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史蒂芬·威廉·霍金,在公眾評價中,被譽為是繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家之一。他提出宇宙大爆炸自奇點開始,時間由此刻開始,黑洞最終會蒸發,在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦的相對論和普朗克的量子論方面走出了重要一步。
1988年,霍金的科普著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》發行,從研究黑洞出發,探索了宇宙的起源和歸宿,該書被譯成40餘種文字,出版逾1000餘萬冊,但因書中內容極其艱深,在西方被戲稱為「讀不來的暢銷書」(Unread Bestseller),有學者曾指這種書之所以仍可以如此暢銷,是因為書本嘗試解答過去只有神學才能觸及的題材:時間有沒有開端,空間有沒有邊界。[1]2001年10月又一部作品《胡桃裡的宇宙》(The Universe in a Nutshell)出版發行。該書是《時間簡史》的姐妹篇,以相對簡化的手法及大量圖解,訴說宇宙起源。2006年,他在香港透露正與女兒合撰一套類似《哈利波特》,但主題是理論物理學而非魔法的小說。
霍金亦試圖通過通俗演講,將自己的思想與整個世界交流,除了常在英國及美國發表演說,他90年代曾兩次到訪日本,2002年8月曾到訪杭州發表《膜的新奇世界》(Brane New World),2006年6月在香港科技大學發表《宇宙的起源》時,哄動一時,被戲稱受到「搖滾巨星」級的接待。霍金的聲望,令他多次獲邀到外地演說,常獲國家元首接見。
霍金曾指,大眾會好奇一位殘障人士,為何會想到這麼多宇宙論,令他成了大眾媒體的寵兒。事實上,他在「星艦奇航記」中的電視影集「銀河飛龍」飾演過自己,與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌;他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中「演出」,拯救劇中的女孩。其形象也在卡通片《飛出個未來》中的一集里出現。卡通片《居家男人》中則有與其類似的角色(Steve)對其進行了滑稽的模仿。
自1970年代,霍金先後與不同學者,提出多項學說,改變人類對宇宙誕生的看法。其中由他與另一名學者彭羅斯(Roger Penrose)合著的奇點定理,提出時間及宇宙是有起點和終點,肯定了同時代其他人開創的宇宙大爆炸學說,推翻古典物理學有關時空是永恆存在的學說;按照該項定理,他進一步提出具有革命意義的「宇宙無邊論」(No Boundary Proposal),該論說指出,在擴張中的宇宙外,並沒有任何人類認知的「空間」存在。
在黑洞研究上,他亦提出多重創見,認為黑洞並非完全漆黑一片,相反,黑洞會發出一種輻射(後來被稱為霍金輻射),這種輻射(能量)以極緩慢的速度離開黑洞後,亦即意味黑洞能量會耗盡,造成黑洞蒸發現象。
1965年10月,人類發現一種散佈於空間的的微波背景輻射。這些能量極度微弱,能量值遠低於一台微波爐,但科學家發現,要合理解釋這種輻射,宇宙早期必定非常熱,隨著宇宙膨脹,輻射持續冷卻,最終才會有出現微波背景。這一學說,進一步確認宇宙早期曾經出現大爆炸。
不過,霍金因應廣義相對論,雖然解釋了宇宙源自一個「奇點」,這些定理未能說明宇宙如何開始。霍金認為,這代表廣義相對論在「奇點」中失效,該理論只能預測宇宙如何演化,未能預言它如何起始,霍金於是試圖合併量子理論及廣義相對論,期望能解釋整個宇宙從誕生、以至演化的過程。
簡而言之,廣義相對論是處理極大的物理現象,而量子力學則處理極小尺度的結構。直至今日,科學家相信,若有人成功合併兩套理論,則有可能成為一套更具一般性的理論,解釋空間中任何物理現象,這亦即物理學界一直追求的所謂大一統理論。霍金至今仍未能發展出這套理論,但科學界一般認為他的研究,為人類邁向大一統理論踏出重要一步
總結霍金的三大發現是裸奇點,黑洞蒸發理論和宇宙起源