像霍金一样死去

2018-03-14 21:50

霍金出生的那天，正是伽利略逝世的300年祭日。霍金去世的今天，则是爱因斯坦的139年诞辰。他的大半生被困在轮椅上，他却说，即便被关在果壳中，他也是无限空间之王。
据说，海德格尔曾这样写了亚里士多德的生平简介：他活过，他死了。言外之意是，比起他脑内的波澜壮阔，俗世的一切都微不足道。
今天霍金去世了。他这一生的发现，永远改变了人类历史。我们希望你知道，他真正留下了什么。
奇点理论：宇宙万物的起点
在霍金修学剑桥时，人们对宇宙诞生的看法还完全不同。当时，两个理论打得不可开交：大爆炸理论认为，宇宙是从一个空间极小、能量极大的状态暴涨而来。稳恒态理论认为，宇宙一开始就像今天这样均匀，并不存在暴涨的过程。
在霍金认识到宇宙的诞生机制前，有两件事给了他启发。
先是发现于1965年的宇宙微波背景辐射。人们发现，宇宙中有极低的能量分布，大约是2.7K温度。但这温度的分布并不均匀。如果宇宙一开始并非均匀，而是由某一状态而来，就能解释这种大尺度的能量分布差异。至今，人类最发射的最遥远的卫星，还在测量这种微小的能量差异。
后是同年被发表的黑洞成因。罗杰·彭罗斯认为，如果一个质量足够大的星体，在生命末期坍缩，它就会形成一个密度无限大、曲率无限大的奇点，即我们认为的黑洞。如果把时空想象成一张床单，质量会导致它下陷，黑洞就是床单两壁交会的结果。
前者给霍金提出了问题：宇宙由何种不均匀状态变化而来？后者给了他启发：存在某种特殊的时空结构。
霍金将黑洞坍缩的过程掉了个个。他认为，宇宙最初是一个类似黑洞的奇点，时空都由这一点暴涨而来。在他的论文发表后，他的导师称他足以比肩牛顿。如今几十年过去，这一理论已被人广泛接受。
霍金蒸发：黑洞寿命的终结
霍金发现，黑洞会缓慢地损失能量，这导致黑洞也有终结时。黑洞的寿命，与它质量的三次方成正比。这被称为“霍金蒸发”，是物理学史上最有名的计算成果之一。
要解释霍金蒸发，需要先知道两个事情。
当质量分布在空间时，它实质扭曲了空间。万有引力即来源于此。如果质量足够大，它附近就会存在一个边界，进入边界后即便光也无法逃脱。对黑洞来说，这个边界被称为黑洞视界。任何进入黑洞视界的物体，都不会再出现在外界的视野中。
在空间中，随机存在着能量涨落，能量又会转化成质量。这意味着，即使在真空中，也会有正负粒子出现，再在极短时间内互相湮灭，将能量归还给空间。从微观、一瞬间来看，能量似乎凭空诞生，又凭空消失，但在长时间大尺度看，能量仍保持守恒。
当涨落发生在黑洞视界附近，神奇的事情就发生了。诞生的正负粒子中，能量为负的粒子可能意外落进黑洞视界，无法再逃出去，能量为正的粒子则逃逸向无穷远。这样，它们就没法再湮灭，把能量归还给真空。
从外界看来，好像是黑洞向外辐射出一个粒子，自己损失了能量。这就是霍金蒸发的机制。
但问题是，霍金蒸发很难被观测到，霍金计算出，一个太阳质量的黑洞，霍金辐射温度仅有十的负7次方K，远低于宇宙背景微波辐射的2.7K。只有一些诞生在宇宙初期，质量合适的黑洞，正好在太阳系内消亡，才有可能为人们所致。至今没有这类观测发生。
霍金这项发现的奇特之处在于，在理论诞生前，并没有观测预示着这种可能。但一经发表，它却彻底改变了人们认知。在人类历史上，另一个巨大的思想实验，即是伽利略脑中的斜塔实验。也正因此，霍金与伽利略的生死恰隔300年，也总为人津津乐道。
科学之外，霍金将永远被人记住
在严肃科学之外，霍金已成为一个符号。你也许不了解他，却无法不受他的影响。就像一颗星星，永远在头顶闪烁。
他撰写的几本书，《果壳中的宇宙》和《时间简史》，向几代人普及了他们生活的宇宙。他曾开玩笑说，自己收到过建议：每往里写一个公式，读者就会减少一半。于是他就只用文字和图片，说清了这个无边的黑色空间。
他做过的几个实验，让严肃的科学讨论广为人知。霍金曾举办“时间旅行者聚会”，邀请未来的人共享蛋糕，但只在聚会结束后才发出请柬。当然，没有人来，霍金因此说，时间旅行是不可能的。人们付之一笑，但平行宇宙等讨论也见诸报端。
霍金活成了一个巨星。他像MJ一样，以不同形象出现在报纸杂志、电视剧和电影中。也许在多年后，人们仍将纪念这个符号，就像那张爱因斯坦吐舌头的照片。
费曼说过，物理学是性感的。霍金则展示了这种性感：一个坐在轮椅上，难动寸步的人，如何用大脑赢下全世界尊重，改变所有人的生活。
来源|新芽NewSeed

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