霍金老爺子已經(jīng)離開這個世界1年多了，確切地說是438天，不過，雖然他的肉體已經(jīng)安息土中，但他的靈魂注定是人類文明史上一段無法抹去的痕跡，他的理論在過去推動了科學的發(fā)展，讓我們對宇宙有了全新的認識，而在未來，他的一些大膽的想法或被驗證或被推翻，都會進一步改寫我們的認知。對于我們這個節(jié)目來說也一樣，沒有話題怎么辦，那就把霍金、愛因斯坦等人的棺材板撬開，冷飯有的是，雖然是冷飯，但每一次看《紅樓夢》都會有不一樣的體會，所以冷飯也可以吃出新滋味，比如說今天，你也許就會發(fā)現(xiàn)原來很多我們耳熟能詳?shù)睦碚撛瓉硎腔艚鹛岢鰜淼模瓉砘艚鸬哪衬忱碚撌沁@個意思，當然了，我也不一定能說明白，不懂就當做是懂了就行了。借此，我們也要感謝霍金、愛因斯坦等偉大的科學家，正是他們讓我可以有飯吃，當然了我至今還是搞不明白為什么把這些大神的理論抄一抄就可以付費了，好吧，可能是改革開放讓我們的生活都好起來了吧，廢話不多說了，今天我們來總結(jié)一下霍金的五大理論。
霍金的第一大理論便是“奇點定理”。1965年，當時博士還沒畢業(yè)的霍金準備找一個博士論文題目，結(jié)果他看到了英國物理學家羅杰-彭羅斯發(fā)表的一篇關(guān)于黑洞的論文。黑洞是一種引力極大的天體，引力大到連光都無法逃脫，研究認為，大質(zhì)量恒星在生命的盡頭，恒星內(nèi)核會因為引力而坍縮，發(fā)生超新星爆發(fā)，所殘留的部分便是黑洞。黑洞的表面被稱為“事件視界”，掉入事件視界以內(nèi)的任何物質(zhì)都無法逃離出來。同時，這些物質(zhì)或光會被強大的引力壓縮到位于黑洞中心的、密度無窮大的一個點，這個點被稱為“奇點”。令人難以理解的是，一切已知的物理理論在奇點處都會失效，其中也包括相對論。于是科學家猜測，實際上可能并不存在所謂的奇點。不過彭羅斯卻在這篇論文中嚴密地證明：一旦形成事件視界，在視界內(nèi)部必然會產(chǎn)生一個奇點。
博士時代的霍金
彭羅斯
讀了彭羅斯的論文后，霍金敏銳地意識到，如果時間反演的話，那么彭羅斯的證明其實也同樣適用于宇宙的開始。我們知道，現(xiàn)在的宇宙依然在不斷膨脹，如果時間能夠倒流的話，那么可以想象，現(xiàn)在的宇宙會不斷縮小，最終坍縮為一個密度無窮大的點。就這樣，通過將時間反演，霍金從數(shù)學上證明了，根據(jù)廣義相對論，宇宙誕生時也必然存在一個奇點，這就是奇點定理。
是不是感覺太簡單了，別慌，霍金的第二大理論我估計你就聽不懂了，因為我壓根就說不明白，這就是“無邊界假說”。剛才說到，如果只是根據(jù)廣義相對論考慮的話，那么宇宙必定誕生于一個奇點，雖然證明沒什么問題，但是奇點的存在卻給物理學家?guī)砹藷o盡的煩惱，原因就在于在奇點處，廣義相對論會失效，也就是說，我們永遠也無法弄清楚在宇宙誕生的瞬間到底發(fā)生了什么。那么該怎么辦呢？霍金想到了量子論。量子論研究的是微觀物理世界的基本規(guī)律，而奇點正是這樣一個極其微小的點，于是，霍金深入貫徹落實將量子論與廣義相對論結(jié)合起來的指導方針，開展了有關(guān)宇宙起源的研究。
根據(jù)量子論，微觀粒子具有類似波的性質(zhì)，這種粒子的狀態(tài)就是所謂的“波函數(shù)”?；艚鹄貌ê瘮?shù)表示坍縮成極其微小的宇宙整體，從而研究了宇宙的規(guī)律。利用波函數(shù)來研究宇宙規(guī)律，有一個前提，那就是首先必須確定波的另一端，也就是宇宙的另一端是怎樣的，而在這里，宇宙的邊界便是指宇宙的開始。于是，霍金提出了一個具有劃時代意義的猜想，他認為，宇宙的邊界條件就是宇宙沒有邊界，這樣一來，就可以去除掉宇宙誕生時所必須存在的奇點。
好了問題來了，宇宙沒有邊界這句話到底是什么意思呢？霍金認為，宇宙之初流逝的并不是普通的時間，而是虛數(shù)時間。我們知道，虛數(shù)的平方是負數(shù)，當然了雖然我們了解這一點，但虛數(shù)時間是什么卻說不清，總之，如果是這種特殊時間的話，那么就沒有時間與空間的區(qū)別，也就無從得知到底哪里是邊界，這就是無邊界假說?；艚鹫J為，宇宙始于時間與空間沒有任何區(qū)別的狀態(tài)，當普通的時間，也就是實數(shù)時間在某一時刻開始流逝之后，宇宙才開始了急劇膨脹，并最終形成了我們今天的宇宙。是不是沒聽懂，沒聽懂那就對了，我都不知道我剛才說了什么。沒聽懂也不要緊，你反復仔細琢磨幾次，琢磨琢磨就睡著了。
霍金的第三大理論便是大名鼎鼎的“霍金輻射”。前面說過，按照過去的理論，物質(zhì)一旦掉入黑洞，就再也無法逃逸出來。所以人們都認為，黑洞的質(zhì)量只能不斷增加，它的欲望是無窮的。不過霍金卻認為，如果應用量子論的話，黑洞有可能釋放出光子等各種粒子而喪失質(zhì)量，就像一杯水一樣，最終它會蒸發(fā)消失。那么為什么會這樣呢？還得靠量子論來解釋。
量子論認為，宇宙空間中并非空無一物，即便是在去除所有物質(zhì)與電磁波的真真空中，也蘊藏著巨大的能量，而且能量還在不斷地漲落。如果在基本粒子水平的微觀尺度上觀察真空的話，粒子借助于能量漲落，時時刻刻都在成對地生成與成對地湮滅。
而在黑洞表面附近，同樣的事情自然也在發(fā)生。不過情況還稍有不同，那就是粒子對中的一個會進入事件視界的內(nèi)側(cè)，并不斷地墜向黑洞的中心，此時的它就再也無法與它的基友相遇了。這樣一來，剩下的一個粒子就會失去湮滅的對象，于是這哥們就向黑洞外側(cè)逃逸，看上去就像是黑洞向外發(fā)射粒子，這就是所謂的“霍金輻射”。
霍金輻射
此時，墜入事件視界內(nèi)的粒子由于受到巨大引力的影響而獲得“負能量”，剩下的另一個粒子則獲得正能量。根據(jù)質(zhì)能方程，能量與質(zhì)量在本質(zhì)上是相同的，是可以相互轉(zhuǎn)換的，所以，吞噬了攜帶負能量粒子的黑洞就會減少相應的質(zhì)量，一點點地將自己蠶食殆盡。
通常來說，霍金輻射非常微弱，根本無法觀察到。計算結(jié)果表明，一個質(zhì)量為幾個太陽質(zhì)量的標準黑洞，需要花費宇宙目前年齡的1萬億倍的1萬億倍的1萬億倍的1萬億倍的漫長時間，才會因霍金輻射而蒸發(fā)殆盡。不過霍金指出，在宇宙誕生之初，有可能生成了只有質(zhì)子那么大的微型黑洞，如此小的黑洞可以在宇宙目前年齡這么長的時間內(nèi)完全蒸發(fā)消失，而且其消失時會發(fā)生爆炸并發(fā)出閃光。所以，通過觀測宇宙深處，或許可以探測到原初微型黑洞因蒸發(fā)而釋放出的光。盡管科學家目前還沒有探測到，但如果觀測到的話，那么霍金肯定會獲得諾貝爾獎，只可惜他已不在人世。
