不要忘了,他始終笑對生活,他已經離開了我們——霍金
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3月14日,又被稱為“圓周率日”(Pi-day),也是現代最偉大的物理學家愛因斯坦的誕辰,如今又要加上一項,是當代最偉大物理學家之一斯蒂芬·霍金逝世的日子。
是的,霍金的傳奇色彩似乎是命中註定的,因為他出生的日子1942年1月8日是意大利著名物理學家伽利略誕辰300週年;從1979年到2009年,霍金又擔任劍橋大學的盧卡斯數學教授,這個職位的第二任職者就是歷史上最偉大的物理學家牛頓。
▲童年霍金(左)
霍金的研究課題也跟伽利略、牛頓、愛因斯坦有直接的繼承關係——現代天體物理學和宇宙學。
最大貢獻是奇點定理和霍金輻射
霍金最初在1970年代的研究是關於黑洞的性質,提出了奇點定理和霍金輻射。
黑洞是愛因斯坦廣義相對論的產物,奇點則是當物質進入黑洞之後,向中心聚集成為沒有大小的“幾何點”,具有無限大的密度和能量。
霍金和彭羅斯證明,黑洞中心的奇點是不可避免的,也就是真實存在。在這樣的點上我們現有的物理定律都會失效。
霍金進一步提出,我們的宇宙起源時的大爆炸,實際上可以看成是黑洞奇點的反演。這個研究推動了早期的宇宙學理論進展。
▲年輕時的霍金。
霍金還發現黑洞面積相當於它的熵,提出了黑洞面積不減定理(這已經被引力波觀測所證實),並結合量子力學提出了黑洞蒸發理論,也就是所謂的霍金輻射。
這個理論指出,由於黑洞附近的量子過程允許從真空裏借出部分能量,如果負能量粒子會落到黑洞裏面去,黑洞外的正能量粒子逃逸,在我們看來,黑洞就有了輻射,也就是“黑洞不是黑的”。
霍金輻射目前還沒有得到證實,這也是其被認為沒有獲得諾貝爾物理學獎的原因。
▲霍金遊覽頤和園。
對科學的追求從未止步
霍金後期的工作,集中於弦理論,這項研究試圖解決當代物理學的一個主要矛盾,即愛因斯坦廣義相對論和量子力學之間不能相容的問題。
因為廣義相對論描述的是廣延時空和運動,而量子力學處理的對象是分立的量子現象,如何把它們統一起來吸引了霍金的研究興趣。
霍金參與發展了M理論,這種理論認為弦或者膜是組成物質的最基本單元,所有的基本粒子如電子、光子、中微子和夸克都是弦或膜的不同振動激發態。
雖然霍金最主要的工作是在上個世紀七八十年代做出來的,但他對於科學的追求從未止步,一直在科學前沿奮鬥。
用華人數學家丘成桐先生的話説,他有“無比的勇氣……無比的毅力、無比的集中、無比的興趣”。
一直到這個世紀,他仍然在嘗試深入理解黑洞和宇宙的本質,並且不憚於推翻自己早年的科學設想。
比如在2014年初,他還在Nature發表論文,試圖解決黑洞理論中的“火牆悖論”,他創新性地提出黑洞的表面可能不是穩定的,從而不存在邊界悖論,也就是我們需要從理論重新去理解黑洞表面的性質。
始終以積極樂觀的科學精神鼓勵世人
當然對於我們來説,霍金更是一位暢銷科普書作家,無論是他的《時間簡史》《果殼中的宇宙》《大設計》《我的簡史》,還是他和女兒合著的科學小説《喬治的宇宙》,都是現象級的科普書。
尤其是對於中國讀者來説,1992年推出的《時間簡史》中文版把大爆炸宇宙學這種全新的宇宙觀念帶給了每個人,而在這之前我們的教科書依然停留在牛頓的無限宇宙觀念上。
它的出版,推動許多中國年輕學生投入到了現代天體物理學和宇宙學的研究中。
▲霍金最後一條微博,來自霍金微博截圖。
霍金在公眾裏的名望和他對於科學的熱情,使他的每一個舉動都成為公眾關注的熱點,而他也善於利用這種關注推動科學研究的進步。
比如在2016年,他和扎克伯格等人發起了“突破攝星”項目,致力於通過發射以激光為動力的超輕星際飛船,達到20%光速,從而在二十多年後達到離我們最近的恆星系統半人馬阿爾法。
科學進展的每一步都會面臨重重困難,而霍金以他不懈探索的科學精神提醒我們,積極樂觀是我們面對廣袤而陌生宇宙時最好的生活方式。
雖然霍金身患重病,但他始終笑對生活。2007年4月26日霍金從佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心出發,乘坐一架由波音727客機改裝成的“重力一號”飛機,前往大西洋上空。飛機從10千米的高空急速俯衝到距離地面2400米處,使他在25秒內處於一種接近零重力的狀態。我們亦從中看到他主動體驗新事物、積極對待生活的達觀態度。
▲2007年霍金在大西洋上空的飛機中體驗失重飛行。
最後,讓我們回顧霍金家人的聲明,作為紀念——
“我們親愛的父親今天去世了,我們深感痛心。他是一位偉大的科學家,也是一位非凡的人,他的工作和遺產將會一直流傳。他勇敢、堅韌、輝煌、幽默激勵了全世界的人們。他曾經説過,‘如果這個宇宙不是你所愛的人的家園,那它就稱不上宇宙。’我們會永遠懷念他。”
□孫正凡(天體物理學博士)
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