每当提及物理学领域当中有着卓越贡献的人物时,大家总会想到这样几个人,牛顿、爱因斯坦以及霍金。
这之中,距离我们这一代人最近的物理学家就是霍金了,他在世时也一直活跃在大众的视野当中,所以霍金对许多人来说更加熟悉。
>宇宙之王(宇宙之王是谁)
作为著名的物理学家,当然要有真正的理论成就,才能担得起这个称号。那么,备受关注的霍金在物理学上的真实水平究竟如何呢?他对物理学到底有哪些贡献?
霍金的全名为斯蒂芬·威廉·霍金,出生于1942年1月8日。值得一提的是,霍金诞生的那一天刚好是被称为“现代物理学之父”的伽利略逝世300周年的纪念日,“天才”的诞生总是有着诸多的巧合。
童年的霍金
霍金的一生也并不是顺风顺水的,甚至可以说是异常的坎坷。因为他在21岁时就患上了卢伽雷氏症,这种病也被叫做肌肉萎缩性侧索硬化症,一旦患病身体就会慢慢瘫痪,甚至到最后连说话的能力也会丧失。所以我们在媒体报道中看到的霍金,都是坐在轮椅上的。
如果大家了解过霍金的家世,就会发现“天才”的成长之路与家庭背景是息息相关的。他的父亲和母亲都毕业于牛津大学,是各自研究领域之内的专家,可以说,家学渊源对于霍金的成长起着关键的作用。那么,霍金在物理学领域到底展现出了怎样的天赋呢?
第一个重要的成就,就是其提出的霍金辐射,也叫作黑洞辐射。这一理论是他在1973年时发现的,他通过考察黑洞周边的量子效应,发现黑洞也会不断向外部发出辐射,而这种辐射会使黑洞的质量慢慢减小,直至消失。但是这个过程是非常漫长的,很难被人类直接观测到。
不过,霍金辐射说到底只是他个人根据量子效应理论推测出的假说,目前尚未被完全证实。科学家认为,等到未来的观测科学不断发展,我们也许有机会证实这一假说,实际观测到所谓的“霍金辐射”。
第二个成就则是非常有名的“奇点定理”,这一定理是霍金与罗杰·彭罗斯一起证明的,而罗杰·彭罗斯正是2020年诺贝尔物理学奖的获得者。最初的奇点定理实际是彭罗斯提出的,但是霍金在大致了解之后,就把研究方向转向了这一理论,最终将这一定理推至宇宙大爆炸模型和大坍缩模型当中。
霍金的完善证明了宇宙大爆炸有一个“初始的奇点”而大坍缩也有着“终极奇点”,也就是说宇宙不再是“无限无源”的,而是有始有终的。在他的博士论文当中,就有着对彭罗斯奇点定理的改进和完善,占据了很大的篇幅,如果大家有兴趣可以去了解一下。因此,霍金对于奇点定理的发展是做出了重要贡献的,这一点可以算作他的成就之一。
最后,则是“无边界宇宙模型”地提出。自从人类知道自己的存在只是宇宙的沧海一粟之后,就开始想象宇宙的样子,根据不同的宇宙理论建立了许多宇宙模型。霍金作为研究宇宙学的一员,也根据自己的理论,创建了特有的无边界宇宙模型。
霍金的无边界宇宙模型的设想是:“宇宙的边界条件是它没有边界,只有当宇宙处于这个无边界状态时,科学定律自身才能确定每种可能历史的概率。”
所以,霍金的无边界宇宙模型不仅克服了从前大爆炸宇宙模型遭遇的“奇点疑难”,还形象地向我们展示出了宇宙演化的大致情况。换句话说,宇宙的爆炸和坍缩都是在超密状态下进行的,这种情况下时间就具备了连续性,让我们很难察觉到。
此外,无边界宇宙模型的建立还有着显著的哲学意义。作为无神论的忠实拥护者,霍金认为,宇宙本来就是自给自足的,既无边界也无边缘,因此,所谓的上帝亦或是造物主完全没有藏身之处和存在的必要,宇宙不需要任何“神”来进行启动。
以上就是霍金在物理学方面获得的成就,不难看出,许多理论都是具备开创性意义的,尤其是像霍金辐射的提出。所以霍金在世时经常被人们叫做“活着的爱因斯坦”或者是“宇宙之王”也很正常,可是成就斐然的霍金为啥得不了诺奖呢?
诺贝尔奖应该是大众最熟悉的一个奖项了,不少学科的研究者会将获得诺贝尔奖作为自己事业奋斗的终极目标,足以看出这一奖项的分量有多重。按理来说,霍金提出了那么多极具开创性又意义非凡的理论,应当早就能获得诺贝尔奖了,可是直到他2018年去世时,都并未获得这一奖项。
纵观霍金获得过的奖项来看,有爱因斯坦奖章、沃尔夫物理奖和科普利奖等等,这些奖项无疑证明了霍金是有水平和实力的。但是诺贝尔物理学奖却一直没有颁发给霍金,这又是为什么呢?
其实这并不是歧视或者是政治原因,也不是否认霍金在物理学领域的成就,而是诺贝尔奖的评定标准导致的。诺贝尔奖的评定标准当中,有着非常关键的一条就是要求科学家提出的理论必须被证实,并且有过实验验证。而我们在上文中介绍霍金成就时就提到,霍金辐射目前是没有被观测到的,所以还是处在假说阶段。
诺贝尔物理学奖评定委员会秘书安德斯·巴拉尼表示,“经常有人问我,为什么霍金没有获奖。他的研究成果确实相当出色,但是我们尚不能肯定这个成果是否适用于自然界。”
所以,在自己的果壳里作为宇宙之王的霍金,虽然其理论有着前瞻性,但是很遗憾大部分都没有经过实验证实。诺贝尔物理学奖对于霍金本人而言想必也没有那么重要了,毕竟他早在自己的“世界”当中窥见了宇宙的真容。
霍金算得上是比较“亲民”的科学家,因为大众对于复杂深奥的物理学和宇宙学大多都是一知半解,即使知道一些理论的提出很重要,却也很难深入了解,毕竟专业性的名词在普通人看来就和天书没有区别。
而霍金就充当了一个“优秀的科普讲解员”,他根据自己丰富的宇宙知识,力求使用平实的语言,向大众展示我们所处的神秘宇宙。其著作《时间简史》和《果壳里的宇宙》一度成为了畅销书目,掀起了全民“看科学、学科学”的热潮。
其次,霍金身残志坚的精神也使人感动。坐在轮椅上的他,即使不能言语,全身只有几根手指可以活动,也无法阻挡他“自由的灵魂和思想”。这种不被自身条件所限制和打倒的人,无疑是使人尊敬的。
《哈姆雷特》
就像《哈姆雷特》当中写道“即使把我关在一个果壳里,我也会把自己当作一个拥有无限空间的君王。”而霍金的躯体被限制在轮椅之上,却无法阻止他向大众表达出他眼中的宇宙。
科学家眼中的世界和宇宙非常的复杂,所以有时候他们在研究遭遇难题时,往往会陷入“自我怀疑”当中,这时科学和神学就会在其脑海中相互拉扯。历史上,也有不少科学家最后被自己的研究成果与现实的矛盾击垮,晚年信奉了神学。
霍金却绝无这种可能性,从他的言行和表达的思想来看,他相信这个宇宙一定是“科学”的,我们之所以有太多不理解的地方,还是因为实力不够。待到时机成熟,人类一定可以发现宇宙背后蕴含的科学规律。换言之,霍金认为宇宙即使广袤而又复杂,人类与之相比是那么渺小,但我们依旧有能力认识宇宙。
基于此霍金曾说:“我们将会看到,虽然不确定性原理对于我们所有的预言的准确性都加上了限制,同时它却可以排除掉发生在时空奇点处的基本的不可预言性。”