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霍金一路走好,他生前有哪些伟大理论?

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时间:2018-03-14  来源:网易科学人  作者: ★推荐请点击G+1→
原题:巨星陨落,霍金一路走好,他生前有哪些伟大理论?
史蒂芬·威廉·霍金生于1942年1月8日,英国物理学家与宇宙学家,生前任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。他是一位传奇的物理天才,也是与病魔抗争的英雄。

整理|网易科学人栏目组 (微信公号ID:WYKXR163)B10免费翻墙网

2018 年3月14日,霍金的家人发布声明:霍金去世,享年76岁。霍金的三个孩子露西、罗伯特和蒂姆在声明中表示,“挚爱的父亲今日过世。我们感到深深地悲痛。 他是一名伟大的科学家,也是一个杰出的人,他的工作和科研成果在未来许多年都将继续延续。他的勇气、执着、才智和幽默激励着全世界人民。”B10免费翻墙网

巨星陨落,霍金一路走好,他生前有哪些伟大理论?

史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)生于1942年1月8日,英国物理学家与宇宙学家,生前任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。他是一位传奇的物理天才,也是与病魔抗争的英雄。B10免费翻墙网

霍金还在牛津大学读书时,那是他在牛津念书的最后一年,他发现自己的动作越来越笨拙,还会莫名其妙地摔跤,有一次还造成了短暂的记忆力轻微丧失。后来,他讲话开始含糊不清,父母因此带他去看了专科医生。B10免费翻墙网

21 岁时,他就被医生诊断为患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,仅剩两年可活。奇妙的是,两年过去了,病情的恶化速度随着时间慢了下来,再次恶化已是五六年后,他再 不能独立行走,几乎每一步都离不开拐杖,慢慢地他丧失了书写能力,可是霍金不愿向命运低头,凭借着自己聪慧的大脑,发展出了一种替代的视觉性方法;35岁 后几乎没有人能听懂他的话,后来,电脑专家华特·沃特斯送给他一个称为“平等者”的程式,可以让他在屏幕上选择单字、单词或字母。平等者的字汇大约有 2500–3000个单字,并内建了一个语音合成器。平等者本来是执行于台式电脑,护士伊莲的先生大卫·梅森是电脑工程师,大卫在霍金的轮椅上设置了一台 小电脑,并且将平等者安装在小电脑里。这样,霍金就不再需要找人做他的翻译,霍金很高兴地说,“与在我失去说话功能前相比,我现在可以更如意地传达信 息。”霍金仍旧可以稍微操控他的手来开启开关,每分钟大约能给出15个单字。每一次演讲前,他会事先准备好讲义,然后用语音合成器把内容发表出来。霍金的 健康仍旧在缓慢恶化。B10免费翻墙网

2005年他开始使用脸颊肌肉的运动来控制他的通讯设备,每分钟大约可以输出一个字。由于这疾病很可能引起闭锁症候群,霍金正与神经学专家研发出一套新系统,让电脑将他的脑波图样翻译为词句。B10免费翻墙网

* 肌萎缩性脊髓侧索硬化症,又称渐冻人症,缩写为ALS,是一种渐进且致命的神经退行性疾病。肌萎缩侧索硬化症由中枢神经系统内控制骨骼肌的运动神经元退化 所致。由于上、下运动神经元退化和死亡,肌肉逐渐衰弱、萎缩。最后,大脑完全丧失控制随意运动的能力。最终会造成发音、吞咽,以及呼吸上的障碍。这种疾病 并不一定会如阿兹海默病般影响病人的高级神经活动。相反,晚期疾病病人可一直保持清晰的思维、保留发病前的记忆、人格和智力。有90%至95%的发病原因 不明。约5%至10%遗传自父母。大约有一半的病例是由两个特定基因引起的。其导致控制随意肌的神经元死亡。B10免费翻墙网

霍金对于理论宇宙学做出重要贡献,特别是对于黑洞奇点、霍金辐射的研究。B10免费翻墙网

霍金的成就可以概括为:B10免费翻墙网

1.奇性定理B10免费翻墙网

贝 尔实验室的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1964年测量到具有各向同性、温度为2,7K的宇宙微波背景辐射。根据大爆炸理论,早期宇宙必定非常酷热与 致密,随着宇宙膨胀,辐射应该会大幅度红移,波长变长、频率降低,至今变成微波。因此,这发现为大爆炸理论提供了有力的证据,并且彻底摧毁了稳恒态理论。B10免费翻墙网

在 这之前,霍金已对稳恒态理论持怀疑态度。当时潘洛斯正在研究黑洞的奇点,他引入拓扑学方法来研究黑洞,并且理论证明利夫希茨和哈拉尼科夫的论述有误:在每 一个黑洞的中心必定存在着一个奇点;在那里有无限高的密度、无限强的引力、无限大的时空曲率。霍金设想,若逆着时间回至宇宙诞生之时,全部物质聚成一点, 这亦即为奇点。霍金应用潘洛斯的方法成功证明,如果广义相对论正确,宇宙具有足够物质,则在宇宙起源将会有一个奇点。B10免费翻墙网

霍金的原本表述保证在 宇宙起源会有一个奇点,后来,他改变了他的主张,他表示,实际而言,宇宙最初不存在奇点,这是因为广义相对论不是一个完整理论,在宇宙初始时期,早于普朗 克时期,由于宇宙的尺寸非常微小,不能忽略量子力学的效应,只靠广义相对论来证明奇点存在是不正确的,必需使用量子力学及广义相对论合并而成的量子引力学 理论来研究这论题。B10免费翻墙网

2.霍金辐射B10免费翻墙网

在1970年以前,大多数物理学者认为黑洞只会吸进物质与电磁波,因此四周“漆黑”一片,黑 洞的质量亦会随之上升。霍金于1974年指出,依据不确定性原理,宇宙真空并不是完全空无一物,由正能量粒子与负能量粒子组成的粒子对,会不停的生成,负 能量粒子不能长久存在,是虚粒子,它必须与正能量粒子在短暂时间内相遇,因此相互湮灭,这样才不会违反能量守恒定律;假若有虚粒子对出现在黑洞的事件视界 外的邻近区域,而其中负能量粒子被吸入黑洞,并且从强劲的引力场获得能量,则正能量粒子就能够自由逃逸,因此,能量会被辐射出去,黑洞质量会逐渐减小,最 终会消失。假若黑洞质量越少,则辐射发射速率越快,加速黑洞的消失。这理论显示出,量子力学可以除去广义相对论所预测的奇点。或许,量子引力学理论也能避 开这棘手的奇点。B10免费翻墙网

这种从黑洞中释出的能量,被称为霍金辐射,由于辐射出射率极其微弱,物理学者无法从观察到它存在的确证。即使黑洞会发射出 霍金辐射,其辐射出射率很弱,并且黑洞还会不停地从宇宙背景辐射吸收能量,这意味着只有当霍金辐射大于宇宙背景辐射时,黑洞的质量才会缓慢减少,并且必需 要经过极长时间后,才能耗尽能量,造成蒸发。这并不意味无法观测到黑洞蒸发,有一种在宇宙初期形成的原生黑洞,由于温度很高,会发射出大量霍金辐射,有些 原生黑洞的寿命大约与宇宙的年龄相等,此时此刻,如果尚未蒸发,它们很可能发射出大量伽玛射线。2008年美国国家航空航天局发射费米伽玛射线空间望远 镜,它可以寻找原生黑洞在蒸发时所发射出的伽玛射线特征信号。根据额外维度理论,大型强子对撞机也有可能制成微黑洞。B10免费翻墙网

3.应用性未确立B10免费翻墙网

比 较相对论及霍金的学说的应用性,前者对引力及能量的描述,为人类带来核能发电,而霍金的宇宙论,尚未能直接应用于现代科技。但是,注意到适当尺寸的原生黑 洞能够发射出功率达到10吉瓦的伽玛射线,假若在不久的将来,物理学者能够找到这类原生黑洞,并且发展出高端科技来利用这种能源,则黑洞学可以带给人类更 多实质利益。B10免费翻墙网

霍金的科普作品主要以下几部,内容主要是在论述观于宇宙、人类的问题。B10免费翻墙网

例如:《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》B10免费翻墙网

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。”B10免费翻墙网

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。B10免费翻墙网

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图片来源:牧夫天文B10免费翻墙网

参考资料:B10免费翻墙网

[1]Kelly, Evelyn B.?Encyclopediaof human genetics and disease. Santa Barbara, Calif.: Greenwood. 2013: 79–80.B10免费翻墙网

[2]?Motor Neuron Diseases Fact Sheet. NationalInstitute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS).?[7 November?2010].B10免费翻墙网

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[3]Kiernan, MC; Vucic, S; Cheah, BC; Turner, MR;Eisen, A; Hardiman, O;Burrell, JR; Zoing, MC. Amyotrophic lateral sclerosis.?The?Lancet. 12 March 2011B10免费翻墙网

[4]?Ferguson, Kitty. StephenHawking: His Life and Work. Transworld. 2011.ISBNB10免费翻墙网

[5]霍金的主要天文理论是什么? 2016.12.10B10免费翻墙网

[6]英国物理学家史蒂芬·霍金去世,享年76岁.网易科技.2018.3.14B10免费翻墙网
来自http://tech.163.com/18/0314/13/DCS4508F00097U81.htmlB10免费翻墙网

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