人物素描霍金的黑洞理论

霍金的黑洞理论

“我的手指还能活动，我的大脑还能思维;我有终身追求的理想，我有爱和爱我的亲人朋友;对了，我还有一颗感恩的心……”在一次新闻发布会上，一位女记者提出一个刁钻的问题，但霍金还是以恬静的微笑这样回答。霍金不仅以他的成就征服了科学界，也以他顽强搏斗的精神征服了世界。许多人说，霍金是以《时间简史》等科普读物以及传奇人生赢得盛名的。实际上并非如此。

霍金的研究对象是宇宙，但他对观测天文从不感兴趣，只有几次用望远镜观测过。与传统的实验、观测等科学方法相比，霍金的方法是靠直觉。

“黑洞不黑”这一伟大成就就来源于一个闪念。在年11月的一个夜晚，霍金在慢慢爬上床时开始思考黑洞的问题。他突然意识到，黑洞应该是有温度的，这样它就会释放辐射。也就是说，黑洞其实并不那么黑。

这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。年11月，霍金正式向世界宣布，黑洞不断地辐射出X光、伽马射线等，这就是有名的“霍金辐射”。而在此之前，人们认为黑洞只吞不吐。

从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制，霍金对量子宇宙论的发展做出了杰出的贡献。霍金获得年的沃尔夫物理奖。

霍金的理论主要就解释了两大问题：黑洞的中心究竟是什么？在黑洞的边缘发生了什么？

年，霍金与罗杰·彭罗斯合作，用严谨的数学推理证明：如果你能进入黑洞中心，就会发现黑洞的所有质量都会汇聚到一个点——奇点上，一个体积无限小、弯曲无限大、密度无限大、引力无限大的点。

之前，人们对奇点的形成有争论，认为在形成奇点的过程中会发生其他的事情。而霍金和彭罗斯一起，从理论上证明了黑洞中心奇点的存在。这也是他学术生涯中第一个举足轻重的定理：奇点定理——黑洞的中心存在一个奇点。

那黑洞的边缘又会发生什么？

最初，霍金也跟主流科学界一样，认为黑洞是一个只吞不吐，永远吃进周围的物质，质量不断增加的物体。然而经过思考和研究，他创立了一个理论：黑洞确实在放出黑体辐射，而且黑洞的质量是在不断减小的。这一切，被称为“霍金辐射理论”。

为了解释自己的这个理论，霍金在学术界破天荒地用了相对论之外的另一套物理体系——量子力学。

量子力学告诉我们，时空是分散的。在真空中，随时会凭空出现一对虚粒子对：一个正粒子和一个反粒子，一个携带正能量，一个携带负能量。这些虚粒子会凭空出现，存在极小的一段时间，然后因相互碰撞、结合而湮灭。因为它们存在的时间极其短而无法被检测到，所以将它们称为“虚粒子”。

而霍金把这一理论用在了对黑洞边缘的研究上。霍金认为，如果剛好有一对虚粒子，产生在黑洞的边缘，由于黑洞的引力很强，有可能有一个跌入黑洞，而另一个没有。因为两个虚粒子一个有正质量，一个有负质量，因此被吸入的，是负质量的那个。

按照量子理论，这对正反粒子应该是一出现，马上就会互相碰撞湮灭而达到能量守恒，然而在这种情况下，一个粒子被吸入黑洞，另一个粒子没法跟它碰撞湮灭。一个虚粒子，变成一个有正能量的实粒子。那这个能量是哪里来的？

霍金的解释是，这个离开黑洞的粒子的质量，一定是从黑洞本身的质量而来的。黑洞吞了一个负能量的粒子，减少了自己的质量，而有另一个含有能量的粒子离开了黑洞。这一切在外面看来，就像黑洞在发射粒子。这些粒子是从黑洞边缘空虚的空间里变出来后逃逸的，并在逃逸过程中带走了黑洞的能量。

与此同时，坠入黑洞的粒子质量为负，在它们的作用下，黑洞变得越来越小，直至消失。当然，这个过程非常漫长。由于质量不断变小，黑洞自己也有生命的终点。它最终会变成一个迷你黑洞，在黑洞生命的最后阶段，这个迷你黑洞会爆炸，其威力相当于万颗百万吨级的氢弹。在一场大爆炸中，黑洞灰飞烟灭，奇点也会爆炸。

我们现在所处的宇宙，曾经就是一个奇点，即所谓的“宇宙大爆炸奇点”。随着这个奇点的爆炸，才形成了星系、恒星、行星以及此刻拿着手机缅怀霍金的你和我。

世间万物，都由此而来，这就是宇宙的起源。

在宏观和微观的世界里，我们创立了两种不同的体系来解释不同的事物。多少年来，科学界一直想找出一个方法，能够统一相对论和量子力学。然而这一直没有谁能完成，而霍金用相对论和量子力学来解释黑洞边缘，解释黑洞质量减小的理论，却是在当时走出了这大一统的第一步。

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