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黑洞不黑,时间不老
易桥川 2019-09-24

霍金与史诗级摇滚乐队Pink Floyd曾经有过两次合作,第一次是在1994年,霍金利用电子发声器献声,在《Keep talking》当中过了第一把摇滚瘾。

在《Keep talking》中,霍金通过电子语音合成器说了这么两段话:

“千百年来,人类像动物一样生活。但突然我们的想象力被释放了出来,那就是我们学会了说话。”

“没有必要这样冷漠,我们所需要做的是确定我们在交流。”

有关于时空穿梭/黑洞的秘密,至今都震撼着科学界。乃至我们普通人,也日常关心这些物理科学问题。因为大家总会关心时空有多宽广,维度的极限,宇宙和我们的关系,时间的速度,时间的旅行。在此之前——在科学领域不断拓宽的现在——我们有很多关于时间的想象,超时空穿梭,穿越过去和未来,返老还童;对宇宙空间的预想,穿过黑洞到达下一个宇宙,宇宙之外的世界等。

我们通常提到的科学是指自然科学,即通常将自然科学简称科学,并不包括社会学和思维学的内容。包括我们平时所说的科学技术(简称科技)中的科学也指的是自然科学(仅包括自然科学)。 科学总给人一种非常高深困难的感觉,因为他总是帮我们解释我们无法解释的现象,很难却异常的吸引人。

曾经有一部电影《星际穿越》,用特效影响的方式展示了黑洞的行程和样貌。

其实黑洞的样貌无法用光线捕捉,因为它是一种质量极大的天体,具有非常强的引力,在它周围的一定区域内,连光也无法逃逸出去,这个边界称为“事件视界”。所以对于黑洞的设想一直是个谜,直到今年的四月,人类发布了首张黑洞照片,为了拍摄这张照片必须要是观测分辨率接近0.07豪角秒角分辨率的观测仪器,相当于用现在的哈勃空间望远镜也需要将分辨能力提升1000倍才能满足黑洞拍摄的要求。

为了实现观测所需要的空间分辨率,天文学家采用了一种特殊的技术——甚长基线干涉测量VLBI——将西半球多个分离的射电望远镜联合起来,共同对目标天体展开观测活动,大幅提高了分辨能力实现了0.06毫角秒的分辨率。

于是最终我们得到了一张这样的照片。

很多人不明白这样的历史意义,于是有一本书,通俗而详细的解释了这些问题。


斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日至2018年3月14日),男,出生于英国牛津,英国剑桥大学著名物理学家,现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。

1963年,霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症(卢伽雷氏症),全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动。1979至2009年任卢卡斯数学教授,主要研究领域是宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。获得CH(英国荣誉勋爵)、CBE(大英帝国司令勋章)、FRS(英国皇家学会会员)、FRSA(英国皇家艺术协会会员)等荣誉。

1973年,他考察黑洞附近的量子效应,发现黑洞会像天体一样发出辐射,其辐射的温度和黑洞质量成反比,这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小,而温度却越变越高,最后以爆炸而告终。黑洞辐射或霍金辐射(包括de Sitter空间中的霍金辐射)的发现具有极其基本的意义,它将广义相对论、量子场论和热力学统一在一起,其为弯曲时空中的量子场论。1973年以后,他的研究转向了量子引力论。虽然人们还没有得到一个成功的理论,但是它的一些特征已被发现。例如,空间-时间在普朗克尺度下不是平坦的,而是处于一种粉末的状态。在量子引力中不存在纯态,因果性受到破坏,因此使不可知性从经典统计物理学、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。

1980年以后,霍金的兴趣转向了量子宇宙论,提出了能解决宇宙第一推动问题的无边界条件。2004年7月,他承认了自己原来的“黑洞悖论”观点是错误的。《时间简史》的副题是从大爆炸到黑洞。史蒂芬·威廉·霍金认为他一生的贡献是在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大,但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不断被量子效应所抹平,而且整个宇宙空间正是起始于此。理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化,但就观念而言,已经相当完备了。

1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,该书被译成40余种文字,出版逾1000余万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”(Unread Bestseller),有学者曾指这种书之所以仍可以如此畅销,是因为书本尝试解答过去只有神学才能触及的题材:时间有没有开端,空间有没有边界。


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