3月14日,又被称为“圆周率日”(Pi-day),也是现代最伟大的物理学家爱因斯坦的诞辰,如今又要加上一项,是当代最伟大物理学家之一斯蒂芬·霍金逝世的日子。
是的,霍金的传奇色彩似乎是命中注定的,因为他出生的日子1942年1月8日是意大利著名物理学家伽利略诞辰300周年;从1979年到2009年,霍金又担任剑桥大学的卢卡斯数学教授,这个职位的第二任职者就是历史上最伟大的物理学家牛顿。
▲童年霍金(左)
霍金的研究课题也跟伽利略、牛顿、爱因斯坦有直接的继承关系——现代天体物理学和宇宙学。
最大贡献是奇点定理和霍金辐射
霍金最初在1970年代的研究是关于黑洞的性质,提出了奇点定理和霍金辐射。
黑洞是爱因斯坦广义相对论的产物,奇点则是当物质进入黑洞之后,向中心聚集成为没有大小的“几何点”,具有无限大的密度和能量。
霍金和彭罗斯证明,黑洞中心的奇点是不可避免的,也就是真实存在。在这样的点上我们现有的物理定律都会失效。
霍金进一步提出,我们的宇宙起源时的大爆炸,实际上可以看成是黑洞奇点的反演。这个研究推动了早期的宇宙学理论进展。
▲年轻时的霍金。
霍金还发现黑洞面积相当于它的熵,提出了黑洞面积不减定理(这已经被引力波观测所证实),并结合量子力学提出了黑洞蒸发理论,也就是所谓的霍金辐射。
这个理论指出,由于黑洞附近的量子过程允许从真空里借出部分能量,如果负能量粒子会落到黑洞里面去,黑洞外的正能量粒子逃逸,在我们看来,黑洞就有了辐射,也就是“黑洞不是黑的”。
霍金辐射目前还没有得到证实,这也是其被认为没有获得诺贝尔物理学奖的原因。