霍金有什么科学成就吗?

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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。

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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。

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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?

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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即使你在黑洞旁边放一个恒星,那结果也是一样的。

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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。

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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。

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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。

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标签: 霍金

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