博文
[物理学家小传]：R.Penrose and S.Hawking
|
如果单纯从智商水平来区分物理学家的话，我会选择R.Penrose和S.Hawking排在第一位。我取Penrose这个网名大概也因此有关。（当然还有蕴涵中文里的“妙笔生花”含义，另外Penrose音译彭罗斯，和我的姓大致关联。）这两位从事的是需要相当智力和想象力的工作，那是宇宙学里的精髓。
Hawking恐怕是家喻户晓的人物了，从小到大听过无数身残志坚的例子，但无论志气如何坚强，能做出突出成就的恐怕没几个人。海迪姐姐走向了社会慈善事业和政治，沦为了国家的一个宣传工具，要说做出多大的成就，恐怕不好夸大。而霍金不一样，他从哈佛毕业的时候不过二十几岁，年轻的他就展露惊人的才华。在广义相对论、粒子物理学、宇宙论等等一系列最为玄妙和高深的理论物理领域，他游刃有余。小爱还要找格罗斯曼帮助，而霍金单枪匹马就能毫无阻碍地闯荡这个艰难重重的世界。以致在一段时间，这几个领域研究者都以他的马首是瞻。
Hawking的重要工作是奇点定理的证明。爱因斯坦的广义相对论出来之后，以爱因斯坦场方程作为基本的方程，这个方程是个超越方程，很难找到解析解。在球对称条件下，史瓦西找到了一个最简单的解析解，即使是最简单，那也是相当复杂的，不管怎么说，这个时空解给出了一个惊人的结果，那就是存在时空的奇点，在这一点所有可观测物理量都是发散的，物理定律失效了。根据这个解析解，有一个简单的推论，就是恒星质量的大小决定了它死后的命运，恒星例如太阳，在燃烧完自己的能量之后将会冷聚，然后爆发，成为超新星，中国宋代观测到过一个超新星爆发（原文“昼见如太白（金星）”，可见超新星的亮度可观）。超新星里面会有新的结构，如果恒星质量足够大，大概是2-3个太阳的质量，就可以塌缩为白矮星，钱德拉塞卡计算出了这个临界质量而获得了诺贝尔奖（他是一个举止优雅的英国绅士式人物，我的广义相对论老师和他有几面之缘。）。如果恒星质量再大一点，就会塌缩成中子星。白矮星和中子星的密度有多大，做个比喻就知道，万吨轮船只能装一个足球大小的白矮星或者一个芝麻大小的中子星。当然，如果恒星质量再大一点，就会继续塌缩，因为内部的斥力无法抵挡引力，那么最终将塌缩成一个点，这就是奇点，奇点周围有个范围是一片漆黑，因为即使连光子这个最快的粒子也难以逃脱引力的束缚，就象一个黑咕隆咚的大洞，可以吞没一切物质，我们叫它为“黑洞”（和只进不出的“黑洞”相反的叫做“白洞”，就是只出不进的）。Hawking首先证明了奇点的存在，当然他第一个证明是他独立做出的，前提条件还比较多，所以他不是很满意。
说到这里就该Penrose出场了，Penrose原来是做数学的，他的数学很强，著名的Penrose拼图就是他发现的，用“箭”和“风筝”拼凑的天衣无缝，这个在后来凝聚态物理界有了准晶的发现。别人曾向Penrose建议，既然你数学这么好，应该涉足广义相对论，肯定会有大成就的。Penrose也毫不谦让，很快就转向了广义相对论，奇点定理不过是小试牛刀。他也独立给出了奇点存在的证明，让Hawking颇为震撼，这就象独孤求败终于找到了对手一样，是非常激动的。毕竟这个世界能比Hawking还聪明的人实在是罕见。
对手也可以成为朋友，科学是没有敌人的。Hawking和Penrose决定携手合作，用更为宽松的前提条件，用他们的话来说是：“只要满足一些并不苛刻的条件，那么奇点的存在是必然的。”这些不苛刻的条件，是包括因果律之类的看似并不物理的直觉条件。他们完美地证明了奇点定理，从此没人再怀疑奇点的存在，大家纷纷转向对奇点性质的研究。这就叫做一锤定音，能做到这点的只有大师里的大师，天才中的天才。
Hawking和Penrose除了奇点定理的证明还有一些其他的工作，其中有意思的是他们的几次辩论，辩论的内容涉及量子力学和广义相对论里最基本的问题，例如那只可爱的薛定谔的猫。（物理学家很喜欢设计一些可爱的小动物来说明问题，有薛定谔的猫，麦克斯韦的小妖怪，这里就不展开叙述了。）这段经典的辩论就和波尔和爱因斯坦的争论一样（他们争论上帝究竟有没有在掷色子），永远记在了后人的心里，也给科研界很多深刻的启示。
Hawking重要的工作还有著名的黑洞蒸发理论，黑洞也会慢慢蒸发掉，很让人惊讶。还有就是关于宇宙形成的理论，包括多宇宙模型、宇宙泡沫、量子宇宙等等很多希奇古怪的玩意。我很佩服Hawking的想象力，把宇宙这么复杂的理论弄的这么完美。
Penrose的重要工作在于时空扭量观点，可以说是一种新的时空理论，也可以说是广义相对论的另一个表现形式，就象费曼整出路径积分形式的量子力学一样。时空扭量观点很经典也很优美，不少从事相对论研究的人都很喜欢，我的同学张轩中就是如此（见我博客链接，他的博客就叫“张轩中的扭量宇宙”）。
Hawking和Penrose的任何一个工作都是很深奥难懂的，就拿奇点定理来说，即使是做广义相对论的专家也未必能懂。我的广义相对论老师梁灿彬先生师从著名的Wald，首次在国内传播了微分几何形式的广义相对论，他回国之后第一个报告就是讲奇点定理的证明，很遗憾，按照梁老师的说法，好象在座的专家们没一个听明白了。要知道当年的北师大可是全国的广义相对论中心，现在也差不多是。梁先生在国内辛勤地传播微分几何形式的广义相对论，他意识到一些持有固有观点的老学究不能接受新事物之后，开始大量培养年轻的学生，从本科生开始讲授广义相对论，这门课很难，第一次上课也许图新鲜会有80人左右听课，第二次也许减半，第三次就只有20人左右了，当然里面还有不少是听着玩的，最终敢于参加考试的，也许只有不到10人，我大一时见到的情形是：一个人在听课，一个人在睡觉，一个人在看书，偌大的一个教室，包括老师就这四个人。我有幸遇到最好的一届，也许是梁先生带的本科生中最后一届，我们一共30人左右，从大二到博二各个年级的都有，追随梁先生学了几近两年的广义相对论，收益匪浅。梁先生严谨的科学作风、细致的数理推导、淡泊的处世态度是我学习的榜样，也一直伴随在我科研当中。在这里尤其要感谢梁先生，花甲之年仍孜孜不倦教诲我们后辈，不求名利只求传播科学知识，这种做学问的精神如今是很难得了。
我最近也很有幸亲眼见过Hawking，那是他前不久来中国的时候，世界弦论大会的开幕式。Hawking介绍了他新的宇宙学观点（见前面转贴文章），他在友谊宾馆开玩笑地说，喜欢中国的食物和女人。这个时候见到的Hawking，已经是严重残废了，只有两个眼皮能动一动。
Hawking第一次来中国的时候，正是我的老师梁先生陪他，推着他的轮椅上了长城。那时他还能在喉咙里发出一些不大清晰的话语。Hawking从大学毕业不久就得了这种怪病，肌肉不断萎缩，开始不能走路，后来到不能说话。到2002年他参加在中国的世界数学大会时候，他已经只有三个指头能动了，如今只剩下了眼皮。他的健康状况实在让人担心。这是无法避免的，也许将来这位大师会什么都动不了，那就和植物人差不多了，如果等到那天，理论物理界必将全球黯然神伤，那将是物理界一大损失。
Bless Hawking！
https://blog.sciencenet.cn/blog-22926-16432.html
上一篇：[物理学家小传]：Josephson和P.W.Anderson
下一篇： [物理学家小传]：BCS
Hawking恐怕是家喻户晓的人物了，从小到大听过无数身残志坚的例子，但无论志气如何坚强，能做出突出成就的恐怕没几个人。海迪姐姐走向了社会慈善事业和政治，沦为了国家的一个宣传工具，要说做出多大的成就，恐怕不好夸大。而霍金不一样，他从哈佛毕业的时候不过二十几岁，年轻的他就展露惊人的才华。在广义相对论、粒子物理学、宇宙论等等一系列最为玄妙和高深的理论物理领域，他游刃有余。小爱还要找格罗斯曼帮助，而霍金单枪匹马就能毫无阻碍地闯荡这个艰难重重的世界。以致在一段时间，这几个领域研究者都以他的马首是瞻。
Hawking的重要工作是奇点定理的证明。爱因斯坦的广义相对论出来之后，以爱因斯坦场方程作为基本的方程，这个方程是个超越方程，很难找到解析解。在球对称条件下，史瓦西找到了一个最简单的解析解，即使是最简单，那也是相当复杂的，不管怎么说，这个时空解给出了一个惊人的结果，那就是存在时空的奇点，在这一点所有可观测物理量都是发散的，物理定律失效了。根据这个解析解，有一个简单的推论，就是恒星质量的大小决定了它死后的命运，恒星例如太阳，在燃烧完自己的能量之后将会冷聚，然后爆发，成为超新星，中国宋代观测到过一个超新星爆发（原文“昼见如太白（金星）”，可见超新星的亮度可观）。超新星里面会有新的结构，如果恒星质量足够大，大概是2-3个太阳的质量，就可以塌缩为白矮星，钱德拉塞卡计算出了这个临界质量而获得了诺贝尔奖（他是一个举止优雅的英国绅士式人物，我的广义相对论老师和他有几面之缘。）。如果恒星质量再大一点，就会塌缩成中子星。白矮星和中子星的密度有多大，做个比喻就知道，万吨轮船只能装一个足球大小的白矮星或者一个芝麻大小的中子星。当然，如果恒星质量再大一点，就会继续塌缩，因为内部的斥力无法抵挡引力，那么最终将塌缩成一个点，这就是奇点，奇点周围有个范围是一片漆黑，因为即使连光子这个最快的粒子也难以逃脱引力的束缚，就象一个黑咕隆咚的大洞，可以吞没一切物质，我们叫它为“黑洞”（和只进不出的“黑洞”相反的叫做“白洞”，就是只出不进的）。Hawking首先证明了奇点的存在，当然他第一个证明是他独立做出的，前提条件还比较多，所以他不是很满意。
说到这里就该Penrose出场了，Penrose原来是做数学的，他的数学很强，著名的Penrose拼图就是他发现的，用“箭”和“风筝”拼凑的天衣无缝，这个在后来凝聚态物理界有了准晶的发现。别人曾向Penrose建议，既然你数学这么好，应该涉足广义相对论，肯定会有大成就的。Penrose也毫不谦让，很快就转向了广义相对论，奇点定理不过是小试牛刀。他也独立给出了奇点存在的证明，让Hawking颇为震撼，这就象独孤求败终于找到了对手一样，是非常激动的。毕竟这个世界能比Hawking还聪明的人实在是罕见。
对手也可以成为朋友，科学是没有敌人的。Hawking和Penrose决定携手合作，用更为宽松的前提条件，用他们的话来说是：“只要满足一些并不苛刻的条件，那么奇点的存在是必然的。”这些不苛刻的条件，是包括因果律之类的看似并不物理的直觉条件。他们完美地证明了奇点定理，从此没人再怀疑奇点的存在，大家纷纷转向对奇点性质的研究。这就叫做一锤定音，能做到这点的只有大师里的大师，天才中的天才。
Hawking和Penrose除了奇点定理的证明还有一些其他的工作，其中有意思的是他们的几次辩论，辩论的内容涉及量子力学和广义相对论里最基本的问题，例如那只可爱的薛定谔的猫。（物理学家很喜欢设计一些可爱的小动物来说明问题，有薛定谔的猫，麦克斯韦的小妖怪，这里就不展开叙述了。）这段经典的辩论就和波尔和爱因斯坦的争论一样（他们争论上帝究竟有没有在掷色子），永远记在了后人的心里，也给科研界很多深刻的启示。
Hawking重要的工作还有著名的黑洞蒸发理论，黑洞也会慢慢蒸发掉，很让人惊讶。还有就是关于宇宙形成的理论，包括多宇宙模型、宇宙泡沫、量子宇宙等等很多希奇古怪的玩意。我很佩服Hawking的想象力，把宇宙这么复杂的理论弄的这么完美。
Penrose的重要工作在于时空扭量观点，可以说是一种新的时空理论，也可以说是广义相对论的另一个表现形式，就象费曼整出路径积分形式的量子力学一样。时空扭量观点很经典也很优美，不少从事相对论研究的人都很喜欢，我的同学张轩中就是如此（见我博客链接，他的博客就叫“张轩中的扭量宇宙”）。
Hawking和Penrose的任何一个工作都是很深奥难懂的，就拿奇点定理来说，即使是做广义相对论的专家也未必能懂。我的广义相对论老师梁灿彬先生师从著名的Wald，首次在国内传播了微分几何形式的广义相对论，他回国之后第一个报告就是讲奇点定理的证明，很遗憾，按照梁老师的说法，好象在座的专家们没一个听明白了。要知道当年的北师大可是全国的广义相对论中心，现在也差不多是。梁先生在国内辛勤地传播微分几何形式的广义相对论，他意识到一些持有固有观点的老学究不能接受新事物之后，开始大量培养年轻的学生，从本科生开始讲授广义相对论，这门课很难，第一次上课也许图新鲜会有80人左右听课，第二次也许减半，第三次就只有20人左右了，当然里面还有不少是听着玩的，最终敢于参加考试的，也许只有不到10人，我大一时见到的情形是：一个人在听课，一个人在睡觉，一个人在看书，偌大的一个教室，包括老师就这四个人。我有幸遇到最好的一届，也许是梁先生带的本科生中最后一届，我们一共30人左右，从大二到博二各个年级的都有，追随梁先生学了几近两年的广义相对论，收益匪浅。梁先生严谨的科学作风、细致的数理推导、淡泊的处世态度是我学习的榜样，也一直伴随在我科研当中。在这里尤其要感谢梁先生，花甲之年仍孜孜不倦教诲我们后辈，不求名利只求传播科学知识，这种做学问的精神如今是很难得了。
我最近也很有幸亲眼见过Hawking，那是他前不久来中国的时候，世界弦论大会的开幕式。Hawking介绍了他新的宇宙学观点（见前面转贴文章），他在友谊宾馆开玩笑地说，喜欢中国的食物和女人。这个时候见到的Hawking，已经是严重残废了，只有两个眼皮能动一动。
Hawking第一次来中国的时候，正是我的老师梁先生陪他，推着他的轮椅上了长城。那时他还能在喉咙里发出一些不大清晰的话语。Hawking从大学毕业不久就得了这种怪病，肌肉不断萎缩，开始不能走路，后来到不能说话。到2002年他参加在中国的世界数学大会时候，他已经只有三个指头能动了，如今只剩下了眼皮。他的健康状况实在让人担心。这是无法避免的，也许将来这位大师会什么都动不了，那就和植物人差不多了，如果等到那天，理论物理界必将全球黯然神伤，那将是物理界一大损失。
Bless Hawking！
https://blog.sciencenet.cn/blog-22926-16432.html
上一篇：[物理学家小传]：Josephson和P.W.Anderson
下一篇： [物理学家小传]：BCS
扫一扫，分享此博文
全部作者的精选博文
全部作者的其他最新博文
全部精选博文导读
相关博文
- • Philosophical Challenges vs.DIKWP Semantic Mathematics（初学者版）
- • Compare DIKWP Semantic Mathematics with Related Models（初学者版）
- • Building an Artificial Consciousness System with DIKWP（初学者版）
- • Cognitive Development and Mechanism of DIKWP Semantics（初学者版）
- • Cognitive DIKWP Development in Early Language Learning（初学者版）
- • Expression of Semantics in DIKWP Semantic Mathematics（初学者版）