史蒂芬·霍金对科学的最大贡献是什么？

By Paul Sutter published 14 hours ago

The Universe

毫无疑问霍金的贡献做出一个值得铭记的遗产。

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  2010年的斯蒂芬·霍金。(Image credit: Frederick M. Brown/Getty Images)

著名物理学家斯蒂芬·霍金把引力带到了它的极限。在这样做中，他在我们的理解黑洞、宇宙学和量子引力中做出了多项重要进展。再加上他对科学普及的贡献巩固他的遗产未来几代人。

霍金在20世纪60年代在他被诊断出患有肌萎缩侧索硬化症（ALS）之前开始了他的研究生涯，导致他成年后的大部分时间里使用轮椅并通过技术而非声音交流。尽管来整齐的概括霍金的跨越四十多年的200多篇学术论文是不可能的，但他对极端环境中引力的本质是深感兴趣的。

这始于奇点的本质。霍金采纳了数学家兼物理学家罗杰·彭罗斯的在广义相对论中奇点确实存在的证明并将它扩展到整个宇宙——在我们的宇宙演化的模型中证明它，大爆炸真的始于一个奇点，一个无限密的点。

霍金随后继续更深入探讨了黑洞，并得出了他的令人惊讶的黑洞不是完全漆黑的结论。通过艺术般的将广义相对论与量子力学结合，霍金发现了黑洞会发射一个微量辐射，这意味着它们能蒸发并消失。

霍金将这一想法扩展到制定一组黑洞热力学的法则——熟悉的热力学定律的版本但应用于黑洞——提示热、能量和引力的热能量熵的本质之间一个深刻的联系。

回到宇宙学领域，霍金在理解膨胀如何运作中做出了重大进展。尽管阿兰·古斯初始了早期宇宙经历了一段异常快膨胀的想法，但正是霍金将它活生出来并使它成一种强大的、稳健的宇宙的理论。

除了膨胀之外，霍金花了很多时间检查大爆炸的最初时刻。他特别感兴趣于“起点”这个问题——宇宙有一个起点吗？甚至问这个问题有意义吗？量子力学关于此说了的？

引力是空时的故事，霍金花费了多年时间调查空间、时间和量子力学之间的深刻关系。例如，他研究了大量虫洞——穿过空时的捷径——并探讨是否它们物理上是可行的。霍金意识到虫洞也可被用作时间机器提出了纪元学保护猜想，该猜想陈述进入过去的时间旅行被禁止因为过去已经发生了且不能被改变。

2006年，史蒂芬·霍金。(Image credit: ENAHEM KAHANA/AFP via Getty Images)

与许多他的同事不同，霍金对发展一种一切的理论不是特别感兴趣的，一套囊括可以解释所有物理现象的方程。尽管他在弦理论中涉猎——一种承诺的一切的理论的候选——但他主要集中在引力的本质上。

但他在引力的量子方面的工作反响了整个社区。例如，任何一切的理论一定能够来解释由霍金摆出的霍金辐射之谜或宇宙膨胀的滑溜溜的本质。霍金的工作打开了探究量子力学和引力的统一的一扇窗——一个至今仍被研究人员尝试追求的目标。

为给出霍金的工作的一些量上的远望，考虑诺贝尔奖。2019年诺贝尔物理学奖被授予“对我们的宇宙演化及地球在宇宙中位置的理解贡献”，其中一半奖项授予詹姆斯·皮布尔斯“以表彰他在物理宇宙学中的理论发现”。霍金于2018年去世，但如果他还活着，他对宇宙学的贡献将已经使他成为分享该奖项的一个竞争者。

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2020年诺贝尔物理学奖被平分，一半授予了罗杰·彭罗斯，“以表彰黑洞形成的发现是广义相对论的一个稳健预测”。霍金也可以是一个竞争者，因为他探究黑洞的基本性质。

霍金有一个庄重的是在获得两个分开的诺贝尔奖的机会上，这绝对的把他放在罕见的陪伴中。

除惊人的科学输出外，霍金还是一位多产的科学传播者。他的1988年著作《时间简史》变成了一出版便大受欢迎。这本书是许多人量子力学、引力和宇宙学的入门读物。他变成一个文化偶像，几乎人人都能认出他和他的电脑合成的声音。

毫无疑问，所有这些贡献做出一个值得铭记的遗产。