霍金一生中的10大預言,4項已經證實,6項仍有待研究

天空之城 2021/07/28 檢舉 我要評論

毫無疑問,在物理學史上,霍金是最偉大的科學家之一。雖然只有幾根手指能動,但是他卻提出了許多高深的理論,為天體物理學做出了傑出的貢獻。時至今日,霍金的許多理論,仍然讓我們難以驗證。今天,咱們就盤點霍金生前的10大預言,看看哪些得到了證實。

面積定理

這是最近的一個被證實的定理,研究成果在差不多1個月前剛剛公佈。所謂的面積定理,類似於我們比較熟悉的熵增定理,霍金告訴我們:黑洞的表面積只會增加,不會減少。

麻省理工學院的天體物理學家Maximiliano Isi對2015年著名的雙黑洞併合事件GW150914資料進行分析後,發現原來2個黑洞的表面積之和是23.5萬平方公里,併合形成的黑洞表面積為36.7萬平方公里。就這樣,通過實際的觀測資料,科學家們證實了霍金的面積定理。

大爆炸宇宙論

關於宇宙的誕生,人們一直有不同的見解。在一百多年前,科學家們就開始爭論一個話題:宇宙的膨脹是否有一個起點?如果有,那麼就應該是從一次「大爆炸」中誕生;如果沒有,那就是所謂的宇宙恒穩態理論,也就是宇宙在時間上是無限的。

不過,霍金通過計算發現,宇宙恒穩態理論在數學上是無法自洽的,因此只有大爆炸宇宙論才是可靠的。如今科學家們基本都已經接受了這個理論,並且根據目前的研究,我們這個宇宙的起點,大約就在138億年前。

黑洞真實存在

1915年,愛因斯坦提出了廣義相對論,隨即在第二年,史瓦西就通過廣義相對論預言了黑洞這種天體的存在。然而,從那時候開始(甚至直到今天),始終有人質疑黑洞這種天體的存在。

對於這種神秘的天體,霍金是深信不疑的。他巧妙地結合了廣義相對論和量子力學等理論,證明了黑洞是真實存在的,並且推導出了關於黑洞的許多理論。果然,在2019年,事件視界望遠鏡拍攝到了M87星系中心的超大質量黑洞,從實際觀測角度證明了他是正確的。

霍金輻射

霍金提出的關於黑洞的重要理論,除了上面的面積定理,還有霍金輻射。和我們認為黑洞永遠在吞噬不同,霍金認為,黑洞周圍的空間會產生虛粒子對,這樣的粒子對中有一個會被黑洞吞噬,另一個則被射到宇宙空間,以至於黑洞的質量會不斷減少,就像在緩慢蒸發一樣。

這個理論同樣在最近被證實,以色列的科學家用聲波來模擬霍金輻射的現象,發現這個過程和霍金的預言完全相同,可見霍金的理論沒有問題。

黑洞信息悖論

霍金輻射的理論一經提出,就給科學家們帶來了巨大的困擾。因為這個理論意味著,墜入黑洞的物質所攜帶的資訊完全丟失了,這就是所謂的黑洞資訊悖論。換句話說,當一對虛粒子從黑洞周圍產生時,我們不知道它們墜入黑洞之前是什麼,這是違背量子力學的時間反演屬性的。

霍金本人對這個理論的解釋是,黑洞周圍有一些零能量粒子雲,他稱之為「軟毛」,這些資訊就儲存在這裡。不過,這也只是解釋資訊悖論的幾種假說之一,並沒有得到證實。

原初黑洞

大質量恒星的超新星爆發確實是黑洞形成的途徑,但未必是唯一的方法。霍金認為,在宇宙早期,由於當時物質密度過高,以至於有些物質可以直接坍縮成黑洞。

在這種情況下,黑洞不需要達到奧本海默極限,也就是說質量可以非常小,甚至不足1克。不過,同樣根據霍金輻射的理論,如果真的有這麼小的黑洞,也會很快就完全蒸發。稍微大一些的原初黑洞或許可能存在於今天的宇宙中,不過對於科學家們來說,目前仍然是沒辦法觀測到的。

多元宇宙

關於多元宇宙的說法,歷來已久。很多人認為,從大爆炸的那一天開始,我們的宇宙就沒有什麼特殊之處,僅僅是無數個宇宙中的一個。

霍金在晚年也一直在思考這個問題,但他和許多科學家一樣,對於無限這個概念有些抵觸。無限個宇宙,意味著不論多麼小機率的事件,只要不是0,就必然會發生。霍金提出了一個新的數學框架,雖然沒有完全否認多元宇宙的存在,但至少證明了宇宙的數量不會是無限的。當然了,這個理論似乎也很難在短期內被驗證。

時空穿梭

首先,我們能不能穿越回過去,就是一個巨大的問題。更加令霍金困惑的,就是時間旅行導致的悖論,也就是著名的外祖父悖論:如果你穿越回過去,殺死自己的外祖父,那麼現在這個你到底會不會消失?

這個問題確實讓很多人難以回答,過去的時空對現在的時空到底有沒有影響,在我們實現這個目標之前是無法回答的。霍金認為,有些我們尚未瞭解的物理學定律會導致一種保護效應,阻止這種事情的發生。不過,考慮到我們連時空旅行都覺得十分荒唐,這個理論的驗證恐怕也要等到很久了。

造物主

說到底,這還是宇宙大爆炸衍生出來的問題:大爆炸之前到底有什麼?不論是其他什麼東西引發了大爆炸,還是所謂的造物主創造了宇宙,對於霍金來說都是比較荒謬的回答。

他相信,宇宙大爆炸之前這個概念本來就荒謬,因為宇宙創造了時間,宇宙沒有出現,也就無所謂「之前」的說法。而且他多次闡述,在宇宙大爆炸之前,根本沒有「造物主」存在的空間。當然了,想要說服別人,這個論點的證據,恐怕也非常難以找到。

世界末日

大家最熟悉的霍金預言,大概就是這個了吧。網上經常會提及霍金的這些言論,相信很多人都看過不止一次。可能導致世界末日的因素有很多,比如氣候惡化、外星人入侵、人工智慧反叛等等。和其他理論不同的是,我們不希望這個預言得到驗證。或者說,當它被驗證時,也沒有人能夠看到了。

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