陈平、赵峥：【霍金给人类带来什么信息？悼念传奇物理学家霍金】

奇点疑难：幸遇彭若斯

霍金对彭若斯提出的奇点定理问题很感兴趣，他的博士论文的第一部分是写稳恒态宇宙模型的错误，第二部分就是对奇点定理给出了另外的证明。当时彭罗斯已经给出了第一个证明，是针对星体塌缩成黑洞的情况。霍金又给出了另外一个证明，是针对大爆炸宇宙的初始情况。

霍金自己的第一个工作就是对奇点定理做出了贡献。 他的第二个工作是黑洞面积定理，他认为黑洞的表面积随着时间前进只能增加不能减少。第三个重要工作，也是他一生当中最重要的工作就是证明了黑洞有热辐射，也就是霍金辐射。
 

面积定理的启示：黑洞热吗？

霍金、彭罗斯的奇点定理指出，一个合理的物理时空一定有时间的开始或者结束。

 我们现在来看霍金的第二个贡献：面积定理，霍金用微分几何证明了黑洞的表面积随着时间只能增大不能减小。

当时美国有一个二十几岁的研究生叫贝肯斯坦，他觉得黑洞的表面积只能增加不能减小，很像物理学当中的“熵”啊 ！黑洞的表面积会不会是熵啊！于是他在导师惠勒的支持下，提出黑洞的表面积可能是熵，而且他得到了一个公式，这个公式叫贝肯斯坦公式。

争论：真热还是假热？

霍金对贝肯斯坦这个工作很不以为然，觉得贝肯斯坦完全曲解了自己的意思：我的面积定理是用微分几何和广义相对论证出来的，根本没有用到热力学和统计物理，怎么会有热呢，不可能有热。而且，一旦黑洞有温度，就应该有热辐射。黑洞是个只进不出的天体，怎么可能辐射出东西来呢？所以他在1973年的一次暑期学术研讨会上，就跟另外两个专家（卡特和巴丁），三个人合写了一篇论文，用严格的微分几何重新推导了贝肯斯坦的公式， 说这个公式本身并没有错，但是它不是真正的热力学公式。它里面的κ像温度但不是温度，黑洞面积像熵但不是熵。于是他们就提出了“黑洞力学”的四个定律，跟普通热力学比较。但还是强调这不是“热力学”，而是“力学”。

最伟大的发现：霍金辐射

可是霍金后来又想：万一贝肯斯坦是对的呢？他又倒过来想了。如果贝肯斯坦是对的，那么黑洞就真有温度，就应该有热辐射射出。于是他又经过半年多的努力，在1974年终于证明了黑洞确实有热辐射，黑洞的温度是真温度。那个κ反映的是真温度，黑洞表面积A确实是熵，就是黑洞熵。严格证明黑洞有热辐射，是霍金一生中最卓越的成就。后来人们就把黑洞热辐射称为霍金辐射。这件工作做出来以后，他的老师西阿玛就说：霍金毫无疑问是二十世纪最伟大的物理学家之一。  【全文点击进入】