霍金為什麼偉大，原來他探知了宇宙的最原始秘密

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霍金有很多頭銜，比如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。

許多人說，霍金是以《時間簡史》等科普讀物以及傳奇的人生贏得盛名的。實際上並非如此。

這一切，都要從我們該用什麼理論解釋這個世界說起。
　　
經典物理學
　　
從16世紀起，一批又一批的物理學家把他們的視野標對準了宇宙，嘗試解釋更多的天文現象。然而，因為我們的理論有限，儀器有限，因為觀察到的範圍很有限，能驗證的範圍也很有限，無法去了解更多宇宙的秘密。
　　
直到英國的物理學家牛頓橫空出世。
　　
牛頓的偉大不在於他提出了「F=ma」這個公式，更關鍵的在於這個公式居然可以適用於世界上的所有物體，小到一個蘋果，一個茶杯，大到可以解釋宇宙中的星系運動。

牛頓建立了一套完整的物理體系，他把力、速度、加速度、能量、動量等概念都嚴格地作了定義，並且他用數學的方式直觀地表達它們之間的關係。此外，牛頓還通過大量實驗，證明了引力的存在，簡單地說，就是任何兩個物體之間都存在著引力，這就是萬有引力定律。

　　
牛頓的提出的理論，被稱為經典物理學。
　　
黑洞
　　
但是，隨著人類對地球和宇宙了解的不斷深入，科學家們慢慢地發現，似乎牛頓的經典物理學解釋不了一些特殊的現象。這些無法解釋的現象，主要來自宇宙中極大和極小的兩端。
　　
比如按照牛頓的經典物理學理論，如果一個物體的加速度保持不變，那麼它的速度應該會達到無窮大。可是令科學家疑惑的是，在真正的現實世界裡，似乎沒有一個物體的速度可以超越光的速度？
　　
為了探尋這些無法解釋的現象，在科學界內部，兩個截然不同的科學體系出現了：一個是解釋宏觀（也就是極大）體系的愛因斯坦的相對論，另一個是解釋微觀（也就是極小）體系的普朗克的量子力學。
　　
1905年，愛因斯坦的相對論橫空出世。愛因斯坦用另一種體系解釋了我們的這個宇宙。
　　
就拿地球為什麼會繞著太陽運轉為例。牛頓認為，在巨大的物體附近，存在一種「力場」。這種力場就像磁場一樣，對其中的其他物質有吸引力。正如太陽吸引著地球，地球吸引著月球，甚至地球吸引著那個蘋果。
　　
而愛因斯坦的相對論認為，引力本身就是時空的一部分，是時空的幾何屬性。當物體的質量大到一定程度，其附近的空間就會扭曲，從而改變周邊一切物體的運動模式。比如地球繞著太陽轉，衛星繞著地球轉……據此，科學家推斷出一個在當時看來近乎天方夜譚的觀點：如果有一個質量極大的恆星，它自身的重力也無比巨大，最終恆星必定會因為不堪自身重負而坍縮成一個密度和曲率都無窮大、體積無窮小的點。在這個點的周邊，會創造出一片引力極強、質量極大、連光都無法逃出的特殊區域。在時空的維度上，它就像一個深凹的洞。科學界給了它一個簡單的名稱：黑洞。

　
而霍金的理論主要就解釋了兩大問題：黑洞的中心究竟是什麼？在黑洞的邊緣發生了什麼？
　　
霍金認為愛因斯坦的廣義相對論是不完善的。1970年，霍金與羅傑·彭羅斯合作，用嚴謹的數學推理證明：如果你能進入黑洞中心，就會發現黑洞的所有質量都會匯聚到一個點——奇點上，一個體積無限小、彎曲無限大、密度無限大、引力無限大的點。
　　
之前，人們對奇點的形成有爭論，認為在形成奇點的過程中會發生其他的事情。而霍金和彭羅斯一起，從理論上證明了黑洞中心奇點的存在。這也是他學術生涯中第一個舉足輕重的定理：奇點定理——黑洞的中心存在一個奇點。

　　
霍金輻射理論
　　
那黑洞的邊緣又會發生什麼？
　　
最初，霍金也跟主流科學界一樣，認為黑洞是一個只吞不吐，永遠吃進周圍的物質，質量不斷增加的物體。然而經過思考和研究，他創立了一個理論：黑洞確實在放出黑體輻射，而且黑洞的質量是在不斷減小的。這一切，被稱為「霍金輻射理論」。通俗說，黑洞並不是只進不出的。
　　
為了解釋自己的這個理論，霍金在學術界破天荒地用了相對論之外的另一套物理體系——量子力學。
　　
量子力學告訴我們，時空是分散的。在真空中，隨時會憑空出現一對虛粒子對：一個正粒子和一個反粒子，一個攜帶正能量，一個攜帶負能量。這些虛粒子會憑空出現，存在極小的一段時間，然後因相互碰撞、結合而湮滅。因為它們存在的時間極其短而無法被檢測到，所以將它們稱為「虛粒子」。
　　
而霍金把這一理論用在了對黑洞邊緣的研究上。霍金認為，如果剛好有一對虛粒子，產生在黑洞的邊緣，由於黑洞的引力很強，有可能有一個跌入黑洞，而另一個沒有。因為兩個虛粒子一個有正質量，一個有負質量，因此被吸入的，是負質量的那個。
　　
按照量子理論，這對正反粒子應該是一出現，馬上就會互相碰撞湮滅而達到能量守恆，然而在這種情況下，一個粒子被吸入黑洞，另一個粒子沒法跟它碰撞湮滅。一個虛粒子，變成一個有正能量的實粒子。那這個能量是哪裡來的？
　　
霍金的解釋是，這個離開黑洞的粒子的質量，一定是從黑洞本身的質量而來的。黑洞吞了一個負能量的粒子，減少了自己的質量，而有另一個含有能量的粒子離開了黑洞。這一切在外面看來，就像黑洞在發射粒子。這些粒子是從黑洞邊緣空虛的空間裡變出來後逃逸的，並在逃逸過程中帶走了黑洞的能量。
　　
與此同時，墜入黑洞的粒子質量為負，在它們的作用下，黑洞變得越來越小，直至消失。當然，這個過程非常漫長。由於質量不斷變小，黑洞自己也有生命的終點。它最終會變成一個迷你黑洞，在黑洞生命的最後階段，這個迷你黑洞會爆炸，其威力相當於100萬顆百萬噸級的氫彈。在一場大爆炸中，黑洞灰飛煙滅，奇點也會爆炸。

　　
我們現在所處的宇宙，曾經就是一個奇點，即所謂的「宇宙大爆炸奇點」。隨著這個奇點的爆炸，才形成了星系、恆星、行星以及此刻拿著手機緬懷霍金的你和我。
　　
世間萬物，都由此而來，這就是宇宙的起源。
　　
在宏觀和微觀的世界裡，我們創立了兩種不同的體系來解釋不同的事物。多少年來，科學界一直想找出一個方法，能夠統一相對論和量子力學。然而這一直沒有誰能完成，而霍金用相對論和量子力學來解釋黑洞邊緣，解釋黑洞質量減小的理論，卻是在當時走出了這大一統的第一步。

在最美好的年華裡，被病魔折磨，拖著嚴重變形的身體，霍金依然樂觀面對生活，雖然被禁錮在輪椅上，思想卻可以遨遊在廣闊無垠的宇宙之上。霍金最偉大的地方，在於他堅強的意志，使得生命裡繁星閃爍，熠熠生輝。他在科學領域上的成就，讓渺小的人類可以去探索廣闊的宇宙。自強不息的信仰，在他身上得到了完美的詮釋。