霍金的主要贡献包括哪些(霍金的科学贡献包括)

霍金有什么科学成就吗?

霍金的科学成就其实还是有一些的,而且最近的黑洞照片公布之后,似乎也在印证霍金的理论是正确的。接下来,我们就来简单聊一聊,霍金到底有哪些学术成就?我们要从宇宙大爆炸开始说起。

什么是宇宙大爆炸?

其实从古到今,宇宙的起源就是一直以来的热门选题,很多学者都对此发表了很多看法。20世纪初,自从爱因斯坦提出了广义相对论之后,这事就变得更加闹腾了。当时有人就提出了:宇宙大爆炸理论。

霍金的主要贡献包括哪些(霍金的科学贡献包括)

不过,一开始很多人都觉得这是在瞎编。

不过,没多久,有个叫做哈勃的老大爷,特别喜欢仰望星空,他就发现一个事情,

距离地球远的天体,距离会越来越远。

于是,当得知这个观测结果之后,一群科学家就在开始开脑洞,他们认为,这个观测结果说明,随着时间的推移。宇宙在发生膨胀。如果我们把进度条往回来,退到原点,那宇宙是不是就是一个点?

然后从这个点发生大爆炸,才有的现在的宇宙,并且一直持续膨胀下去,才有哈勃观测的结果。后来,宇宙大爆炸理论中还预测了氦丰度和宇宙微波背景辐射,这两样都被确立了之后,宇宙大爆炸才开始成为主流的理论。而宇宙大爆炸前的那个点,就叫做奇点。

奇点定理

一开始其实霍金并不是支持宇宙大爆炸理论的,他更喜欢的是霍伊尔教授提出的稳恒态宇宙模型,这个模型告诉我们,宇宙是恒定不变的,其实爱因斯坦也曾经有过这样的想法。不过,霍金一心想要师从霍伊尔,却吃了闭门羹,最后只能跟从其他老师。后来,他发现霍伊尔的稳恒态宇宙是有问题,于是,写了一篇论文专门驳斥这个理论模型。

后来,霍金开始自己的研究生涯,他就发现有个叫做彭罗斯的数学家在研究奇点。因此,他就和对方商量一起来研究。并且提出了:奇点定理。

这个定理其实就是在描述宇宙在大爆炸之前,还处于奇点时的状态。如果说现在的宇宙所有的一切都来自于奇点,那意思就是说,奇点所具有的的能量就等于目前宇宙中所有的能量。所以,奇点其实有个特点,那就是密度无限大,体积大无限,能量无限大。

而霍金所做就是从数学的角度证明奇点存在的是有可能的。

霍金辐射

除了奇点定理,霍金还研究黑洞,而且他一生中最重要的学术成就和黑洞有关。

关于黑洞,我们要从恒星说起。恒星的形成一般认为是有宇宙中的星云物质在引力的作用下产生的。

然后由于核心在引力的作用下温度升高,直到点燃核聚变反应,于是恒星就开始燃烧自己照耀别人了。而这个时期也被叫做主序星时期。在这段时期会比较温度,但随着质量的减小,引力对于恒星自身的控制能力减弱,这时候就会不如恒星的晚年,从氢核聚变到氦核聚变,一直沿着元素周期表的顺位发展。直到铁元素,由于铁元素十分稳定,核聚变所需要的能量要大于核聚变产生的能量,也就入不敷出了。

有相当一部分的恒星是停留在铁元素之前,就变成了恒星的尸体了。还有一部分自身质量特别大,就会发生超新星爆炸。

超新星爆炸的结果就是,恒星往太空抛洒物质,剩余物质有两个结局,要么成为一颗中子星,要么称为一个黑洞。

在宇宙中,黑洞是出了名的暴脾气,这是因为它的质量特别大,根据广义相对论,质量越大,扭曲时空就越厉害,也就是引力特别大。

地球之所以会绕着太阳转,就是因为太阳压弯了时空,地球沿着测地线在运动。

如果你把地球放到黑洞旁边,那就不是转的问题了,直接就把抓走了。会被黑洞吸走,连渣都不剩。

即使你在黑洞旁边放一个恒星,那结果也是一样的。

所以,在当时许多的科学家都认为,黑洞的特点就是只进不出。

不过,霍金提出了不同的想法。根据量子力学,真空并不空,而是有粒子涨落。根据海森堡的不确定性原理,真空中会产生正反虚粒子对,然后再瞬间消失,以确保能量守恒。而且这个也被科学家们所证实了。

霍金就认为,如果黑洞附近也发生了真空的粒子涨落,那袋负能量的虚粒子对就会被黑洞吸走,从外部观察者的角度上,就好比黑洞吐出带正能量的虚粒子。所以,实际上,黑洞就失去了能量,在慢慢向外辐射能量一样。所以,这也被称为黑洞蒸发,或者霍金辐射。

除了霍金辐射,霍金还和其他几位科学家一起提出了黑洞热力学定律。

所以,我们来总结一下,霍金的主要成就是奇点定律,黑洞热力学,霍金辐射。

霍金为什么这么有名?在物理学上有哪些贡献?

霍金是一个天才物理学家,在物理方面也有很多的成就,但是他能够如此出名,最大的原因还不在于他本身的物理成就。

霍金的物理天赋很高,17岁的时候就考入了牛津大学,在学习期间表示大部分的大学功课都是“简单到令人发笑的”,而且在后来的物理学术生涯中,也是非常出众,32岁就当选英国皇家学会院士,是最年轻的院士之一,先后提出过奇点定理、霍金辐射、贝肯斯坦-霍金熵等等【下图是年轻时候的霍金】。

可以说,虽然霍金并没有获得诺贝尔物理学奖,但是他本人在物理上的成就也是非常大的,如果不是后来因为身体疾病影响到自己的科研工作,那么谁都不怀疑他能够创造出更加辉煌的成就。

但是,霍金的名声主要来源于他在科普上的成就和人格的魅力。

霍金写出的《时间简史》一书,可以说是世界上最伟大的科普读物,用任何语言来形容这本书的成就都不为过,先后销售达到了1000万册,可以说是大大扩展了人们对于这个世界的认知。无数人因此爱上了科学、投身科学事业,可以说是功德无量。

其次,霍金身残志坚,顽强地与病魔对抗,在这个过程中也不忘进行科研、科普工作,就单单是这份意志就足以让人钦佩。而且霍金为人幽默风趣,做出来的很多事情确实让人觉得很有意思,比如说他的各种赌约【如下图所示,霍金因为黑洞的问题输掉了一美元的假钞——钞票中间的人物被换成了玛丽莲梦露】,比如说他在《生活大爆炸》里的客串,让人们看到,一个科学家其实也是可以很有意思的,即便他已经失去了几乎全部行动能力。

所以这就是霍金,一个坚强、成功、有趣、热衷于公益的人。所以他出名不是没有原因的。更何况,从霍金本身的性格来看,他希望让科学变成一件有意思的事情,这样可以被更多人接受。

但是偏偏有些人,把这些美好的品德和愿望看作是炒作。所以我说科普作家真的很难做,说科学说的严肃正经,有些人听不懂要喷;说的生动有趣,有些人说你不务正业、胡说八道、在炒作,又要喷。所以真的是替这些无处不在的喷子感到悲哀。不过还好,霍金本人已然仙逝,听不到这些无聊的言论,而且即便是他在世的时候,对于这些人也是完全无视的。

霍金,他本属于宇宙星辰!

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