紀念化為浩瀚星辰的斯蒂芬·霍金

3月14日凌晨，被譽為現代最偉大的物理學家之一的斯蒂芬·霍金，悄然離逝。一位傳奇的離開，隨之而來的是充溢著整個屏幕的悼念與懷念，但是，又有多少人有了解過這位堅忍不拔，用畢生精力為人類在宇宙論和黑洞領域開拓道路的偉人的相關理論及成就呢？接下來，就讓我們向大家簡明介紹一下霍金的著名理論及成就：

霍金輻射

霍金輻射，是一種關於黑洞的理論。其要旨是：黑洞會放出黑體輻射。這是由霍金在1972年建立它的數學模型的。霍金輻射的理論能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。其原理為：在「真空」的宇宙中，根據海森堡不確定性原理，會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子，然後瞬間消失，以符合能量守恆。在黑洞視界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外產生的虛粒子對，其中一個被吸引進去，而另一個逃逸的情況。如果是這樣，那個逃逸的粒子獲得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮滅，可以逃逸到無限遠。在外界看就像黑洞發射粒子一樣。這個猜想中的輻射被命名為「霍金輻射」。由於它是向外帶去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的質量也會漸漸變小，消失；它也向外帶去信息，所以不違反信息定律。

奇點定理

奇點是大爆炸宇宙論所說到的一個「點」，即「大爆炸」的起始點。該理論認為宇宙（時間－空間）是從這一「點」的「大爆炸」後而膨脹形成的。奇點是一個密度無限大、時空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的「點」，一切已知物理定律均在奇點失效。我們可以想像，奇點是一種沒有固定形狀的、沒有體積的不可思議的存在。在1970年，霍金和彭羅斯一起開創性地運用拓撲學的方法，證明廣義相對論方程導致奇點解，間接地證明了大爆炸奇點的存在，但這並不是最早的奇點定理。彭羅斯於1965年，吉勒西於1966年，霍金於1967年等都提出過奇點定理。 比較之下，霍金-彭羅斯奇點定理所要求的條件在物理上最容易實現，並且涵蓋面也最廣。而就在約兩周前，霍金參加節目，被問，「每個人都想知道，大爆炸前宇宙是什麼樣的？」他給出答案：「宇宙的邊界就是它沒有邊界，大爆炸前宇宙什麼都沒有。」霍金的奇點定理給許許多多的人帶來了對於「宇宙誕生前是什麼樣子」的好奇與嚮往。奇點定理在物理學中是一個不可或缺的存在，因為人類在對宇宙進行研究的時候，都會用到奇點定理，而且它是我們生活中必不可缺的一個元素，儼然成為我們認識宇宙誕生的一個重要理論。

無邊界宇宙學

這個理論建立在廣義相對論和量子理論的基礎之上，涉及到彎曲時空中的量子場論和量子引力論等多種高深知識。其中給出了著名的無邊界猜想或條件：宇宙的邊界條件就是它沒有邊界。無邊界條件如果成立，則宇宙自給自足，這意味著宇宙不需要上帝創世或者不存在第一推動。宇宙是一個從歐氏空間向洛氏時空的量子轉變，從量子態宇宙或宇宙波函數的觀點來看，歐氏空間來自絕對的無，這就實現了宇宙的無中生有的思想。這個歐氏空間是一個四維球面。在四維球面轉變成洛氏時空的最初階段，時空是可由德西特度規來描述的暴漲階段。然後暴漲結束，再接著由大爆炸模型來描寫。這個宇宙模型中，空間是有限的，但沒有邊界，被稱作閉合的宇宙空間模型。許多人曾嘗試將霍金的封閉宇宙的量子論推廣到開放的情形，但始終未能成功。直到2012年，劍橋大學理論物理學家陳中源嚴格證明了霍金的無邊界猜想，出乎意料的是，不存在量子態宇宙或量子宇宙學，無邊界條件在經典意義上成立，這樣，宇宙沒有邊界，沒有無中生有，沒有創生和毀滅，它徹底自洽自足，僅僅是以有限四維球面的形式存在。由此，宇宙的起源確實是它沒有起源，真正從物理上解決了第一推動問題。而且陳中源還發現了該有限的四維球面宇宙等價於一個無限的四維球體宇宙：整個宇宙本身只是個曲率半徑極「小」的四維球面，但在其局部參考系諸如宇宙中所有事物看來，它卻是個無限的四維球體，由三維球面空間大爆炸「之前」、過去、現在、未來和時間無限久時的所有空間和事物構成。

以上三個理論是霍金在物理學領域最具代表性的成就之一，他不僅從根本上改變了人類看待宇宙的態度，更激勵著人們不斷去探尋茫茫星空背後所隱藏的奧秘。這位幾乎一輩子蜷縮在輪椅上的老人，卻在腦海中構築著自己的浩瀚宇宙，用勇氣與堅持鼓舞了整個世界。只願他帶著堅定的信仰和永不停息的探索之心，飛向宇宙深處，飛向那片未知的星海。

R.I.P

鄭重/文

曾子芹/排

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