霍金如此的著名,为什么没有获得诺贝尔?

​图:吞噬恒星的黑洞​霍金和他的合作伙伴们在1974年提出了一种假设,创造性的将量子力学和广义相对论结合在一起。

霍金无疑是这几十年来最著名的科学家了。他的主要成就都是关于黑洞的。最为人们所知的就是“霍金辐射”了。

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图:霍金​​

黑洞被广义相对论预言出来后,一直是科学家们关注的重点。关于它的物理性质是一个物理学界讨论的热门话题。一直以来科学界都认为黑洞是一个“只吃不拉”的饕餮。所有物质一旦进入其中就永远的消失在这个宇宙中了。

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图:黑洞​

这就导致了一个难题:如果黑洞吞噬了一个炙热的恒星(这种事情在现在的天文观测中已经被发现),这就代表着大量的熵永远的消失了,这违背了热力学第二定律定律。即:宇宙的熵是不断增加的。如果这些熵依然存在于黑洞内,那么它肯定会向外辐射能量。但这个辐射的机制又是什么呢?

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图:吞噬恒星的黑洞​

霍金和他的合作伙伴们在1974年提出了一种假设,创造性的将量子力学和广义相对论结合在一起。他提出,根据不确定原理,即使在空无一物的真空中也会产生一对对的正反粒子(虚粒子),但在产生的同时就会相互湮灭,在宏观上并没有质量的产生。但虚粒子对出现在黑洞的视界表面时,其中一个被黑洞吞噬,另一个虚粒子就会被黑洞巨大的引力转变成实粒子,并逃离黑洞。黑洞就产生了辐射,这个辐射就被称为“霍金辐射”。

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图:霍金辐射​

根据能量守恒定律,能量不可能被凭空创生和消失,被吞噬入黑洞的虚粒子相当于消耗了黑洞的质量,这个质量是与逃逸的粒子质量相等的。霍金辐射表明,黑洞也在不断的蒸发着自己的质量。

根据黑洞表面温度的公式得出,一个太阳质量大小的黑洞表面温度只有60纳开,月球质量大小的黑洞表面温度有2.7开,一个铯原子质量大小的黑洞(量子黑洞)温度有上千万开。质量越大的黑洞表面温度越低。而宇宙的背景辐射温度为2.7开,所以,比月球质量大的黑洞虽然依然在蒸发,但吸收的能量更大。而量子黑洞会在产生的瞬间就被霍金辐射蒸发完全部质量。

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图:量子黑洞可能会被强子对撞机撞出来​​

霍金辐射解释了为什么在宇宙刚爆炸不久后,由于高温高压产生的一些小质量黑洞为什么现在消失不见的原因,也指出了黑洞会在大爆炸的能量密度逐渐减少(宇宙膨胀的结果),宇宙冷却到非常接近绝对零度后,大质量的黑洞表面温度高于宇宙背景温度时,会慢慢蒸发掉自己的质量。这表明熵并没有减少,热力学第二定律依然正确。

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图:诺贝尔奖​

由于霍金辐射到现在都无法被实验所证明(虽然主流科学家都相信霍金是对的),而诺贝尔奖的得奖标准是必须得到证实的科学成果,所以,霍金不能获得诺贝尔奖是理所当然的事情了。这样的事情也发生在爱因斯坦身上,虽然他的相对论无疑是上世纪最伟大的物理学成就,但在当时还没有得到完全的验证。诺贝尔奖评委会为了平息众怒,给爱因斯坦的另一项低得多的成果“光电效应”发了奖。

由于诺贝尔奖只奖励给活着的人,所以,即使是霍金辐射被证实,诺贝尔奖也不会再颁发给霍金了。

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图:《果核中的宇宙​》

说句闲话,霍金虽然是当今非常重要的物理学家,但他的成果和知名度还是不相匹配的。他的知名度主要得益于他的几本科普作品,如:《时间简史》、《果核中的宇宙》,它们的发行量达到了上千万册。而且,由于霍金的残疾与科学家身份的结合,塑造出来的身残志坚的形象无疑是非常吸引人关注的。

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