史蒂芬霍金，天才理論家，奇特預(yù)言者

霍金的一些理論使我們看待宇宙的方式發(fā)生了革命性的變革，但仍有一些理論讓科學(xué)家們摸不著頭腦。

2006年12月，斯蒂芬·霍金在耶路撒冷布盧姆菲爾德科學(xué)博物館發(fā)表演講。

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史蒂芬霍金是現(xiàn)代最偉大的理論物理學(xué)家之一。在媒體上廣為流傳的就是他與漸凍癥抗?fàn)幍囊簧约笆艽擞绊懙乃耐饷埠蜕碥|，但他給后人帶來(lái)的真正影響仍是其在科學(xué)領(lǐng)域五十載的碩果。他偉大的科學(xué)生涯及開(kāi)創(chuàng)性的工作始于1966年的博士論文，直到2018年其去世前夕完成他最后的論文。在此期間他從未停下前進(jìn)的腳步，直至生命的最后一刻，享年76歲。

霍金工作在物理學(xué)的前沿領(lǐng)域，他的理論在提出的時(shí)候大都會(huì)被認(rèn)為過(guò)于超前。隨著越來(lái)越多的支撐性證據(jù)的不斷出現(xiàn)，霍金的理論也慢慢被科學(xué)界的主流思想所接受。從他震撼人心的黑洞理論到對(duì)宇宙微小起點(diǎn)的解釋，本文將會(huì)介紹一些已經(jīng)被證實(shí)的理論，以及一些仍尚無(wú)定論的超前觀點(diǎn)。

獲勝的宇宙大爆炸理論

廣袤宇宙的說(shuō)明性插圖——約138億年前的宇宙大爆炸開(kāi)始 。

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霍金憑借他的博士論文有了一個(gè)極高的職業(yè)開(kāi)端，他的論文正是發(fā)表在大爆炸理論和穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)這兩個(gè)敵對(duì)的宇宙學(xué)理論的爭(zhēng)吵處在白熱化的重要時(shí)刻。兩個(gè)理論都認(rèn)為宇宙正在膨脹，大爆炸理論認(rèn)為宇宙膨脹是從過(guò)去的一段有限時(shí)間內(nèi)，超緊湊超密集的狀態(tài)開(kāi)始的，但穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)假設(shè)宇宙是一直膨脹下去，并且不斷有新的物質(zhì)產(chǎn)生以保持恒定的密度。在霍金的論文里，他指出穩(wěn)態(tài)學(xué)說(shuō)在數(shù)學(xué)上是自相矛盾的。相反，他認(rèn)為宇宙是從一個(gè)無(wú)限小、密度無(wú)限大的奇點(diǎn)開(kāi)始的。如今，霍金的理論已經(jīng)被大多數(shù)科學(xué)家所廣泛接受了。

黑洞是真實(shí)的

由事件視界望遠(yuǎn)鏡捕捉的第一張黑洞照片——2019年由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)發(fā)布。

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與其他相比，霍金的名字更多的是和另一種奇異現(xiàn)象——黑洞，聯(lián)系在一起。黑洞是由恒星在自身引力作用下完全坍縮所形成的。這些數(shù)學(xué)奇觀產(chǎn)生于愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，而在20世紀(jì)70年代初期，霍金把他的注意力轉(zhuǎn)移到這些之前，科學(xué)界已經(jīng)就此爭(zhēng)論數(shù)十載。

根據(jù)發(fā)表在《自然》雜志上的文章，霍金的天才之舉是將愛(ài)因斯坦的方程和量子力學(xué)聯(lián)系在一起，他把曾經(jīng)的抽象理論變成看起來(lái)是真的存在于宇宙之中的東西。事件視界望遠(yuǎn)鏡在2019年獲取了潛伏于巨型星系Messier 87中心的超質(zhì)量黑洞的直接圖像，而這一圖像正是證明霍金理論正確的最終證據(jù)。

霍金輻射

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黑洞的名號(hào)來(lái)自于其強(qiáng)大的引力，即便是光的粒子也無(wú)法從黑洞的強(qiáng)大引力中逃脫。但在他工作的早期階段，霍金認(rèn)為真相要比這幅單色畫(huà)顯示的更加微妙。

通過(guò)量子理論的應(yīng)用——具體來(lái)說(shuō)，就是成對(duì)的“虛擬光子”可以自發(fā)地從無(wú)到有產(chǎn)生的觀點(diǎn)——他意識(shí)到一些光子可以從黑洞的輻射中顯現(xiàn)。如今根據(jù)霍金輻射，這一理論被以色列理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試所證實(shí)。研究員使用聲學(xué)模擬——一個(gè)聲波不能逃脫的“聲波黑洞”，來(lái)代替真正的黑洞。他們按照物理學(xué)家的預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確檢測(cè)到了霍金輻射等效的情況。

黑洞面積理論

關(guān)于兩個(gè)相互盤(pán)旋的黑洞所散發(fā)的引力波的圖解。

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在經(jīng)典物理學(xué)中，熵，或者說(shuō)系統(tǒng)的紊亂狀態(tài)只會(huì)隨著時(shí)間增加，而不會(huì)減少。通過(guò)與雅各布·貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）的合作，霍金提出黑洞熵的測(cè)量是通過(guò)它周圍的事件視界的表面區(qū)域所達(dá)成的。

最近發(fā)現(xiàn)的由合并的成對(duì)黑洞所散發(fā)的引力波表明，霍金再一次正確。正如霍金在2016年第一次此類事件發(fā)生之后告訴BBC的那樣，“這一系統(tǒng)所被觀察到的特性和我在1970年做的黑洞有關(guān)的預(yù)測(cè)是一致的… 這一終極黑洞的面積比這些初始黑洞的面積總和還要大”。更多最近的觀測(cè)都進(jìn)一步證實(shí)了霍金的“面積理論”。

因此，世界正在與霍金的驚人預(yù)言逐漸匹配。但仍有相當(dāng)多的預(yù)言尚未被證實(shí)：

信息悖論

關(guān)于物體跌入黑洞的圖解說(shuō)明 。

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霍金輻射理論的問(wèn)世給理論學(xué)家們帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，即這看起來(lái)成為了唯一可以在物理層面上刪除宇宙中信息的方法。

制造黑洞的物質(zhì)的基本屬性看起來(lái)是完全消失了，而輻射并沒(méi)有告訴我們關(guān)于它們的任何信息。這就是科學(xué)家們嘗試數(shù)十年去解決的所謂的信息悖論。霍金在2016年發(fā)表了他對(duì)這一謎題的看法，即信息并沒(méi)有真的丟失。它被存放在黑洞周圍的零能粒子云中，而這區(qū)域被霍金稱為“軟毛”?；艚鸬暮诙窜浢碚撝皇潜惶岢龅脑S多理論之一，而真正的答案目前并沒(méi)有人知道。

初始黑洞

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黑洞是由原先存在的物質(zhì)，例如恒星，受引力作用坍縮而產(chǎn)生的。但是也有可能存在宇宙非常早期，即大爆炸后不久，就自發(fā)生成的黑洞。

霍金是第一個(gè)深入研究初始黑洞背后理論的人。事實(shí)證明，它們可以擁有幾乎任何程度的質(zhì)量，從非常輕到非常重——盡管由于霍金輻射，真正微小的質(zhì)量已經(jīng)被“蒸發(fā)”成虛無(wú)了。霍金所考慮的一個(gè)耐人尋味的可能性是，原始黑洞可能構(gòu)成了天文學(xué)家們認(rèn)為滲透在宇宙中的神秘暗物質(zhì)。然而根據(jù)LiveScience曾經(jīng)的報(bào)道，最近的觀測(cè)證據(jù)顯示事實(shí)可能并不是這樣。無(wú)論是哪種方式，我們目前并沒(méi)有可以探測(cè)初始黑洞的觀測(cè)工具，或者說(shuō)無(wú)法說(shuō)明它們是否構(gòu)成暗物質(zhì)。

多元宇宙

多元宇宙理論的概念性圖解 。

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霍金在其生命的最后階段修補(bǔ)的其中一個(gè)課題是多元宇宙理論——即我們所在的誕生于大爆炸的宇宙，只是無(wú)限并存的泡沫宇宙其中的一個(gè)。

有一些科學(xué)家認(rèn)為，任何我們可以想象到的荒唐的情況都會(huì)立刻發(fā)生在無(wú)限合集宇宙中的一個(gè)角落。而霍金對(duì)于這一想法并不贊同。因此，在他2018年的最后一篇論文中，霍金尋求，用他自己的話來(lái)說(shuō)，“嘗試馴服多元宇宙”。他提出了一個(gè)新的數(shù)學(xué)框架，雖然沒(méi)有完全遠(yuǎn)離多元宇宙，但是使其呈現(xiàn)為有限的而不是無(wú)限的。但是就和任何平行宇宙相關(guān)的猜測(cè)一樣，我們無(wú)法驗(yàn)證他的想法是否正確。而且看起來(lái)科學(xué)家也不可能很快就可以測(cè)驗(yàn)他的想法。

時(shí)序保護(hù)猜想

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聽(tīng)起來(lái)或許很令人驚訝，但物理學(xué)定律——正如我們今天所理解的那樣——并不禁止時(shí)間旅行。愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論方程的結(jié)局方案包括“時(shí)間狀曲線閉環(huán)”，而這將有效地讓你回到你自己的過(guò)去。但霍金卻被此困擾，他認(rèn)為時(shí)間倒流會(huì)引發(fā)本不可能存在的邏輯悖論。

為此他提出存在一些未知的物理學(xué)定律去阻止時(shí)間狀曲線閉環(huán)的出現(xiàn)——他將其稱為“時(shí)序保護(hù)猜想”。但“猜想”也只是科學(xué)層面的“猜測(cè)”，而我們真的不清楚時(shí)間旅行是否真的存在可能。

沒(méi)有造物主

這幅畫(huà)是米開(kāi)朗基羅在1508-1512年間繪制的西斯廷教堂作品的改編版，描繪了亞當(dāng)觸摸上帝的手指。

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宇宙學(xué)家們最喜歡問(wèn)的問(wèn)題之一是“宇宙大爆炸之前發(fā)生了什么”。霍金則認(rèn)為此類問(wèn)題毫無(wú)意義。就所有意圖和目的而言，時(shí)間本身——包括宇宙和萬(wàn)物——始于大爆炸。

“對(duì)于我來(lái)說(shuō)，這意味著并無(wú)任何可能存在造物主”，霍金說(shuō)道，正如LiveScience之前報(bào)道的那樣，“因?yàn)闆](méi)有時(shí)間讓造物主存在”。這是一個(gè)霍金在他的一生中多次表達(dá)但大多數(shù)人都不同意的觀點(diǎn)。這幾乎可以肯定被歸類到“永遠(yuǎn)不會(huì)以一種方式得到解決”的范疇里。

世界末日預(yù)言

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據(jù)BBC報(bào)道，在霍金的晚年，他對(duì)人類的未來(lái)做出了一系列黯淡的預(yù)言。他可能是認(rèn)真的，也可能不是。

這些范圍從難以捉摸的希格斯玻色子，或 "上帝粒子"，可能觸發(fā)一個(gè)真空泡吞噬宇宙，到敵對(duì)的外星人入侵和人工智能（AI）接管。盡管斯蒂芬-霍金在許多事情上都是正確的，但我們只能希望他在這些方面是錯(cuò)誤的。

BY: Andrew May

FY: zekki

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