2018年3月14日凌晨，被譽(yù)為現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一的斯蒂芬·霍金，悄然離逝。一位傳奇的離開，隨之而來(lái)的是充溢著整個(gè)屏幕的悼念與懷念，但是，又有多少人有了解過(guò)這位堅(jiān)忍不拔，用畢生精力為人類在宇宙論和黑洞領(lǐng)域開拓道路的偉人的相關(guān)理論及成就呢？接下來(lái)，就讓我們向大家簡(jiǎn)明介紹一下霍金的著名理論及成就：

霍金輻射

霍金輻射，是一種關(guān)于黑洞的理論。其要旨是：黑洞會(huì)放出黑體輻射。這是由霍金在1972年建立它的數(shù)學(xué)模型的?；艚疠椛涞睦碚撃苷f(shuō)明如何降低黑洞的質(zhì)量而導(dǎo)致黑洞蒸散的現(xiàn)象。其原理為：在“真空”的宇宙中，根據(jù)海森堡不確定性原理，會(huì)在瞬間憑空產(chǎn)生一對(duì)正反虛粒子，然后瞬間消失，以符合能量守恒。在黑洞視界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外產(chǎn)生的虛粒子對(duì)，其中一個(gè)被吸引進(jìn)去，而另一個(gè)逃逸的情況。如果是這樣，那個(gè)逃逸的粒子獲得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮滅，可以逃逸到無(wú)限遠(yuǎn)。在外界看就像黑洞發(fā)射粒子一樣。這個(gè)猜想中的輻射被命名為“霍金輻射”。由于它是向外帶去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的質(zhì)量也會(huì)漸漸變小，消失；它也向外帶去信息，所以不違反信息定律。

奇點(diǎn)定理

奇點(diǎn)是大爆炸宇宙論所說(shuō)到的一個(gè)“點(diǎn)”，即“大爆炸”的起始點(diǎn)。該理論認(rèn)為宇宙是從這一“點(diǎn)”的“大爆炸”后而膨脹形成的。奇點(diǎn)是一個(gè)密度無(wú)限大、時(shí)空曲率無(wú)限高、熱量無(wú)限高、體積無(wú)限小的“點(diǎn)”，一切已知物理定律均在奇點(diǎn)失效。我們可以想象，奇點(diǎn)是一種沒(méi)有固定形狀的、沒(méi)有體積的不可思議的存在。在1970年，霍金和彭羅斯一起開創(chuàng)性地運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)的方法，證明廣義相對(duì)論方程導(dǎo)致奇點(diǎn)解，間接地證明了大爆炸奇點(diǎn)的存在，但這并不是最早的奇點(diǎn)定理。彭羅斯于1965年，吉勒西于1966年，霍金于1967年等都提出過(guò)奇點(diǎn)定理。 比較之下，霍金-彭羅斯奇點(diǎn)定理所要求的條件在物理上最容易實(shí)現(xiàn)，并且涵蓋面也最廣。而就在約兩周前，霍金參加節(jié)目，被問(wèn)，“每個(gè)人都想知道，大爆炸前宇宙是什么樣的？”他給出答案：“宇宙的邊界就是它沒(méi)有邊界，大爆炸前宇宙什么都沒(méi)有?！被艚鸬钠纥c(diǎn)定理給許許多多的人帶來(lái)了對(duì)于“宇宙誕生前是什么樣子”的好奇與向往。奇點(diǎn)定理在物理學(xué)中是一個(gè)不可或缺的存在，因?yàn)槿祟愒趯?duì)宇宙進(jìn)行研究的時(shí)候，都會(huì)用到奇點(diǎn)定理，而且它是我們生活中必不可缺的一個(gè)元素，儼然成為我們認(rèn)識(shí)宇宙誕生的一個(gè)重要理論。

無(wú)邊界宇宙學(xué)

這個(gè)理論建立在廣義相對(duì)論和量子理論的基礎(chǔ)之上，涉及到彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論和量子引力論等多種高深知識(shí)。其中給出了著名的無(wú)邊界猜想或條件：宇宙的邊界條件就是它沒(méi)有邊界。無(wú)邊界條件如果成立，則宇宙自給自足，這意味著宇宙不需要上帝創(chuàng)世或者不存在第一推動(dòng)。宇宙是一個(gè)從歐氏空間向洛氏時(shí)空的量子轉(zhuǎn)變，從量子態(tài)宇宙或宇宙波函數(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，歐氏空間來(lái)自絕對(duì)的無(wú)，這就實(shí)現(xiàn)了宇宙的無(wú)中生有的思想。這個(gè)歐氏空間是一個(gè)四維球面。在四維球面轉(zhuǎn)變成洛氏時(shí)空的最初階段，時(shí)空是可由德西特度規(guī)來(lái)描述的暴漲階段。然后暴漲結(jié)束，再接著由大爆炸模型來(lái)描寫。這個(gè)宇宙模型中，空間是有限的，但沒(méi)有邊界，被稱作閉合的宇宙空間模型。許多人曾嘗試將霍金的無(wú)邊界條件推廣到一般情形，但始終未能成功。直到2012年，劍橋大學(xué)理論物理學(xué)家陳中源嚴(yán)格證明了霍金的無(wú)邊界猜想，出乎意料的是，不存在量子態(tài)宇宙或量子宇宙學(xué)，無(wú)邊界條件在經(jīng)典意義上成立，這樣，宇宙沒(méi)有邊界，沒(méi)有無(wú)中生有，沒(méi)有創(chuàng)生和毀滅，它徹底自洽自足，僅僅是以有限四維球面的形式存在。由此，宇宙的起源確實(shí)是它沒(méi)有起源，真正從物理上解決了第一推動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)一系列的方程推導(dǎo)和證明，陳中源還發(fā)現(xiàn)了該有限的四維球面宇宙等價(jià)于一個(gè)無(wú)限的四維球體宇宙：整個(gè)宇宙本身只是個(gè)曲率半徑極“小”的四維球面，但在其局部參考系諸如宇宙中所有事物看來(lái)，它卻是個(gè)無(wú)限的四維球體，由三維球面空間大爆炸“之前”、過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)和時(shí)間無(wú)限久時(shí)的所有空間和事物構(gòu)成。

以上三個(gè)理論是霍金在物理學(xué)領(lǐng)域最具代表性的成就之一，他不僅從根本上改變了人類看待宇宙的態(tài)度，更激勵(lì)著人們不斷去探尋茫茫星空背后所隱藏的奧秘。這位幾乎一輩子蜷縮在輪椅上的老人，卻在腦海中構(gòu)筑著自己的浩瀚宇宙，用勇氣與堅(jiān)持鼓舞了整個(gè)世界。只愿他帶著堅(jiān)定的信仰和永不停息的探索之心，飛向宇宙深處，飛向那片未知的星海。

R.I.P

鄭重/文

曾子芹/排

來(lái)源：QQ快報(bào)?責(zé)任編輯：小易