01
霍金的学术成果
时间过得很快,转眼,霍金就已经离世一周年了。
说起霍金,我们知道他很有名,是个伟大的科学家,这没错。
道霍金没有得过诺贝尔奖,这当然不说明什么。但霍金最重要的科学成果是什么呢?很多人可能说不上来,甚至说出来都不太听得明白。
简单的说,霍金的主要科学成果是“宇宙奇点”和“黑洞辐射”(霍金辐射)。
宇宙奇点这个东西是用广义相对论,在宇宙大爆炸理论框架内,用数学证明宇宙是起源于一个奇点。这不算很厉害,但他后来引入了量子力学,证明这个奇点的“奇性”是可以去除的,提出了“无边界宇宙模型”。这个就厉害了。
这个“无边界宇宙模型”厉害在他解决了宇宙起源的第一推动问题。我们知道宇宙起源于大爆炸,起源于一个奇点,这之前什么都没有,也没有时间,没有一切物理定律。那么是上帝推动了这一切么?霍金的“无边界宇宙模型”解决了这个第一推动的问题。
黑洞辐射也就是霍金辐射,是霍金真正意义上的代表理论,也是其科研巅峰。
我们知道黑洞这个东西,会吸收周围一切东西,包括光。而霍金用数学证明了,黑洞会辐射能量,在很长的时间里,黑洞会蒸发掉。这个证明过程我就不科普了,有兴趣的可以上网找来看。
这个理论很重要,但因为没有实验条件来证实,所以很可能因为“尚未证实”才没能得诺奖。因为就算是第一个测量到霍金辐射的人也足可以得奖了。
我们知道爱因斯坦得诺奖也不是因为广义相对论,而直到近百年后,才有科学家在广义相对论领域获奖。
02
学术巅峰是如何来的?
说起霍金,大部分人在听到这个名字的时候,其实他已经不出产什么科学成果了。这跟爱因斯坦等很多科学家一样,最厉害的成果都是在很年轻时就做出来了。
霍金的学术巅峰就是“霍金辐射”,说起这个学术成果的得来,还挺蹊跷。事情大概是这样的:
1970年左右,霍金和彭罗斯证明了黑洞两条定理,一是奇点定理,二是黑洞面积定理。
有个年轻科学家贝根斯坦根据黑洞面积定理推导出了贝根斯坦公式,证明黑洞表面积和它的熵成正比。
霍金对这个公式很反对,认为黑洞面积定理跟热力学没有关系,至少在数学上是这样的。所以霍金还邀请了两位物理学家和他一起重新推导贝根斯坦公式,虽然没有发现错误,但还是坚持立场,认为黑洞面积像熵,但不是熵。
虽然不认同,但之后,霍金在默认贝根公式正确的基础上,把质量、动量加上一个“量子化”的条件,继续推导黑洞随时间的演化,得到了黑洞会像外辐射能量这个结论。
霍金虽然在情感上不认同贝根斯坦公式,但是用了两年的时间重新推导它,并在默认它是正确的基础上,继续推导出了其他更有意思的结论。这种思考方式,也是只有这种伟大的科学家才会这么做。
03
霍金的科普成果
霍金在科学理论上的成就跟爱因斯坦、牛顿之类的当然还远不能比,甚至比不上杨振宁。但他为什么还是那么有名,还是一个学术明星,因为他的毛病,因为他那轮椅么?
其实最主要的还是因为他在科普上做的贡献,那比谁都多。
《时间简史》这本书大家应该都听过,很多人也看过。这本1988年出版的书,总销量超过2500万册。
后续10几年,霍金又出版了一系列根据后来10几年宇宙学进展写成的时间简史姐妹篇《时间简史续篇》、《黑洞、婴儿宇宙及其他》、《果壳中的宇宙》,加起来也有上千万册的销量。是一个名副其实的畅销书作家。
他在晚年还参与了《辛普森一家》、《星际迷航:下一代》的拍摄,在美剧《生活大爆炸》的,他客串了剧中的霍金。根据他的生平,拍摄了《万物理论》和《霍金传》两部电影。其中《万物理论》中小雀斑还凭霍金这个角色拿到了奥斯卡影帝。
除了这些传播力巨大的电影电视剧,他参加的演讲更是不计其数,虽然坐在轮椅上,但他一直在为科普事业做着贡献。
最后,无论作为科学家,还是科普人,霍金都是值得缅怀的。
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