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霍金,黑洞,以及这个宇宙的未来

科普小知识2021-09-19 20:57:06
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霍金最大的成就是证明黑洞不是真正的“黑色”。

黑洞被命名是因为它的引力非常大。根据广义相对论的计算,只要它进入它的边界,任何物质都不能逃脱,甚至连光也不能出来。但是根据热力学,黑洞应该有熵,所以应该有温度,所以应该有光,这就构成了矛盾。霍金在公式中加入了量子力学,并成功地发现了黑洞发光的机制。这叫做霍金辐射。霍金在2002年说,他希望把结果刻在他的墓碑上。

尽管它的存在还没有被实验观察到,但几乎所有的物理学家都被它说服了。如果霍金获得了实验证据,他几乎肯定会获得诺贝尔奖。这是现代物理学通向万物原理的第一个里程碑——这是尝试将重力与量子力学结合起来的第一个重要成就。如果这两个领域最终统一起来,这将是人类智慧的最大成就之一。

但是霍金的发现不仅仅是一个简单的智力活动。在遥远的未来,它可能成为智能文明延续的生命线——准确地说,霍金的研究指出,黑洞可以成为能源。

所有的星星都在消失,新的星星不会永远继续诞生。大约100万亿年后,最晚诞生的最老恒星最终会失去光芒。当然,那时人类已经消失了,甚至宇宙也可能因为其他原因而灭亡。但是如果宇宙中还有文明,它们将如何生存?

未来的人类将走向何方?来源:皮克斯拜

似乎最可行的方法是从自然和人造黑洞中获取霍金辐射。霍金辐射的特点是黑洞越小,辐射强度越大。一个小黑洞很容易变得比太阳更亮,能量可以通过输入物质来维持它的存在。这是人类已知的最有效的能源生产方式,也许是整个宇宙中最有效的。

当然,即使是黑洞最终也会耗尽物质,但是如果黑洞能够被充分利用,文明的可能生存时间至少可以延长几亿倍。

更重要的是,在那个遥远的未来,宇宙的背景辐射也将减少到比现在更冷的程度,这意味着理论极限计算效率将呈指数增长。安德斯·桑德伯格计算出,生活在宇宙最后一刻的文明理论上可以获得今天10.30倍的计算能力。或许,利用霍金辐射作为能量,他们将能够计算出我们无法想象的结果,并最终扭转宇宙的命运。

这听起来像纯粹的科幻小说。事实上,在阿西莫夫的科幻小说《最后的问题》中,宇宙中最后一台计算机找到了在最后一刻重启宇宙的方法。但是科幻小说,就像宇宙学一样,总是在思考无法想象的时间尺度,不管未来有多遥远,它都会变成现在。也许宇宙中最后一个文明早已忘记了它以前的所有成就,并且可能对人类的存在一无所知。但可以肯定的是,在数学和物理学家的帮助下,我们现在与他们的一个片段联系在了一起。因为霍金,现在我们有可能与他们分享我们的命运。尽管霍金不再能和我们说话,但他留给我们的成就构成了宇宙中所有智慧生命的终极联系。

宇宙的最终命运仍然未知,但我们已经看到了一丝曙光。资料来源:bigthink.com

亲爱的斯蒂芬·霍金。