霍金对物理学的贡献.pdfVIP

  1. 1、本文档共8页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
  5. 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
  6. 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们
  7. 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
  8. 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多

霍金对物理学的贡献

2018年3月14日,英国物理学家霍金在轮椅上走完了他的

一生,享年76岁。

霍金的一生极富传奇性。他以一副病躯,执着于思考宇宙、

黑洞、时空等深奥的主题。一般人以这样的身体条件,大概能对

科学泛泛地有所了解就已经很不错了,而霍金对宇宙的研究,可

以说代表了当前人类对宇宙认识的高峰,所以他本人,早已成为

人类强大的精神可以战胜脆弱的肉体的一个象征。在这篇文章里,

让我们来盘点一下他留给我们的精神遗产——他对物理学的贡

献。

证明黑洞内部必存在奇点

霍金一生的工作是跟黑洞联系在一起的,我们就从黑洞谈起。

2017年因引力波研究获诺贝尔物理学奖的美国物理学家基

普索恩·在一本书中写道:

在人类大“脑所有的概念中,包括氢弹、独角兽,最为奇特的

可能就是黑洞。它有确定的边界,任何东西都会掉进去却没有东

西能逃出来。它有极强的引力场,以至光线也在它的掌握之中。

它扭曲了空间和时间。像那些奇形怪状的野兽一样,黑洞似乎更

适合安居在科学幻想或古老的神话里,而不是现实的宇宙中。然

而现代物理学定律确实预言了黑洞的存在。银河系里就可能有上

1/8

百万个黑洞。”

黑洞有两大特征:一是中心藏着一个密度无限大的点,叫奇

点;二是外围有一个圈,叫视界。那是黑洞内外的分界线,外界

的东西一过视界,连光也休想再从里面出来。不过要注意,视界

并非实体。你要是掉进黑洞,在往奇点坠落的过程中是感觉不到

视界的存在的。

如今,这两点已是关于黑洞的常识,但在上个世纪60年代,

即霍金刚踏入学术圈的时候,大家却对奇点的存在深表怀疑。因

为它的密度无限大,这一点让物理学家接受不了。在他們眼里,

出现无限大,意味着预言黑洞存在的广义相对论有什么地方错了。

让物理学家不得不直面奇点的是英国物理家彭罗斯和霍金。

1965年,他们在黑洞研究中引入拓扑学,从数学上严格证明:在

广义相对论框架内,每个黑洞内部必然藏有一个密度无限大的奇

点;要想让黑洞中心不出现奇点,是不可能的。这一结论被称为

黑洞的彭罗斯“-霍金奇性定理”。

最令人惊讶的是,奇性定理具有很强的普适性,适用于一切

现实中坍缩的恒星。这就打消了一些物理学家的念头,告诉他们

必须接受奇点这个难以理解的东西。彭罗斯和霍金因此项贡献共

同获得1988年的沃尔夫物理学奖。

此外,在整个1960年代,彭罗斯和霍金等一批物理学家结

合拓扑学和广义相对论,创立了一套有力的数学工具,现在我们

2/8

称之为整体方法“”。1970年,霍金和彭罗斯利用这套方法证明,

我们的宇宙在它大爆炸膨胀的开端有一个时空的奇点;如果它有

一天会再次坍缩,那么必然还会在大挤压中产生奇点。

黑洞蒸发和霍金辐射

1970年11月的一个晚上,霍金正准备睡觉,忽然有了一个

想法,它来得那么急,令他差点喘不过气来。

这个是由一个简单的问题引起的:当两个黑洞碰撞合并在一

起时,视界的面积会发生什么变化?

在那个不眠之夜,霍金凭着他深刻的直觉猜测:不论黑洞如

何旋转,如何碰撞,最终黑洞视界的面积一定总是大于原来黑洞

视界面积之和。后来,他从理论上严格证明了这一点。

这个结论被称为黑洞面积“定理”,其更准确的表达是:在某

个区域内,只要没有黑洞移出这个区域,那么所有黑洞的表面积

(即视界面积)之和随着时间的推移总是只增不减的。

没料到,这个发现开启了黑洞研究的新篇章。

首先是美国物理学家贝肯斯坦注意到,这个黑洞面积定律跟

热力学第二定律极其相似。在热力学第二定律中,一个隔绝孤立

系统的熵也具有“随着时间的推移只增不减”的性质。他认为,这

不是巧合,黑洞的面积必定跟黑洞的熵有着某种内在的联系。

刚开始,这一想法受到包括霍金在内的许多物理学家的嘲笑。

嘲笑是不无道理的。因为从经典的角度看,黑洞除了一个奇点,

3/8

什么都没有;那个所谓的视界,其实并非实体;黑洞内部空空如

也,所有东西都被奇点吞噬。你要是朝黑洞扔一袋气体,这袋

文档评论(0)

158****5170 + 关注
实名认证
文档贡献者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档