无与伦比的贡献：奇点定理+黑洞不黑

奇点定理和黑洞不黑，是霍金给当代物理学界贡献的最重要的两个理论。

时间是什么？空间又是什么？在爱因斯坦之前的古典物理学家们看来，时间和空间是相互独立存在的。空间像一个可以让物体在里面自由移动的大容器，时间则是物体得以在其中表现持续或变化的东西，空间和时间只是所有物体背后的大框架，无论物体怎么变化，甚至消亡，时空都会独立而完好地存在着。

当然，在1915年爱因斯坦相对论出现之后，这种观念被完全颠覆了。相对论提

出，时间和空间并不绝对，并不是独立于事件的背景，而是随着事物的变化一起变化的一个整体。这之后不久，哈勃用天文望远镜发现，几乎所有的星星都在远离银河系。他由此得出结论：宇宙在膨胀。整个宇宙空间在随着时间而膨胀！对此现象，一些科学家提出了稳恒态理论，认为宇宙会穿梭于扩张和收缩两种状态，但并没有开端；另一些科学家则提出，物质如果没有严格对称的收缩最终一定会反弹，而密度保持有限，这也避免了宇宙有开端的说法。

▲科学家能够探测到太空中的背景辐射，它们可能是宇宙大爆炸时遗留下来的。20世纪20年代，天文学家埃德温·哈勃发现，除了银河系之外还有别的星系。地球和每一个星系之间的距离都以不可思议的速度在增大。

霍金并不认同这些说法，于是，他联同当时已经研究奇点的彭罗斯一起发展了一套数学公式，证明了宇宙不能反弹。他们提出，如果广义相对论是正确的，那么通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演，则可得出宇宙在过去有限的时间之前曾经处于一个密度和温度都无限高的状态，这一状态被称为奇点。随后不久，人们就发现了散布于空间的微波背景辐射，这表明，宇宙早期非常热，而随着宇宙的膨胀，辐射持续冷却，最终出现了这些微波背景。这个学说进一步确认了宇宙早期曾经出现过一个大爆炸。

“宇宙大爆炸”理论

1.最初，宇宙只是一个比原子还小的灼热小球，它的温度比现在任何恒星的温度都要高。随着一声爆炸，宇宙诞生了。然后它开始急速膨胀，其膨胀的速度远远超过光速，在最初的几微秒里就膨胀到了一个星系的大小。

2.随着宇宙继续膨胀，它的温度开始下降，于是能量和物质的小颗粒——每一个都比原子还要小——开始形成一种浓稠的、像汤一样的物质。

3.在大约3分钟的时候，小颗粒在引力的作用下开始聚集到一起。原子相互结合形成氢气和氦气等气体，而“物质浓汤”则开始变得稀薄和澄清。大爆炸3分钟以后，现在我们周围的所有物质开始慢慢形成。

4.随着时间推移，新生的宇宙不断地膨胀变大，宇宙中的气体逐渐聚成星云。在数百万年以后，恒星和星体开始在星云中诞生。

宇宙大爆炸，是20世纪科学界最重要的学说之一，而霍金和彭罗斯证明的奇点定理无疑在其中起到了重要的作用。在这之后，霍金又提出了另一个对物理学界来说举足轻重的理论——黑洞不黑。

据说，黑洞不黑的伟大构想来自一个闪念。当时，霍金正一边慢慢爬上床一边思考黑洞问题，他忽然想到，黑洞应该是有温度的，这样它就能释放辐射。也就是说，黑洞其实没那么黑。当然，在此之前，科学家一直相信黑洞只吸不吐，因此四周“漆黑”一片，吸收更多的物质时，其质量就随之上升。但在那个灵感闪现之后，霍金提出了一个新的理论，即“黑洞蒸发论”。他认为黑洞并非真的黑，而是存在温度，有温度的物质自然会释放辐射，因此黑洞其实是会发出辐射的。当然，辐射是一种能量，因此黑洞最终会因能量耗尽而消失。这个辐射现在被叫作“霍金辐射”。

黑洞会像热体一样辐射出X光、γ射线等，并不是真的那么黑！霍金的这个新发现，被认为是多年来理论物理学最重要的进展，他的关于黑洞不黑的论文更被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。

1988年，霍金因其在物理学上的卓越贡献，和彭罗斯一起被授予沃尔夫物理奖。2006年11月，他更是获得了英国皇家学会颁授的科普利奖章，跟爱因斯坦和达尔文齐名。虽然，霍金只是个常年坐在轮椅上的残疾人，但他对人类所生存的世界的贡献超过了许多人。我们期待，在未来的日子里，他能提出更多理论，给我们揭开更多的宇宙之谜。

▲上图是一个正在释放能量的黑洞。天文学家测定了该黑洞周围的能量，并证实它比预想的要大得多。额外的能量被认为是一种旋转能，由于黑洞边缘（事件穹界）电磁场的扭转，造成黑洞旋转速度的减慢，从而产生旋转能。