霍金“時間簡史”拉上帷幕 留下哪些理論遺產？

中新網3月14日電 2018年3月14日，物理學界一顆“巨星”隕落——被譽為繼愛因斯坦后，最杰出的理論物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)，以76歲之齡與世長辭。

霍金的主要工作都集中于上世紀60年代末70年代初黑洞研究大發展時期，他的早期工作對引力與黑洞領域起到了非常大的促進作用。

其證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發現象和無邊界的霍金宇宙模型。在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面走出了重要一步。

在輪椅上度過了大半生的霍金，從未停止探索宇宙的腳步，他用超人的思維揭示了一個又一個宇宙的奧秘，也為人類對世界的認識做出了許多重大推進，留下許多重要的理論遺產。

1970年：引力坍塌和時空奇點

霍金在70年代研究愛因斯坦的引力理論，他發現在很一般的條件下，空間和時間一定存在奇點，時空似乎被無限彎曲。不過當時還不清楚奇點是否真實存在。倫敦伯克貝克學院的羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)證實，奇點確實會在黑洞中形成。后來，彭羅斯和霍金將同樣的想法應用到整個宇宙中，并表明愛因斯坦的理論預測我們在遙遠過去的奇點，這就是宇宙大爆炸。霍金與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理。

1971年：黑洞面積定理

1971年，霍金在不考慮量子效應，宇宙監督假設和強能量條件成立的前提下，證明了面積定理。在面積定理約束下，兩個等質量黑洞合并，若面積不變可以放出約30%的黑洞能量。

1973年：霍金輻射理論

霍金稱自己通過計算得出結論，黑洞在形成過程中其質量減少的同時，還不斷在以能量的形式向外界發出輻射，這就是著名的霍金輻射理論。該理論提到的黑洞輻射中并不包括黑洞內部物質的任何信息，一旦這個黑洞濃縮并蒸發消失后，其中的所有信息就都隨之消失了，這便是所謂的“黑洞悖論”。這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。因為現代量子物理學認定這種物質信息是永遠不會完全消失的。

1974年：黑洞會爆炸

黑洞會發出耀眼的光芒，體積會縮小，甚至會爆炸——當霍金于1974年做此預言時，整個科學界為之震動。霍金利用量子理論證明，黑洞應該散發熱量并最終消失。當黑洞的質量越來越小時，它的溫度會越來越高。這樣，當黑洞損失質量時，它的溫度和發射率增加，因而它的質量損失得更快。這種“霍金輻射”對大多數黑洞來說可以忽略不計，因為大黑洞輻射的比較慢，而小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到黑洞的爆炸。

1981年：無邊界宇宙學

霍金在1981年提出了一種既自洽又自足的無邊界宇宙學。在這個理論中，宇宙中的一切在原則上都可以單獨地由物理定律預言出來，而宇宙本身是從無中生有而來的(量子意義上)或者沒有起源(經典意義上)。

1982年：量子波動

宇宙膨脹理論認為，宇宙在誕生初期經歷了一段驚人的膨脹期。1982年，霍金率先展示了量子波動——也就是物質分布的微小變化——是如何通過膨脹引起宇宙中星系擴散的。在這些微小的漣漪中，播下了我們所知道的恒星，行星和生命的種子。麻省理工學院物理學教授馬克斯·泰格馬克說：“這是科學史上最美麗的想法之一。”

1988年：《時間簡史》

霍金給人類留下的流傳最廣的書籍莫過于《時間簡史》，首次出版于1988年。在該書里，霍金探究了已有宇宙理論中存在的未解決的沖突，并指出了把量子力學、熱動力學和廣義相對論統一起來存在的問題，該書的定位是讓那些對宇宙學有興趣的普通讀者了解他的理論和其中的數學原理。這本書成為全球科學著作的里程碑，它被翻譯成40種文字，暢銷全球。

1998年：“開放暴脹”理論

1998年，霍金和數學物理教授圖羅克修正了自己曾經參與創立的宇宙大爆炸理論，第一次提出了“開放暴脹”理論。這一理論認為，宇宙的最初模樣如同一個豌豆大小的物體，懸浮在一片沒有時間的真空里。“豌豆”狀的宇宙在大爆炸前的一瞬間內經歷了被成為“暴脹”的及其快速的膨脹過程，宇宙最終無限膨脹下去，而不是膨脹到一定程度就會在引力的作用下坍塌……

2015年：突破聆聽

2015年7月，霍金曾宣布啟動一項人類歷史上規模最大的外星智慧生命的搜索行動，名為“突破聆聽”(The Breakthrough Listen) 。這項行動將通過掃描宇宙的方式進行搜尋，歷時10年，并將耗費一億美金。

2016年：突破攝星

2016年，霍金和俄羅斯投資大亨尤里·米爾納共同啟動了“攝星計劃”，希望以五分之一的光速將飛行器送至半人馬座α星，以此讓星際航行變成現實，更好地了解宇宙，給科學和太空探索帶來革命性的變化。霍金還透露Facebook的創始人兼首席執行官馬克·扎克伯格也加入了該計劃的董事會，為“突破攝星”助一臂之力。

2018年3月14日，屬于霍金的“時間簡史”拉上了帷幕。這位物理學巨人的謝幕，讓整個世界為他悼念。

時間是否有長短？黑洞是否存在？外星人何時降臨？他留下許許多多仍未解決的問題，隱身于蒼茫的宇宙中，等待后人的探索。(完)