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正本清源:霍金的成就和近期的「问题」

2024-01-10科学

霍金已经去世6年了,最近又被某些自媒体翻出来热炒。除了某些「问题」之外,还宣扬说他实际上只是个科普作家,没什么科学成就。下面就让我们整理一下霍金的真实的科学成就,看看他到底是什么水平。

霍金去世后,加州理工的物理学家John Preskill为他写了讣词,发表在【科学】杂志上。我们就从这篇讣词里看看他的成就。

讣词将他的成就分为两部分:经典引力阶段和量子引力阶段。

注意这里的「经典引力」指的不是牛顿引力,而是广义相对论。在经典引力阶段,霍金证明了宇宙按时间回溯时必然会到达奇点,时间存在起点。换句话说, 他利用广义相对论从理论上推导出了大爆炸必然存在。 此外,霍金极大地推进了黑洞的研究,特别是对黑洞和热力学的深入研究。

量子引力阶段

霍金在1974年的研究震撼了科学界(Stephen's pivot from classical to quantum gravity was precipitated by his greatest scientific achievement, which shook the world of physics in 1974)。自从爱因斯坦的相对论推出黑洞的存在之后,科学家认为没有任何东西可以离开黑洞。但是霍金利用量子力学理论,成功证明了黑洞也会散发辐射,这就是霍金辐射。 霍金的研究为量子理论、相对论、信息理论之间建立了深刻的联系,到现在依旧指导着量子引力理论的研究。

霍金研究的重要性

类比一下,霍金的黑洞辐射理论相当于波尔的原子轨道理论。波尔利用经典力学和电磁学建立了第一个原子轨道模型,并成功解释了氢原子光谱。虽然后来我们有了更完善的薛定谔方程,狄拉克方程,乃至于标准模型,但波尔的第一步非常关键。霍金的黑洞辐射理论也是利用「经典的」量子力学和广义相对论,这为量子理论和广义相对论搭了一座桥梁,更精妙的是该理论还将热力学第二定律牵扯进来,而热力学第二定律和时间的本质密切相关。这个理论最大的贡献并不是「黑洞也有辐射」,而是走向真正的大统一的量子引力理论的第一步,而且还暗示了这个大统一理论也有可能解释时间的本质。

所以霍金就是20世纪的顶级物理学家。

也许有人会拿他和杨振宁比,我只能说:两人都是20世纪的顶级物理学家,而且大部分人对杨振宁的科学成就的理解也一样少。人们只知道「宇称不守恒」,却不知道「杨-米尔斯理论」,而这个理论是电弱统一理论,以及随后的标准模型的基石。

有人会问:「既然霍金这么厉害,为什么他没有获得诺贝尔奖?」

这是因为诺贝尔奖只颁发给经过验证的成果,因此实验物理学家获奖的数量要远高于理论物理学家。就连爱因斯坦获奖的原因也是「对光电效应的解释」而非相对论。霍金在黑洞理论方面作出重要贡献,但这恰恰是极难验证。一直到霍金去世,尽管科学家们普遍认可黑洞的存在,但从严格意义上只能说「可能」,所以天鹅座X-1「很可能」是黑洞,银心是「大质量密集物质聚集区」,「很大概率是黑洞」。黑洞吸积盘理论早已成功解释了各种类星体、蝎虎座BL型天体、西佛星系等活跃星系核现象,但核心关键的黑洞依然只是「可能」。

那么什么时候科学家确认了黑洞的存在呢?

2019年。那年EHT项目拍到了黑洞的直接照片。此时霍金已经去世一年了。2020年,罗杰·彭罗斯因为对黑洞理论的贡献而获得诺贝尔奖,成为少数获奖的理论物理学家。而黑洞理论,特别是奇点理论正是彭罗斯和霍金在70年代发表的一系列论文所完善的,这一系列理论合称彭罗斯-霍金奇点定理。那么霍金如果没死,是否能赶上2020年的诺贝尔奖呢?历史没有如果。

如果还有人怀疑霍金的实力,那就先看看他写的【时空的大尺度结构】吧,这还算初级的教科书。

结论: 霍金是20世纪的顶级物理学家之一,虽然不及爱因斯坦,但「顶级物理学家」则是名至实归。

下面说说最近流传的所谓「问题」,这其实已经是陈年老谣了,没想到现在还需要辟谣。

先从这张照片说起,从这张照片能看出什么,霍金被美女左拥右抱?那么我们看看照片上的人都是谁吧。

右起第一位的漂亮女士,她叫Lisa Randall,哈佛物理学教授,粒子物理学和宇宙学领域的权威。长得漂亮不代表她就是花瓶。第二位男士是Kip Thorne,物理学家,诺贝尔奖得主;第三位是David Gross,美国科学院院士,诺贝尔奖得主。第四位是霍金。最左边的女士不清楚,不过看年龄也知道不是什么「萝莉」。

接下来是法庭文件。网上流传的所谓「霍金喜欢看没穿衣服的侏儒在太高的黑板上解复杂的方程」,其实是X上的一位用户恶搞的,他在原文上面明确标了是玩梗。

真实的法庭文件确实有两处提到了霍金,也只有这两处。这些法庭文件是一位女方指控爱泼斯坦的。第一处提到霍金的地方是:辩方律师要求女方提供她提到的相关人士的照片,这些人士中包括霍金。第二处则是爱泼斯坦发给另一位相关人的邮件,要求对方寻找证据来证明女方的指控是错误的,其中最强烈的指控是「克林顿参加了晚宴」,以及「新版的霍金参加了」。

所以法庭文件说明了什么呢?说明当时女士的指控中提到了霍金,而辩方则去寻找证据证明她说的并非真实。后来辩方通过FBI的记录证明了克林顿从未去过那个岛,至于霍金的部分则再无下文。霍金已经去世,爱泼斯坦自杀,庭审中止,没有人再会花费时间精力证明或证否原告方的说法是否属实。

当然,在某些自媒体的嘴里,「可能有」就是「一定有」,「没有的话怎么会出现呢」?

这让我想起一句话:「飞子云与张宪书虽不明,其事体莫须有。」看来一千年后,秦桧依然有大把的徒子徒孙。