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黑洞 霍金如何將最大的成就與物理世界相對立起來

斯蒂芬霍金最大的成就是通過他的物理工作和對公眾的宣傳，彌合了曾經看起來不相容的事物之間的差距。無論他是在證明黑洞的確是放射物質，還是大眾文化能夠擁抱宇宙的奧秘，他都有辦法讓看似不可能的東西連接起來。
在霍金之前，黑洞被認為是宇宙最神秘的垃圾收集者。曾經相信沒有任何東西可以擺脫這些物體之一的巨大引力。它們如此密集，以至于它們甚至都能被照亮。但霍金發現，事實上，某種東西確實逃離了黑洞：輻射。感謝他的工作，我們現在知道黑洞甚至不是全黑的。（他們實際上從它們輻射出來的少量能量中發出微弱的光芒。）霍金提出的方程式來解釋這種現象如何起作用，成為他最顯著的成就之一：霍金輻射。“他提出了黑洞有溫度的想法，”哈佛 - 史密松天體物理中心的天體物理學家喬納森麥克道爾告訴The Verge。
“他想出了黑洞有溫度的想法。”
雖然他的工作顛覆了被認為是黑洞基本真理的事實，但霍金輻射實際上還是做了一些調和。他的研究將理論物理中兩個相互沖突的概念聯系起來：量子力學和相對論。“這些是物理學現在所依賴的兩大支柱，但它們彼此之間確實相互矛盾，”加州大學伯克利分校的理論物理學家拉斐爾布索說，他曾經是霍金的學生，他告訴The Verge。
黑洞 霍金如何將最大的成就與物理世界相對立起來
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量子力學是關于宇宙如何在最小水平上工作的 - 微粒如電子和正電子如何移動和連接。例如，如果你想知道原子是如何粘在一起的，量子力學就有你的背影。量表的另一面是廣義相對論，它解釋了引力是如何工作的。宇宙的大型物體 - 像行星，恒星和星系 - 實際上會彎曲它們周圍的空間和時間。這決定了這些物體在太空中如何相互作用。
霍金在一個非常小的范圍內觀察了一個真正巨大的物體周圍發生了什么 - 具有很多重力的物體
這兩種理論都很強大，并得到大量科學和觀察的支持。但是，無論人們嘗試多么困難，他們似乎都處于沖突中，從不真正合適。這對物理學家來說是個問題，因為他們都是關于簡單性的。“我們希望能夠用更少的基本成分來描述越來越多的現象，”Bousso說。
但霍金找到了一種讓大小不一的方式。他看著一個非常大的物體周圍會發生什么 - 一個有很多重力的物體 - 在一個很小的范圍內。具體來說，他分析了粒子在黑洞邊緣如何相互作用，即事件視界。這個邊界通常被稱為“不歸路”。一旦你越過這條線，無論如何你都會進入黑洞 - 除非你已經想出了一種比光速更快的方式。（劇透：你不能。）
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一顆星星的藝術渲染被黑洞拉開
這里我們得到小：根據量子力學，宇宙真空中是不是真的空。相反，虛擬粒子始終在真空中突然出現。這些粒子以相反的方式纏繞在一起：一個粒子具有正能量，一個粒子具有負能量，一個陰和一個陽。一個人會怎樣影響另一個人。通常情況下，這對貨幣會快速匯合并相互抵消。但是如果他們在事件發生的時候形成，那不會發生什么。事情開始變得怪異。
跨越事件視界的粒子對將被分開。黑洞用負能量吮吸一顆粒子，而正粒子從黑洞中甩出。逃逸的粒子變成霍金輻射，被它的逃逸加熱。注定的粒子成為黑洞的一部分。但是由于它具有負能量，它實際上使黑洞稍微變小。
“在所有其他恒星消失之后很久，黑洞就會發光，并最終爆炸。”
如果你單獨留下一個黑洞，這個過程將持續數十億和數十億年。最終，黑洞會浪費掉 - 然后，因為黑洞很奇怪，會爆炸。爆炸有多大？霍金寫道： “天文學標準相當小。但它仍然非常重要：大約有一百萬噸百萬噸的氫彈。
當然，許多黑洞通常被不斷落入其中的材料所包圍。但霍金表明，理論上，在正確的條件下，黑洞隨著時間的推移會消失。“黑洞不會永遠持續下去，”麥克道威爾說。“在所有其他恒星消失之后很久，黑洞就會發光，并最終爆炸。”
【 黑洞|霍金如何將最大的成就與物理世界相對立起來】這個想法在1974年發表后，推翻了物理學。但它也解決了一個巨大的難題：如果沒有任何東西能夠從黑洞中逃脫出來，那意味著它們是宇宙的清理人員，吃掉永不回頭的物質。但這與其他物理學沒有任何意義。有一條熱力學定律說，一個系統的隨機性和混亂 - 稱為熵 - 不能隨著時間而減少; 我們混亂的宇宙不能變得更清潔。那么黑洞如何真空吸取垃圾？霍金的發現表明，黑洞并不違反熱力學定律：通過發射輻射，它們也使物體混亂。“[他]并沒有試圖用熱力學來解決這個難題。事實證明，這正是我們所需要的，“馬里蘭大學理論物理學家特德雅各布森說。

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