霍金「時間簡史」拉上帷幕 留下哪些理論遺產?

2020-12-17 中國新聞網

  中新網3月14日電 2018年3月14日,物理學界一顆「巨星」隕落——被譽為繼愛因斯坦後,最傑出的理論物理學家史蒂芬•霍金(Stephen Hawking),以76歲之齡與世長辭。

  霍金的主要工作都集中於上世紀60年代末70年代初黑洞研究大發展時期,他的早期工作對引力與黑洞領域起到了非常大的促進作用。

自成名時,霍金就幾乎全身癱瘓,患上了肌萎縮性側索硬化症(也就是「漸凍人」)的他只能終身依賴輪椅,在病情後期,他更是連說話這樣的基本活動都無法實現。

  其證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,提出了黑洞蒸發現象和無邊界的霍金宇宙模型。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走出了重要一步。

  在輪椅上度過了大半生的霍金,從未停止探索宇宙的腳步,他用超人的思維揭示了一個又一個宇宙的奧秘,也為人類對世界的認識做出了許多重大推進,留下許多重要的理論遺產。

在以霍金為代表的科學家們的引領下,科學成為新的流行詞彙。

  1970年:引力坍塌和時空奇點

  霍金在70年代研究愛因斯坦的引力理論,他發現在很一般的條件下,空間和時間一定存在奇點,時空似乎被無限彎曲。不過當時還不清楚奇點是否真實存在。倫敦伯克貝克學院的羅傑•彭羅斯(Roger Penrose)證實,奇點確實會在黑洞中形成。後來,彭羅斯和霍金將同樣的想法應用到整個宇宙中,並表明愛因斯坦的理論預測我們在遙遠過去的奇點,這就是宇宙大爆炸。霍金與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理。

  1971年:黑洞面積定理

  1971年,霍金在不考慮量子效應,宇宙監督假設和強能量條件成立的前提下,證明了面積定理。在面積定理約束下,兩個等質量黑洞合併,若面積不變可以放出約30%的黑洞能量。

霍金曾經說過:記住要仰望星空,不要低頭看腳下。無論生活如何艱難,請保持一顆好奇心。

  1973年:霍金輻射理論

  霍金稱自己通過計算得出結論,黑洞在形成過程中其質量減少的同時,還不斷在以能量的形式向外界發出輻射,這就是著名的霍金輻射理論。該理論提到的黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何信息,一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後,其中的所有信息就都隨之消失了,這便是所謂的「黑洞悖論」。這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。因為現代量子物理學認定這種物質信息是永遠不會完全消失的。

  1974年:黑洞會爆炸

  黑洞會發出耀眼的光芒,體積會縮小,甚至會爆炸——當霍金於1974年做此預言時,整個科學界為之震動。霍金利用量子理論證明,黑洞應該散發熱量並最終消失。當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。這樣,當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快。這種「霍金輻射」對大多數黑洞來說可以忽略不計,因為大黑洞輻射的比較慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。

1985年,霍金因肺炎而漸喪失說話能力。他只能靠右眼的肌肉移動特製眼鏡的按鈕,操作發聲器「講話」。

  1981年:無邊界宇宙學

  霍金在1981年提出了一種既自洽又自足的無邊界宇宙學。在這個理論中,宇宙中的一切在原則上都可以單獨地由物理定律預言出來,而宇宙本身是從無中生有而來的(量子意義上)或者沒有起源(經典意義上)。

  1982年:量子波動

  宇宙膨脹理論認為,宇宙在誕生初期經歷了一段驚人的膨脹期。1982年,霍金率先展示了量子波動——也就是物質分布的微小變化——是如何通過膨脹引起宇宙中星系擴散的。在這些微小的漣漪中,播下了我們所知道的恆星,行星和生命的種子。麻省理工學院物理學教授馬克斯•泰格馬克說:「這是科學史上最美麗的想法之一。」

  1988年:《時間簡史》

  霍金給人類留下的流傳最廣的書籍莫過於《時間簡史》,首次出版於1988年。在該書裡,霍金探究了已有宇宙理論中存在的未解決的衝突,並指出了把量子力學、熱動力學和廣義相對論統一起來存在的問題,該書的定位是讓那些對宇宙學有興趣的普通讀者了解他的理論和其中的數學原理。這本書成為全球科學著作的裡程碑,它被翻譯成40種文字,暢銷全球。

霍金1942年1月8日在英國牛津出生,他主要研究領域是宇宙論和黑洞,證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,提出了黑洞蒸發理論和無邊界的霍金宇宙模型。

  1998年:「開放暴脹」理論

  1998年,霍金和數學物理教授圖羅克修正了自己曾經參與創立的宇宙大爆炸理論,第一次提出了「開放暴脹」理論。這一理論認為,宇宙的最初模樣如同一個豌豆大小的物體,懸浮在一片沒有時間的真空裡。「豌豆」狀的宇宙在大爆炸前的一瞬間內經歷了被稱為「暴脹」的及其快速的膨脹過程,宇宙最終無限膨脹下去,而不是膨脹到一定程度就會在引力的作用下坍塌……

  2015年:突破聆聽

  2015年7月,霍金曾宣布啟動一項人類歷史上規模最大的外星智慧生命的搜索行動,名為「突破聆聽」(The Breakthrough Listen) 。這項行動將通過掃描宇宙的方式進行搜尋,歷時10年,並將耗費一億美金。

  2016年:突破攝星

  2016年,霍金和俄羅斯投資大亨尤裡•米爾納共同啟動了「攝星計劃」,希望以五分之一的光速將飛行器送至半人馬座α星,以此讓星際航行變成現實,更好地了解宇宙,給科學和太空探索帶來革命性的變化。霍金還透露Facebook的創始人兼執行長馬克•扎克伯格也加入了該計劃的董事會,為「突破攝星」助一臂之力。

2018年3月14日,霍金逝世,享年76歲。

  2018年3月14日,屬於霍金的「時間簡史」拉上了帷幕。這位物理學巨人的謝幕,讓整個世界為他悼念。

  時間是否有長短?黑洞是否存在?外星人何時降臨?他留下許許多多仍未解決的問題,隱身於蒼茫的宇宙中,等待後人的探索。(完)

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  • 一分鐘看懂時間簡史
    作為愛因斯坦之後在公眾社會影響最大的科學家,霍金當得起這種跨越了年齡、行業,幾乎全民性的懷念。即使,多數人並不明白他的理論,也並未閱讀過他的暢銷著作《時間簡史》,就像有評論者說的:滿屏悼念,怎麼不見人寫讀後感?於是,我想寫個《時間簡史》讀後感幫助大家在茶餘飯後多一個談資,裝B的時候也能帶上一絲學術的味道。
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  • 你有「時間簡史」嗎?
    《時間簡史》作者史蒂芬霍金(1942.1.1-2018.3.14),生前是劍橋大學盧卡斯數學教授,是身殘志堅的典範。霍金患有肌肉萎縮性側索硬化症,不到四十歲就全身癱瘓,發聲受影響,只有家人才能聽懂,後來感染肺炎後完全不能說話,肢體唯一能動的地方只有兩隻眼睛和三根手指。
  • 「聽見亞東35期」霍金走了,你卻說時間再無簡史?
    據外媒報導,3月14日,知名物理學家霍金去世,享年76歲。而那天正好是愛因斯坦的誕辰。霍金,1942年1月8日出生於英國牛津,英國劍橋大學著名物理學家,現代最偉大的物理學家之一、20世紀享有國際盛譽的偉人之一。提到霍金,會想到全身癱瘓,不能言語,手部只有三根手指可以活動的他並沒有放棄對宇宙的探索。
  • 《時間簡史》到底講了什麼?
    提到霍金,你肯定想到他癱瘓在椅子上的畫面,還有那本風靡全球的《時間簡史》。這本書很早就想看了,但總苦於一個機遇或者說一個充分的理由,因為這本書裡面包羅了很多知識,我怕自己淺薄的見識「玷汙」了這些知識。《時間簡史》這本書讀的人可能不多,但我相信只要讀過這本書的人就一定有這樣一種感覺:時間存在嗎?如果不以時間定義時間,沒有明表鍾在特定的空間控制,我們所稱之為時間的東西到底是什麼?《時間簡史》所闡述的大部分內容都會牽動你的每一根神經,讓你為之動容,為之感嘆。這是一本科學界的劃時代著作。
  • 輪椅上的科學巨人:霍金的傳奇人生
    霍金是世界著名的物理學家和數學家,同時也是一位哲學家和思想家,是現代最具影響力的偉人之一。他的專著《時間簡史》,1988年首次出版,截止2019年,已再版十餘次,被譯成40多種語言,全球發行量超過2500萬冊,是歷史上最具影響力的科學著作。一提到霍金,大家自然而然想到的是一位坐在電動輪椅上的科學家形象:
  • 世上只有九人能看懂的書《時間簡史》
    時間簡史這本書就算你沒有看過,但相信你一定不會陌生。這本書是當代偉大物理學家霍金最負盛名的作品,這是一本科普書籍,旨在讓大眾了解我們生活的這個宇宙,雖然霍金先生已經在書中用深入淺出的方法把宇宙科普給大家了。但這本書還是被無數讀者稱為讀不來的暢銷書,甚至有雜誌認為世界上只有九個人能讀懂時間簡史,不過大家也不用緊張,其實只要我們肯下功夫理解一部分內容還是沒有問題的。
  • 《時間簡史》的三種讀法:普通讀法、二X讀法和文藝讀法
    而且他們對不同科學理論有自己的愛 憎,時不時較量一番,就好像武打書裡的人物一樣。他們筆下的物理學充滿活力。歷史上的一個個漂亮理論轉瞬間就被更新的理論所取代,誰也不敢固步自封。我還記得當時從圖書館找到一本美國大學物理教材的中文版,作者居然寫道:「這本書中的物理知識不可能都是對的……但也不可能都是錯的。」誰不想研究這樣的科學?
  • 史蒂芬·霍金、《時間簡史》與拓寬我們認知的1988年
    昨天,就連BBC都報導了霍金的去世在中國社交網絡上所產生的巨大反響。我相信在朋友圈裡轉發各種文章、圖片和感想的人,即使是沒讀過這本書,可能在家中書架的角落上,也有一本盛滿了灰塵的《時間簡史》。即便沒有,想必你也見過在夜晚昏暗的路燈下,塞滿盜版書的三輪車上,賣書人會把它和《如何成為第二個馬雲》這類的書擺在最顯眼的位置。1988年12月,當時的《時間簡史》雄踞《星期日泰晤士報》和《紐約時報》最暢銷書排行榜冠軍已久。霍金在英國《獨立報》上發表了一篇文章叫做《之簡史》,後來這篇文章也作為序被收錄在新版本的《時間簡史》裡。