史蒂芬·霍金作品

史蒂芬·霍金,OCH,CBE,FRS,FRSA,是英國著名物理學家,劍橋大學研究主任。霍金對理論宇宙學貢獻傑出,特別是對黑洞奇點、霍金輻射的研究。

霍金宇宙論
霍金先後與不同學者合作提出多項學說,改變了人類對宇宙誕生的看法。他與潘洛斯共同建構的奇性定理闡明,宇宙必須有粒初始奇點,時間與空間就是由此初始奇點開始演化。這定理肯定了同時代其他學者開創的宇宙大爆炸理論,推翻古典物理學有關時空是永恒存在的穩恆態理論。霍金進而在創建的「宇宙無邊界論」裏指出,「宇宙的邊界條件應該很特別,有甚麼條件會比無邊界條件更特別?」他認為,所有值得納入總合歷史計算的宇宙模型都會彎曲回自己,這種模型不需要設定邊界條件或像奇點一類的奇怪初始條件。

在黑洞研究方面,霍金發現,黑洞並非完全漆黑一片,黑洞會發射出一種輻射(後來稱為霍金輻射),這種輻射的出射率與黑洞質量成反比,對於宏觀黑洞,輻射出射率極低,但由於原生黑洞是在宇宙初期溫度非常炙熱時的產物,輻射出射率很大,因此質量消耗很大。有些原生黑洞的壽命跟宇宙年齡相等,它們的質量如果沒有耗盡,則會在近期耗盡,造成非常稀有但可觀察到的黑洞蒸發現象。

學說背景
古典物理學一般相信時間和空間是獨立於自然界的概念,可以永久存在;但1915年,愛因斯坦發表廣義相對論提出時間和空間並非絕對,不是獨立於事件的背景,學者對時間的看法徹底轉變。

愛德溫·哈伯在1920年代用100英寸虎克望遠鏡觀察天文時發現恒星並非均勻分佈於整片空間,而是聚集成星系。他又發現幾乎所有星系都有紅移現象,即隨著時間流易,它們離地球越來越遠,而且星系離地球越遠,離開速率亦越快(後來成為著名的哈伯定律)。這發現帶來新問題:在更早的時候,所有星系是否離地球更近,宇宙是否有一個的開端?

霍金輻射
1970年前,大多數物理學者認為黑洞只會吸入物質與電磁波,因此四周「漆黑」一片,黑洞質量亦會隨之上升。霍金於1974年指出,依據不確定性原理,宇宙真空並非完全空無一物,正能量粒子與負能量粒子組成的粒子對會不停生成,負能量粒子是虛粒子,不能長久存在,必須與正能量粒子在短時間內相遇,互相湮滅,這才不會違反能量守恆定律;假若有虛粒子對在黑洞事件穹界外周圍出現,而負能量粒子被吸入黑洞並從強勁的引力場獲得能量,則正能量粒子就能自由逃逸,因此,能量會輻射出去,黑洞質量會逐漸減小直至消失。假若黑洞質量越小,輻射出射率就越高,黑洞越快消失。這理論顯示量子力學可以除去廣義相對論所預測的奇點。或許量子引力學理論也能避開這棘手的奇點。

用處未確立
比較相對論及霍金學說的用處,前者對引力及能量的描述為人類帶來核能發電;而霍金的宇宙論尚未能直接應用於現代科技。但是,注意到適當尺寸的原生黑洞能夠發射出功率達一百億瓦(10 GW)的伽瑪射線,假若在不久將來,物理學家能夠找到這類原生黑洞並發展出高端科技來利用這種能源,黑洞學就可以帶給人類更多實質利益。
*《时间简史》(1988)
*《黑洞、嬰兒宇宙及其他》(1993)
*《胡桃裡的宇宙》(2001)
*《》(2002)
*《新時間簡史》(2005)
*《》(2005)
*《大設計》(2010)
*《》(2011)
*《我的人生簡史》(2013)
*《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》(2018)

兒童科幻小說
霍金、女兒露希、博士學生共同撰寫了一本書,之後,霍金、女兒露希又共同撰寫了兩本書

  • 《》(1997)

*《霍金》(2004),由班奈狄克·康柏拜區主演的一部電視影片。.
*《地平線》(2005)
*《》(2007)
*《》(2007)
*《》(2008)
*《》(2010)
*《》(2011)
*《》(2012)
*《生活大爆炸》第5季第21集《霍金刺激》(2012)

  • 《》(2013)

*《愛的萬物論》(2014),由艾迪·瑞德曼主演

參考文獻
外部連結

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