Kun Stephen Hawking oli opiskelija, mustista aukoista tiedettiin melko vähän eivätkä monet fyysikot uskoneet niiden olemassaoloon. Hawking on onnistunut kumoamaan monia niiden olemassaoloon liittyviä ongelmia.
Albert Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan painovoima on ominaisuus, joka saa avaruuden kaartumaan massiivisten kappaleiden ympärillä. Tämä vääristymä vaikuttaa kaikkeen suuria kappaleita ympäröiviin kappaleisiin ja pitää esimerkiksi maata kiertoradallaan.
Jo ennen Stephen Hawkingin havaintoja esitettiin, että Einsteinin teoriasta seuraa, että tarpeeksi massiiviset kappaleet voivat romahtaa oman vetovoimansa vaikutuksesta ja tiivistyä pieneen ja äärimmäisen tiheään singulariteettiin, pisteeseen mustan aukon keskellä.
Se ei kuitenkaan ollut järin suosittu ajatus ja se alettiin ottaa vakavissaan vasta, kun Hawking aloitti fysiikan opintojaan. Aiheesta tuli Hawkingin tärkein osaamisalue.
Hänen ensimmäinen suuri havaintonsa oli, että itse alkuräjähdys on kuin mustan aukon romahdus, mutta päinvastoin.
Hän osoitti, että suhteellisuusteoria edellyttää, että universumi on alkanut singulariteettina ja että mustat aukot voivat kasvaa, mutta eivät kutistua, ja että musta aukko ei voi koskaan jakautua useammaksi pieneksi mustaksi aukoksi edes kahden sellaisen törmätessä. Hawking havaitsi, että mustan aukon massa määrittää singulariteettia ympäröivän tapahtumahorisontin säteen.
Havainto siitä, että musta aukko voi kasvaa muttei kutistua toi Hawkingin mieleen termodynamiikan toisen lain: eristetyssä systeemissä entropia kasvaa ja vapaa energia vähenee.
Yhdysvaltalainen fyysikko Jacob Bekenstein esitti, ettei yhteys ole vain teoreettinen ja todistaessaan Bekensteniä vääräksi Hawking havaitsikin, että tämä oli ollut oikeassa. Näin Hawking osoitti ensimmäisenä yhteyden kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian välillä. Asia oli piinannut fyysikkoja vuosikymmeniä.
Hawking tuli myöhemmin osoittaneeksi osan tästäkin teoriasta vääräksi. Hän havaitsi, etteivät mustat aukot ainoastaan kasva, vaan myös säteilevät energiaa ja haihtuvat hiljalleen. Ilmiö tunnetaan nykyään Hawkingin säteilynä.
Hawking on ansioitunut myös kosmologian popularisoinnissa. Hänen teoksensa Ajan lyhyt historia on kansainvälinen bestseller, jota on myyty yli 10 miljoonaa kappaletta.
Lähteet: BBC, The Telegraph