愛因斯坦之後最傑出的物理學天才,成就是它,遺憾也是它──霍金輻射

2018-03-15 20:36

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英國知名物理學家霍金14日逝世,享壽76歲。霍金致力於抽象難懂的黑洞及宇宙論研究,不僅證明廣義相對論的「奇點定理」(singularity theorems),還提出了黑洞會發射輻射的理論性預測「霍金輻射」。雖然生前獲頒無數殊榮,還被譽為愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家,愛因斯坦於1921年拿下諾貝爾物理學獎,霍金卻與物理學殿堂最高殊榮──諾貝爾物理學獎無緣。

霍金(Stephen Hawking)為何與諾貝爾獎無緣?加州理工學院(Caltech)物理學家卡羅(Sean Carroll)分析,主因為霍金的理論尚未獲得實驗證實,「諾貝爾獎不是頒給最聰明的人或對科學有傑出貢獻的人,而是頒給做出重大發現的人。」

霍金經常被和愛因斯坦相提並論,愛因斯坦雖拿過諾貝爾獎,卻並非因其最著名的相對論,而是之後被實驗證實的光電效應(photoelectric effect)才獲獎。另外,英國物理學家希格斯(Peter Higgs)在1960年代提出的希格斯玻色子(Higgs boson,又稱上帝粒子)理論,也是在2011年後經過歐洲大強子對撞機(LHC)實驗證實確實存在後,才在2013年獲得諾貝爾獎。

理論難證實 霍金笑稱:得找個迷你黑洞,才能拿諾貝爾

霍金在1974年提出他最著名的理論「霍金輻射」(Hawking radiation),該理論推翻過去學界對黑洞「只進不岀」的認知,在霍金輻射提出前,學界一般認為黑洞萬有引力極大,導致周圍的物質會被重力拉進去,甚至電磁輻射波也無法逃脫。

英國物理學大師霍金。(AP)
英國物理學大師霍金。(AP)

但霍金卻指出,黑洞並非只進不岀,而是會從其邊界慢慢釋放出粒子或輻射,他認為,傳統對黑洞的研究,只考慮了廣義相對論,但若加上量子力學的理論就會發現,在空間的任何地方,有許多的粒子和反粒子會瞬間產生,又瞬間湮滅。無數粒子反粒子方生方滅,流動不息,在黑洞的邊界上,也是如此。

依照「霍金輻射」的假說,黑洞確實會發出物質,因此黑洞並不是會一直擴張,也可能越縮小最後消失,形成黑洞蒸散的現象。但要證實他的理論,必須先找到適合大小的黑洞進行觀察,因為根據他理論,和小行星質量相當的黑洞可比大型黑洞產生更多「霍金輻射」。

不僅霍​​金輻射的理論難以證明,雖然絕大多數科學家都相信黑洞的存在,也有許多間接證據,卻也還沒有直接的實驗證明黑洞存在。由於理論太難證實,就連霍金本人也曾說,「真可惜還沒人找到迷你黑洞,否則我就能拿諾貝爾獎了。」

英國民眾至劍橋大學弔念霍金。(美聯社)
英國民眾至劍橋大學弔念霍金。(美聯社)

雖然沒有諾貝爾光環加持,卻絲毫不影響霍金在科學界的地位,美國航太總署(NASA)物理學家、2006年諾貝爾物理學獎得主馬瑟(John Mather)說,拿不拿諾貝爾都不會改變霍金的人生,「大家都愛霍金的研究」。哈佛天體物理學家羅布(Avi Loeb)也說,從霍金的人生經歷來看,「有更多事情比諾貝爾還重要。」

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