霍金成了伟大的天体物理学家,他取得的成就有哪些?

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查看11 | 回复3 | 2007-12-17 21:20:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
霍金是谁?他是一个大脑,一个神话,一个当代最杰出的理论物理学家,一个科学名义下的巨人……或许,他只是一个坐着轮椅,挑战命运的勇士。 智慧的大脑诞生了 史蒂芬·霍金,出生于1942年1月8日,这个时候他的家乡伦敦正笼罩在希特勒的狂轰滥炸中。 霍金和他的妹妹在伦敦附近的几个小镇度过了自己的童年。多年以后,他们的邻居回忆说,当霍金躺在摇篮车中时非常引人注目,他的头显得很大,异于常人———这多半是因为霍金现在的名声与成就远远异于常人,邻居不由自主地要在记忆里重新刻画一下天才儿童的形象。 不过霍金一家在古板保守的小镇上的确显得与众不同。霍金的父母都受过正规的大学教育。他的父亲是一位从事热带病研究的医学家,母亲则从事过许多职业。小镇的居民经常会惊异地看到霍金一家人驾驶着一辆破旧的二手车穿过街道奔向郊外——汽车在当时尚未进入英国市民家庭。然而这辆古怪的车子却拓展了霍金一家自由活动的天地。 霍金热衷于搞清楚一切事情的来龙去脉,因此当他看到一件新奇的东西时总喜欢把它拆开,把每个零件的结构都弄个明白——不过他往往很难再把它装回原样,因为他的手脚远不如头脑那样灵活,甚至写出来的字在班上也是有名的潦草。 霍金在17岁时进入牛津大学学习物理。他仍旧不是一个用功的学生,而这种态度与当时其他同学是一致的,这是战后出现的青年人迷惘时期——他们对一切厌倦,觉得没有任何值得努力追求的东西。霍金在学校里与同学们一同游荡、喝酒、参加赛船俱乐部,如果事情这样发展下去,那么他很可能成为一个庸庸碌碌的职员或教师。然而,病魔出现了。 病魔出现了 从童年时代起,运动从来就不是霍金的长项,几乎所有的球类活动他都不行。 到牛津的第三年,霍金注意到自己变得更笨拙了,有一两回没有任何原因地跌倒。一次,他不知何故从楼梯上突然跌下来,当即昏迷,差一点死去。 直到1962年霍金在剑桥读研究生后,他的母亲才注意到儿子的异常状况。刚过完21岁生日的霍金在医院里住了两个星期,经过各种各样的检查,他被确诊患上了“卢伽雷氏症”,即运动神经细胞萎缩症。 大夫对他说,他的身体会越来越不听使唤,只有心脏、肺和大脑还能运转,到最后,心和肺也会失效。霍金被“宣判”只剩两年的生命。那是在1963年。 起初,这种病恶化得相当迅速。这对霍金的打击是可想而知的,他几乎放弃了一切学习和研究,因为他认为自己不可能活到完成硕士论文的那一天。然而,一个女子出现了。 轮椅出现了 霍金的病情渐渐加重。1970年,在学术上声誉日隆的霍金已无法自己走动,他开始使用轮椅。直到今天,他再也没离开它。 永远坐进轮椅的霍金,极其顽强地工作和生活着。 1991年3月,霍金在一次坐轮椅回柏林公寓,过马路时被小汽车撞倒,左臂骨折,头被划破,缝了13针,但48小时后,他又回到办公室投入工作。 又有一次,他和友人去乡间别墅,上坡时拐弯过急,轮椅向后倾倒,不料这位引力大师却被地球引力翻倒在灌木丛中。 虽然身体的残疾日益严重,霍金却力图像普通人一样生活,完成自己所能做的任何事情。他甚至是活泼好动的——这听来有点好笑,在他已经完全无法移动之后,他仍然坚持用惟一可以活动的手指驱动着轮椅在前往办公室的路上“横冲直撞”;在莫斯科的饭店中,他建议大家来跳舞,他在大厅里转动轮椅的身影真是一大奇景;当他与查尔斯王子会晤时,旋转自己的轮椅来炫耀,结果轧到了查尔斯王子的脚趾头。 当然,霍金也尝到过“自由”行动的恶果,这位量子引力的大师级人物,多次在微弱的地球引力左右下,跌下轮椅,幸运的是,每一次他都顽强地重新“站”起来。 1985年,霍金动了一次穿气管手术,从此完全失去了说话的能力。他就是在这样的情况下,极其艰难地写出了著名的《时间简史》,探索着宇宙的起源。霍金取得巨大成功,但生活的现实取代了爱情的浪漫,他和简的婚姻走到了尽头。 来自直觉的启示:黑洞不黑 霍金的研究对象是宇宙,但他对观测天文从不感兴趣,只有几次用望远镜观测过。与传统的实验、观测等科学方法相比,霍金的方法是靠直觉。 “黑洞不黑”这一伟大成就就来源于一个闪念。在1970年11月的一个夜晚,霍金在慢慢爬上床时开始思考黑洞的问题。他突然意识到,黑洞应该是有温度的,这样它就会释放辐射。也就是说,黑洞其实并不那么黑。 这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。1973年11月,霍金正式向世界宣布,黑洞不断地辐射出X光、伽马射线等,这就是有名的“霍金辐射”。而在此之前,人们认为黑洞只吞不吐。 从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制,霍金对量子宇宙论的发展做出了杰出的贡献。霍金获得1988年的沃尔夫物理奖。 畅销书之王:《时间简史》 霍金的科普著作《时间简史———从大爆炸到黑洞》在全世界的销量已经高达2500万册,从1988年出版以来一直雄踞畅销书榜,创下了畅销书的一个世界纪录。在这本书里,霍金力图以普通人能理解的方式来讲解黑洞、宇宙的起源和命运、黑洞和时间旅行等。 在《时间简史》一书的开头,霍金指出:“有人告诉我,我在书中每写一个方程式,都将使销量减半。于是我决定不写什么方程。不过在书的末尾,我还是写进一个方程,爱因斯坦的著名方程E=mc2。我希望此举不致吓跑一半我的潜在读者。”现在看来,霍金完全是多虑了。
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千问 | 2007-12-17 21:20:31 | 显示全部楼层
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千问 | 2007-12-17 21:20:31 | 显示全部楼层
霍金的成就:①斯蒂芬·威廉·霍金的研究为今天我们理解黑洞和宇宙本源奠定了基础,不过据他本人指出,他在动画片《辛普森一家》(The Simpsons)和科幻剧集 《星际迷航:下一代》(Star Trek:The Next Generation)中的演出也同样精彩。②霍金在《大设计》中强调,宇宙不需要一个造物主或“上帝”,以“哲学已死”开篇,这意味着人类将从愚昧的自我奴役超脱出来,其否认了纯哲学和宗教可以真正解释自然,这也表明各大宗教只是古代精神世界探索未知,追求不灭解脱的体系,而非客观真理。随着时代的进步,人类文明也当奋起直追,不甘落后,这就是为什么世代有识之士追求存在、生命和宇宙的意义。解决这些命题本来应该是哲学家的任务,可惜科学的高度发展使得哲学无法跟上。霍金在《大设计》的开篇中说到“哲学已死”就是这个意思。③霍金希望解开宇宙诞生之时的奥秘,1970年代时,霍金将量子力学应用于解释黑洞现象,在之后的30年中,用量子力学解释整个宇宙已经变得更加困难了。霍金想找到一套可以完美解释整个宇宙现象的理论来说明137亿年诞生直到现在的宇宙,但是多年过去了就算无限接近他仍然没有得出结论。按照他的量子力学理论,宇宙诞生是大爆炸产生的,这是一个被压缩的无限小却具有超大重力的物质(也可以理解成密度无限大)爆炸的产物。量子力学的理论范畴不能够解释这一个过程是如何进行?为什么会这样?霍金说“那必须有一套可以描述小规模重力的理论”。④最新的科学突破是霍金的同事,伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林(Michael .Green)参与建构的超弦理论,简称为“弦论”,这理论指出所有粒子和自然力量,其实都是在震荡中的像弦一样的微小物体,解决了霍金一直想努力解答的重力问题,这个理论必须建立在宇宙必须有9、10甚至是大于11个的维度中,而人类身处的三维世界可能仅仅是真正的宇宙的其中一个膜……⑤为数众多的世界各地科学家正在太空和地球做相关的实验来证明弦论以及从实验来证明从而支持霍金的黑洞理论和量子理论。2014年1月24日,英国著名科学家斯蒂芬·霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界,在日前发表的一篇论文中承认,“黑洞是不存在的”,不过“灰洞”的确存在。在这篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的论文中,霍金指出,由于找不到黑洞的边界,因此“黑洞是不存在的”,这是为了解决“防火墙”问题于新理论中设定“黑洞不存在”,其并非真不存在。黑洞的边界又称“视界”,经典黑洞理论认为,黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部,而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界。⑥霍金的最新“灰洞”理论认为,物质和能量在被黑洞困住一段时间以后,又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认,自己最初有关视界的认识是有缺陷的,光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时,它的运动就像人在跑步机上奔跑一样,慢慢地通过向外辐射而收缩。“经典黑洞理论认为,任何物质和辐射都不能逃离黑洞,而量子力学理论表明,能量和信息是可以从黑洞中逃离出来的。”霍金同时指出,对于这种逃离过程的解释需要一个能够将重力和其他基本力成功融合的理论。在过去近一百年间,物理学界没有人曾试图解释这一过程。⑦对于霍金的“灰洞”理论,一些科学家表示认可,也有人持怀疑态度。美国卡夫立理论物理研究所的理论物理学家约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)指出,根据爱因斯坦的重力理论,黑洞的边界是存在的,只是它与宇宙其他部分的区别并不明显。其实,早在2004年霍金就曾做出过类似表示。当年7月21日,霍金在“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上指出,黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样,对其周遭的一切“完全吞噬”,事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来。⑧1973年,霍金称自己通过计算得出结论,黑洞在形成过程中其质量减少的同时,还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的霍金辐射理论,该理论提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息,一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后,其中的所有信息就都随之消失了,这便是所谓的“黑洞悖论”。这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。⑨30多年来,霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示,黑洞中量子运动是一种特殊情况,由于黑洞中的引力非常强烈,量子力学在此时已经不再适用了。霍金的这种说法并没有让科学界众多持怀疑态度学者信服。现在看来,霍金终于给了这个当年自相矛盾的观点一个更具有说服力的答案。霍金称,黑洞从来都不会完全关闭自身——霍金辐射,它们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量,随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。⑩2016年8月16日,海法以色列理工学院的教授杰夫斯坦豪尔(Jeff Steinhauer)在出版的《自然物理学》杂志中一篇论文上证明了霍金辐射的量子效应。他制造一种声音黑洞而非光黑洞,使用的是带声音粒子即声子“视界”的长管。2014年斯坦豪尔教授发现,视界上随机产生了声子。在他最新的结果中,斯坦豪尔证明这些声子是一对相关声子中的一个,从而证明了霍金辐射的量子效应。
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千问 | 2007-12-17 21:20:31 | 显示全部楼层
黑洞~宇宙爆炸学~我知道的就这些
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