首頁歷史 > 正文

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

2022-01-28由 探知調查局 發表于 歷史

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),1942年1月8日出生於英國牛津,先後畢業於牛津大學(University of Oxford)和劍橋大學(University of Cambridge)三一學院,並獲得劍橋大學博士學位。

大學期間,21歲的霍金不幸被發現患有一種不尋常的早發性、慢發性肌萎縮性脊髓側索硬化症,俗稱漸凍症。當時,醫生曾診斷身患絕症的他只能活兩年,但意志堅強的他克服身患殘疾的種種困難,在1965年取得了劍橋大學博士學位,並進入劍橋大學岡維爾和凱厄斯學院任研究員,繼續進行研究工作。學習期間,他曾在研究宇宙起源問題上,創立了宇宙之始是“無限密度的一點”的著名理論。

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

霍金的成名始於對黑洞的研究成果,在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面邁出了重要一步。他在經典物理的框架裡,證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性:黑洞越變越大,但在量子物理的框架裡,黑洞因輻射而越變越小,大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平,而且整個宇宙正是起始於此。他還認為,宇宙是有限的,但無法找到邊際,這如同地球表面有限但無法找到邊際一樣,時間也是有開始的,大約始於150億到200億年前,這就是著名的封閉的宇宙模型。

在霍金做出的眾多貢獻中,最具影響力的是奇點定理和霍金輻射。在介紹這兩個研究成果之前,我們先來科普一下什麼是黑洞:

根據愛因斯坦的廣義相對論,人們發現宇宙中會存在一種特殊的時空區域,它的質量之大,引力之強,足以“吸”任何物質,甚至是光。所以人類目前也沒有辦法直接觀測到它,人們給它起了一個形象的名字——黑洞。不過,憑藉間接的觀察及計算來看,科學家還是確認了它的存在,而霍金的這兩項貢獻都和黑洞密切相關。

奇點定理:

奇點定理是指:黑洞裡必然有一個體積無限小、密度無限大的“奇點”。雖然這個奇點違反常規的物理理論體系,但這卻是霍金透過嚴密的數學計算得出的,我們無法迴避它的存在。不僅如此,霍金和羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)還進一步推論:我們的宇宙也是從這個奇點開始,逐漸膨脹成為我們現在的宇宙的,這就是我們所熟知的宇宙大爆炸理論。在此之前,宇宙大爆炸理論只能是個被很多人認可的猜想和假說,但霍金則用理論和嚴格的數學公式強有力的說明了大爆炸的起因和原理。奇點定理本質上是從愛因斯坦廣義相對論出發,進行的一些重要的數學推演。而這項研究,對於人類理解黑洞和宇宙,有著重要的意義。

霍金輻射:

1974年霍金髮表了《黑洞在爆炸嗎?》一文。這是20世紀引力物理在愛因斯坦之後的最偉大論文。在論文中,他把量子理論效應引進了黑洞研究,證明了從黑洞視界附近會蒸發出各種粒子,這種粒子的譜猶如來自黑體的輻射。隨之黑洞質量降低,溫度就會升高,最終導致黑洞的爆炸。在這被稱為霍金輻射的場景中,量子理論、引力理論和統計物理得到了完美的統一。黑洞理論是科學史上非常罕見的例子,它首先在數學形式上被詳盡的研究,後來才在天文學的許多觀測上證實了它的普遍存在。現在,人們的共識是,每個星系的中心都是一顆極其巨大的黑洞。

那麼黑洞是如何消失的呢?

物理學家曾經認為,沒有任何東西可以逃脫黑洞。但霍金根據量子理論認為,黑洞應該能夠放出熱量,並最終消失。這個過程對於正常的黑洞來說是緩慢的。與太陽同等質量的黑洞將花費更長的時間蒸發。但質量較小的黑洞蒸發得更快,它們在臨近生命的末期將以驚人的速度釋放熱量。在最後的十分之一秒,黑洞可能爆發與一百萬個百萬噸級的氫彈爆炸相同的能量。

此外,霍金還證明了黑洞“無毛”定理:無論什麼樣的黑洞,其最終性質僅由三個物理量(質量、角動量、電荷)惟一確定。即當黑洞形成之後,只剩下這三個不能變為電磁輻射的守恆量,其他一切資訊(“毛髮”)都喪失了,黑洞幾乎沒有形成它的物質所具有的任何複雜性質,對前身物質的形狀或成分都沒有記憶。

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

霍金的成就還有很多,下面就讓我們簡單的回顧一下這位偉大的科學家的一生:

1963年,霍金被診斷出患肌萎縮性側索硬化症,俗稱漸凍症,在美國被叫做盧伽雷氏症;

1965年,和當時的女友簡結婚;

1967年,第一個兒子羅伯特出生;

1970年,女兒露西出生;

1973年,首部著作《空時的大型結構》出版;

1974年,宣佈發現黑洞輻射,併成為英國皇家最年輕的學會會員,此後他的研究轉向量子引力論;

1975年,任重力物理學高階講師,併成為美國加利福尼亞理工學院費爾柴爾德講座功勳學者;

1978年,獲世界理論物理研究的最高獎——愛因斯坦獎;

1979年,擔任盧卡斯講座數學教授(曾經是牛頓擔任過的職務),並出版《廣義相對論評述:紀念愛因斯坦百年誕辰》,同年第二個兒子提莫西出生;

1981年,無邊界構想《超時空和超引力》出版;

1983年,出版《宇宙之始》;

1985年,實行氣管造口手術時失去語言能力,表達思想唯一的工具是一臺電腦聲音合成器;

1988年,《時間簡史:從大爆炸到黑洞》出版,獲沃爾夫基金獎,至今銷售2500萬冊;

1990年,與結婚25年之久的妻子簡·懷爾德離婚;

1993年,《黑洞與嬰兒宇宙及其它論文》出版;

1995年,與他的護士伊萊恩·梅森結婚;

2001年,出版《果殼中的宇宙》,獲得安萬特科學圖書獎;

2010年,出版《大設計》,這是霍金在《時間簡史》之後最重要的著作,它凝結了霍金自《時間簡史》出版之後20多年間,對科學和哲學的探索成果,以及對這些學科的未來展望;

2018年3月14日,史蒂芬·霍金與世長辭,終年76歲。霍金被譽為繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家。

除了科學研究的卓越成就外,霍金也充滿表演慾,曾經演出過很多影視作品。如在動畫影集《辛普森一家》《飛出個未來》與情景喜劇影集《生活大爆炸》中的客串演出,並在《辛普森一家》系列動畫片中的一集為自己的卡通角色配音。在《下一代》影集中的《墮落》一集中,霍金飾演自己本人,在全息成像平臺裡與愛因斯坦、牛頓、生化人百科比賽撲克牌。著名搖滾樂隊平克·弗洛伊德在作曲裡特別置入霍金的“說唱”。

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

很多關於霍金生平的紀錄片也陸續被製成,包括《真實的霍金》《霍金簡介》《霍金的故事》《霍金:宇宙大師》《霍金:我的簡史》等。

霍金究竟做出了什麼樣的貢獻?以至於每個人都在祭奠他?

PS:

霍金的預言:

2032年 地球進入冰河時代,全球氣候變冷;

2100年 人類進入外太空,新人種出現;

2215年地球將面臨災難性毀滅;

2600年 地球變成熾熱的“火球”。

所獲獎項:

亞當斯獎(1966)

愛丁頓獎章(1975)

麥克斯韋獎(1976)

海涅曼獎(1976)

休斯獎章(1976)

阿爾伯特·愛因斯坦獎(1978)

英帝國司令勳章(1982)

英國皇家天文學會金獎(1985)

保羅·狄拉克獎章和獎(1987)

沃爾夫獎(1988)

名譽勳位(1989)

阿斯圖里亞斯親王獎(1989)

科普利獎章(2009)

基礎物理學特別突破獎(2012)

頂部