霍金身上的贡献,霍金有什么实际贡献

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-04 23:28:27

著名科学家、科普作家斯蒂芬·威廉·霍金(以下简称霍金)于去年2018年3月14日去世,享年76岁。这位在半个世纪前就被医生判了死刑,说活不过两年的天才科学家,带着病躯又顽强的活了半个世纪,给人类科学和民众科普留下了宝贵的财富。


霍金身上的贡献,霍金有什么实际贡献(1)

霍金


科普之王

对于普罗大众,霍金留给我们最有价值的就是他写的几本畅销科普书,对于上了年纪(30岁以上…)的科学爱好者,相信没几个人没看过霍金的书。

当然,对于现在来说,科普书满天飞,所以年轻一代可能有好些没有看过霍金的科普书的,但在这些满天飞的科普书作者中,大概又有很大一部分是看过霍金的科普书并深受其影响的。作为史上最畅销科普书作者,霍金留给科学爱好者的科普财富是无与伦比的。在他所著的众多科普书中,称为霍金三部曲的《时间简史》、《果壳中的宇宙》和《大设计》最为知名,特别是上世纪80年代写的《时间简史》可谓人尽皆知,全球销量数千万册。曾经在科学爱好者里没有看过《时间简史》都不好意思说自己是科学爱好者……


霍金身上的贡献,霍金有什么实际贡献(2)

霍金和时间简史


当然霍金的最主要身份是作为一名科学家而不是科普作家。那么他又留给科学界些什么呢?

霍金在科学上的成就主要集中在宇宙学方面,而且跟很多著名科学家一样,他的主要贡献基本上都是年轻时做出的。很多人说霍金晚年碌碌无为,我只想说,这不正常吗?有多少个理论物理学家在晚年还碌碌有为的?

好了废话太多,现在聊正题。在科学上,霍金又给我们留下了什么……嗯?我们?……等等,应该说科学界……理论贡献关我们什么事……

早年,霍金在宇宙学上贡献颇大,特别在在黑洞研究上面,而事实上他的理论贡献也都主要集中在黑洞方面。

一、奇性定理

这是霍金与数学家彭罗斯共同证明的,他们的计算表明,在很一般的初始条件下,物质坍缩到形成视界后时空中都会出现奇异性并产生奇异点,根据计算这个奇异点是时间为0的点,也就是它要么是时间的起点,要么是时间的终点。霍金和彭罗斯证明,在宇宙大爆炸之初存在一个时间的起点,而在黑洞坍缩中心存在一个时间的终点。奇性定理曾经终结了宇宙大爆炸之前是什么的问题,因为宇宙大爆炸就是时间的起点,它没有之前。


霍金身上的贡献,霍金有什么实际贡献(3)

宇宙大爆炸奇点


二、黑洞无毛定理

这个无论是中文名还是英文名都相当不雅的定理是由霍金和其他研究者共同证明的,它指出当天体因引力坍缩而产生视界后,对于外界只剩下质量、电荷和角动量三个物理量,其余一切信息(包括温度)都会失去。因此在我国它有一个比较雅观也更为贴切的别名——三毛定理

但这个定理一经提出就引起了强烈反响,首先是来自量子力学方面的,因为这个定理与量子力学的一个基本定律产生矛盾——信息守恒。这在物理界一直存在争议,相对论学家认为信息确实是不守恒的;但量子物理学家不干,他们认为信息必须守恒。

后来霍金声称证明了信息确实守恒……但相对论权威基普索恩认为他的证明是错的,所以关于黑洞信息是否守恒,目前科学界还没有达成共识。

黑洞无毛定理的第二个冲突来自热力学,刚才说了在物质落入视界后温度信息也会丢失,那么问题来了,如果把外界的熵都扔进黑洞,黑洞的熵并没有增加,而外界的熵降低了,这不就违反热力学第二定律了吗?

这两个问题一开始相对论学家还能杠一下:黑洞视界内是一个独立的系统,因此扔进去的信息和熵都与外界宇宙无关,这样就不算违背量子力学和热力学了。这样解释大家确实也无话可说,毕竟根据相对论,进去的东西永远也出不来了,谁也不知道它在里面咋了,它跟外界已经没有关系了。这样,这两个问题就都不是问题了。

然而没过几年,霍金就搞出了一个大新闻,导致这两个问题又成了大问题。稍后再说。(见第4点)


霍金身上的贡献,霍金有什么实际贡献(4)

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