肌肉萎缩

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许多人只记得霍金留下的预言,他却在人世间 [复制链接]

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本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。

年3月14日,现代最伟大的物理学家之一-----斯蒂芬霍金与世长辞,全世界崇拜他的人都为之惋惜,一代天骄不幸陨落,遗憾而令人心酸,同时又为他摆脱了一生的病魔束缚而感到释然。许多人对于霍金的了解仅限于在轮椅上那一个肌肉萎缩的科学家以及他所留下的预言,而看不到他是科学界的巨人,如今谈起霍金,却鲜有人知霍金对科学的伟大贡献!

其实斯蒂芬·霍金留下了许多真知灼见。

-72年黑洞力学:

在这两年,霍金发现黑洞有自己的一套定律,它们反映了热力学定律。后来霍金提出了第二定律,它指出黑洞的总表面面积永远不会变小,至少就经典物理学而言。它又称霍金面积定理,它为物理学家们创造了一个谜题。

这条定律暗示黑洞是热的,这是经典物理学的矛盾,它表示黑洞不能辐射热量。霍金在另一项工作中研究了黑洞的“无毛”定理,它指出黑洞可以用三个数字来表征——质量、角动量和电荷。问题中的“毛”是其他信息,当它落入黑洞时会消失。

-75年黑洞如何消失:

没有什么能逃脱黑洞的,物理学家曾经认为。霍金利用量子理论证明黑洞应该放出热量,最终消失。对于正常黑洞,这个过程很慢。一个黑洞的质量和太阳一样会蒸发,要比宇宙的年龄长。但是较小的黑洞蒸发得更快,在生命的最后,它们以惊人的速度释放热量。在最后十分之一秒,黑洞可能爆炸,能量可能相当于百万吨氢弹。

宇宙波函数:

霍金花了很多时间试图发展量子引力理论。他开始将欧几里德量子引力的想法应用到黑洞中,但年他与芝加哥大学的吉姆·哈特合作。他们一起提出了一个“宇宙的波函数”,理论上,它可以用来计算我们周围所看到的宇宙的性质。

史蒂芬·霍金在自己的领域出版了许多畅销书,与其他宇宙学家不同,他的作品对那些不精通物理、数学或宇宙学术语的日常读者来说是极易接触的。他的写作清晰、简洁、充满幽默感,这是一个令人着迷和令人振奋的变化,因为他在文本中提出的概念是宏大的。其中最著名的自然是年的《时间简史》。

详细来讲,霍金的贡献可以分为以下几点:

1)时空的大尺度结构:

霍金和他的同事GeorgeEllis研究了宇宙的基础和宇宙无限膨胀的本质,用爱因斯坦的广义相对论描述了宇宙在时空上的大尺度结构。经典著作《时空的大尺度结构》包含了这些作品。

2)霍金-彭罗斯定理:

罗杰·彭罗斯爵士和斯蒂芬·霍金在一个定理中证明了爱因斯坦的广义相对论必须在特定的一般物理条件下,在时空的某一点上崩溃。这一点被称为“奇点”。在黑洞内部和宇宙诞生的那一刻都有奇点。

3)霍金辐射:

霍金最伟大的作品。几乎所有的物理学家都曾经认为黑洞只是一个吞咽器,它是一个死的东西,因为我们对它一无所知,因为从它里面什么也得不到。这就是经典的广义相对论。很少有物理学家粗略地推测黑洞可能有点不同。霍金首次将量子力学应用于广义相对论领域,并严格证明了黑洞能够辐射并具有温度。这项工作在“黑洞热力学”和“弯曲时空中的量子力学”领域引发了大量的研究活动。它可以为最终统一的物理理论开辟一条道路,称为“量子引力”,或者更通俗地说是“万物理论”。

4)原始波动:

霍金在解释星系和星系团是如何从早期的同质气体宇宙中形成的(这最终使宇宙中的“生命”成为可能)方面做了一些重要的工作。这一解释是基于极为均匀的早期宇宙中的一些微小波动而来。

5)黑洞信息悖论:

霍金的传奇理论,当黑洞吞噬一切并最终通过“霍金辐射”蒸发时,它吞噬的物体的“信息”就会丢失。但物理学最基本的定律是:信息必须守恒,不能从宇宙中丢失。所以这就产生了一个悖论。

6)无边界条件:

霍金和同事詹姆斯赫特尔开发了一个宇宙的量子力学模型(称为“霍金-赫特尔态”),该模型说宇宙是自足的(就像没有起点的地球表面),但没有边界(我们不能从地球边缘坠落),所以宇宙是有限的。

7)时间简史:

关于《时间简史》,这是史蒂芬·霍金关于宇宙学的畅销书之一,也是我个人的最爱之一。如果你以前从未读过霍金的任何作品,这本书是一个很好的开始,因为它是用容易理解的语言写的,并假设了宇宙的许多奥秘。简单来讲,一本关于宇宙中一些最伟大的问题以及物理学对这些问题的解答的科普书,对普通人来说语言相对简单。

霍金总是提醒人类世界上最大的问题,如全球变暖、人工智能的滥用、与外星人通信的风险、生物战等。他总是说人类必须去其他星球才能生存,地球是不够的。霍金通过他的作品、书籍、讲座等,激励了数以百万计像我这样的普通人、哑巴甚至是许多非常普通的科学家学习科学、研究物理学、研究物理学,为科学造福人类作出贡献。

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