2018年3月14日,闻名于世的物理学家斯蒂芬.霍金(Stephen William Hawking)与世长辞,尽管他成就斐然、且极具传奇色彩的一生划上了休止符,但他对宇宙奥秘的探求心和顽强不屈的意志力仍是一盏熠熠生辉的明灯,给予后继之人希望和方向。风华正茂的年纪,斯蒂芬.霍金发觉自己的行动有一些笨拙,他入学剑桥之后的第一个圣诞节假期,于湖面上滑冰时不慎摔倒,使尽全力也无法撑起身体,便意识到大事不妙,几经周折之后,斯蒂芬.霍金被医生诊断为患上了不治之症,即“渐冻症”。医生认为,渐冻症的患者只有两年左右的预期寿命,这一噩耗让斯蒂芬.霍金极为沮丧,不过,他却幸运的邂逅了一位名叫简.王尔德的女生,不期而遇的爱情给了斯蒂芬.霍金生活下去的信念。
与艾萨克.牛顿和阿尔伯特.爱因斯坦一样,斯蒂芬.霍金是中国人最为熟悉的物理学家之一,他的一些奇思妙想和惊世之言也曾引发中国公众的热议,比如纪录片《跟随斯蒂芬.霍金进入宇宙》中,他声称外星人存在的可能性非常大,其中的一些外星人可能是“太空强盗”,他们会把地球的资源洗劫一空,人类不要主动的寻找和接触他们才好;再比如斯蒂芬.霍金预言地球在200年内会毁灭,人类必须抓紧时间、向地球之外的行星转移。当然,关于斯蒂芬.霍金的轶事仅仅是“锦上添花”而已,他的科学贡献和成就才是重中之重,他发现的三个物理定理足以流芳百世。
(斯蒂芬.霍金)
第一个定理是“黑洞面积不减定理”,斯蒂芬.霍金认为,不考虑量子力学的情况下,黑洞的面积只会增加、不会减少,以“S”表示黑洞的面积,则黑洞面积不减定理的数学公式为S_1 + S_2 < S_3。因黑洞的面积实质上是黑洞的熵,而一个封闭系统的熵一定是增加的,所以黑洞面积不减定理与热力学第二定律是等价的。2016年,激光干涉引力波天文台(简称“LIGO”)发现引力波的过程中,已经证实了斯蒂芬.霍金的黑洞面积不减定理,两个较小黑洞合并为一个较大黑洞,较大黑洞的面积不小于两个较小黑洞的面积之和。相关专家认为,黑洞面积不减定理足以让斯蒂芬.霍金诺贝尔物理学奖,可惜他已经去世了。
第二个定理是“奇点定理”,斯蒂芬.霍金认为一个时空若满足一系列物理条件,则时间受到引力场的作用,总可以自发的产生一个“奇点”,这一系列物理条件为:1.强能量条件成立;2.一般性条件成立;3.满足时序条件;4.以下三个条件之一成立:a.存在封闭陷获面,b.存在紧致无边非时序点集,c.存在一个点,通过这一个点的所有未来(或过去)方向的类光测地线束的膨胀标量θ终会变为负值。“奇点”具有十分重要的物理意义,它要么表示时间起始的地方、要么表示时间终结的地方。
(斯蒂芬.霍金)
第三个定理是黑洞的“热辐射定理”,斯蒂芬.霍金在一篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》的论文中,提出了黑洞的“事件视界”只能暂时性的扣押物质和能量,最终,它们会以其他的形式逃离黑洞,比如能量和信息,同行们把斯蒂芬.霍金的这一观点称为“霍金辐射”。一些物理学家认为,“霍金辐射”是量子力学和广义相对论之间的纽带,也是所有量子引力理论必须满足的一个基础。
(斯蒂芬.霍金)
小考题: 你认为斯蒂芬.霍金的预言会不会实现?地球会不会在200年内毁灭呢?欢迎你留言讨论。
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