斯蒂芬·霍金于2018年3月中旬离开我们，享年76岁。 关于他的文章很多，但不排除我最近的工作：
开始写提到的文章时，我遇到了几年前写的以下材料，这些材料描述了斯蒂芬·霍金的科学遗产。 霍金（Hawking）生病时，一家杂志要求她，每个人都以为他会死-这不是第一次，而且每个人都犯错了。 我确信这篇文章从未发布过，所以在这里！
斯蒂芬·霍金的科学遗产
斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）是一个既是名人又是文化现象的科学家的罕见例子。 但是，他也是名副其实的文化现象的罕见例子。 他的贡献可以很简单地描述：霍金对自重的理解比自爱因斯坦以来任何物理学家都做出了更多贡献。
“引力”一词在这里非常重要。 在霍金的大部分职业生涯中，理论物理学家通常对粒子物理学和其他自然力（电磁力以及强弱核相互作用）更感兴趣。 爱因斯坦在广义相对论中充分描述了忽略古典力学复杂性的“古典”引力，而“量子”引力（广义相对论的量子形式）似乎太复杂了。 霍金将惊人的智力运用到自然界中最著名的力量上，能够产生一些令整个社区感到惊讶的结果。
毫无疑问，霍金的工作最重要的结果是理解了黑洞并不是完全黑的-它们像普通物体一样散发出来。 在开始这项工作之前，他证明了有关BH和奇点的重要定理，然后他研究了整个宇宙。 在职业生涯的每个阶段，他都对科学做出了重要贡献。
经典时期
1960年代中期，霍金在剑桥大学攻读博士学位时，对宇宙的起源和最终命运产生了兴趣。 爱因斯坦的空间，时间和重力理论是研究这一问题的合适工具。 根据广义相对论，我们认为引力是时空曲率的反映。 了解物质和能量是如何产生曲率的，我们可以预测宇宙的演化。 为了对比经典广义相对论和他后来在量子场论和量子引力领域的研究，可以说这是霍金的“经典”时期。
大约在同一时间，牛津大学的罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）进行了出色的证明：根据GTR，在非常广泛的条件下，空间和时间会向内坍塌并形成奇异性。 如果重力是时空的曲率，那么奇点就是该曲率变得无限大的时间点。 定理表明，奇异不仅是一些奇观，还包括奇异点。 它们是GR的重要属性。
彭罗斯（Penrose）的结果应用于黑洞-时空部分，其中的引力场是如此之强，以至于甚至光线也无法从那里逸出。 在黑洞内部，未来会潜伏着奇异之处。 霍金接受了彭罗斯（Penrose）的想法，并把它彻底颠倒了，将其带入了宇宙的过去。 他表明，在相同的一般条件下，空间应该是从一个奇异点出现的：大爆炸。 现代宇宙学家对大爆炸模型（这是一个非常成功的理论，描述了数十亿年不断扩展的宇宙的演化）以及大爆炸奇异性（这是我们迄今还不能吹嘘的一种理解）都说（并使所有人感到困惑）。
然后霍金把注意力转向黑洞。 彭罗斯（Penrose）计算的另一个有趣结果是，可以从旋转的黑洞中提取能量，本质上是从旋转的黑洞中提取能量，直到停止为止。 霍金能够证明，尽管有可能提取能量，但在任何物理过程中，围绕BH的事件视界区域都会增加。 这个“面积定理”本身和与一个完全不同的物理学领域（即研究传热的热力学）有关，都很重要。
热力学遵守一系列著名的定律。 例如，第一个定律说能量是守恒的，第二个定律说在封闭的系统中熵（一种衡量宇宙无序的量）永远不会减少。 霍金与
詹姆斯·巴丁 （
James Bardin）和
布兰登·卡特 （
Brandon Carter）合作 ，提出了一套类似于热力学的“黑洞力学”定律。 与热力学一样，BH力学的第一定律保证了能量守恒。 第二定律是霍金广场定理，它表明事件范围的面积永远不会减小。 换句话说，BH事件范围的面积与热力学系统的熵非常相似-它们随时间增加。
黑洞蒸发
霍金和他的同事为波黑力学的定律感到自豪，但他们认为它们只是形式上的类比，而不是重力和热力学之间的字面联系。 1972年，普林斯顿大学毕业生
Jacob Beckenstein提出了更多建议。 根据出色的思想实验，他建议BH行为不仅与热力学相似，而且是热力学。 特别地，BH具有熵。
像许多大胆的想法一样，这个想法遭到了专家的反对-当时，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）是BH的世界专家。 霍金对她持怀疑态度，这是有充分理由的。 如果BH力学被证明是一种热力学形式，那将意味着BH具有温度。 具有温度的物体会散发出来-著名的“黑体辐射”，它在量子力学的发展中起着核心作用。 因此，如果贝肯施泰因是正确的话，那将意味着黑洞并不是真正的黑洞（尽管贝肯施泰因本人并未在陈述中走得太远）。
为了认真解决这个问题，有必要将注意力扩大到广义相对论之外，因为爱因斯坦的理论纯粹是“古典”的，它不包括量子力学的思想。 霍金知道俄罗斯物理学家
阿列克谢·斯塔罗宾斯基和
雅科夫·扎尔多维奇正在研究黑洞附近的量子效应，并
预测了这种效应“超辐射”。 正如彭罗斯（Penrose）可以从旋转的黑洞中提取能量一样，斯塔洛宾斯基（Starobinsky）和泽尔多维奇（Zeldovich）指出，由于量子力学的作用，旋转的黑洞可以自发地发出辐射。 霍金不是量子场论技术的专家，因为那时粒子物理学而不是广义相对论的专家理解这一领域。 但是他迅速研究，并提出了一项艰巨的任务，即理解BH的量子方面，以便从贝肯斯坦那里发现一个错误。
相反，他感到惊讶，并在此过程中将理论物理学颠倒了。 他发现Bekenstein是正确的-BH具有熵-并且这个想法的令人难以置信的后果也是正确的-黑洞不是完全黑的。 今天，我们将此BH属性称为“ Beckenstein-Hawking熵”，它们在其“ Hawking温度”下发射“ Hawking辐射”。
在手指上，我们可以理解霍金辐射如下。 量子力学说（除其他事项外），不能将系统强行带入某种经典状态。 当您看到它时，总是会有内部的不确定性。 即使对于空白空间也是如此-如果您仔细观察，似乎空白空间将充满不断出现和消失的“虚拟粒子”。 霍金指出，在BH附近有一对虚拟粒子可以分离，其中一个会落入BH中，另一个会随着辐射而逃逸。 令人惊讶的是，从外部观察者的角度来看，向内下落的粒子将具有负能量。 结果，辐射逐渐将质量从BH中带走-并蒸发。
霍金的结果对我们对BH的理解产生了明显而显着的影响。 事实证明，它们并没有变成宇宙的死胡同，因为物质和能量永远消失，而是变成了早晚完全消失的动态物体。 对于理论物理学而言，更重要的是，这一发现提出了一个我们仍然没有答案的问题：当物质掉入黑洞中，然后黑洞完全消失时，信息将流向何方？
如果您将这本百科全书书扔入火中，则可以认为其中包含的信息已经永远消失了。 但是根据量子力学定律，它并没有消失。 如果原则上可以捕捉到所有从火中散发出来的光和灰烬，则可以准确地重新创建掉入火中的所有内容，甚至是书中的内容。 但是BH，如果您照原样接受霍金的结果，则至少从外部世界的角度来看，会彻底破坏信息。 这个谜语被称为“信息悖论”，数十年来一直困扰着物理学家。
近年来，在理解量子引力方面的进展（在思想实验的水平上）使越来越多的人相信可以存储信息。 1997年，霍金与美国物理学家基普·索恩（Kip Thorne）和约翰·普瑞斯基（John Preskil）进行了争论。 霍金和索恩说信息正在被销毁，普雷斯奎尔说信息已经被存储。 在2007年，霍金屈服并承认BH并没有真正破坏信息。 但是，索恩没有放弃，普雷斯基尔本人认为这个结论为时过早。 BH辐射和熵仍然是寻求更好地了解量子引力的核心。
量子宇宙学
霍金关于BH辐射的工作是基于量子和经典思想的混合。 在他的模型中，BH是根据广义相对论的规则从经典观点进行评估的。 在这种情况下，根据量子力学的规则估算BH附近的虚拟粒子。 许多理论物理学家的最终目标是建立一个真正的量子引力理论，其中时空本身将成为量子系统的一部分。
如果在某个地方量子力学和重力起着至关重要的作用，那么这就是宇宙的开始。 正是这个问题，毫不奇怪，霍金投入了他职业生涯的最后一部分。 为此，他批准了一项雄心勃勃的物理项目的工作计划，以了解宇宙的起源。
在量子力学中，系统没有位置或速度。 其状态由“波动函数”描述，该波动函数告诉我们在测量系统时获得特定位置或速度的概率。 1983年，霍金（Hawking）和詹姆斯·哈特尔（James Hartle）发表了一个简单的作品：“宇宙的波动函数”。 他们提出了一个简单的程序，在此基础上-原则上！ -可以计算整个宇宙的状态。 我们不知道Hartle-Hawking波函数是否实际上是对宇宙的正确描述。 由于我们没有完整的量子引力理论，所以我们甚至都不知道这种程序是否有意义。 但是他们的工作表明，我们可以用科学的术语谈论宇宙存在的最开始。
研究宇宙的起源提供了将量子引力与宇宙的可观察特征相结合的可能性。 宇宙学家认为，从今天开始，物质密度的微小变化在我们今天观察到的恒星和星系分布中逐渐增长。 完整的宇宙起源理论可以预测这些变化，并且该程序的实施是现代物理学家的主要职业之一。 霍金不仅从他的宇宙波动函数方面，而且在艾伦·古特（Alan Gut）提出的“通胀宇宙”模型的背景下，对该程序做出了一些贡献。
仅仅谈论宇宙的起源是一种挑衅性的行动。 它引起了人们希望科学能够提供对现实的完整和自给自足的描述-这种希望超出了科学的范围，并进入了哲学和神学领域。 霍金一直热衷于挑衅，对这种后果毫不害羞。 他喜欢回顾在梵蒂冈举行的宇宙学会议，据称教宗若望保禄二世在会上要求聚集的学者不要研究宇宙的起源，“因为那是一个创造的时刻，因此是上帝之手的工作。” 但是这样的警告并没有阻止霍金。 他孜孜不倦地寻找最科学问题的答案。