論洞穴的無毛定理和面積定理

5面積定理與熱分裂定人們認為，激發(fā)的黑洞是生命力的，而基質(zhì)的黑洞是死亡的星星，是星星進化的最后路徑。基質(zhì)的宇宙空虛除了能夠吞咽之外，還有一個物理過程。然而，這種理解很快就被推翻了?；鶓B(tài)暗光實際上是一個充滿活力的明星。首先，讓我們看看矩陣中的“無毛理氣”和“區(qū)域理性”[3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14]。對于不轉(zhuǎn)動、不帶電的史瓦西黑洞,人們只了解構(gòu)成它的物質(zhì)的總質(zhì)量M,其他什么都不了解.對于轉(zhuǎn)動的克爾黑洞,只了解組成它的物質(zhì)的總質(zhì)量M、總角動量J,其他什么都不了解.對于轉(zhuǎn)動、帶電的克爾-紐曼黑洞,人們對組成它的物質(zhì)也只了解總質(zhì)量M、總角動量J和總電荷Q,其他什么都不了解.經(jīng)過研究,人們得出黑洞“無毛定理”,毛就是信息.這個定理說,黑洞是無毛的,或者說黑洞只有3根毛.也就是說,形成黑洞的物質(zhì)失去了M、J、Q之外的全部信息.黑洞外的觀測者,根本無法了解構(gòu)成黑洞的物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì),所能測到的只是它的總質(zhì)量、總角動量和總電荷.黑洞是一種“忘本”的星體,它不記得自己在形成黑洞之前是一顆什么樣的星,也不記得形成黑洞的經(jīng)歷和自己的壽命.1972年,30歲的英國青年物理學家霍金提出黑洞“面積定理”.他在“宇宙監(jiān)督假設(shè)”、“物質(zhì)能量為正”等假定下,證明了黑洞的面積隨時間變化只能增加,不能減少.即有式中A為黑洞面積.這個定理認為,物質(zhì)落入黑洞、兩個黑洞相撞等導(dǎo)致黑洞面積增加的過程,是可以發(fā)生的.而一個黑洞分裂為兩個黑洞的情況,由于會導(dǎo)致黑洞總面積減少,因而是不可能發(fā)生的過程.面積定理使美國青年物理學家貝肯斯坦想起熱力學中的“熵”.熵是物質(zhì)混亂度的量度.熱力學第二定律指出,自然過程(孤立或絕熱系統(tǒng))中熵只能隨時間增加,不可能減少.黑洞的表面積也只能增加不能減少,這一點非常像熵.貝肯斯坦大膽猜想:黑洞表面積可能就是黑洞的熵,如果真是如此,式(7)就是熱力學第二定律的表達式.但是黑洞面積與熵是風馬牛不相及的兩種東西,這樣去聯(lián)想它們,是不是太荒唐了呢?霍金就不相信貝肯斯坦的觀點,認為他曲解了自己的面積定理.經(jīng)過繼續(xù)努力,貝肯斯坦得出了關(guān)于黑洞的一個重要公式.這個公式把黑洞的一些參量組合成了類似于熱力學第一定律的形式[7,8,9,10,11,12,13,14,15]:式中M、J、Q分別是黑洞的總質(zhì)量、總角動量、總電荷;A、Ω、V分別是黑洞的表面積、轉(zhuǎn)動角速度和表面上的靜電勢;κ稱為黑洞的表面引力,粗略地說,它表示靜置于黑洞表面上的一個質(zhì)點所受的萬有引力.在自然單位制下,黑洞轉(zhuǎn)動角速度、表面靜電勢(兩極處)、黑洞面積和表面引力可分別用以下式子表出:式(8)與普通轉(zhuǎn)動物體的熱力學第一定律表達式非常相似.U、T、S分別是系統(tǒng)內(nèi)能、溫度和熵.Ω、J、V、Q等物理意義與前式類似.比較這兩個公式不難看出,黑洞面積A確實像熵S,而黑洞的表面引力K非常像溫度T.不久,人們又研究出黑洞的另外兩個性質(zhì),很像普通熱力學的第零定律和第三定律.人們把從黑洞理論得出的類似熱力學的4條定律稱為黑洞力學4定律.下表比較了普通熱力學4定律與黑洞力學的4定律.從表中可以看出,黑洞力學4定律確實非常像熱力學4定律,但它們是從廣義相對論和微分幾何得出的,與熱性質(zhì)無關(guān),怎么可能從力學與幾何導(dǎo)出熱性質(zhì)呢?實在令人難以置信,但是它們又確實太像熱力學定律了.難道黑洞真的有溫度嗎?為此人們進行了熱烈的爭論.1973年,霍金、巴丁、卡特等卓有成就的黑洞專家聯(lián)名發(fā)表了一篇論文,聲稱:可以模仿熱力學定律給出黑洞力學的4條定律,但黑洞的溫度不能看作真實溫度,因為黑洞沒有熱輻射(不可能有任何物質(zhì)跑出黑洞!),而有真實溫度的物體,應(yīng)該有熱輻射.在發(fā)表了上述反駁貝肯斯坦的論文之后,霍金又反過來想:“萬一貝肯斯坦是對的呢”?經(jīng)過幾個月的思考,霍金宣布:他已證明,如果考慮量子效應(yīng),黑洞就會發(fā)出熱輻射,黑洞的溫度是真實的.黑洞的表面積確實表示黑洞熵:式中kB是玻爾茲曼常量.一旦認識到黑洞有溫度,就可很容易地看出“宇宙監(jiān)督假設(shè)”不過是熱力學第三定律的推論.從式(5)、(12)和式(14)可以得出,當黑洞成為極端黑洞時,a2+Q2→M1,r+→r-,κ→0,T→0,黑洞達到絕對零度,這是第三定律禁止的.極端黑洞達不到,當然更不可能通過進一步增加電荷或角動量讓奇點(奇環(huán))裸露了.6黑質(zhì)量熱輻射的結(jié)果眾所周知,在通常的時空中,真空漲降不斷產(chǎn)生虛的正反粒子對,其中一個粒子具有正能,另一個具有負能.它們產(chǎn)生后很快湮沒.由于存在的時間極短,我們觀測不到它們.假如有人試圖去觀測,由于虛粒子對存在的時間極短,時間-能量不確定關(guān)系導(dǎo)致的能量增量,會掩蓋住它們,使我們測不到它們.霍金指出,如果上述真空漲落發(fā)生在黑洞表面附近,則會導(dǎo)致明顯的物理效應(yīng)(圖6).這是因為黑洞內(nèi)部的時空與外部時空不同,允許負能粒子存在.在視界(黑洞表面)附近產(chǎn)生的虛正反粒子對,可能像通常一樣湮沒,也可能一起掉進黑洞.這兩種情況都不導(dǎo)致明顯效應(yīng).然而還有第三種情況:負能反粒子(或粒子)掉進黑洞,正能粒子(或反粒子)飛向遠方.由于黑洞內(nèi)部允許負能態(tài)存在,負能反粒子穿過單向膜落到奇點上,使那里的能量減少.而減少的能量正好等于飛向遠方的正能粒子的能量.這一總過程,相當于黑洞發(fā)射了一個正能粒子.霍金說:黑洞表面附近所產(chǎn)生的正反粒子對,其中負能反粒子落入黑洞,順著時間前進,落向奇點,使那里的能量減少,正能粒子則從視界處飛向遠方.這一過程相當于奇點發(fā)射一個正能粒子,逆著時間前進到達視界,然后被視界散射,再順著時間飛向遠方.需要說明的是,黑洞表面附近產(chǎn)生的虛粒子對,不可能出現(xiàn)正能粒子(反粒子)落入黑洞,負能反粒子(粒子)飛向遠方的情況,這是由于黑洞外的時空是普通時空,不允許實的負能粒子或負能反粒子存在.霍金又指出,虛的正反粒子對,本來是相互關(guān)聯(lián)的量子純態(tài),負能的一個粒子落入黑洞后,失去了幾乎全部信息,割斷了與外面正能粒子的聯(lián)系,于是純態(tài)變成了混合態(tài).根據(jù)信息論,信息相當于負熵,上述過程丟失了大量信息,產(chǎn)生熵.所以,黑洞的這種輻射應(yīng)該有熱性質(zhì).霍金用量子場論的方法,嚴格證明了上述過程,并得出黑洞輻射具有黑體譜因而是熱輻射(黑體輻射)的結(jié)論,式中+、-號分別對應(yīng)費米子與玻色子.為了紀念霍金的功績,人們把黑洞熱輻射稱做霍金輻射.黑洞存在溫度,具有熱輻射.包括處于基態(tài)的史瓦西黑洞在內(nèi)的一切黑洞,都不再是死亡了的星體,不再是恒星演化的終態(tài).應(yīng)該說恒星的演化沒有終態(tài).黑洞不斷地吸積周圍的物質(zhì)和能量,同時不斷地向周圍發(fā)出熱輻射.黑洞是一顆具有生命力的星體.然而,大黑洞的溫度極低,質(zhì)量越大的黑洞,溫度越低.太陽質(zhì)量的黑洞溫度只有10-6K,所以大黑洞的熱輻射很難觀測到.但是小黑洞具有高溫,質(zhì)量109t的小黑洞,溫度高達1012K.黑洞越吸收外界輻射,自身質(zhì)量越大,溫度越低.越向外發(fā)出輻射,自身質(zhì)量越小,溫度越高.小黑洞最后會發(fā)生爆炸.這種情況與黑洞具有負的熱容量有關(guān).通常的熱力學系統(tǒng)熱容量都是正的,所以,一旦達到熱平衡,平衡就會是穩(wěn)定的.黑洞的負熱容量,使它與外界熱輻射很難達到穩(wěn)定的熱平衡.當黑洞與外界熱輻射溫度相同時,它們處于熱平衡態(tài).這時如果出現(xiàn)一個微擾,使黑洞溫度略低于外界,黑洞就會吸收外界的熱輻射,負熱容使得吸熱后的黑洞溫度進一步降低,這將導(dǎo)致它吸收更多的熱輻射,溫度再進一步降低,……熱平衡被完全打破.如果微擾使黑洞溫度略高于外界,黑洞將對外界給出熱輻射,負熱容使放熱的黑洞升溫,導(dǎo)致給予外界更多的熱輻射,黑洞再進一步升溫,最后導(dǎo)致黑洞爆炸消失.研究表明,只有把黑洞裝在一個盒子里,并使盒子里充滿與黑洞同溫的熱輻射,而且輻射的質(zhì)量不超過黑洞質(zhì)量的1/4時,熱輻射才能與黑洞處于穩(wěn)定熱平衡狀態(tài).霍金最初公布的熱輻射證明,是以史瓦西黑洞為例給出的.他和他的一些同行,又用各種不同的方法證明了克爾黑洞和克爾-紐曼黑洞能夠產(chǎn)生熱輻射,不過,這些證明都是針對自旋為整數(shù)的玻色子以及靜質(zhì)量為零、自旋為半整數(shù)的費米子的.不包括電子、中子、質(zhì)子等靜質(zhì)量不為零的費米子.溫度足夠高的熱輻射,不僅由光子組成,而且應(yīng)該含有各種粒子成分.我們通常見到的熱輻射只含有光子,是因為溫度不夠高的緣故.1976年,錢德拉塞卡對彎曲時空中描述電子、中子、質(zhì)子運動的狄拉克方程,作了數(shù)學上的簡化,為解決上述粒子的輻射準備了條件.1980年,我國的一個小組,最先嚴格證明了上述黑洞熱輻射電子、質(zhì)子和中子.7熱輻射與能量的轉(zhuǎn)化加拿大物理學家安魯(W.G.Unruh)預(yù)言了一個非常有趣的效應(yīng):慣性觀測者認為的真空狀態(tài),在作勻加速直線運動的觀測者看來,不再是真空,而是充滿熱輻射的狀態(tài),輻射溫度正比于他的加速度.這個效應(yīng)被稱作安魯效應(yīng).研究表明,安魯效應(yīng)與霍金效應(yīng)有相同的本質(zhì).但是,由于安魯效應(yīng)過于微弱,目前還不能在實驗室中觀測到它.在霍金提出黑洞有熱輻射的前夕,安魯發(fā)現(xiàn),作勻加速直線運動的觀測者(通常稱為倫德勒觀測者)處在熱浴中.這就是說,原本一無所有的閔氏時空,所有慣性觀測者均認為是真空,但是,在其中作勻加速直線運動的觀測者會發(fā)現(xiàn)自己周圍充滿了熱輻射,其溫度為輻射譜也為式(16)所示的黑體譜,溫度取決于觀測者的加速度a.安魯?shù)慕Y(jié)論是驚人的.然而,由于大部分物理工作者不熟悉廣義相對論,也由于這一效應(yīng)過于微弱,目前在實驗中還觀測不到,這一杰出的工作至今還不為世人所注意,只有少數(shù)人知道有這個已被預(yù)言但尚未觀測到的效應(yīng)存在.安魯?shù)热苏J為,加速觀測者感受到的熱效應(yīng)是一種量子效應(yīng),它是由于不同“時間坐標”對應(yīng)不同的“真空”而造成的.按照狄拉克的思想,真空不空,有零點能存在.通常的物理學都是在平直的閔氏時空的慣性系中討論的,所以物理學中所說的真空,通常都是指慣性系中的真空,此真空由閔氏時間T來定義,可稱為閔氏真空.閔氏真空的虛粒子漲落形成零點能(圖7).當我們在作勻加速直線運動的倫德勒系中觀測時,我們用的時間是倫德勒時間η,而不再是閔氏時間T.用倫德勒時間η也可定義一個真空,可稱為倫德勒真空.需要強調(diào)的是,倫德勒真空不是閔氏真空,它的能量零點比閔氏真空的能量零點低,因此,閔氏真空的零點能在倫德勒觀測者看來就是高于真空零點的能量,是真實可測的能量.這種能量以最簡單的形態(tài)出現(xiàn),那就是具有黑體譜的熱輻射狀態(tài)(圖8).因此,倫德勒觀測者覺得自己浸泡在熱浴之中.我們看到,“真空”不是絕對的,依賴于參考系的選擇,溫度也不是絕對的,也依賴于參考系的選擇.我們還看到,真空態(tài)與熱平衡態(tài)有共同的本質(zhì),選擇不同的能量零點,二者之間可相互轉(zhuǎn)化.8熱譜修正項:為保證充分的信息守正性而作的判斷黑洞無毛定理表明,洞外的觀測者會失去落入黑洞的物質(zhì)的幾乎全部信息,只能知道它們的總質(zhì)量、總電荷和總角動量.至于形成黑洞的物質(zhì)原來是什么狀態(tài),它們的化學構(gòu)成、原子結(jié)構(gòu),究竟是由正物質(zhì)塌縮形成還是由反物質(zhì)塌縮形成,就完全不知道了.不過,這還沒有導(dǎo)致最大的困難,洞外的人雖然失去了構(gòu)成黑洞的物質(zhì)的信息,但是這些信息并未從宇宙中消失,只不過它們被“鎖”在了黑洞內(nèi)部,我們看不見而已.但是霍金輻射發(fā)現(xiàn)后,根本性的困難出現(xiàn)了:黑洞將通過熱輻射而消失.由于純粹的熱輻射幾乎帶不出任何信息.如果黑洞真的輻射到最后,全部轉(zhuǎn)化為熱,則形成黑洞的那些物質(zhì)帶進去的信息將從宇宙中徹底消失.這不僅會破壞輕子數(shù)守恒、重子數(shù)守恒等許多重要的物理定律,而且信息不守恒將使正在創(chuàng)建的量子引力理論不滿足幺正性,不滿足概率守恒,這將給已經(jīng)取得輝煌成就的量子理論帶來重大危機.因為“幺正性”,或者說“概率守恒”,是所有量子理論最重要的基石之一,所以信息丟失是粒子物理學家絕對難以接受的.1997年,霍金與另一位相對論專家索恩(KipThorne,研究時空隧道和時間機器的專家)曾與粒子物理學家普瑞斯基(JohnPreskill)打賭,霍金與索恩認為黑洞會造成信息丟失,普瑞斯基則認為不會.普瑞斯基等人認為落入黑洞的信息,一部分會被霍金輻射帶出黑洞(即霍金輻射不會是純熱譜),另一部分可能會在黑洞蒸發(fā)到最后時作為“爐渣”留下來,也就是說黑洞蒸發(fā)到一定程度時會因為某種機制而突然截止,不再繼續(xù)蒸發(fā).2004年7月,霍金突然宣布他輸了,普瑞斯基贏了,黑洞不會使信息丟失,理由是以前把黑洞描述得過于理想化了,真實的黑洞會通過熱輻射泄漏或殘留信息.索恩表示不同意霍金的意見,這件事不能由霍金一個人說了算.普瑞斯基則表示沒有聽懂霍金的報告,搞不清楚為什么自己贏了.遺憾的是,霍金當時作的只是一個定性的科普報告,其中一個公式都沒有.2005年6月霍金終于發(fā)表了一篇有關(guān)此問題的論文,但其中只有兩個半公式.可以說至今還未見到他承諾要發(fā)表的包括計算內(nèi)容的科研論文,人們?nèi)匀浑y以了解其中的“奧妙”.不過,諾貝爾獎獲得者威爾塞克(F.Wilczek)與他的學生派瑞克(M.Parikh)的論文給出了支持信息守恒的一種具體計算.派瑞克等人指出,霍金雖然在論證黑洞產(chǎn)生熱輻射的時候,聲稱這是一種量子隧道效應(yīng).然而他在具體計算中并未用到隧穿過程,甚至沒給出勢壘的位置.他們進一步認為,以往求得的黑洞輻射之所以是嚴格的熱輻射(具有精確的普朗克黑體譜),是因為忽略了輻射粒子對黑洞的影響.粒子的射出會使黑洞質(zhì)量(能量)減少.他們在考慮能量守恒后認為,黑洞輻射時自身質(zhì)量的減少將造成黑洞半徑收縮,這種收縮會導(dǎo)致勢壘的出現(xiàn).同時導(dǎo)致得到的黑洞輻射譜不再是嚴格的黑體譜,因而會有信息隨同輻射從黑洞中逸出.他們進一步指出,這一結(jié)果與量子理論的幺正性一致,也與量子力學理論所預(yù)期的“沒有信息丟失”的結(jié)果精確一致.總之,他們認為能量守恒所導(dǎo)致的熱譜修正項的出現(xiàn),似乎保證了黑洞熱輻射過程的信息守恒.威爾賽克與派瑞克的工作是十分精細的.我們知道,太陽質(zhì)量占整個太陽系質(zhì)量的99%,太陽形成黑洞半徑才3km,輻射出1個光子,黑洞半徑能縮小多少?實在微乎其微.因此,以前所有關(guān)于黑洞輻射的計算,都忽略了粒子射出導(dǎo)致的黑洞半徑的收縮效應(yīng).然而,威爾賽克與派瑞克指出,正是這一“忽略”導(dǎo)致了黑洞輻射成為純粹的熱輻射,輻射譜成為精確的黑體譜.他們證明,只要不作上述“忽略”,就能消除黑洞的信息疑難,保證信息守恒,從而保證量子理論的“幺正性”和“概率守恒”.最近,我們把派瑞克等人的工作推廣到各種穩(wěn)態(tài)黑洞.研究表明,派瑞克等從霍金輻射導(dǎo)致黑洞收縮,進而得出熱譜修正項的結(jié)果具有普遍意義.對各種黑洞,不管輻射的粒子是否有靜止質(zhì)量,是否帶電,均可推出與派瑞克論文一致的結(jié)果.然而,我們注意到一個重要的情況:在上述論證中要用到黑洞熱力學第一定律的表達式(8).該式的等號成立意味著熱量的變化恰等于溫度與熵的乘積,沒有不可逆熵產(chǎn)生.因此,派瑞克等人的計算只在輻射過程為準靜態(tài)的可逆過程時才成立.但正如前文所述,黑洞的熱容量為負,黑洞與外界不存在穩(wěn)定的熱平衡,不論黑洞輻射還是吸收,原則上都與外界存在溫差,過程一定是不可逆的,一定會有不可逆熵產(chǎn)生,不可能出現(xiàn)派瑞克預(yù)期的只存在可逆的熵流動的情況.因此,派瑞克等人的工作有很大局限性,還不能證明黑洞輻射過程保證信息守恒,以及保證量子理論的幺正性.對于黑洞造成的信息佯謬其實可以從兩方面看.一方面,物理學中有能量守恒、動量守恒、電荷守恒等許多守恒定律,但沒有“信息守恒定律”.相反,如果信息論中把信息看作“負熵”的觀點正確,而且信息熵與熱力學熵確實有相同的本質(zhì)(這一點目前已被大多數(shù)物理學家接受),那么信息原則上應(yīng)該不守恒.這是因為熱力學第二定律的靈魂就在于“熵增加”,在于指出自然過程的不可逆性.既然熵不守恒,信息當然不會守恒.另一方面,霍金2004年7月的意見也應(yīng)當重視,我們確實有可能把黑洞想像得太理想化了.黑洞的熱輻射有可能偏離黑體譜,黑洞蒸發(fā)的最后也有可能留下部分爐渣.總之,真實的黑洞過程不會保證信息守恒,但也可能會有部分信息從黑洞中泄出來或殘留到最后,有關(guān)研究還在繼續(xù)進行中.9霍爾.霍爾的微學觀和他的研學觀黑洞熱輻射的發(fā)現(xiàn),是黑洞研究的重大突破,也是時空理論的重大突破.這種輻射,后來被稱為霍金輻射.霍金的老師西阿瑪聲稱,霍金的重大發(fā)現(xiàn),使他成為20世紀最偉大的物理學家之一.西阿瑪還說,自己對廣義相對論研究有兩個重大貢獻,第一是培養(yǎng)了霍金這個學生,第二是動員了數(shù)學家彭若斯來研究相對論.當霍金在劍橋大學第一次報告他的這一發(fā)現(xiàn)時,會議主持者在他報告結(jié)束后總結(jié)道:剛才,霍金教授作了一個精彩的報告,當然,都是胡扯!后來,人們才慢慢接受了霍金的研究結(jié)果.包括那位主持人在內(nèi),都承認他是對的.為了進一步征求意見,霍金來到蘇聯(lián).他作完報告后,蘇聯(lián)著名物理學家澤爾多維奇和斯塔諾賓斯基(即發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動黑洞有自發(fā)輻射的那個人)表示,霍金說黑洞有輻射是對的,但那是指轉(zhuǎn)動或帶電的黑洞.實際上,他們未聽懂霍金的工作,以為霍金談的是激發(fā)態(tài)黑洞的那種輻射,而那種輻射不是黑體輻射,不具有熱性質(zhì).霍金立刻表示,自己談的不是以前發(fā)現(xiàn)的那種輻射,而是一種新的輻射,是熱輻射.不僅激發(fā)態(tài)黑洞,而且基態(tài)的史瓦西黑洞都有這種輻射.澤爾多維奇和斯塔諾賓斯基要求看一下霍金的手稿.他們二人對照手稿計算了一夜,第二天見到霍金說:向你祝賀,你發(fā)現(xiàn)了新的輻射.霍金誕生于1942年1月8日,正是伽利略逝世300周年的那一天.中小學時期,霍金的學習成績并不十分突出,作業(yè)不整潔,字也寫得不好.但也許是由于他喜歡獨立思考的緣故,同學們給他起了個外號叫愛因斯坦.霍金喜歡與要好的同學探討和爭論問題,內(nèi)容從宗教、神學到無線電、天文、物理無所不談.他們討論過宇宙起源是否需要上帝幫助,也討論過宇宙中遙遠星系發(fā)生紅移的原因.少年時代的霍金不相信宇宙膨脹的說法,認為紅移必定是由于其他原因造成的,例如光線在長途跋涉中累了以至于變紅.霍金從小就對宇宙表現(xiàn)出極大的興趣,但學校里的物理課卻一點也不能吸引他,他覺得物理課十分枯燥,遠比不上化學那么有趣,化學課經(jīng)常發(fā)生一些意想不到的事情,例如爆炸之類.霍金的父親則極力主張他學醫(yī),或者學生物.但年輕的霍金有自己的主意.他認為物理學比化學、醫(yī)學、生物學更基本,是最基礎(chǔ)的科學.物理學和天文學涉及他感興趣的那些關(guān)于宇宙的基本問題,所以他最終選擇了物理作為自己一生的研究領(lǐng)域.霍金17歲考入牛津大學.他覺得理論物理有兩個方向可供他選擇:一個是宏觀的、大尺度時空的宇宙學,另一個是微觀的、小尺度的基本粒子物理.他認為基本粒子缺乏合適的理論,雖然科學家發(fā)現(xiàn)了許多粒子,但他們做的只不過是和植物學一樣把粒子進行分類.霍金對這樣的研究不感興趣.他認為宇宙學已經(jīng)有了一個很好的理論,即愛因斯坦的廣義相對論,因此他選擇了這個方向.當時,牛津大學沒有人研究宇宙學,于是霍金在牛津畢業(yè)后,就到劍橋大學去作研究生.不幸的是,在牛津畢業(yè)的前一年,20歲的霍金患了嚴重的不治之癥——進行性肌肉萎縮.起初此病發(fā)展很快,霍金23歲結(jié)婚時,己不得不拄拐杖.但他頑強地與疾病斗爭,在物理領(lǐng)域做出一個又一個杰出的貢獻.他與彭若斯一起證明了奇點定理,又獨自證明了黑洞面積定理,還進一步證明了黑洞熱輻射的存在.剛做研究生時,霍金原本想追隨著名相對論天體物理學家霍伊爾.霍伊爾當時正在研究穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型.該模型認為在宇宙膨脹過程中,不斷有物質(zhì)從真空中產(chǎn)生,宇宙中物質(zhì)的密度始終保持恒定.霍金對這個模型非常感興趣,但是霍伊爾不要他,他只好跟了一位原來未曾聽說過的西阿瑪教授.西阿瑪有一個特點,就是不主動管研究生,你愿意做什么研究就做什么.但西阿瑪總是在辦公室坐著,學生可以隨時找到他.對于學生提的問題,西阿瑪會給他介紹有關(guān)的專家,有關(guān)的書籍,也會提一些富有啟發(fā)性的建議.霍金一開始看不起西阿瑪,后來逐漸認識到西阿瑪是一位非常適合自己的好老師.他給了霍金充分的時間,充分的選題自由,并給了他最需要的幫助——介紹別的專家.事實表明,西阿瑪?shù)拇_是極好的導(dǎo)師.當前世界上最優(yōu)秀的相對論專家,幾乎有1/3是他的學生,除霍金外,