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正本清源:霍金的成就和近期的「問題」

2024-01-10科學

霍金已經去世6年了,最近又被某些自媒體翻出來熱炒。除了某些「問題」之外,還宣揚說他實際上只是個科普作家,沒什麽科學成就。下面就讓我們整理一下霍金的真實的科學成就,看看他到底是什麽水平。

霍金去世後,加州理工的物理學家John Preskill為他寫了訃詞,發表在【科學】雜誌上。我們就從這篇訃詞裏看看他的成就。

訃詞將他的成就分為兩部份:經典重力階段和量子重力階段。

註意這裏的「經典重力」指的不是牛頓重力,而是廣義相對論。在經典重力階段,霍金證明了宇宙按時間回溯時必然會到達奇異點,時間存在起點。換句話說, 他利用廣義相對論從理論上推匯出了大爆炸必然存在。 此外,霍金極大地推進了黑洞的研究,特別是對黑洞和熱力學的深入研究。

量子重力階段

霍金在1974年的研究震撼了科學界(Stephen's pivot from classical to quantum gravity was precipitated by his greatest scientific achievement, which shook the world of physics in 1974)。自從愛因斯坦的相對論推出黑洞的存在之後,科學家認為沒有任何東西可以離開黑洞。但是霍金利用量子力學理論,成功證明了黑洞也會散發輻射,這就是霍金輻射。 霍金的研究為量子理論、相對論、資訊理論之間建立了深刻的聯系,到現在依舊指導著量子重力理論的研究。

霍金研究的重要性

類比一下,霍金的黑洞輻射理論相當於波爾的原子軌域理論。波爾利用經典力學和電磁學建立了第一個原子軌域模型,並成功解釋了氫原子光譜。雖然後來我們有了更完善的薛定諤方程式,狄拉克方程式,乃至於標準模型,但波爾的第一步非常關鍵。霍金的黑洞輻射理論也是利用「經典的」量子力學和廣義相對論,這為量子理論和廣義相對論搭了一座橋梁,更精妙的是該理論還將熱力學第二定律牽扯進來,而熱力學第二定律和時間的本質密切相關。這個理論最大的貢獻並不是「黑洞也有輻射」,而是走向真正的大統一的量子重力理論的第一步,而且還暗示了這個大統一理論也有可能解釋時間的本質。

所以霍金就是20世紀的頂級物理學家。

也許有人會拿他和楊振寧比,我只能說:兩人都是20世紀的頂級物理學家,而且大部份人對楊振寧的科學成就的理解也一樣少。人們只知道「宇稱不守恒」,卻不知道「楊-米爾斯理論」,而這個理論是電弱統一理論,以及隨後的標準模型的基石。

有人會問:「既然霍金這麽厲害,為什麽他沒有獲得諾貝爾獎?」

這是因為諾貝爾獎只頒發給經過驗證的成果,因此實驗物理學家獲獎的數量要遠高於理論物理學家。就連愛因斯坦獲獎的原因也是「對光電效應的解釋」而非相對論。霍金在黑洞理論方面作出重要貢獻,但這恰恰是極難驗證。一直到霍金去世,盡管科學家們普遍認可黑洞的存在,但從嚴格意義上只能說「可能」,所以天鵝座X-1「很可能」是黑洞,銀心是「大質素密集物質聚集區」,「很大概率是黑洞」。黑洞吸積盤理論早已成功解釋了各種類星體、蝎虎座BL型天體、西佛星系等活躍星系核現象,但核心關鍵的黑洞依然只是「可能」。

那麽什麽時候科學家確認了黑洞的存在呢?

2019年。那年EHT專案拍到了黑洞的直接照片。此時霍金已經去世一年了。2020年,羅傑·潘洛斯因為對黑洞理論的貢獻而獲得諾貝爾獎,成為少數獲獎的理論物理學家。而黑洞理論,特別是奇異點理論正是潘洛斯和霍金在70年代發表的一系列論文所完善的,這一系列理論合稱潘洛斯-霍金奇異點定理。那麽霍金如果沒死,是否能趕上2020年的諾貝爾獎呢?歷史沒有如果。

如果還有人懷疑霍金的實力,那就先看看他寫的【時空的大尺度結構】吧,這還算初級的教科書。

結論: 霍金是20世紀的頂級物理學家之一,雖然不及愛因斯坦,但「頂級物理學家」則是名至實歸。

下面說說最近流傳的所謂「問題」,這其實已經是陳年老謠了,沒想到現在還需要辟謠。

先從這張照片說起,從這張照片能看出什麽,霍金被美女左擁右抱?那麽我們看看照片上的人都是誰吧。

右起第一位的漂亮女士,她叫Lisa Randall,哈佛物理學教授,粒子物理學和宇宙學領域的權威。長得漂亮不代表她就是花瓶。第二位男士是Kip Thorne,物理學家,諾貝爾獎得主;第三位是David Gross,美國科學院院士,諾貝爾獎得主。第四位是霍金。最左邊的女士不清楚,不過看年齡也知道不是什麽「蘿莉」。

接下來是法庭檔。網上流傳的所謂「霍金喜歡看沒穿衣服的侏儒在太高的黑板上解復雜的方程式」,其實是X上的一位使用者惡搞的,他在原文上面明確標了是玩梗。

真實的法庭檔確實有兩處提到了霍金,也只有這兩處。這些法庭檔是一位女方指控愛潑斯坦的。第一處提到霍金的地方是:辯方律師要求女方提供她提到的相關人士的照片,這些人士中包括霍金。第二處則是愛潑斯坦發給另一位相關人的郵件,要求對方尋找證據來證明女方的指控是錯誤的,其中最強烈的指控是「克林頓參加了晚宴」,以及「新版的霍金參加了」。

所以法庭檔說明了什麽呢?說明當時女士的指控中提到了霍金,而辯方則去尋找證據證明她說的並非真實。後來辯方透過FBI的記錄證明了克林頓從未去過那個島,至於霍金的部份則再無下文。霍金已經去世,愛潑斯坦自殺,庭審中止,沒有人再會花費時間精力證明或證否原告方的說法是否屬實。

當然,在某些自媒體的嘴裏,「可能有」就是「一定有」,「沒有的話怎麽會出現呢」?

這讓我想起一句話:「飛子雲與張憲書雖不明,其事體莫須有。」看來一千年後,秦檜依然有大把的徒子徒孫。