时间旅行,黑洞蒸发、AI或威胁人类,霍金的科学贡献与猜想

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新华社伦敦3月14日电 据英国媒体报道,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金14日在位于剑桥的家中去世,享年76岁。

霍金的子女在14日凌晨发布的一份声明中说:“我们非常伤心,我们敬爱的父亲今天去世了。”声明还说,“他是一位伟大的科学家,一位杰出的人,他的工作和遗产将继续流传于世”。

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霍金出生于1942年1月8日,出生于英国牛津,曾任剑桥大学教授,被誉为现代最伟大的物理学家之一。

在科研领域,霍金做出很多重要贡献,最主要的是他与罗杰·彭罗斯共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及他关于黑洞会发射辐射的理论性预测(现称为霍金辐射)。

霍金撰写了多本阐述自己理论与一般宇宙论的科普著作,广受大众欢迎。其中《时间简史:从大爆炸到黑洞》曾经破纪录地荣登英国《星期日泰晤士报》的畅销书排行榜共计237周。

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由于他患罕见的运动神经元病,导致全身肌肉逐渐萎缩,病情会随着岁月逐渐愈加严重,他晚年已全身瘫痪,最后只有几根手指能动,不能发声,必须依赖语音合成器来与其他人通话。他的经历受到广泛关注,曾被改编成电影《万物理论》。

青亭网在这里将整理下霍金先生发表过的著作和主要观点,纪念霍金先生对物理以及世界做出的贡献。大家想纪念可以去研究研究霍金先生的著作和科学理论成果,别发个朋友圈就完事了,那样就没什么意义了。(整理自百科和网络)

霍金发表过的著作

1、1973年《时空的大尺度结构》(The large scale structure of space-time)

2、1988年《时间简史》(A Brief History Of Time)

3、1993年 《黑洞、婴儿宇宙及其他》(Black Holes And Baby Universes And Other Essays)

4、2001年 《果壳中的宇宙》(The Universe In A Nutshell)

5、2002年 《在巨人的肩膀上》(On The Shoulders Of Giants. The Great Works of Physics And Astronomy)

6、2005年 《时间简史(普及版)》(及插图版)(A Briefer History Of Time)

7、2005年 《上帝创造整数》(God created the integers)

8、2007年

《乔治的神秘宇宙钥匙》(George's secret key to the Universe)

《乔治的宇宙寻宝之旅》(George's cosmic treasure hunt)

《乔治与大爆炸》(George and the Big Bang) 《George and the Unbreakable Code》

9、2010年 《大设计》(The Grand Design)

10、2013年

《我的简史》(My brief history)

《时间简史续编》

《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》

《时空本性》

《未来的魅力》

《乔治开启宇宙的秘密钥匙》

霍金发表过的演讲

霍金出版《时间简史》后,多年来曾在英国、美国、日本、香港等地,向一般大众发表多场公开演说,叙述时间起源、宇宙终结、时光旅行,演说时其受欢迎程度犹如“摇滚巨星”。部分演说目录:

《宇宙的起源》(中文)

《宇宙之始》(英文)

《时间的开始》(英文)

《太空及时间扭曲》(英文)

《上帝掷骰子吗》(英文)

《宇宙中的生命》(英文)

霍金的理论贡献

奇性定理

指在现在的宇宙膨胀相的开端,时空被高度地畸变,并且具有很小的曲率半径。霍金与彭罗斯一起证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。

他们指出,如果广义相对论是普遍有效的,而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件,那么宇宙时空中一定存在一些奇点。在奇点处经典物理的定律失效。人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。爱因斯坦早先否认过奇点的存在,他甚至还写过论文以论证黑洞的不可能性。霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。

黑洞蒸发理论

黑洞是宇宙中最奇特和神秘的天体,是超强引力源,时空的扭曲者,其超强引力使得连宇宙中跑的最快的光都会被它拉住,而逃不出它的“魔掌”。它是在时间和空间中形成的“洞”,在不断地吸积着周围的物质,质量增加,还是空中的“强盗”,光子的“牢笼”。它贪得无厌,永不停息地吞噬着周围的一切,这就是黑洞的经典图像。

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在1974年,史蒂芬.霍金发现了黑洞的蒸发现象,从而改变了黑洞的经典图像:黑洞已不是完全“黑”的,也不单纯是个“洞”,它既可以通过吸积物质使质量增加,也可以向外发射物质,而使质量减小。

在量子力学里,真空并不意味着没有任何场,粒子或能量。量子真空是一种能量为最低的状态,它只是被称作“真空”而已,实际上能量为零的状态是不存在的。

无边界猜想

霍金在1981年提出了一种既自洽又自足的无边界宇宙学。在这个理论中,宇宙中的一切在原则上都可以单独地由物理定律预言出来,而宇宙本身是从无中生有而来的(量子意义上)或者没有起源(经典意义上)。

这个理论建立在广义相对论和量子理论的基础之上,涉及到弯曲时空中的量子场论和量子引力论等多种高深知识。其中给出了著名的无边界猜想或条件:宇宙的边界条件就是它没有边界。无边界条件如果成立,则宇宙自给自足,这意味着宇宙不需要创世上帝或者不存在第一推动。

时间机器

英国著名天体物理学家史蒂芬·威廉·霍金继承认外星人的存在后,又发表一个惊人论述:他声称带着人类飞入未来的时光机,在理论上是可行的,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船。不过,霍金也警告,不要搭时光机回去看历史,因为“只有疯狂的科学家,才会想要回到过去‘颠倒因果’。”

至于时光机的关键点,霍金强调就是所谓的“四度空间”,科学家将其命名为“虫洞”。霍金强调,“虫洞”就在我们四周,只是小到肉眼无法看见,它们存在于空间与时间的裂缝中。

他指出,宇宙万物非平坦或固体状,贴近观察会发现一切物体均会出现小孔或皱纹,这就是基本的物理法则,而且适用于时间。时间也有细微的裂缝、皱纹及空隙,比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”,“虫洞”就存在于其中。

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霍金指出,理论上时光隧道或“虫洞”不只能带着人类前往其他行星,如果虫洞两端位于同一位置,且以时间而非距离间隔,那么宇宙飞船即可飞入,飞出后仍然接近地球,只是进入所谓“遥远的过去”。因为在4度空间中,10分钟也许是n小时。不过霍金警告,不要搭时光机回去看历史。

霍金表示,如果科学家能够建造速度接近光速的宇宙飞船,那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速是最大速限的法则,而导致舱内的时间变慢,那么飞行一个星期就等于是地面上的100年,也就相当于飞进未来。

霍金举人造卫星为例,指卫星在轨道运行时,由于受地球重力影响较小,卫星上的时间比地上时间稍快。由此,霍金就设想出一艘大型极速宇宙船,可在1秒内加速至时速9.7万公里,6年内加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船阿波罗10号快2000倍。船上的乘客就是变相飞向未来,作出名副其实的时间旅行。

即使是在太空中,万物也都有时间的长度,在时间中漫游,意味着穿越该“4度空间”。

霍金举例指出,开车直线行进等于是在“1度空间”中行进,而左转或右转等于加上“2度空间”,至于在曲折蜿蜒的山路上下行进,就等于进入“3度空间”。穿越时光隧道就是进入“4度空间”。

外星人论

斯蒂芬·霍金在美国探索频道2010年4月25日播出的纪录片《跟随斯蒂芬·霍金进入宇宙》中说,外星人存在的可能性很大,但人类不应主动寻找他们,应尽一切努力避免与他们接触,从而避免“黑暗森林”打击。(刘慈欣三体中所提到的理论)

霍金认为,鉴于外星人可能将地球资源洗劫一空然后扬长而去,人类主动寻求与他们接触“有些太冒险”。“如果外星人拜访我们,我认为结果可能与克里斯托弗·哥伦布当年踏足美洲大陆类似。那对当地印第安人来说不是什么好事。”

星际移民

霍金在2010年8月接受美国知识分子视频共享网站BigThink访谈时,再曝惊人言论,称地球200年内会毁灭,而人类要想继续存活只有一条路:移民外星球。

霍金表示,人类如果想一直延续下去,就必须移民火星或其他的星球,而地球迟早会灭亡。霍金说:“人类已经步入越来越危险的时期,我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带的‘自私、贪婪’的遗传密码,人类正在一点点掠夺地球资源,人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,所以不能将赌注放在一个星球上。”
学术赌注

霍金的学术赌注

能否发现希格斯玻色子

霍金跟美国密歇根大学的戈登教授打了个赌:CERN不会发现希格斯玻色子。

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希格斯玻色子是英国著名物理学家希格斯与其他同事经过漫长年代的潜心研究,等待了48年,才发现了希格斯玻色子,也称为“上帝粒子”。

黑洞是否存在

集一生精力研究黑洞的霍金,曾担心黑洞可能只是理论上的概念,而现实中根本不存在。他为免到时自己变得一无所有,1975年他与另一名物理学家索恩(Kip Thorne)开赌:究竟黑洞是否存在。

裸奇点的存在

1991年,霍金又要求开赌,这次索恩与他站在同一阵线,对赌一方是物理学家裴士基(John Preskill)。当时的命题是,奇点应该被黑洞围绕,但没有被黑洞包围的“裸奇点”(naked singularities)是否存在。

霍金与索恩押注:裸奇点并不存在,随即与裴士基立下赌据,谁输了要向对方送上一件用来“遮蔽裸体”的T恤衫,写上适当的服输字眼。霍金于1997年修正他的理论,指出裸奇点有可能存在。

高维空间

根据90年代提出的M理论(超弦理论的一种),宇宙是十一维的,由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里,宇宙只是四维的(三维空间和一维时间),现代物理学则认为还有七维空间我们看不见。

科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢?他们打了一个比方:一只蚂蚁在一张纸上行走,它只能向右或向左,向%

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