斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的最后一篇论文刚刚由他的同事在预印本杂志arXiv上发表。研究小组在霍金3月去世前几天完成了这项研究。
这是霍金花了几十年时间思考的一个概念:黑洞信息悖论系列论文中的第三篇。这就是它的来龙去脉:
黑洞密度极高,时空扭曲的物体可以在恒星碰撞或巨型恒星自毁时形成。经典物理学认为没有什么东西能逃过黑洞,即使是光。但是在20世纪70年代,霍金提出黑洞可能有一个温度,可能会慢慢地泄漏出量子粒子。这种“霍金辐射”效应意味着,最终,黑洞将蒸发,留下一个真空,对于每个蒸发的黑洞来说,不管它在生命周期中吃了什么,它看起来都是一样的。[宇宙:大爆炸到现在的10个简单步骤]
这个想法提出了一个问题:在黑洞的一生中,它以天体的形式吞噬了很多信息,但这些信息去了哪里?物理学定律规定不应丢失任何信息:如果过去存在信息,我们就应该能够恢复它。因此,这一悖论
在2016年,霍金和他的团队提出黑洞可能有由光子(轻粒子)或引力子(假设的重力粒子)组成的“软毛”,至少存储了其中一些信息,Live Science先前报道。这些软毛围绕着黑洞的“事件视界”(event horizon)——一个任何东西,甚至光都无法逃逸的边界。
在新的论文中,霍金和他的团队发现了一种机制——它依赖于尚未证实的假设——来计算软毛可以携带的信息量。”它与斯蒂芬墓碑上刻着的著名公式一致,”资深作家安德鲁·斯特罗明格在一封电子邮件中告诉《现场科学》。他所指的公式被称为“霍金方程”,它描述了黑洞如何发射霍金辐射。
当黑洞吞下一个物体时,它的温度应该改变,这意味着它的熵或粒子的无序性也必须改变(更高的温度意味着粒子移动得更快,这意味着更多的混乱)。在这项新的研究中,霍金和他的同事们证明了“软毛”确实可以记录黑洞的熵,据《卫报》报道,
霍金的另一位同事,剑桥大学理论物理学教授马尔科姆·佩里告诉《卫报》,已故物理学家“知道”黑洞熵的最终结果在他死前的工作,当佩里几天前向他解释时,“他只是露出了一个巨大的微笑。”
对于这些软毛是如何存储信息,以及它们是否存储了被黑洞吞噬的全部或部分信息,仍有很多未知。
“这是一个极好的进展,“但我们还有很多工作要做,”斯特明格说,
最初发表在《生命科学》杂志上,
10月23日,今年75岁的著名物理学家史蒂芬·霍金宣布,将他在24岁时撰写的博士论文上传到剑桥大学公开数据库上,供大众下载阅读。
这是霍金第一次向公众开放论文。通过公开论文,霍金希望能够帮助激发大众对太空领域的兴趣,分享其研究成果。
“我希望能激励世界各地的人们仰望星空,而不是只盯着他们的脚下。让他们想知道我们在宇宙中所处的位置,并试着去理解宇宙。不仅是我的研究,而是每一个伟大的、具有探索精神的研究,对于任何人来说,在世界上的任何地方,都应该可以自由不受阻碍的访问。”霍金发文写道:“每一代人都站在前人的肩膀上,就像我在剑桥的年轻博士研究一样,受到了牛顿、麦克斯韦尔和爱因斯坦的启发。”霍金说。
这篇名为“宇宙扩张的属性”的论文,共有134页。论文中,霍金利用宇宙的膨胀理论来挑战现有的引力理论,他认为,由于早期的摄动,星系是无法形成的。霍金还提供了一种引力辐射和膨胀的模型,表明时空奇异性是“不可避免的”。
听上去是不是有些生涩难懂,尽管如此,大众依旧对这位传奇的物理学大师充满了好奇。剑桥大学表示,霍金决定公开论文下载后,在不到24小时的时间里,这篇文章被下载了近6万次。因此,那些访问过剑桥网站的用户可能会发现,网站打开要比平时慢,甚至暂时无法打开。
21岁时,霍金患上肌萎缩侧索硬化症。完成这篇论文时,他24岁,当时就读于剑桥大学三一学院。从公开的论文看,病情对当时的他已经产生了影响。论文上可以看到他当时写得略显扭曲的字迹:“这篇论文是我的原创性工作。”
剑桥大学表示,在论文公开前,大众要想完整阅读霍金的博士论文,需要亲自跑到图书馆,或者支付65英镑(85美元)来获得一份扫描版。霍金的这篇论文是其开放存储库中“被要求最多的”,他们收到了“数百份”的请求。
除了激励大众对星空的研究热情外,霍金公开博士的论文也是在鼓励的剑桥大学的学生们。从现在开始,所有剑桥大学的毕业生都必须提供他们论文的电子版,霍金的举动可能会给他们信心,让他们会知道,公开自己的论文并没有想象中那么可怕。
斯蒂芬·威廉·霍金,1942年1月8日出生于英国牛津,英国剑桥大学著名物理学家,现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。
霍金21岁时患有肌肉萎缩性侧索硬化症(卢伽雷氏症),全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动。1979至2009年任卢卡斯数学教授,主要研究领域是宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。
为庆祝“开放获取周”,英国剑桥大学23日首次在网上公开了英国著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金的博士论文,结果引发人们极大的兴趣,紧接着,由于下载人数太多,致使剑桥大学网站崩溃。大神吧友,来看看这论文写得怎么样?
使剑桥大学将1966年霍金在24岁时撰写的博士论文《宇宙膨胀的性质》免费发布在学校网站上,供公众下载。然而论文上线后不久,网站服务器便访问人数过多而崩溃了。周一下午,该网页需要数分钟才能打开。不过,打开后网页上没有显示任何内容。
剑桥大学发言人斯图尔特·罗伯特说:“我们在公开霍金博士的论文之后,收到了大量反馈,在不到24小时的时间内一共有将近6万次下载,因此,访问我们网站的用户可能会发现它比平时慢,有时甚至完全无法打开”。剑桥大学网站上霍金博士论文《宇宙膨胀的性质》下载页面现已恢复正常下载。
这篇名为“宇宙扩张的属性”的论文,共有134页。论文中,霍金利用宇宙的膨胀理论来挑战现有的引力理论,他认为,由于早期的摄动,星系是无法形成的。霍金还提供了一种引力辐射和膨胀的模型,表明时空奇异性是“不可避免的”。听上去是不是有些生涩难懂,尽管如此,大众依旧对这位传奇的物理学大师充满了好奇。剑桥大学透露,这篇论文是剑桥大学图书馆中最多人要求阅览的论文,从去年5月迄今有199次,且要求者多来自一般大众,而非学术界。要求阅览数第2名的论文仅有13次。此前霍金的论文只能在剑桥大学图书馆里读到,或者需要支付86美元来获取电子版。
霍金:鼓励全世界人民仰望星空
在网站崩溃之前霍金发声明称:“很高兴这么多人对我的论文感兴趣,希望他们看了之后不会失望!”
霍金说,公开博士论文的目的是鼓励全世界人民仰望星空,不要只着眼于脚下;去思考人类在宇宙中的位置,去理解这个太空世界。“世界上任何一个地方的任何一个人都可以免费获取的,应该不仅仅是我的论文,还应该包括在人类理解范围内每一个伟大思想进行的探索。”
霍金还说:“每一代人都是站在前人的肩膀上的,就像我在剑桥大学读博时受到牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的启发一样。”
据悉,写作这篇博士论文时,霍金已经确诊了“肌肉萎缩性侧索硬化症”。虽然最初的诊断结果称,时年21岁的霍金仅剩下两年寿命,但半个多世纪以来,霍金不仅顺利完成博士论文,同时还成为剑桥大学教授。他在1988年出版的《时间简史》是世界上最为成功的科普书籍,被翻译成40多种语言,销量超过千万。
剑桥大学:“开放获取”打破获取知识的屏障
学术交流副主任亚瑟·史密斯博士表示“开放获取”能够为学术研究提供支持,通过消除人与知识间的屏障,科学、医学和技术各领域能够实现新的突破。他强调,尤其重要的是对博士研究知识的传播。博士论文包含大量独特的未被开发的信息正等着被使用,但通常这些内容都被排除在大众视野之外。
“从2019年10月起,所有剑桥大学的博士毕业生都被要求提交电子版博士论文,以便保存。”史密斯博士称,希望更多学生能像霍金教授一样让自己的论文“开放获取”。同时,他表示“会邀请剑桥校友考虑将他们的论文‘开放获取’”。
在最近的一次庆祝活动中,剑桥大学图书馆服务主任杰西卡·加德纳说:“剑桥是牛顿和达尔文等人的物理论文的‘家’。我们非常小心地保存他们留在纸上的研究数据,并通过我们的数字图书馆和公众分享。”
霍金教授1942年出生于英国牛津,这一天正好是伽利略的300年忌日。霍金教授毕业于牛津大学的大学学院,并获得了自然科学一等荣誉学位。1963年,霍金教授被诊断患有肌肉萎缩症,即运动神经病,全身只有两个手指可以动。1965年获得理论物理学博士学位。1974年3月1日,霍金教授在《自然》上发表论文,阐述了自己的新发现——黑洞是有辐射的。在几个星期内,全世界的物理学家都在讨论他的研究工作(霍金所指的辐射被称为霍金辐射)。霍金的新发现,被认为是多年来理论物理学最重要的进展。该论文被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。1975—1976年间,在其获得6项大奖中有伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章、梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章、霍普金斯奖、美国丹尼欧海涅曼奖、马克斯韦奖和英国皇家学会的休斯勋章。1978年他获得物理界最有威望的大奖——阿尔伯特·爱因斯坦奖。1979年,被任命为著名的、曾一度为牛顿所任的剑桥大学卢卡逊数学教授。1988年,霍金的惊世之著《时间简史:从大爆炸到黑洞》(A Brief History of Time:from the Big Bang to Black Holes)发行。从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,解答了人类有史以来一直探索的问题:时间有没有开端,空间有没有边界。这是人类科学史上里程碑式的佳作。该书被译成40余种文字,出版了1000余万册。霍金教授的通俗演讲在国际上也享有盛誉,他的足迹遍布世界各地。他试图通过自己的书籍和通俗演讲,将自己的思想与整个世界交流。2000年初,霍金在美国白宫做了演讲,这是世界之夜(Millenium Evenings)活动的一部分,克林顿总统亲切会见他并向他表示祝贺。2001年10月又一部力作《果壳中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)出版发行。该书是《时间简史》的姐妹篇。在该书中,霍金揭示了自《时间简史》发表以来,理论物理学的伟大突破。
令人感兴趣的是,他在科幻系列剧“星舰奇航记”中饰演过自己,并与爱因斯坦及牛顿一起打桥牌。