盤點物理學家霍金一生偉大成就

2020-12-03 知識吐槽君

物理學家霍金在2018年3月14日去世了。

今天這篇文章咱們梳理霍金的一生在物理上到底做了什麼?它的成就到底有多大?

霍金在牛津讀本科的時候,畢業之後報考了劍橋,在這幾年的學習中就偶然發現了穩恆態宇宙模型中有一個常數的計算錯誤,於是在之後的博士論文中給出了詳細的證明,這篇論文前半部分推翻了宇宙是穩定不變的結論。在論文的後半部分論證了宇宙在他的數學模型下應該是通過大爆炸生成的。

所以霍金在物理學上第一個成果就是推翻了穩恆態宇宙模型,建立了大爆炸宇宙模型。

在這之後,霍金的成果就是跟數學家彭羅斯一起在1970年左右做出來的。關於黑洞的兩條新證明,一個是基點定理, 另一個新的證明就是黑洞的面積定理,即隨著時間的增加黑洞的面積不減。

其中這第二個定理就為霍金馬上要達到的學術巔峰奠定了深厚的基礎。因為這條定理吸引到了發明了黑洞這個詞的物理學家惠勒的研究生貝肯斯坦他就根據黑洞的面積定理推導出來貝肯斯坦公式,證明黑洞的表面積跟他的熵成正比。

人類拍到第一張黑洞的照片

霍金對他這樣理解自己的黑洞面積定理是非常反對的。

1973年的時候,他邀請了另外兩個物理學家跟他一起重新推導了貝肯斯坦公式

在這次的推導過程中又產生了另外4個定律,現在被稱為黑洞力學的4個定律。最簡單的概括:第一個是穩態黑洞表面的引力是一個常數,第二個是一個公式,它描述了黑洞的質量表、面積、表面引力、角速度、角動量和靜電式之間的關係。第三個是黑洞表面積隨時間不會減少。第四個是不可能通過有限的步驟使黑洞表面引力降為0。

霍金對貝肯斯坦的強烈反對,也僅僅限於數學推導上,他的情感上其實是很好奇,也挺希望看到一個純數學過程可以跟熱力學規律嚴密的吻合。

所以之後又用了大半年的時間,霍金在默認貝恩斯坦公式是正確的基礎上,然後繼續推導黑洞,得到了黑洞會向外輻射能量這個結論。現在這個結論就被稱為是霍金輻射。

到此為止,霍金在物理學上的成就就已經達到了人生的巔峰。

這一年是1974年,他32歲,也評上了英國皇家學會的會員,又過了5年升任了盧卡斯教授。這個盧卡斯代表著極高的榮譽,因為他的前任中有廣為人知的保羅狄拉克還有牛頓。

霍金在物理學上的成果當然是沒法跟牛頓、愛因斯坦比肩的,甚至也遠不及楊振寧。

但如果評價他在科普上的影響力,那應該是無出其右。

1988年出版的《時間簡史—從大爆炸到黑洞》被翻譯成40多種文字,發行總量超過2500萬冊。後續十幾年,霍金又出版了一系列根據後來十幾年宇宙學進展寫成的姐妹篇,像《時間簡史續編》《黑洞、嬰兒宇宙及其他》《果殼中的宇宙》等等,加起來也有上千萬冊的銷量。

他在晚年還參與了《辛普森一家》、《星際迷航》這些電影的拍攝,還客串了美劇《生活大爆炸中》的霍金。根據他的生平還拍攝過兩部電影《萬物理論》《霍金傳》。

除了這些傳播力最大的電影跟電視劇之外,他參加的演講那就更是無計其數了。他在輪椅上一直為科普貢獻他所剩的生命時間。可以說地球上不論什麼國家,凡是中學畢業的人都聽說過霍金這個人。我想以當代的社交媒體跟娛樂產業的傳播能力,霍金應該是歷史上科普成果最大的人。

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