霍金有什么突出成就
2024-05-22 虎思国学网 阅读 15
史蒂芬·威廉·霍金是本世纪享有国际盛誉的伟人之一，剑桥大学数学及理论物理学系教授，当代最重要的广义相对论和宇宙论家。荣获英国剑桥大学卢卡斯数学教席，这是自然科学史上继牛顿和狄拉克之后荣誉最高的教席。
20世纪70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。凭一本薄薄的《时间简史》征服了全世界3000万读者。黑洞理论使量子论和热力学在“霍金辐射”中得到完美统一，而他在20世纪80年代提出的无边界设想的量子宇宙论，解决了困扰科学界几百年的“第一推动”问题。
斯蒂芬·威廉·霍金的研究为理解黑洞和宇宙本源奠定了基础，不过据他本人指出，他在动画片《辛普森一家》（The Simpsons）和科幻剧集《星际迷航：下一代》（Star Trek：The Next Generation）中的演出也同样精彩。
霍金在《大设计》中强调，宇宙不需要一个造物主或“上帝”，以“哲学已死”开篇，这意味着人类将从愚昧的自我奴役超脱出来，其否认了纯哲学和宗教可以真正解释自然，这也表明各大宗教只是古代精神世界探索未知，追求不灭解脱的体系，而非客观真理。随着时代的进步，人类文明也当奋起直追，不甘落后，这就是为什么世代有识之士追求存在、生命和宇宙的意义。解决这些命题本来应该是哲学家的任务，可惜科学的高度发展使得哲学无法跟上。
霍金希望解开宇宙诞生之时的奥秘，1970年，霍金将量子力学应用于解释黑洞现象，在之后的30年中，用量子力学解释整个宇宙已经变得更加困难了。霍金想找到一套可以完美解释整个宇宙现象的理论来说明137亿年诞生直到现在的宇宙，但是多年过去了就算无限接近他仍然没有得出结论。按照他的量子力学理论，宇宙诞生是大爆炸产生的，这是一个被压缩的无限小却具有超大重力的物质（也可以理解成密度无限大）爆炸的产物。量子力学的理论范畴不能够解释这一个过程是如何进行？为什么会这样？霍金说“那必须有一套可以描述小规模重力的理论”。
霍金的同事，伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林（Michael.Green）参与建构的超弦理论，简称为“弦论”，指出所有粒子和自然力量，其实都是在震荡中的像弦一样的微小物体，解决了霍金一直想努力解答的重力问题，该理论必须建立在宇宙必须有9、10甚至是大于11个的维度中，而人类身处的三维世界可能仅仅是真正的宇宙的其中一个膜。
2014年1月24日，英国著名科学家斯蒂芬·霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界，在《黑洞的信息保存与气象预报》（Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes）的论文中，霍金指出，由于找不到黑洞的边界，因此“黑洞是不存在的”，不过“灰洞”的确存在。这是为了解决“防火墙”问题于新理论中设定“黑洞不存在”，其并非真不存在。黑洞的边界又称“视界”，经典黑洞理论认为，黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部，而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界。
霍金的“灰洞”理论认为，物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认，自己最初有关视界的认识是有缺陷的，光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时，它的运动就像人在跑步机上奔跑一样，慢慢地通过向外辐射而收缩。“经典黑洞理论认为，任何物质和辐射都不能逃离黑洞，而量子力学理论表明，能量和信息是可以从黑洞中逃离出来的。”霍金同时指出，对于这种逃离过程的解释需要一个能够将重力和其他基本力成功融合的理论。在过去近一百年间，物理学界没有人曾试图解释这一过程。
对于霍金的“灰洞”理论，一些科学家表示认可，也有人持怀疑态度。美国卡夫立理论物理研究所的理论物理学家约瑟夫·波尔钦斯基（Joseph Polchinski）指出，根据爱因斯坦的重力理论，黑洞的边界是存在的，只是它与宇宙其他部分的区别并不明显。其实，早在2004年霍金就曾做出过类似表示。当年7月21日，霍金在“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上指出，黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样，对其周遭的一切“完全吞噬”，事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来。
1973年，霍金称自己通过计算得出结论，黑洞在形成过程中其质量减少的同时，还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的霍金辐射理论，该理论提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息，一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后，其中的所有信息就都随之消失了，这便是所谓的“黑洞悖论”。这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。
30多年来，霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示，黑洞中量子运动是一种特殊情况，由于黑洞中的引力非常强烈，量子力学在此时已经不再适用了。霍金的这种说法并没有让科学界众多持怀疑态度学者信服。现在看来，霍金终于给了这个当年自相矛盾的观点一个更具有说服力的答案。霍金称，黑洞从来都不会完全关闭自身——霍金辐射，它们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量，随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。
2016年8月16日，海法以色列理工学院的教授杰夫斯坦豪尔（Jeff Steinhauer）在出版的《自然物理学》杂志中一篇论文上证明了霍金辐射的量子效应。他制造一种声音黑洞而非光黑洞，使用的是带声音粒子即声子“视界”的长管。2014年斯坦豪尔教授发现，视界上随机产生了声子。在他最新的结果中，斯坦豪尔证明这些声子是一对相关声子中的一个，从而证明了霍金辐射的量子效应。