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  • 1 # 講科學堂

    我覺得霍金這輩子最大的成就就是不斷嘗試讓普通人理解他和他的小夥伴們所做的工作。他的科普書籍《時間簡史》被翻譯成40多種語言,售出1000多萬冊,這也是他在公眾裡影響力這麼大的原因。論起科學成就,楊振寧老先生比他強多了。

    時間簡史第一版封面

    下面就來介紹一下霍金的最大科學成就吧,如果不管它的推導過程,這並不難理解。

    霍金最大的科學成就是關於黑洞輻射的理論,即“霍金輻射”:

    根據海森堡測不確定原理(粒子的位置與動量不可同時被確定,位置的不確定性越小,則動量的不確定性越大,反之亦然),在真空中會出現成對的粒子和它的反粒子,但它們出現的極短時間就相互湮滅了。

    如果這對粒子出現在黑洞的視界邊緣,由於黑洞的強大引力,使得這對正、反粒子被分開,其中一個可能會被黑洞吸入視界,另一個就會成為實粒子,它就有了質量,有了質量的實粒子可能會逃離黑洞引力場。但這樣就違反了能量守恆定律,所以只能有一個解釋:實粒子的質量是由黑洞賦予的。這就相當於黑洞在不斷的“蒸發”。

    霍金輻射解釋了什麼問題:

    宇宙誕生之初,由於空間有限,能量密度極高,就可能會產生一些微黑洞,但是我們並沒有觀測到這些微黑洞。根據霍金輻射的解釋,由於這些黑洞的質量很小,它們在這漫長的歲月裡被霍金輻射蒸發了。

    在霍金髮表黑洞輻射理論前,按照物理界以前的理論,黑洞應該是一個沒有任何熱輻射的天體,也就是說,它的溫度是絕對零度:0k(-273攝氏度),這就與量子物理的觀測結果不符:一個離子的溫度如果是絕對零度,它的位置和動量就能被同時確定,但這就違背了根據海森堡不確定原理。霍金輻射就解決了這個問題,黑洞不是絕對零度,它的溫度與它的質量有關,質量越大溫度越低,質量越小溫度越高。一個太陽質量的黑洞溫度大約為60nk,月球質量大小的黑洞溫度大約為2.7k。

    霍金輻射還解決了一個問題:把一團炙熱的氣體(大量的熵)丟入黑洞,那麼宇宙的總熵就減少了,而熱力學第二定律告訴我們,宇宙的熵總是在增加的。霍金輻射告訴我們,黑洞透過輻射將熵還給了宇宙。

    目前為止,還沒有觀測和實驗證實霍金輻射,這就是霍金沒有獲得諾貝爾獎的原因。但科學界認為霍金輻射是肯定存在的。

    根據理論,如果我們能夠製造一個更強大的強子對撞機,就可以撞出一個量子黑洞,這樣就可以觀測到霍金輻射了,這個黑洞因為質量太小,很快就會被蒸發掉。當然,如果霍金是錯的,也就是說,黑洞不會透過霍金輻射將質量蒸發,我們的地球就完蛋了……

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