斯蒂芬·霍金是當(dāng)代最知名、最活躍度物理學(xué)家之一，2018年3月14日，這位偉大的科學(xué)家與世長辭，享年76歲。
這位為國人所熟知的科學(xué)家在晚年最關(guān)注的問題只有兩個：人工智能和太空移民。
我們大多都聽到過霍金先生的言論，包括“移民火星”“地球毀滅論”“人工智能將占領(lǐng)地球”等等。
在這些言論之外，究竟是什么讓這位經(jīng)歷坎坷的學(xué)者為眾人所熟知，他究竟擁有哪些物理學(xué)方面的成就？
今天，就讓我們一起來看一下霍金先生的代表作——《時間簡史》。
《時間簡史》作為霍金先生的代表作，也是全世界最知名的科普經(jīng)典，暢銷1000多萬冊，曾被翻譯成40多種文字。
在這本書中，霍金先生介紹了20世紀(jì)物理學(xué)的基礎(chǔ)知識，涵蓋范圍很廣，從相對論到量子力學(xué)，從宇宙膨脹到基本粒子，從黑洞到?jīng)_動，都有所涉及。
更重要的是，霍金先生還介紹了“奇點定理”和“霍金輻射”這兩個自己最重要的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，以及試圖解決宇宙起源問題的“無邊界宇宙模型”。
我們重點將圍繞這三項內(nèi)容展開闡述。
一、奇點定理
在20世紀(jì)以前，人們往往認(rèn)為宇宙是靜止的。其中，以大名鼎鼎的愛因斯坦為主。
為了印證自己關(guān)于維持靜態(tài)宇宙的假設(shè)，愛因斯坦甚至在自己的方程式里加入了一項“宇宙常數(shù)”，以確保方程的成立，而這，被稱為“愛因斯坦一生中最大的錯誤?！?/p>
而在發(fā)明了哈勃望遠(yuǎn)鏡的艾德溫·哈珀等科學(xué)家的觀測過程中發(fā)現(xiàn)，宇宙中的絕大部分星系都在遠(yuǎn)離地球而去，而且離地球越遠(yuǎn)的恒星，離開地球的速度也就越快。
這意味著，宇宙就像是氣球一樣，在不斷的膨脹。
宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)意味著，在很久以前，宇宙必然比現(xiàn)在小，所有的物質(zhì)都會緊緊地集中在一起。
霍金和彭羅斯經(jīng)過長期的觀測和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)證明，得出一個結(jié)論，如果廣義相對論是正確的，而且宇宙中的確有我們觀測到的那么多物質(zhì)，如果把時間往前推150億年，那所有星系之間的距離都是0，那么宇宙一定誕生于一個奇點之中。
而所謂奇點，就是體積無限小、彎曲程度無限大、密度無限大、引力無限大的一個點。宇宙就誕生于“奇點”之中。
這也就是目前科學(xué)界關(guān)于宇宙誕生的主流共識——“奇點大爆炸”或者稱之為“宇宙大爆炸”理論的來源。
二、無邊界宇宙模型
在“宇宙大爆炸”的模型中，無法解決宇宙起源的問題。
由于宇宙大爆炸模型中，宇宙誕生于“奇點”。但包括廣義相對論在內(nèi)的所有物理定律，都會在奇點處失效，因為所有的物質(zhì)、空間和時間都是在大爆炸之后才出現(xiàn)的，而我們?nèi)祟惖奈锢韺W(xué)知識全部是用于研究這類問題，那么在大爆炸之前的任何事件，對我們來說都沒有任何意義，或者說根本就不存在，因此人類無法直接研究奇點。
而在這一推論下，就為上帝的存在留下了空間。（因為奇點之前的任何東西，也只有所謂的“上帝”才能夠創(chuàng)造，窮極人類的學(xué)識也無法探知奇點爆炸之前的宇宙景象。）
再無邊界宇宙模型中，宇宙是“有限無界”的，沒有邊界和奇點?；艚鹫J(rèn)為，宇宙是完全自給自足的，不受任何外來事物影響，沒有創(chuàng)生和消滅的時刻，它就是存在本身，并不需要上帝來創(chuàng)造。
那么什么是“無邊界宇宙模型”？在霍金的認(rèn)知里，這是一個空間和時間交織在一起所組成的四維宇宙。在這個宇宙中，時空就像是地球的表面，在范圍上是有限的，但卻沒有形成邊界，也沒有形成奇點?？茖W(xué)規(guī)律在任何一個時空點上都適用，不會發(fā)生崩潰。
三、霍金輻射
“霍金輻射”也就是“黑洞輻射”?；艚鹄昧孔恿W(xué)中的“不確定性原理”提出，黑洞也會發(fā)出輻射，并不是完全黑的。
那么，我們都知道，黑洞的引力極大，連光都不可能逃出黑洞的吸引，那黑洞又怎么可能發(fā)出輻射？
霍金提出，黑洞的邊緣在一刻不停地產(chǎn)生粒子，其中帶有負(fù)能量的粒子會被吸到黑洞里去，但還有一些帶正能量的粒子，可以從黑洞的邊緣逃脫。在外界看來，就好像是黑洞不斷地向外發(fā)射粒子，這就是黑洞輻射，也叫“霍金輻射”。
以上，就是霍金最為重要的兩項理論和一種模型假設(shè)，不得不說，霍金給人類開出了很大的腦洞。雖然在現(xiàn)有條件下，人們還很難探測、驗證，但也不妨礙這種假說為我們科學(xué)進(jìn)步提供的參考依據(jù)和重要價值。
同時，也愿霍金先生在天安好。
