除了成为世界知名的宇宙学家之外,霍金还成为

但霍金最持久的遗产将是20世纪下半叶最重要的物理学家 - 一位研究人员,他将阿尔伯特·爱因斯坦和维尔纳海森堡等早期作品的作品结合在一起,形成一种接近对行为的连贯解释的东西。宇宙。[ 8我们从斯蒂芬霍金的书中学到了令人震惊的事情 ]

“我们过去有一个奇点”

没有好的天才故事从一开始就没什么好开始,所以霍金的第一个伟大成就也是他在剑桥大学的博士论文。

霍金的论文于1966年获得批准,提出了一个引人注目的论点:整个宇宙始于一个单点,无限小而密集,蜷缩在自身之上 - 一切都在一开始。或者,正如他后来简明扼要地写道:“我们过去有一种奇点。”

这是今天人们普遍理解的大爆炸的第一次描述:在遥远的时间里,一个无限小的点突然出现在我们现代的,不断扩展的宇宙中。

正如霍金在他2005年的演讲“ 宇宙的起源 ”中所描述的那样,他的论文到达了科学家已经看到空间的巨大鸿禾注册网址空间,即星系之间的裂缝正在扩大的时刻。但他们不确定为什么。一些物理学家提出了大爆炸概念的较弱版本,减去了奇点。但另一种称为稳态宇宙的理论占主导地位。

“随着星系分离,”霍金谈到稳态宇宙,“这个想法是新的星系将由本质上不断在整个太空中产生的物质形成。宇宙将永远存在并且看起来一样一直。”

换句话说,许多科学家认为宇宙正在扩张,但在某种程度上它没有开始也鸿禾注册网址没有结束。

正如传记作者基蒂弗格森在她的书“斯蒂芬霍金:一个不受约束的心灵”(圣马丁格里芬,2012年)中所写的那样,霍金在21世纪2163年ALS诊断后的几个月里一直在抑郁症中挣扎,并且这种精神疾病持续存在,他可能从未到过他的论文。但根据弗格森的说法,他的抑郁症逐渐平息,因为很明显他的表现超出了预期,当他被授予剑桥治理研究生规则的例外,允许他嫁给他的第一任妻子简尔德。

在他到达博士论文主题之前的那段时间里,霍金报告说,他们对研究人员忙于工作的方式感到沮丧,他认为这些工作最终是微不足道的。

“人们很高兴能找到[爱因斯坦]场方程式的任何解决方案;他们并没有问它有什么物理意义,如果有的话,”他后来在2002年的生日讲座中说道。

这种挫败感导致他第一次出类拔萃。正如弗格森所述,霍金于1964年6月前往听取着名天文学家和稳态宇宙理论倡导者弗雷德霍伊尔的演讲。在演讲期间,霍金变得如此沮丧,以至于他靠着他的手杖自己站起来挑战霍伊尔的一个结果。[ 天才肖像:斯蒂芬霍金展览照片 ]

“一个惊讶的霍伊尔问霍金他怎么可能判断结果是对还是错,”弗格森写道。“霍金回答说他'已经解决了'。”

弗格森写道,观众留下了深刻的印象,霍伊尔对这位不知名的研究生感到“愤怒”,他似乎在讲座中撕裂了教授的研究。(事实上??,霍金与霍伊尔的一名学生成为朋友,并在讲座前很久就开始攻击这个想法。)

不久之后,弗格森写道,霍金了解了数学家罗杰彭罗斯提出的宇宙学理论:广义相对论中理论上的奇点,即无限密度和时空曲率,实际上可能出现鸿禾注册网址 在足够大的恒星自身崩溃时。[ 8种方法你可以看到爱因斯坦在现实生活中的相对论 ]

“霍金从那里起飞,”弗格森写道,“扭转了时间的方向,并考虑如果一个无限密度点和无限时空曲率 - 一个奇点 - 向外爆炸扩张会发生什么。假设宇宙开始像即,假设时空,在一个微小的,因次点紧蜷缩着,在爆炸就是我们所说的大爆炸和膨胀,直到它看起来它今天的方式。也许它已经发生了这样?一定是发生鸿禾注册网址这样呢? “

霍金开始工作,通过强有力的支持计算来支持他的猜测。他的博士论文基于这些计算,于1966年获得批准。这些计算,以及随后十年与彭罗斯合作进行的后续研究,为科学家对大爆炸的现代理解奠定了基础。

大约在同一时间,稳态宇宙理论的某些关键预测开始失败实验测试,巩固了霍金作为早期宇宙真实历史的发现者的地位。

黑洞爆炸?

如果霍金在他的职业生涯中唯一的成就是发现宇宙的历史形态,他仍然会成为一个巨人 - 与罗莎琳德富兰克林一起提到的人,他发现了双螺旋形状的DNA,或者尼古拉斯哥白尼,他首先提出了太阳系的日心说模型。但这只是霍金两项决定性成就中的第一项。

第二,霍金辐射,需要对两件事情有点了解:黑洞和空间的量子力学。

首先,关于黑洞:黑洞是一颗已经坍塌的恒星,变得如此引力强烈,以至于光线不能从中心周围的区域逃逸。除此之外,称为事件视界,时空是如此弯曲,以至于落在裹尸布后面的一切都将永远消失。根据20世纪70年代早期的这种理解,一个黑洞永远不会发光,永不缩小,永远不会失去质量; 它只会增加质量并将更多的空间带入其笼罩的领土。

第二,关于量子力学:到霍金的职业生涯时,科学家们早就知道海森堡的不确定性暗示着空的空间并非空洞。相反,它会与“虚拟”粒子 - 物质 - 反物质对一起出现,它们一起出现,分离然后相互撞击并在太短的时间内消灭而无法测量。(科学家们直到今天仍在争论这些虚拟粒子是否真的存在,或者只是因为它们奇怪的概率本质而在量子方程中出现。)

弗格森写道,在1973年夏末,斯蒂芬和简霍金参加了在波兰华沙举行的系列讲座,庆祝哥白尼诞辰500周年。在那里,霍金遇到了两位苏联物理学家,雅科夫·鲍里索维奇·泽尔多维奇和他的学生阿列克谢·亚历山德罗维奇·斯塔宾斯基,他们已经证明旋转黑洞的能量会在他们的事件视野之外产生粒子。Zel'dovich和Starobinsky 在他们的演讲中说,这些粒子会照顾到太空,在他们去的时候,它会消除黑洞的一些旋转。最终,Zel'dovich和Starobinsky 鸿禾注册网址 说,黑洞将停止旋转。

弗格森写道,这个想法一直停留在霍金的头上,然后他回到剑桥,重复并完善了泽尔多维奇和Starobinksy的计算。但当他第一次接受他们的结果时,一些新的东西展开了。

“令我惊讶和烦恼的是,我发现即使是非旋转的黑洞也应该以稳定的速度创造和发射粒子,”他后来在1988年出版的“时间简史”一书中写道。[ 最好的科学书籍 ]

这就是为什么,正如他在那本书中解释的那样:

如果在空间中存在黑洞并且已经定义了事件视界,并且如果空间不断地与虚拟的“自毁灭粒子对”缠绕,那么有时这些粒子必须在黑洞的事件视界的边缘处存在。事实上,一些这些粒子对必须看起来完美地定位,其中一个负质量反物质粒子分离到事件视界的一侧而另一个正质量物质粒子分离到另一侧。

霍金意识到,这种奇怪的情况会有效地将粒子从他们的虚拟半导体“提升”到完全的现实中,因为他们已经足够分离而不会消灭。这意味着能量和质量的粒子似乎从黑洞的事件视界表面流出。从他在1974年出版的一篇名为“黑洞爆炸”的论文中描述的那种能量流,从物理学家以前认为是永远黑暗的物体向外辐射出来,取名为霍金辐射。

霍金辐射深刻地改变了物理学家对宇宙理解的方式。在霍金认识到之前,科学家们认为,任何输入黑洞的物质或能量都会永远从更广阔的宇宙中消失,因此黑洞的事件视界将充当宇宙的一些东西永远不会返回的墙壁。

但霍金的发现表明,随着时间的推移,黑洞会越来越快地腐烂。对于从事件视界表面流入更广阔宇宙的每个正粒子,具有负能量和质量的负粒子将回落到事件视界之外的空间中,从而减少锁定在那里的总质量和能量。随着时间的推移,这个过程会导致黑洞缩小。随着它们的缩小,它们会随着霍金的辐射变得更加活跃并且收缩得更快。

霍金预测,宇宙必须包含“ 原始黑洞 ”,它不是来自坍缩的恒星,而是来自早期宇宙的极端压力。他推断,这些黑洞在数十亿年间会大幅缩小,而它们的小事件视野将会产生强大的霍金辐射。

他在“时间简史”中写道: “这些洞几乎不值得被称为” 黑色:它们真的是白热化 “。

鸿禾注册网址最终,霍金决定,他们会爆炸。

当霍金开始分享这个想法时,弗格森在“一个不受约束的心灵”中写道,他的同伴们认为它既是辉煌的,也是异端的。当彭罗斯听到它的低语时,他就像物理学家坐在他1974年的生日晚宴上一样打电话给霍金,并祝贺他这么久以至于他的晚餐变冷了。但几个月后,霍金提出建议的研讨会的主持人上台宣布它“完全是垃圾”。

今天,它被认为是一个基本的科学事实。

超越黑洞

“黑洞爆炸”后的四十五年?霍金继续发表研究报告,探讨宇宙的基础 - 包括攻击他自己早期贡献的想法。(例如,参见2014年自然界令人吃惊的标题,“斯蒂芬霍金:没有黑洞”。)

霍金在他后来的科学传播者职业生涯中最为着名。他随后又推出了他的1988年经典着作“时间简史”,另外还有10本科普作品和一本回忆录,名为“我的简史”(兰登书屋,2013)。

如果不承认霍金长期衰退的背景,就不可能谈论霍金对人类对宇宙认识的巨大贡献。霍金对物理学的两个开创性贡献来自于他从一个能够独自行走的年轻人转变为一个被限制在轮椅上的男人,他的言论含糊不清并依赖他的妻子转录他的思想的同一时期。 。

ALS使身体瘫痪,但是 - 至少在霍金的情况下 - 它不会损害心灵。为此,弗格森写道,霍金一直认为自己“非常幸运”。

“1964年确实如此,现在是这样,”弗格森写道,“就霍金而言,他的身体问题越少越好。我在1989年的第一本关于他的书采访中认识到,如果我要写他的科学工作而完全没有提到做这样的工作对他来说可能比对大多数人来说更能取得成就,这对他来说很合适。“

在他的激进主义背景下,霍金似乎最容易讨论残疾,这一点非常重要。1999年,他加入了包括南非活动家德斯蒙德·图图在内的12位知名人士,签署了一份章程,呼吁世界各国政府改变与残疾人的关系,并扩大改善残疾人生活的服务。

霍金也是全民医疗保健和英国国民健康服务(NHS)的重要捍卫者,他们在2017年 8 月的一次演讲中攻击保守党卫生部长杰里米·亨特,因为资金不足并支持该计划。

“如果没有NHS,我就不会在这里,”霍金说。

当他评论人工智能或外星人时, 霍金倾向于最关注他对人类未来的看法。但他在这个问题上发表的大部分声明都更为实际:反对战争,担心美国总统唐纳德特朗普解散气候变化可能会破坏地球,并加入全球学术抵制以色列的行列。鸿禾注册网址