霍金的成名和婚姻
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霍金的成名和婚姻
施郁
霍金的 研究工作 也逐漸有了起色。
霍伊爾及其學生納裏卡（Jayant Narlikar）提出壹個引力理論，以用於穩恒態宇宙，霍金研究了這個理論的性質，發現它不適用於膨脹宇宙，這成為他的第壹個研究工作。由此他找到了博士論文的主題： 膨脹宇宙的性質 。
當時在倫敦伯貝克學院任教的彭羅斯（Roger Penrose）在很寬泛的條件下證明，引力塌縮中，普遍存在奇點，即密度與時空曲率無窮大的點，在這裏廣義相對論失效。霍金將此運用到宇宙膨脹中，證明 宇宙膨脹開始於壹個奇點 。這成為霍金博士論文的另壹部分。
1965年，大爆炸宇宙學基本上已經戰勝了穩恒態宇宙學，壹個關鍵的依據是 宇宙微波背景輻射 。夏默和他的學生選擇了大爆炸陣營，霍金因為沒成為霍伊爾的學生而慶幸。
夏天，霍金博士畢業，被錄取為劍橋岡維爾和凱斯學院（Gonville and Caius College）的研究員。他從此壹直是該學院的成員，那時這個學院的院長是物理學家莫特（Nevill Mott），不久後換成了李約瑟。
劍橋大學既有若幹系，又有與各系沒有從屬關系而且自治的31個學院，每個學生都屬於壹個學院，同壹個學院的學生和研究員又可以屬於不同的系。霍金研究生期間屬於 三壹學堂（Trinity Hall） 。學院有研究員職位，有的由學院提供薪水，在系裏做研究，初級研究員相當於沒有固定導師的博士後。
7月， 霍金與簡結婚 。他們後來有3個孩子，分別出生於1967、1970和1979年。筆者在劍橋工作期間，曾經去位於小聖瑪麗巷的壹位朋友家做客，得知那套住房正是霍金夫婦婚後長期居住的房子。
斯蒂芬·霍金與簡
霍金在同行中逐步有了名氣。
他與彭羅斯證明，在廣義相對論描述的壹大類弗裏德曼宇宙學模型中，奇點不可避免，所以在經典理論中，宇宙大爆炸起源於奇點。弗裏德曼宇宙學的基本假設是宇宙在大尺度上是均勻和各向同性的。
然後霍金轉而研究 黑洞 。他提出 原初黑洞 的概念，即宇宙大爆炸早期產生的質子大小的黑洞，而不是恒星死亡塌縮形成的。1970年，霍金又提出黑洞視界面積不減定理，也就是說，黑洞的視界面積不會減小。視界是指黑洞外的壹個邊界，在此之內，任何東西都不可能越過到此邊界外。1972年，霍金還證明了，愛因斯坦方程具有平滑視界的定態解必須是軸對稱的。
1973年，霍金與巴丁（James Bardeen）和卡特（Brandon Carter）提出 黑洞動力學四定律 ，從四個方面表明黑洞視界面積與熱力學熵的類似。
黑洞第零定律 ：定態黑洞的視界上的表面引力是壹個常量。
這類似於熱力學第零定律：處於熱平衡的物體的溫度是壹個常量。
黑洞第壹定律 ：黑洞的能量變化等於表面引力乘以面積變化，再除以8π，加上角速度乘以角動量變化，再加上靜電勢乘以電荷變化。
這類似於熱力學第壹定律——表面引力類似於溫度，面積類似於熵，即無序程度。
黑洞第二定律 就是黑洞視界面積不減定理。
這類似於熱力學第二定律：孤立系統的熵不會減小。
黑洞第三定律 ：表面引力不可能消失。
這類似於熱力學第三定律：絕對零度下，熵趨近於零。
引用本文的方式
施郁, 霍金為何不朽, 知識分子, 2018年3月15日; 紀念霍金, 科學, 70 (3): 25-28; 霍金的科學與人生, 載於：《霍金與黑洞 探索 》, 丘成桐等編, 高等教育出版社.
排版丨刀刀