施郁(复旦大学物理学系教授)
在以前的一个问题中,我列举了霍金对于经典广义相对论的贡献,特别是黑洞的视界面积不会减小、黑洞动力学四定律、证明“黑洞无发定理”:黑洞只需要由质量、电荷和转动角动量描述。下面我谈谈霍金的其他贡献。
1973年开始,霍金进入量子引力领域。1974年,他用量子力学证明了黑洞可以发出辐射(后来被人们称为霍金辐射),直到全部蒸发。 这可能是他科学上最大的贡献。
1981年,霍金提出黑洞蒸发导致信息丢失,与量子力学的幺正性(信息守恒)相矛盾。
1982年,霍金对古斯提出的宇宙暴涨理论作了点修改。
1983年,霍金与哈特尔提出量子宇宙学的一个理论,认为在普朗克时期之前,宇宙在时空中没有边界,在大爆炸之前,时间不存在,即所谓“无边界”。霍金说:“如果宇宙没有边界但是是自足的,那么上帝没有选择宇宙如何开始的自由。”
当然霍金还有其他各种各样的理论研究,这里不再赘述。
霍金是当代物理学,特别是引力和宇宙学方面的一个形象大使。他的科普书《时间简史》出售了9百万册。
霍金还与同行打过几次赌。1991年与索恩(2017年诺奖得主)和Preskill,霍金认为彭罗斯所说的视界内没有裸奇点的假说是对的。霍金1997年认输,但是又打了个新赌,即在没有额外条件的情况下,裸奇点会发生。1997年,他还和索恩和Preskill打了关于黑洞信息佯谬的赌。霍金和索恩认为,霍金辐射不是来自视界之内,因为广义相对论认为黑洞不能辐射,而这又与量子力学矛盾,所以量子力学需要修正。 而Preskill认为广义相对论的黑洞概念需要修改。 2004年,霍金认输,但是提出了自己的解决方案,认为黑洞有多个拓扑。2005年,他还将黑洞信息佯谬成为自己在科学上最大的错误。霍金还曾与Gordon Kane打赌希格斯粒子不会被发现。2012年希格斯粒子被发现后,霍金立即认输,并说希格斯应该获得诺贝尔奖。
霍金全名:Stephen William Hawking
译名:斯蒂芬·威廉·霍金
是英国剑桥大学著名物理学家,也是现代最伟大的物理学家之一。他的很多研究我们即“看不见,摸不着“,但他一生的成就与贡献对整个人类的发展却有着巨大的帮助与推动。
身残志坚
从1963年开始,21岁的霍金患上肌肉萎缩性侧索硬化症,全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动。
曾经在一次解答记者问时,霍金用手指艰难地叩击键盘打出:我的手指还能活动,我的大脑还能思维,我有终生追求的理想,有我爱和爱我的亲人和朋友。我还有一颗感恩的心……
“残疾人”要想成功,其难度可想而知,在科学领域更是难上加难。霍金用他坚强的意志,把一个个“拦路石”当做意志的磨刀石,使自己的人生有意义,使自己的存在更有价值。这样一个鲜活的例子,不是对目前人类最大的贡献吗?不是霍金的最大成就吗?
科学成就
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黑洞理论
1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗?》,这是在爱因斯坦之后的最伟大论文。霍金把量子理论效应引进了黑洞研究,证明了从黑洞视界附近会蒸发出各种粒子,这种粒子的谱犹如来自黑体的辐射。随之,黑洞质量降低,温度升高,最终导致黑洞爆炸。在“霍金辐射”中,量子理论、引力理论和统计物理得到了完美的统一。
黑洞理论是科学史上非常罕见的例子,它首先在数学形式上被详尽的研究,然后才在天文观测上得到证实。现在,“每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞”已经成为人们的共识。
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无边界宇宙理论
霍金在80年代初,创立量子宇宙学的无边界学说。量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源,认为时空是有限而无界的,宇宙是自给自足的,宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。
这点已经被宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了。
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奇性定理
爱因斯坦创立的广义相对论被科学界公认为最美丽的科学理论。但是,霍金和彭罗斯一道证明了广义相对论的不完备。他们指出,如果广义相对论是普遍有效的,而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件,那么宇宙时空中一定存在一些奇点,并且在奇点处经典物理的定律将失效。
爱因斯坦早先否认过奇点的存在,他甚至还写过论文以论证黑洞的不可能性。人们通常谈论的奇点,也是宇宙大爆炸奇点和黑洞奇点。而霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。
相信通过一些杰出人物的评价,你更会了解霍金对人类的成就与贡献
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浙江工业大学教授吴忠超:
霍金最吸引我的特质是他对科学真理的不懈追求。
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中科院物理所硕士生黄映洲:
人们追随霍金,固然有他身体缺陷所带来的‘残缺美’,但我更相信,这是他学术思想魅力导致的结果。
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霍金的子女在父亲去世的声明:
他是一位杰出的科学家,他出众的才华和幽默感将继续为世界各地的人们带来勇气和希望。
英国物理学家、曼彻斯特大学粒子物理学教授布莱恩·考克斯:
他的杰出之处在于,以及他给我的启发是,当我20岁读他的著作《时间简史》的时候,我真切地感受到物理的美妙,他让我相信我们是可以去理解宇宙奥秘的,并且这将是一件美好的,值得享受的事情。
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外交部发言人陆慷:
霍金先生是一位杰出的科学家,也是一位长期与疾病作顽强斗争的斗士,为科学为人类作出了巨大贡献。霍金先生生前曾三次来华,中国领导人曾会见他,中国科学家和科学爱好者们也同他进行过愉快的交流。霍金先生关心中国的发展建设,对中国的科技进步也给予了很高的评价。霍金先生还十分喜爱中国文化,正是在他的强烈坚持下并通过助手的帮助,他最终登上了中国的长城。我们对霍金先生不幸去世表示哀悼和惋惜,向他的家属表示慰问。我相信,霍金先生和他作出的贡献将被永远铭记。
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