不要忘了,他始终笑对生活,他已经离开了我们——霍金

2018-03-15 11:06:48 首页

  3月14日,又被称为“圆周率日”(Pi-day),也是现代最伟大的物理学家爱因斯坦的诞辰,如今又要加上一项,是当代最伟大物理学家之一斯蒂芬·霍金逝世的日子。

  是的,霍金的传奇色彩似乎是命中注定的,因为他出生的日子1942年1月8日是意大利著名物理学家伽利略诞辰300周年;从1979年到2009年,霍金又担任剑桥大学的卢卡斯数学教授,这个职位的第二任职者就是历史上最伟大的物理学家牛顿。

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  ▲童年霍金(左)

  霍金的研究课题也跟伽利略、牛顿、爱因斯坦有直接的继承关系——现代天体物理学和宇宙学。

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  最大贡献是奇点定理和霍金辐射

  霍金最初在1970年代的研究是关于黑洞的性质,提出了奇点定理和霍金辐射。

  黑洞是爱因斯坦广义相对论的产物,奇点则是当物质进入黑洞之后,向中心聚集成为没有大小的“几何点”,具有无限大的密度和能量。

  霍金和彭罗斯证明,黑洞中心的奇点是不可避免的,也就是真实存在。在这样的点上我们现有的物理定律都会失效。

  霍金进一步提出,我们的宇宙起源时的大爆炸,实际上可以看成是黑洞奇点的反演。这个研究推动了早期的宇宙学理论进展。

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  ▲年轻时的霍金。

  霍金还发现黑洞面积相当于它的熵,提出了黑洞面积不减定理(这已经被引力波观测所证实),并结合量子力学提出了黑洞蒸发理论,也就是所谓的霍金辐射。

  这个理论指出,由于黑洞附近的量子过程允许从真空里借出部分能量,如果负能量粒子会落到黑洞里面去,黑洞外的正能量粒子逃逸,在我们看来,黑洞就有了辐射,也就是“黑洞不是黑的”。

  霍金辐射目前还没有得到证实,这也是其被认为没有获得诺贝尔物理学奖的原因。

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  ▲霍金游览颐和园。

  对科学的追求从未止步

  霍金后期的工作,集中于弦理论,这项研究试图解决当代物理学的一个主要矛盾,即爱因斯坦广义相对论和量子力学之间不能相容的问题。

  因为广义相对论描述的是广延时空和运动,而量子力学处理的对象是分立的量子现象,如何把它们统一起来吸引了霍金的研究兴趣。

  霍金参与发展了M理论,这种理论认为弦或者膜是组成物质的最基本单元,所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦或膜的不同振动激发态。

  虽然霍金最主要的工作是在上个世纪七八十年代做出来的,但他对于科学的追求从未止步,一直在科学前沿奋斗。

  用华人数学家丘成桐先生的话说,他有“无比的勇气……无比的毅力、无比的集中、无比的兴趣”。

  一直到这个世纪,他仍然在尝试深入理解黑洞和宇宙的本质,并且不惮于推翻自己早年的科学设想。

  比如在2014年初,他还在Nature发表论文,试图解决黑洞理论中的“火墙悖论”,他创新性地提出黑洞的表面可能不是稳定的,从而不存在边界悖论,也就是我们需要从理论重新去理解黑洞表面的性质。

  始终以积极乐观的科学精神鼓励世人

  当然对于我们来说,霍金更是一位畅销科普书作家,无论是他的《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》《我的简史》,还是他和女儿合著的科学小说《乔治的宇宙》,都是现象级的科普书。

  尤其是对于中国读者来说,1992年推出的《时间简史》中文版把大爆炸宇宙学这种全新的宇宙观念带给了每个人,而在这之前我们的教科书依然停留在牛顿的无限宇宙观念上。

  它的出版,推动许多中国年轻学生投入到了现代天体物理学和宇宙学的研究中。

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  ▲霍金最后一条微博,来自霍金微博截图。

  霍金在公众里的名望和他对于科学的热情,使他的每一个举动都成为公众关注的热点,而他也善于利用这种关注推动科学研究的进步。

  比如在2016年,他和扎克伯格等人发起了“突破摄星”项目,致力于通过发射以激光为动力的超轻星际飞船,达到20%光速,从而在二十多年后达到离我们最近的恒星系统半人马阿尔法。

  科学进展的每一步都会面临重重困难,而霍金以他不懈探索的科学精神提醒我们,积极乐观是我们面对广袤而陌生宇宙时最好的生活方式。

  虽然霍金身患重病,但他始终笑对生活。2007年4月26日霍金从佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心出发,乘坐一架由波音727客机改装成的“重力一号”飞机,前往大西洋上空。飞机从10千米的高空急速俯冲到距离地面2400米处,使他在25秒内处于一种接近零重力的状态。我们亦从中看到他主动体验新事物、积极对待生活的达观态度。

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  ▲2007年霍金在大西洋上空的飞机中体验失重飞行。

  最后,让我们回顾霍金家人的声明,作为纪念——

  “我们亲爱的父亲今天去世了,我们深感痛心。他是一位伟大的科学家,也是一位非凡的人,他的工作和遗产将会一直流传。他勇敢、坚韧、辉煌、幽默激励了全世界的人们。他曾经说过,‘如果这个宇宙不是你所爱的人的家园,那它就称不上宇宙。’我们会永远怀念他。”

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  □孙正凡(天体物理学博士)


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