纪念化为浩瀚星辰的斯蒂芬·霍金

2018年3月14日凌晨，被誉为现代最伟大的物理学家之一的斯蒂芬·霍金，悄然离逝。一位传奇的离开，随之而来的是充溢着整个屏幕的悼念与怀念，但是，又有多少人有了解过这位坚忍不拔，用毕生精力为人类在宇宙论和黑洞领域开拓道路的伟人的相关理论及成就呢？接下来，就让我们向大家简明介绍一下霍金的著名理论及成就：

霍金辐射

霍金辐射，是一种关于黑洞的理论。其要旨是：黑洞会放出黑体辐射。这是由霍金在1972年建立它的数学模型的。霍金辐射的理论能说明如何降低黑洞的质量而导致黑洞蒸散的现象。其原理为：在“真空”的宇宙中，根据海森堡不确定性原理，会在瞬间凭空产生一对正反虚粒子，然后瞬间消失，以符合能量守恒。在黑洞视界之外也不例外。斯蒂芬·威廉·霍金推想，如果在黑洞外产生的虚粒子对，其中一个被吸引进去，而另一个逃逸的情况。如果是这样，那个逃逸的粒子获得了能量，也不需要跟其相反的粒子湮灭，可以逃逸到无限远。在外界看就像黑洞发射粒子一样。这个猜想中的辐射被命名为“霍金辐射”。由于它是向外带去能量，所以它是吸收了一部分黑洞的能量，黑洞的质量也会渐渐变小，消失；它也向外带去信息，所以不违反信息定律。

奇点定理

奇点是大爆炸宇宙论所说到的一个“点”，即“大爆炸”的起始点。该理论认为宇宙是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的。奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”，一切已知物理定律均在奇点失效。我们可以想象，奇点是一种没有固定形状的、没有体积的不可思议的存在。在1970年，霍金和彭罗斯一起开创性地运用拓扑学的方法，证明广义相对论方程导致奇点解，间接地证明了大爆炸奇点的存在，但这并不是最早的奇点定理。彭罗斯于1965年，吉勒西于1966年，霍金于1967年等都提出过奇点定理。 比较之下，霍金-彭罗斯奇点定理所要求的条件在物理上最容易实现，并且涵盖面也最广。而就在约两周前，霍金参加节目，被问，“每个人都想知道，大爆炸前宇宙是什么样的？”他给出答案：“宇宙的边界就是它没有边界，大爆炸前宇宙什么都没有。”霍金的奇点定理给许许多多的人带来了对于“宇宙诞生前是什么样子”的好奇与向往。奇点定理在物理学中是一个不可或缺的存在，因为人类在对宇宙进行研究的时候，都会用到奇点定理，而且它是我们生活中必不可缺的一个元素，俨然成为我们认识宇宙诞生的一个重要理论。

无边界宇宙学

这个理论建立在广义相对论和量子理论的基础之上，涉及到弯曲时空中的量子场论和量子引力论等多种高深知识。其中给出了著名的无边界猜想或条件：宇宙的边界条件就是它没有边界。无边界条件如果成立，则宇宙自给自足，这意味着宇宙不需要上帝创世或者不存在第一推动。宇宙是一个从欧氏空间向洛氏时空的量子转变，从量子态宇宙或宇宙波函数的观点来看，欧氏空间来自绝对的无，这就实现了宇宙的无中生有的思想。这个欧氏空间是一个四维球面。在四维球面转变成洛氏时空的最初阶段，时空是可由德西特度规来描述的暴涨阶段。然后暴涨结束，再接着由大爆炸模型来描写。这个宇宙模型中，空间是有限的，但没有边界，被称作闭合的宇宙空间模型。许多人曾尝试将霍金的无边界条件推广到一般情形，但始终未能成功。直到2012年，剑桥大学理论物理学家陈中源严格证明了霍金的无边界猜想，出乎意料的是，不存在量子态宇宙或量子宇宙学，无边界条件在经典意义上成立，这样，宇宙没有边界，没有无中生有，没有创生和毁灭，它彻底自洽自足，仅仅是以有限四维球面的形式存在。由此，宇宙的起源确实是它没有起源，真正从物理上解决了第一推动问题。通过一系列的方程推导和证明，陈中源还发现了该有限的四维球面宇宙等价于一个无限的四维球体宇宙：整个宇宙本身只是个曲率半径极“小”的四维球面，但在其局部参考系诸如宇宙中所有事物看来，它却是个无限的四维球体，由三维球面空间大爆炸“之前”、过去、现在、未来和时间无限久时的所有空间和事物构成。

以上三个理论是霍金在物理学领域最具代表性的成就之一，他不仅从根本上改变了人类看待宇宙的态度，更激励着人们不断去探寻茫茫星空背后所隐藏的奥秘。这位几乎一辈子蜷缩在轮椅上的老人，却在脑海中构筑着自己的浩瀚宇宙，用勇气与坚持鼓舞了整个世界。只愿他带着坚定的信仰和永不停息的探索之心，飞向宇宙深处，飞向那片未知的星海。

R.I.P

郑重/文

曾子芹/排

来源：QQ快报 责任编辑：小易