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霍金的贡献包括哪些(霍金的主要成就及影响)

他在科学上有许多贡献,包括与罗杰·彭罗斯合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及他对关于黑洞会发放辐射的理论性预测(现称为霍金辐射)。霍金是第一个提出由广义相对论和量子力学联合解释的宇宙论理论之人,也是量子力学的多世界诠释的积极支持者。

斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)CH CBE FRS FRSA(1942年1月8日 – 2018年3月14日)是英国理论物理学家,宇宙学家和作家,在他去世前担任了剑桥大学理论宇宙学中心的研究主任。1979年至2009年,他担任剑桥大学卢卡斯数学教授席位。

他的科学著作包括与罗杰·潘洛斯(Roger Penrose)在广义相对论框架下的引力奇点定理(彭罗斯 – 霍金奇点定理)以及黑洞发射辐射的理论预测,通常称为霍金辐射(Hawking radiation)。 霍金是第一个提出由广义相对论和量子力学联合解释的宇宙学理论的人,也是量子力学多世界诠释(Many-worlds interpretation)的有力支持者。

霍金通过一些科普作品取得了商业上的成功,其中他大体上论述了自己的理论和宇宙学。他的《时间简史》曾连续登上英国《星期日泰晤士报》畅销书排行榜,创下了破纪录的237周。 霍金是皇家学会(FRS)的成员,同时是罗马教皇(宗座)科学院的终身成员,也是美国最高平民奖的总统自由勋章的获得者。 2002年,霍金在英国广播公司(BBC)对最伟大的100名英国人(100 Greatest Britons)的民意调查中排名第25位。 霍金患有一种罕见的早期发病的缓慢进展的运动神经元疾病(也称为肌萎缩性脊髓侧索硬化症“ALS”或Lou Gehrig病),这种疾病在几十年后逐渐使他瘫痪。即使在失去演讲能力之后,他仍然能够通过语音生成设备进行交流,最初是通过使用手持开关,(随着病情的恶化)最终使用单个面颊肌肉进行操作。 他于2018年3月14日逝世,享年76岁。

斯蒂芬·霍金摄于美国国家航空航天局,图:NASA

奖项和荣誉

霍金的一生获得了无数的奖项和荣誉。 早在1974年的名单中,他就被当选为皇家学会会员(FRS)。那时,他的提名是:

霍金为广义相对论领域做出了重大贡献。 这些来源于对物理学和天文学相关的深刻理解,尤其是对全新数学技术的掌握。在彭罗斯开创性的工作之后,他建立了一系列连续性的定理,这些定理建立了所有现实宇宙模型都必须具有奇点的基本结果,这些定理部分由霍金本人单独完成,部分与彭罗斯合作完成。使用类似的技术,霍金证明了黑洞定律的基本定理:具有平滑事件视界的爱因斯坦方程的稳态解必然是轴对称的; 而在黑洞的演化和相互作用中,事件视界的总表面积必须增加。 霍金与G. Ellis合作中,撰写了一篇令人印象深刻的原创论文“大时空”。

引用继续,“霍金的其他重要工作涉及宇宙学观测的解释和引力波探测器的设计。”

霍金获得了与维亚切斯拉夫·穆哈诺夫(Viatcheslav Mukhanov)共享的2015年BBVA基础科学知识奖,以表彰他们发现星系是由早期宇宙中的量子涨落形成的。 在2016年英国骄傲奖颁奖典礼上,霍金获得了“因其对科学和英国文化的贡献”终身成就奖。 在获得总理特蕾莎·梅/文翠珊(Theresa May)的奖励后,霍金幽默地要求她不要向英国退欧(英国脱离欧盟)寻求帮助。

斯蒂芬·霍金科学传播奖章

霍金是斯塔尔慕斯节(Starmus Festival)咨询委员会的成员,在和促进科学传播方面发挥了重要作用。 斯蒂芬·霍金科学传播奖章是一项年度奖项,于2016年启动,旨在表扬艺术界人士对有助于提高科学意识的贡献。受奖者将获得由阿列克谢·列昂诺夫(Alexei Leonov)拍摄的斯蒂芬·霍金肖像奖章,另一面则是列昂诺夫自己表演他著名的太空漫步和标志性的“红色特辑”——布莱恩·梅(Brian May)的吉他的肖像。

2016年的第三届斯塔尔慕斯节是对斯蒂芬·霍金的致敬,斯塔尔慕斯节上所有讲座的书“超越地平线”也是献给他的。在颁奖典礼上颁发奖牌的第一批选手是霍金亲自挑选的。他们是作曲家汉斯·季默(Hans Zimmer),物理学家Jim Al-Khalili和科学纪录片《粒子狂热》。

黑洞发现奉献精神

2018年3月,两名俄罗斯天文学家宣布,他们在2018年3月16日(正值霍金去世两天后)发现了蛇夫座的一个新生黑洞GRB180316A,并将他们的发现献给了史蒂芬·霍金。

2009年8月12日,美国总统贝拉克·奥巴马颁予霍金总统自由勋章。图为美国总统奥巴马与霍金、霍金女儿露希在白宫蓝室畅谈的留影纪念。图:皮特·苏沙

霍金辐射

霍金辐射是黑体辐射,由于事件视界附近的量子效应,黑洞会释放这种辐射。它以物理学家斯蒂芬霍金的名字命名,斯蒂芬霍金在1974年为其存在提供了理论论证。 霍金的工作帮助解释了雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)的结果,他预测黑洞应该有一个有限的熵(Entropy)。

霍金辐射降低了黑洞的质量和能量,因此也称为黑洞蒸发(black hole evaporation)。 因此,预计通过其他方式不会增加质量的黑洞会缩小并最终消失。 微型黑洞(Micro black holes)被预测为比大黑洞更大的辐射发射器,并且应该收缩和消散得更快。

2008年6月,美国国家航空航天局(NASA)发射了费米伽玛射线空间望远镜,该望远镜正在寻找原初黑洞蒸发后产生的伽马射线终极闪光。 如果推测大的额外维数理论是正确的,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机可能会产生一种微型黑洞并且我们或许能够观察到它们的蒸发过程。 不过遗憾的是,目前为止在欧洲核子研究中心没有观察到这样的微型黑洞。

2010年9月,一个与黑洞霍金辐射密切相关的信号据称已经在一个涉及光脉冲的实验室实验中被观测到。 然而,结果仍然未经证实且值得商榷。其他的项目已经开始在模拟重力的框架内寻找这种辐射。

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