霍金的著名理论都有哪些

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霍金

————万物理论

今天中午一个不可置信的消息刷屏了朋友圈——霍金去世了。

起初在群里看到这个消息的时候，网小筹第一反应是“假的吧！”。然而随着越来越多主流媒体的发声，网小筹才终于接受这个事实——虽然不愿相信，但那个一生潜心研究黑洞和宇宙、教大家如何时空旅行、不停提示人类需警惕人工智能取代人类的物理学天才，真的陨落了……

对于霍金，大家都知道多少呢？小时候对时空旅行非常感兴趣，所以小筹最早知道霍金，是因为《时间简史》——虽然这本书实在有些难懂，至今也没有读下来，但霍金关于时空旅行的经典理论，比如超过光速行驶可能穿越时空，比如通过虫洞可能穿越时空等，是曾经让小筹怀抱时空旅行梦想的一个希望。

然而，小筹还没能穿越时空呢，霍金就不在了……

当然，时空穿梭方面的研究仅仅是霍金所有成就中的冰山一角，其在宇宙和黑洞方面的研究曾经为全人类开启了新世界的大门。

霍金

资料显示，斯蒂芬·威廉·霍金（StephenWilliamHawking），年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。

霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症（卢伽雷氏症），全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。

霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。

霍金最主要的三个成就

霍金的成就可以概括为：

第一，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是不完备的。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。在奇点处经典物理的定律失效。人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。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(那时还没有这个生动的称呼)的不可能性。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。

第二，黑洞理论。人们知道，在经典引力论的框架里，黑洞只能吞噬物质，而不能吐出物质。黑洞的表面(视界)犹如地狱的入口，是一个有去无返的单向膜。霍金曾经证明视界的面积是非减的。年霍金发表了《黑洞在爆炸吗？》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。在论文中，他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，温度就会升高，最终导致黑洞的爆炸。在这被称为霍金辐射的场景中，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，后来才在天文学的许多观测上证实了它的普遍存在。现在，人们的共识是，每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞。

第三，无边界宇宙理论。霍金在80年代初，创立了量子宇宙学的无边界学说。他认为，时空是有限而无界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始时的第一推动。宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。这样就把上帝从宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了无所事事的“造物主”，它再也无力去创造奇迹。亚里士多德、奥古斯丁、牛顿等人曾在宇宙中为上帝杜撰的那个关于“第一推动”的神话，完全是虚幻的。量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源。若干年前，宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了这个预言。

关于时空旅行

霍金曾提出三种理论上可行的时空旅行方式。为了实现时光旅行，霍金首先建议人们接纳时间作为第四维的观念。他举了一个非常简单的例子：当人们驾驶汽车时，向前直行和向后倒车是第一维，向左或向右转弯是第二维，在山路上爬坡和下坡是第三维，那么时间就是第四维。我们怎样才能找到在第四维前行或后退的路径呢？

方法一：虫洞

在科幻电影中，奇形怪状的时间机器借助巨大的能量打开一条穿越时光的隧道，时光旅行者勇敢地走进隧道，去无法确定的时间和地点进行冒险……霍金表示，现实的操作可能并非如此，但这种想法其实并不疯狂。对于物理学家来说，时光隧道也许就是虫洞。霍金说，虫洞就在我们周围，只是小到肉眼无法看见。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。有朝一日，人类也许能够捕获某一个虫洞，将它放大到足以使人类甚至宇宙飞船从中穿过。但霍金警告说，不要利用时间机器回到过去，因为这将导致违反基本的因果论。

方法二：黑洞

霍金在文章中说，时间就像是一条河流，在不同的地段会有不同的流速，而这正是实现通往未来之旅的关键。根据爱因斯坦的理论，时间在有些地方会过得更慢，而在另一些地方会过得更快。当飞船在太空中加速时，对飞船的宇航员来说，时间的流逝速度会有所放慢。比整个银河系还要重的超大黑洞可以更为明显地降低时间流逝的速度。霍金说，这种超大黑洞就像是一部天然的时间机器。如果一艘宇宙飞船进入超大黑洞，并按照地球指挥中心的要求完成了16分钟绕轨道一周的飞行，而对于宇航员来说，时间只过去了8分钟。如果他们在超大黑洞内执行5年任务，返回地球时会发现已过去了10年。这种时光旅行方式的问题在于，接近超大黑洞的危险太大。方法三：以接近光速的速度飞行

霍金指出，另一种方法是设法达到比避免被黑洞吸入所需速度更快的速度。如果能够建造出速度接近光速的宇宙飞船，那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速最快的法则，而致使舱内的时间放慢。宇航员以这种方式飞行一个星期，地球上的时间就过去了年，从而实现通往未来之旅。

霍金的主要作品

《时间简史》《黑洞、婴儿宇宙及其他》《胡桃里的宇宙》《在巨人的肩膀上》《新时间简史》《上帝创造了整数》《大设计》《我的人生简史》。

世界级顶尖杂志《天文学》对他有这样的评价：“当20世纪物理学的成就被客观地承认时,史蒂芬·霍金的成就将被大书特书地载入科学史册。”

最后，让我们缅怀这位伟大的物理天才，一位可以与宇宙对话的奇才，默哀。

END

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