凡人如何读懂霍金?

我觉得霍金这辈子最大的成就就是不断尝试让普通人理解他和他的小伙伴们所做的工作。他的科普书籍《时间简史》被翻译成40多种语言,售出1000多万册,这也是他在公众里影响力这么

本文最后更新时间:  2023-05-17 08:42:27

我觉得霍金这辈子最大的成就就是不断尝试让普通人理解他和他的小伙伴们所做的工作。他的科普书籍《时间简史》被翻译成40多种语言,售出1000多万册,这也是他在公众里影响力这么大的原因。论起科学成就,杨振宁老先生比他强多了。

时间简史第一版封面

下面就来介绍一下霍金的最大科学成就吧,如果不管它的推导过程,这并不难理解。

霍金最大的科学成就是关于黑洞辐射的理论,即“霍金辐射”:

根据海森堡测不确定原理(粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大,反之亦然),在真空中会出现成对的粒子和它的反粒子,但它们出现的极短时间就相互湮灭了。

如果这对粒子出现在黑洞的视界边缘,由于黑洞的强大引力,使得这对正、反粒子被分开,其中一个可能会被黑洞吸入视界,另一个就会成为实粒子,它就有了质量,有了质量的实粒子可能会逃离黑洞引力场。但这样就违反了能量守恒定律,所以只能有一个解释:实粒子的质量是由黑洞赋予的。这就相当于黑洞在不断的“蒸发”。

霍金辐射解释了什么问题:

宇宙诞生之初,由于空间有限,能量密度极高,就可能会产生一些微黑洞,但是我们并没有观测到这些微黑洞。根据霍金辐射的解释,由于这些黑洞的质量很小,它们在这漫长的岁月里被霍金辐射蒸发了。

在霍金发表黑洞辐射理论前,按照物理界以前的理论,黑洞应该是一个没有任何热辐射的天体,也就是说,它的温度是绝对零度:0k(-273摄氏度),这就与量子物理的观测结果不符:一个离子的温度如果是绝对零度,它的位置和动量就能被同时确定,但这就违背了根据海森堡不确定原理。霍金辐射就解决了这个问题,黑洞不是绝对零度,它的温度与它的质量有关,质量越大温度越低,质量越小温度越高。一个太阳质量的黑洞温度大约为60nk,月球质量大小的黑洞温度大约为2.7k。

霍金辐射还解决了一个问题:把一团炙热的气体(大量的熵)丢入黑洞,那么宇宙的总熵就减少了,而热力学第二定律告诉我们,宇宙的熵总是在增加的。霍金辐射告诉我们,黑洞通过辐射将熵还给了宇宙。

目前为止,还没有观测和实验证实霍金辐射,这就是霍金没有获得诺贝尔奖的原因。但科学界认为霍金辐射是肯定存在的。

根据理论,如果我们能够制造一个更强大的强子对撞机,就可以撞出一个量子黑洞,这样就可以观测到霍金辐射了,这个黑洞因为质量太小,很快就会被蒸发掉。当然,如果霍金是错的,也就是说,黑洞不会通过霍金辐射将质量蒸发,我们的地球就完蛋了……

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