万维钢-如何缅怀霍金.docVIP

万维钢 3月14号物理学家霍金去世，相信你的朋友圈一定被刷屏了，昨天在咱们评论区也有很多读者刷屏，让我说说霍金。 霍金是伟大的物理学家吗？他最牛的成就是什么？我们到底该怎么缅怀他？ 今天我就选了几个典型的、多数人关心的问题说说我的看法，争取让你了解的霍金，比从朋友圈知道的能更深刻一些。现在开始。 霍金是牛顿和爱因斯坦之后最伟大的物理学家吗？ “伟大”是个不好测量的指标，“名望”比较容易测量。有一次霍金跟同事在大学餐厅吃饭，两人边吃边聊，这时候一个人走过来跟霍金打了个招呼又走了。同事问霍金“那是谁？”霍金说“那是名望”。名望差不多等于你不认识但是认识你的人的总数。霍金应该是牛顿和爱因斯坦之后最有名望的物理学家。 霍金的名望……是不是有很大一部分是来自《时间简史》这本书？是不是还因为他坐轮椅的形象？ 外形对人的吸引是短暂和肤浅的，畅销书作家也都是浮云。我敢打赌，再过多少年，人们还会继续谈论霍金 —— 因为霍金有真东西。 你能不能具体说说霍金的科学成就，我听说过“宇宙奇点”和“黑洞辐射”。可以说霍金是新物理学的开创者吗？ 很难说霍金开辟了新的物理学疆域，他的主要工作基本都是在已有的框架之内的单点突破。 比如说宇宙学，早在霍金学习物理之前，有关宇宙起源的大爆炸理论就已经有了。霍金开始物理研究的时候，还有一个与大爆炸理论并列的“稳恒态理论”。也就是说，有些科学家相信宇宙起源于一次大爆炸，有些科学家不信。 霍金曾经发表论文说明稳恒态理论有问题，但是最终杀死稳恒态理论、证明大爆炸理论正确的还是有关微波背景辐射的天文观测，不是霍金的论文。不论如何，霍金出手参与之后，就没人相信稳态理论了，大家都认可了宇宙起源于大爆炸。 霍金在宇宙学中的第一个过硬的工作是和彭罗斯一起，使用广义相对论，在大爆炸理论的框架之内，从数学上证明宇宙应该起源于一个“奇点” —— 一个密度无限大、体积无限小的点。这个工作只是阶段性、纯理论性的小试身手，因为奇点内一切物理定律都会失效，这是物理学家无法接受的。 ? 不过霍金后来把量子力学也考虑进来，证明宇宙起源的这个“奇点”的“奇性”是可以去除的，提出一个“无边界”宇宙模型，这个工作就厉害多了。 “黑洞辐射”是霍金的一个特别值得赞美的洞见。传统上我们认为黑洞就是一个……“黑”洞，一切物质掉进去就再也出不来，黑洞的质量只会增加不会减少。但是霍金考虑到量子力学的效应，就发现“黑洞不是这么黑的”。 想要理解这一点，我们首先得知道“真空不是这么空的”。量子力学要求真空中随时都在发生正反粒子的产生和湮灭。也就是说，突然之间，平白无故地就产生一个正的粒子和它的反粒子，然后这两个粒子马上又合在一起消失不见，整个过程稍纵即逝。 考虑到这一点，霍金说，如果正反粒子的产生和湮灭是正好发生在黑洞的边缘，那会出现什么情况？有一种巧合，一对粒子刚刚产生还没有来得及湮灭的时候，正好其中一个粒子 —— 因为距离黑洞稍微近了一点 —— 被拉近了黑洞，而另一个粒子 —— 因为距离黑洞稍微远了一点 —— 被留在了黑洞之外，而且还跑远了。 ? 当然这里面还有一些物理细节我们就不详细讨论了。关键在于，因为黑洞的存在，现在世界上凭空多了一个粒子！而这个粒子是有能量的。那它的能量是从哪里来的呢？只可能是黑洞提供的！ 也就是说，在这个过程中，黑洞损失了能量。根据 E=mc^2，损失能量就是损失质量，所以黑洞的质量会因为这个过程而减少。整个过程就好像是黑洞辐射出来一个粒子一样 —— 当然真实情况是黑洞释放了一个真空中凭空产生的粒子。 这个过程就叫“霍金辐射”。因为霍金辐射，黑洞会被慢慢蒸发掉。 霍金还研究了黑洞的很多性质，比如说两个黑洞合并的话，总面积不会减少，后来这个理论…… 你说的这些确实挺有意思，可是这到底有多大意义呢？我听说物理学家的终极追求是一个“统一理论”，霍金对这个统一理论有什么贡献吗？ 那倒没有。统一理论现在主要是超弦理论和 M-理论，这方面的头面人物是爱德华·威滕。活着的物理学家中，史蒂文·温伯格搞的弱电统一理论也是统一理论的重要一步。霍金对统一理论并没有特别突出的贡献，不过他是M-理论的积极鼓吹者。 这就是为什么我刚才说霍金不是开疆拓土的那种人物。实际上就拿宇宙学来说，现在最重要的一个理论模型是“暴涨”理论，也不是霍金的发明。 霍金是个将才，但不是帅才。物理学的英雄人物实在是太多了。现在活着的物理学家中就有很多人比霍金厉害。 那不还是说，霍金的名望是因为科普和残疾吗？ 不是！霍金的工作的技术含量可能没有别人高，但是他的工作给我们带来了观念的冲击。 对智识分子来说，霍金的最重要贡献在于他用“无边界条件”解决了宇宙起源的“第一推动”问题。我们早就知道，现在宇宙中一切事物的运动受物理定律支配，根本不需要有什么上帝。但是宇宙起源可不一样。 如果宇宙起源于大爆炸，