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「宇宙之王」霍金為何得不了諾獎?他在物理學上的真實水平如何?
2023/03/14

每當提及物理學領域當中有著卓越貢獻的人物時,大家總會想到這樣幾個人,牛頓、愛因斯坦以及霍金。

這之中,距離我們這一代人最近的物理學家就是霍金了,他在世時也一直活躍在大眾的視野當中,所以霍金對許多人來說更加熟悉。

作為著名的物理學家,當然要有真正的理論成就,才能擔得起這個稱號。那麼,備受關注的霍金在物理學上的真實水平究竟如何呢?他對物理學到底有哪些貢獻?

霍金的科學造詣

霍金的全名為斯蒂芬·威廉·霍金,出生于1942年1月8日。值得一提的是,霍金誕生的那一天剛好是被稱為「現代物理學之父」的伽利略逝世300周年的紀念日,「天才」的誕生總是有著諸多的巧合。

霍金的一生也并不是順風順水的,甚至可以說是異常的坎坷。因為他在21歲時就患上了盧伽雷氏癥,這種病也被叫做肌肉萎縮性側索硬化癥,一旦患病身體就會慢慢癱瘓,甚至到最后連說話的能力也會喪失。所以我們在媒體報道中看到的霍金,都是坐在輪椅上的。

如果大家了解過霍金的家世,就會發現「天才」的成長之路與家庭背景是息息相關的。他的父親和母親都畢業于牛津大學,是各自研究領域之內的專家,可以說,家學淵源對于霍金的成長起著關鍵的作用。那麼,霍金在物理學領域到底展現出了怎樣的天賦呢?

第一個重要的成就,就是其提出的霍金輻射,也叫作黑洞輻射。這一理論是他在1973年時發現的,他通過考察黑洞周邊的量子效應,發現黑洞也會不斷向外部發出輻射,而這種輻射會使黑洞的品質慢慢減小,直至消失。但是這個過程是非常漫長的,很難被人類直接觀測到。

不過,霍金輻射說到底只是他個人根據量子效應理論推測出的假說,目前尚未被完全證實。科學家認為,等到未來的觀測科學不斷發展,我們也許有機會證實這一假說,實際觀測到所謂的「霍金輻射」。

第二個成就則是非常有名的「奇點定理」,這一定理是霍金與羅杰·彭羅斯一起證明的,而羅杰·彭羅斯正是2020年諾貝爾物理學獎的獲得者。最初的奇點定理實際是彭羅斯提出的,但是霍金在大致了解之后,就把研究方向轉向了這一理論,最終將這一定理推至宇宙大爆炸模型和大坍縮模型當中。

霍金的完善證明了宇宙大爆炸有一個「初始的奇點」而大坍縮也有著「終極奇點」,也就是說宇宙不再是「無限無源」的,而是有始有終的。在他的博士論文當中,就有著對彭羅斯奇點定理的改進和完善,占據了很大的篇幅,如果大家有興趣可以去了解一下。因此,霍金對于奇點定理的發展是做出了重要貢獻的,這一點可以算作他的成就之一。

最后,則是「無邊界宇宙模型」地提出。自從人類知道自己的存在只是宇宙的滄海一粟之后,就開始想象宇宙的樣子,根據不同的宇宙理論建立了許多宇宙模型。霍金作為研究宇宙學的一員,也根據自己的理論,創建了特有的無邊界宇宙模型。

霍金的無邊界宇宙模型的設想是:「宇宙的邊界條件是它沒有邊界,只有當宇宙處于這個無邊界狀態時,科學定律自身才能確定每種可能歷史的機率。」

所以,霍金的無邊界宇宙模型不僅克服了從前大爆炸宇宙模型遭遇的「奇點疑難」,還形象地向我們展示出了宇宙演化的大致情況。換句話說,宇宙的爆炸和坍縮都是在超密狀態下進行的,這種情況下時間就具備了連續性,讓我們很難察覺到。

此外,無邊界宇宙模型的建立還有著顯著的哲學意義。作為無神論的忠實擁護者,霍金認為,宇宙本來就是自給自足的,既無邊界也無邊緣,因此,所謂的上帝亦或是造物主完全沒有藏身之處和存在的必要,宇宙不需要任何「神」來進行啟動。

以上就是霍金在物理學方面獲得的成就,不難看出,許多理論都是具備開創性意義的,尤其是像霍金輻射的提出。所以霍金在世時經常被人們叫做「活著的愛因斯坦」或者是「宇宙之王」也很正常,可是成就斐然的霍金為什麼得不了諾獎呢?

未能獲獎的原因

諾貝爾獎應該是大眾最熟悉的一個獎項了,不少學科的研究者會將獲得諾貝爾獎作為自己事業奮斗的終極目標,足以看出這一獎項的分量有多重。按理來說,霍金提出了那麼多極具開創性又意義非凡的理論,應當早就能獲得諾貝爾獎了,可是直到他2018年去世時,都并未獲得這一獎項。

縱觀霍金獲得過的獎項來看,有愛因斯坦獎章、沃爾夫物理獎和科普利獎等等,這些獎項無疑證明了霍金是有水平和實力的。但是諾貝爾物理學獎卻一直沒有頒發給霍金,這又是為什麼呢?

其實這并不是歧視或者是政治原因,也不是否認霍金在物理學領域的成就,而是諾貝爾獎的評定標準導致的。諾貝爾獎的評定標準當中,有著非常關鍵的一條就是要求科學家提出的理論必須被證實,并且有過實驗驗證。而我們在上文中介紹霍金成就時就提到,霍金輻射目前是沒有被觀測到的,所以還是處在假說階段。

諾貝爾物理學獎評定委員會秘書安德斯·巴拉尼表示,「經常有人問我,為什麼霍金沒有獲獎。他的研究成果確實相當出色,但是我們尚不能肯定這個成果是否適用于自然界。」

所以,在自己的果殼里作為宇宙之王的霍金,雖然其理論有著前瞻性,但是很遺憾大部分都沒有經過實驗證實。諾貝爾物理學獎對于霍金本人而言想必也沒有那麼重要了,畢竟他早在自己的「世界」當中窺見了宇宙的真容。

霍金為什麼這麼有名?

霍金算得上是比較「親民」的科學家,因為大眾對于復雜深奧的物理學和宇宙學大多都是一知半解,即使知道一些理論的提出很重要,卻也很難深入了解,畢竟專業性的名詞在普通人看來就和天書沒有區別。

而霍金就充當了一個「優秀的科普講解員」,他根據自己豐富的宇宙知識,力求使用平實的語言,向大眾展示我們所處的神秘宇宙。其著作《時間簡史》和《果殼里的宇宙》一度成為了暢銷書目,掀起了全民「看科學、學科學」的熱潮。

其次,霍金身殘志堅的精神也使人感動。坐在輪椅上的他,即使不能言語,全身只有幾根手指可以活動,也無法阻擋他「自由的靈魂和思想」。這種不被自身條件所限制和打倒的人,無疑是使人尊敬的。

就像《哈姆雷特》當中寫道「即使把我關在一個果殼里,我也會把自己當作一個擁有無限空間的君王。」而霍金的軀體被限制在輪椅之上,卻無法阻止他向大眾表達出他眼中的宇宙。

霍金的宇宙觀

科學家眼中的世界和宇宙非常的復雜,所以有時候他們在研究遭遇難題時,往往會陷入「自我懷疑」當中,這時科學和神學就會在其腦海中相互拉扯。歷史上,也有不少科學家最后被自己的研究成果與現實的矛盾擊垮,晚年信奉了神學。

霍金卻絕無這種可能性,從他的言行和表達的思想來看,他相信這個宇宙一定是「科學」的,我們之所以有太多不理解的地方,還是因為實力不夠。待到時機成熟,人類一定可以發現宇宙背后蘊含的科學規律。換言之,霍金認為宇宙即使廣袤而又復雜,人類與之相比是那麼渺小,但我們依舊有能力認識宇宙。

基于此霍金曾說:「我們將會看到,雖然不確定性原理對于我們所有的預言的準確性都加上了限制,同時它卻可以排除掉發生在時空奇點處的基本的不可預言性。」


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