史蒂芬霍金的宇宙（廣義相對論光環下的明星）

2023-09-12 16:49:35 1

史蒂芬.霍金，作為一個家喻戶曉的科學家，他的科學成就只能說出色，但是不能歸為偉大那一類。

史蒂芬.霍金之所以出名，是因為他的研究是宇宙和天體的演化，相比於研究量子力學的物理學家，他的研究更能吸引大眾的目光。他的物理成就，我們可以用一句話來概括：給出了廣義相對論場方程有解的邊界條件，這些條件稱為能量條件，能量條件一共有四個；在此基礎上衍生出兩個理論，一個是霍金輻射，還有一個是奇點理論。

也有把奇點理論稱為奇點定理的，但是從物理學的角度來講，沒有被觀測證實的理論，都不能成為定律。

霍金輻射和奇點理論都沒有辦法用實驗正式，它們都只是數學上推理的成果。所以霍金一生都未得諾貝爾獎。

史蒂芬.霍金畢業於劍橋大學，在牛津大學三一學院獲得博士學位。

牛津大學三一學院，是一個非常牛的學院。之所以叫三一學院，是因為學院方面聲稱上帝是三位一體的。學院成立於1555年，那一年正是大明嘉靖年間，倭寇犯浙江。

牛津大學三一學院出來的學生有很多著名的科學家和政治家，大科學家牛頓就是畢業於三一學院。牛頓因為質疑上帝三位一體，還被學院懲罰過。

亞洲最偉大的數學天才拉馬努金就在三一學院學習。拉馬努金有一個在中國家喻戶曉的師弟，叫華羅庚，他們的老師是英國著名數學家哈代。所以，把史蒂芬.霍金稱為華羅庚的校友也不為過。

廣義相對論場方程是一個偏微分方程，在通常情況下沒有普遍意義上的解析解。愛因斯坦自己推導出來的方程，他一個解也沒給出

施瓦西給出了廣義相對論場方程天體演化的第一個解，一個不帶電和不旋轉的黑洞。這是第一個現代物理意義上的黑洞。前蘇聯數學家亞歷山大.佛裡德曼給出了廣義相對論場方程宇宙演化的解。

因為廣義相對論場方程求解非常困難，只有在極端的情況下才有少數的解。所以尋找廣義相對論場方程的解一直是天體物理學家的主要任務。

在上個世紀60年代研究廣義相對論的學術小組除了史蒂芬.霍金等人以外，還有前蘇聯的一批非常優秀的科學家。

蘇聯科學家仰仗著自己深厚的數學功底，試圖尋找廣義相對論場方程的解析解，結果以失敗而告終。

史蒂芬.霍金等人採取了一個比較聰明的側面迂迴辦法去解決這個問題。他們用了當時比較新的一門分析方法：解析幾何裡的全域法，去搜索解的範圍。得到了四個廣義相對論場方程有解的邊界條件，這些條件被稱為能量條件。

把能量條件代入黑洞視界邊界的時候，會得到一個解。這個解顯示，黑洞有向外輻射能量，這就是所謂的霍金輻射。

在現代物理學的手段裡面，霍金輻射沒辦法被證實。但是根據霍金輻射的理論，黑洞越小，輻射越強烈。如果黑洞非常小的話，在一瞬間就會被蒸發掉。所以人類目前還沒有找到非常小的黑洞，只是從側面的給了這個理論一個支持。

過了幾年，史蒂芬.霍金等人又證明：

如果存在裸的奇點，在奇點的周圍會出現閉合的類空測地線和類光測地線，外界物質向奇點掉落的過程會違反因果關係。因此反證出所有的奇點都會被視界所包圍，也就是說不存在裸的奇點。這就是所謂的奇點定律，或者是奇點理論。

可能是史蒂芬.霍金已經解決了一般性的問題，很多科學家就放棄了這方面的研究。這個領域就只有史蒂芬.霍金的聲音最響亮，久而久之，霍金就成了宇宙學裡唯一的權威。

以上就是史蒂芬.霍金的主要物理學貢獻。