضیات در کمبریج منصوب گردید. هاوکینگ که به دلیل پیشروی بیماری اش توانایی بلند کردن سر خود از روی سینه ، بدون کمک دیگران غذا خوردن، نوشتن و نیز تا حد زیادی از تکلم خود را از دست داده بود ، قرایت متن سخنرانی خود به مناسبت نشستن به کرسی استادی لوکاسی با عنوان «آیا پایان فیزیک نظری نزدیک است؟» را به یکی از دانشجویانش سپرد. او در این سخنرانی به مبحث «نظریه ی همه چیز » پرداخته بود. این نظریه توصیفی واحد و یکپارچه، سازگار و کامل از همه چیز فراهم می‏آورد(دراین حالت ، تمام ذرات بنیادی و تمام برهم کنش‏های فیزیکی شناخته شده در عالم در یک مجموعه معادلات گنجانده می‏شوند. ) و پندار و توهم ماندگار تمامی فیلسوفان و دانشمندان از زمان یونان باستان به بعد بوده است. او که فکر می‏کرد نظریه همه چیز تا پایان قرن بیستم کشف خواهد شد حتی نامزدی احتمالی در هشت بعد(ابر گرانش )پیشنهاد کرد که بعداً معلوم شد پیچیده تر از آن است که تصور می‏شد در نتیجه هاوکینگ به نفع نظریه ابرریسمان ها در دیدگاه‏های خود تجدید نظر کرده است و اکنون پیشگویی می‏کند که موضوع نظریه ابرریسمان تا20 سال آینده روشن خواهد شد و دراین صورت مسأله نهایی حل شده و ما به ماهیت همه چیز پی خواهیم برد.
هاوکینگ که به نیت کسب مقداری پول برای شهریه مدرسه دخترش این کار را آغاز کرده بود تصمیم گرفت طی تعطیلات تابستانی خود در آپارتمان اجاره ای اش در ژنو پیش نویس مزبور را مرور کند، ولی در همین ایام دچار انسداد نای شد که زنده ماندن او بدون دستگاه تنفس مصنوعی را غیرممکن می‏کرد. جین دو گزینه پیش رو داشت: عمل جراحی نای شکافی که قدرت تکلم را برای همیشه از هاوکینگ سلب می‏کرد اما درعوض زنده ماندن او را تضمین می‏کرد یا مرگ او؛ جین گزینه اول را انتخاب کرد و پس از برگشتن به کمبریج هم برای تأمین هزینه‏های سرسام آور پرستار شبانه روزی و درمان از سازمان‏های نیکوکاری در سراسر جهان درخواست کمک کرد. یک انجمن خیریه آمریکایی کمک‏های مالی لازم را در اختیار آنها گذاشت و یکی از خبرگان کامپیوتر از اهالی کالیفورنیا هم برنامه کامپیوتری خلق الساعه ای برای هاوکینگ فرستاد که به وی امکان می‏داد با انتخاب کلمه موردنظرش از یک فهرست سه هزار کلمه ای با استفاده از کمترین حرکت انگشت با دیگران ارتباط برقرار کند.
دراین میان هاوکینگ همچنان کاوش‏های علمی خود را در پی یافتن توضیح نهایی ادامه می‏داد. نظریه همه چیز در قرن بیستم خود را در شکل کنونی اش نشان داده است و نظریه‏های زیر نیز در همین راستا به تدریج در این حوزه مطرح شده اند:
 QED یا کوانتوم الکترودینامیک که حاصل تلفیق اجزای الکترومغتاطیسی ماکسول با نظریه کوانتومی گرانش است در 1920.
 نظریه الکتروضعیف که دو نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناظیسی را در قالب یک مجموعه معادله توصیف می‏کرد و وجود سه ذره زیرهسته ای (Z⁰,W⁺,W⁻) که هنوز کشف و شناخته نشده بودند را پیش بینی می‏کرد در 1960. این ذرات در1983 به کمک شتابگرهای هسته ای سرن در ژنو کشف شدند.
 QCD که چگونگی برهم کنش کوارک ها، ذرات بنیادی حاصل از تجزیه ذرات هسته ای پایه یعنی پروتون ها و نوترون ها را توضیح می‏داد.
 نظریه وحدت بزرگ که حاصل ادغام QCD با نظریه الکتروضعیف بود ولی از لحاظ کردن گرانش غفلت ورزیده بود.
هاوکینگ با پیش نهادن مجموعه معادلات که بین گرانش و سایر نیروهای بنیادی ارتباط برقرار می‏کرد، درصدد برآمد کار بسیار دشوار اصلاح این نظریه ها را برعهده بگیرد. جستجو شروع شد، اما نقطه آغاز کجا بود؟
ابرگرانش هشت بعدی به علت دشواری زیاد کاربردش آن گاه که فرض کرد تعداد انواع مختلف ذرات بنیادی کمتر از 154 نیست کنار نهاده شد.
نظریه ابرریسمان ها نیز به سبب پیچیدگی‏های حیرت انگیز و خارج از حد تصور کاندیدای مناسبی نبود، از جمله این پیچیدگی ها این بود که تعداد ابعاد آن کمتر از بیست و شش نبود.
پس از آن نظریه سوراخ کرم(TOE) پرداخته شد که بنابرآن سیاهچاله ها در درون عالم‏های دیگری ناپدید و در آن جا به صورت سپیدچاله ظاهر شده و هرچه راکه بلعیده اند بیرون می‏دهند.
به نظر می‏رسد علم به سادگی تسلیم نمی‏شود. بنابرنظر دانشمندان نظریه همه چیز قطعاً روزی کشف خواهد شد. فقط یک گرفتاری وجود دارد هرگاه معجزه ای رخ ندهد این نظریه چندان پیچیده خواهد بود که غیرقابل فهم خواهد شد. اما معجزه ها اتفاق می‏افتند.
در 1988 اولین کتاب هاوکینگ با عنوان «تاریخچه مختصر زمان: از مهبانگ تا سیاهچاله ها» چاپ شد. کتاب هاوکینگ حاوی اطلاعات زیادی است. البته مفاهیمی که در آن مطرح شده اند دشوارفهم هستند. اما هاوکینگ به خوبی از پس ساده سازی آنها بدون اینکه ساده انگارانه شوند برآمده است ، او در نتیجه گیری کتاب درمورد مفاهیمی چون ماهیت خدا و نظریه‏های وحدت یافته(نظریه‏های همه چیز ) صحبت می‏کند؛در عالم هاوکینگ برای خداوند جای خیلی زیادی وجود ندارد، هرچند که خداوند از قدرت انتخاب به وجود آوردن عالم برخوردار است، حتی اگر این انتخاب به تدریج راه زوال پیموده باشد-زیرا عالم باید آفریده می‏شدو باید به طریقی آفریده می‏شد که آفریده شد. چرا؟ «چه بسا فقی یک یا تعداد اندکی نظریه‏های وحدت یافته ی کامل مانند نظریه ریسمان آمیخته، پرداخته شده و وجود داشته باشد که خود سازگارند و وجود ساختارهایی به پیچیدگی آدمیان را امکان پذیر می‏کنند که این آدمیان می‏توانند قوانین عالم را بکاوند و درباره ماهیت خدا به پرسش بپردازند. » چنین نظریه ای به همان ترتیبی که یک مار دم خود را می‏بلعد، یکپارچه و وحدت یافته است.
هاوکینگ پس از انتشار کتاب پرفروش خود که طی ده سال بعد از انتشار به سی زبان ترجمه شد و شش میلیون نسخه از آن به فروش رفت به سرعت مشهور شد و در حکم یکی از دیدنیهای کمبریج درآمد. یک فیلم تلویزیونی درباره هاوکینگ تحت عنوان ارباب عالم ساخته شد. اما زندگی زناشویی وی با جین عاقبت خوشی نداشت.
هاوکینگ با الاین میسن پرستارش که درضمن همسر دوست او دیوید میسن،مهندس کامپیوتر بود به یک آپارتمان اسباب کشی کرد.
از ابرریسمان به زرق و برق. در سال 1990 سرانجام سروکار هاوکینگ به هالیوود افتاد و در آن جا با استیون اسپیلبرگ دیدار کرد و آن دو توافق کردند که فیلمی با موضوعیت تاریخچه مختصر زمان با تهیه کنندگی اسپیلبرگ بسازند و بنابر پیشنهاد هاوکینگ نام آن را بازگشت به آینده 4 بگذارند.
اگرچه هاوکینگ علاقه مندی نسبتاً آشکاری به کسب جایزه نوبل از خود نشان داده است اما چندعامل بخت و اقبال او برای دریافت این جایزه را کمرنگ کرده است. اول آنکه کیهان شناسی در فهرست رشته‏ های علمی ای که جایزه نوبل به آنها تعلق می‏گیرد قرار ندارد اگرچه تابه حال چندین بار نوبل فیزیک به کیهان شناسان تعلق گرفته است و دوم آنکه کارهای هاوکینگ را نمی‏شود اثبات کرد، در واقع علم هنوز هم نتوانسته است وجود سیاهچاله ها را ثابت کند.