霍金一生中的10大预言,4项已经证实,6项仍有待研究

毫无疑问,在物理学史上,霍金是最伟大的科学家之一。虽然只有几根手指能动,但是他却提出了许多高深的理论,为天体物理学做出了杰出的贡献。时至今日,霍金的许多理论,仍然让我们难以验证。今天,咱们就盘点霍金生前的10大预言,看看哪些得到了证实。

面积定理

这是最近的一个被证实的定理,研究成果在差不多1个月前刚刚公佈。所谓的面积定理,类似于我们比较熟悉的熵增定理,霍金告诉我们:黑洞的表面积只会增加,不会减少。

麻省理工学院的天体物理学家Maximiliano Isi对2015年著名的双黑洞併合事件GW150914资料进行分析后,发现原来2个黑洞的表面积之和是23.5万平方公里,併合形成的黑洞表面积为36.7万平方公里。就这样,通过实际的观测资料,科学家们证实了霍金的面积定理。

大爆炸宇宙论

关于宇宙的诞生,人们一直有不同的见解。在一百多年前,科学家们就开始争论一个话题:宇宙的膨胀是否有一个起点?如果有,那麽就应该是从一次「大爆炸」中诞生;如果没有,那就是所谓的宇宙恒稳态理论,也就是宇宙在时间上是无限的。

不过,霍金通过计算发现,宇宙恒稳态理论在数学上是无法自洽的,因此只有大爆炸宇宙论才是可靠的。如今科学家们基本都已经接受了这个理论,并且根据目前的研究,我们这个宇宙的起点,大约就在138亿年前。

黑洞真实存在

1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,随即在第二年,史瓦西就通过广义相对论预言了黑洞这种天体的存在。然而,从那时候开始(甚至直到今天),始终有人质疑黑洞这种天体的存在。

对于这种神秘的天体,霍金是深信不疑的。他巧妙地结合了广义相对论和量子力学等理论,证明了黑洞是真实存在的,并且推导出了关于黑洞的许多理论。果然,在2019年,事件视界望远镜拍摄到了M87星系中心的超大质量黑洞,从实际观测角度证明了他是正确的。

霍金辐射

霍金提出的关于黑洞的重要理论,除了上面的面积定理,还有霍金辐射。和我们认为黑洞永远在吞噬不同,霍金认为,黑洞周围的空间会产生虚粒子对,这样的粒子对中有一个会被黑洞吞噬,另一个则被射到宇宙空间,以至于黑洞的质量会不断减少,就像在缓慢蒸发一样。

这个理论同样在最近被证实,以色列的科学家用声波来模拟霍金辐射的现象,发现这个过程和霍金的预言完全相同,可见霍金的理论没有问题。

黑洞信息悖论

霍金辐射的理论一经提出,就给科学家们带来了巨大的困扰。因为这个理论意味著,坠入黑洞的物质所携带的资讯完全丢失了,这就是所谓的黑洞资讯悖论。换句话说,当一对虚粒子从黑洞周围产生时,我们不知道它们坠入黑洞之前是什麽,这是违背量子力学的时间反演属性的。

霍金本人对这个理论的解释是,黑洞周围有一些零能量粒子云,他称之为「软毛」,这些资讯就储存在这裡。不过,这也只是解释资讯悖论的几种假说之一,并没有得到证实。

原初黑洞

大质量恒星的超新星爆发确实是黑洞形成的途径,但未必是唯一的方法。霍金认为,在宇宙早期,由于当时物质密度过高,以至于有些物质可以直接坍缩成黑洞。

在这种情况下,黑洞不需要达到奥本海默极限,也就是说质量可以非常小,甚至不足1克。不过,同样根据霍金辐射的理论,如果真的有这麽小的黑洞,也会很快就完全蒸发。稍微大一些的原初黑洞或许可能存在于今天的宇宙中,不过对于科学家们来说,目前仍然是没办法观测到的。

多元宇宙

关于多元宇宙的说法,历来已久。很多人认为,从大爆炸的那一天开始,我们的宇宙就没有什麽特殊之处,仅仅是无数个宇宙中的一个。

霍金在晚年也一直在思考这个问题,但他和许多科学家一样,对于无限这个概念有些抵触。无限个宇宙,意味著不论多麽小机率的事件,只要不是0,就必然会发生。霍金提出了一个新的数学框架,虽然没有完全否认多元宇宙的存在,但至少证明了宇宙的数量不会是无限的。当然了,这个理论似乎也很难在短期内被验证。

时空穿梭

首先,我们能不能穿越回过去,就是一个巨大的问题。更加令霍金困惑的,就是时间旅行导致的悖论,也就是著名的外祖父悖论:如果你穿越回过去,杀死自己的外祖父,那麽现在这个你到底会不会消失?

这个问题确实让很多人难以回答,过去的时空对现在的时空到底有没有影响,在我们实现这个目标之前是无法回答的。霍金认为,有些我们尚未瞭解的物理学定律会导致一种保护效应,阻止这种事情的发生。不过,考虑到我们连时空旅行都觉得十分荒唐,这个理论的验证恐怕也要等到很久了。

造物主

说到底,这还是宇宙大爆炸衍生出来的问题:大爆炸之前到底有什麽?不论是其他什麽东西引发了大爆炸,还是所谓的造物主创造了宇宙,对于霍金来说都是比较荒谬的回答。

他相信,宇宙大爆炸之前这个概念本来就荒谬,因为宇宙创造了时间,宇宙没有出现,也就无所谓「之前」的说法。而且他多次阐述,在宇宙大爆炸之前,根本没有「造物主」存在的空间。当然了,想要说服别人,这个论点的证据,恐怕也非常难以找到。

世界末日

大家最熟悉的霍金预言,大概就是这个了吧。网上经常会提及霍金的这些言论,相信很多人都看过不止一次。可能导致世界末日的因素有很多,比如气候恶化、外星人入侵、人工智慧反叛等等。和其他理论不同的是,我们不希望这个预言得到验证。或者说,当它被验证时,也没有人能够看到了。

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  1. 南极的那只企鹅

    黑洞的表面积只会增加不会减少?黑洞的质量过小不是会被蒸发掉吗?

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