2015年9月14日,物理学家首次探测到来自14亿光年外两颗黑洞碰撞产生的引力波,两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳质量和36颗太阳质量,合并形成黑洞的质量为62颗太阳质量,损失的3颗太阳质量以引力波的形式释放到宇宙空间。
根据广义相对论,黑洞的视界半径与质量成正比,因此黑洞的视界面积与质量的平方成正比。简单的计算就会发现,合并形成的黑洞的视界面积大于合并之前两颗黑洞视界面积之和。后续的几次黑洞合并事件,也都没违反黑洞面积定理。该定理为黑洞合并产生引力波的效率设定了上限。
曾经有人预测,霍金会因这项工作荣获诺贝尔奖,但直到去世都没能获得这一殊荣。
4、无边界宇宙模型
1981年,霍金在梵蒂冈召开的一次学术会上提出一个猜想:宇宙没有边界,也没有开始和结束。1983年,他与吉姆·哈特尔(Jim Hartle)利用量子力学和广义相对论严格论证了他的这个猜想。他们认为,在宇宙大爆炸之前,时间是不存在的,谈论宇宙何时开始没有意义。宇宙大爆炸经典模型中的“奇点”被像北极那样的点代替。虽然人们抵达北极后再也无法继续往北前进,但那里并不存在真正的边界。
三、霍金的科普成就
1982年,霍金首次打算写一本有关宇宙方面的科普读物,有部分原因是为女儿挣一部分学费,主要还是为了向大众普及宇宙学方面的最新进展。经过几年的努力,期间经历了很多曲折,1988年4月《时间简史》首先在美国出版,首次印刷了4万册,很快就供不应求,出版社赶紧加印,据说夏天还没过完,在美国就卖出了50万册。当年6月,开始在英国出版,几天之内,在伦敦被抢购一空,高居畅销书排行榜首位。
1988年6月6日霍金接受美国广播公司采访。在随后的这些年,《时间简史》被翻译成不下40种文字,全球的累计销量早已超过1000万册。
霍金曾说:“一本科学方面的书籍能和明星的回忆录竞争,也许这样人类才有希望。我很高兴这本书能为一般大众所接受,而不仅仅是学者。当今时代,科学起了巨大的作用,所以我们每个人对于科学是什么都应该有一些概念,这是非常重要的。”
除了《时间简史》之外,霍金还写了大量的科普书籍向公众进行科学宣传。例如:《时空本性》、《果壳中的宇宙》以及《大设计》等等一些优秀作品。
四、霍金的太空梦想
1、乘坐“零重力”公司的飞机体验失重
2007年4月26日,霍金搭乘“零重力”公司的飞机在大西洋上空体验失重。2007年4月26日,霍金搭乘“零重力”(Zero-G)公司的飞机在大西洋上空进行了失重体验。
医护人员将霍金扶到飞机的前排,让他背靠一块特殊的泡沫枕垫。然后,飞机上冲到万米高空,再急速俯冲回距离地面七千米处,使霍金和其他乘客体验一次25秒的失重状态。霍金这次探险,共完成了8次俯冲,累计3分20秒的失重状态。
飞行前,霍金在接受记者采访时说:“你可以想象,我非常兴奋,在轮椅上呆了差不多四十年,现在能够体验零重力飞行真是太好了。”
2014年霍金在与国际空间站宇航员对话时说:“2007年,我有幸搭乘“零重力”航班体验了失重飞行,对我来说那才是真正的自由。熟悉我的人都说从未看到过我如此灿烂的笑容,在那短暂的几分钟里,我是超人。像你们这样能当6个月的超人,我只能想象了。”
2、参与突破计划
2015年7月20日(阿波罗登月纪念日),俄罗斯投资人尤里o米尔纳(Yuri Milner)向公众宣布“突破聆听计划”(Breakthrough Listen),旨在通过全球顶级的射电和光学望远镜发现外星人存在的信号。该计划还有一封由著名科学家签名的公开信,包括霍金。霍金说“宇宙中,一定存在其他生命,现在是寻找答案的时候了,没有比这更重要的事情。”
2016年4月12日,霍金亲临现场为“突破摄星”计划站台。2016年4月12日,尤里o米尔纳又宣布了“突破摄星计划” (Breakthrough Starshot)。霍金亲临现场为该计划站台助威。
该计划设想在地面上建设激光阵列,然后利用激光产生的光压推动极薄、极轻的光帆高速前进,在200万千米的距离上完成加速过程,并使光帆的速度达到光速的20%!以这样的高速奔向最近的半人马座阿尔法恒星系统(4.3光年)仅需20年。
尤里o米尔纳在展示摄星计划中的芯片模型。光帆携带一个厘米大小的芯片,小小的芯片上面集成有核电池、微处理器、导航系统、通信系统、以及高清相机等等,真可谓是“麻雀虽小,五脏俱全”,是一枚真正的探测器。为了节约加速能量,光帆和芯片的质量限制在克量级。光帆和微芯片的组合体可以成群地运行在地球轨道上,等待激光阵列的加速一个个奔向深空。
“突破摄星”计划的光帆飞行器需要强劲的地面激光阵列供能。当然,这个激进的设想给当前人类的科技水平提出了很大的挑战!激光器的连续输出功率要求为100吉瓦(1亿千瓦),相当于五个三峡水电站的输出功率。这样强大的激光对光帆来说简直是噩梦,在承受极大光压的同时,还要承受极高的温度。抵达目标后,微芯片探测器想要把信息发回4.3光年之遥的地球并接收难度极大,因为芯片的发射功率实在有限。
我们知道,霍金为人类的命运操碎了心,他一直鼓励像这种前瞻性的研究,鼓励人类探索宇宙的尝试。但愿该计划进展顺利,让我们这代人有机会目睹奇迹的发生吧。
五、霍金与中国
1985年,霍金分别在中国科学技术大学和北京师范大学做了科学演讲。那次,他首次登上了长城,成为了他一生难忘的旅途记忆。
2002年,霍金再次到北京参加国际数学家大会,并再次登上长城。