斯蒂芬·威廉·霍金

斯蒂芬·威廉·霍金

斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日-2018年3月14日),ALS患者,英国著名物理学家和宇宙学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者,全身瘫痪,不能发音。霍金的主要研究领域是宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。霍金是继牛顿和爱因斯坦之后最杰出的物理学家之一,被世人誉为“宇宙之王”。2017年4月,霍金接访采访表示,他比以前更加坚定地认为人类应该在2117年之前离开地球。2018年3月14日,斯蒂芬·霍金去世,享年76岁,他的骨灰被安放在伦敦的威斯敏斯特教堂内,与牛顿和达尔文为邻。10月16日,斯蒂芬·霍金遗作《对大问题的简明回答》发售。

人物经历

斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),1942年1月8日出生于英国牛津,出生当天正好是伽利略逝世300年忌日。父亲法兰克是毕业于牛津大学的热带病专家,母亲伊莎贝尔1930年于牛津研究哲学、政治和经济。


童年经历

1942年1月,纳粹德军几乎夜夜不停地轰炸英国伦敦。这迫使霍金一家搬离海格特的家园迁到牛津避难。他们在霍金诞生后又回到了伦敦。童年时的霍金学业成绩并不突出但喜欢设计极为复杂的玩具。据说他曾用一些废弃用品做出一台简单的电脑。


成长经历


霍金本人毕业于牛津大学(University of Oxford)和剑桥大学(University of Cambridge),并获剑桥大学博士学位。


1959年17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科学用了很少时间而得到一等荣誉学位,随后转读剑桥大学研究宇宙学。1963年,21岁的他不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症即运动神经细胞病。


当时,医生曾诊断身患绝症的他只能活两年,可他一直坚强的活了下来。他被禁锢在轮椅上,只有三根手指和两只眼睛可以活动,疾病已经使他的身体严重变形,头只能朝右边倾斜,肩膀左低右高,双手紧紧并在当中,握着手掌大小的拟声器键盘,两脚则朝内扭曲着,嘴已经几乎歪成S型,只要略带微笑,马上就会现出“呲牙咧嘴”的样子。这已经成为他的标志性形象。他不能写字,看书必须依赖一种翻书的机器。读活页文献时,必须让人将每一页平摊在一张大办公桌上,然后驱动轮椅如蚕吃桑叶般的逐页阅读。他在手术过后的几天又写下了世界名著《时间简史》,奇迹般的活下来。在往后数十年逐渐全身瘫痪并失去了说话能力。霍金曾澄清自己当时并无酗酒只感到自己有“悲剧性格”并使自己沉醉于瓦格纳的音乐里。直至他遇上了首任妻子珍·王尔德Jane Wilde,两人结婚后育有3名子女。23岁时他取得了博士学位留在剑桥大学进行研究工作。


1985年,他因患肺炎做了穿气管手术,被彻底剥夺了说话的能力,演讲和问答只能通过语音合成器来完成。


1973年,他考察黑洞附近的量子效应,发现黑洞会像天体一样发出辐射,其辐射的温度和黑洞质量成反比,这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小,而温度却越变越高,最后以爆炸而告终。黑洞辐射或霍金辐射(包括de Sitter空间中的霍金辐射)的发现具有极其基本的意义,它将广义相对论、量子场论和热力学统一在一起,其为弯曲时空中的量子场论。1973年以后,他的研究转向了量子引力论。虽然人们还没有得到一个成功的理论,但是它的一些特征已被发现。例如,空间-时间在普朗克尺度下不是平坦的,而是处于一种粉末的状态。在量子引力中不存在纯态,因果性受到破坏,因此使不可知性从经典统计物理学、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。


1980年以后,霍金的兴趣转向了量子宇宙论,提出了能解决宇宙第一推动问题的无边界条件。2004年7月,他承认了自己原来的“黑洞悖论”观点是错误的。《时间简史》的副题是从大爆炸到黑洞。史蒂芬·威廉·霍金认为他一生的贡献是在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大,但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不断被量子效应所抹平,而且整个宇宙空间正是起始于此。理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化,但就观念而言,已经相当完备了。


1985年,第一次来中国,在科大水上讲演厅作天体物理的学术报告。


史蒂芬·威廉·霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一,他的贡献是在他被卢伽雷氏症禁锢在轮椅上50年之久的情况下做出的。他的贡献对于人类的观念有深远的影响,所以媒体早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。吴忠超(霍金的学生之一)于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时,身后门一打开,脑后忽然响起一种非常微弱的电器的声音,回头一看,只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上,他自己驱动着电开关。译者尽量礼貌而不显出过分吃惊,但是他对首次见到他的人对其残疾程度的吃惊早已习惯。吃饭他要用很大努力才能举起头来。在失声之前,只能用非常微弱的变形的语言交谈,这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。他不能写字,看书必须依赖于一种翻书页的机器,读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上,然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。从他对译者私事的帮助可以体会到,他是一位富有人情味的人。每天他必须驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号,经过美丽的剑河、古老的国王学院驶到银街的应用数学和理论物理系的办公室。该系为了他的轮椅行走便利特地修了一段斜坡。霍金虽然身残但志不残,非常乐观。


他还证明了黑洞的面积定理。在富有学术传统的剑桥大学里他拥有几个荣誉学位,是最年轻的英国皇家学会会员。在公众评价中,被誉为是继阿尔伯特·爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。他提出宇宙大爆炸自奇点开始,时间由此刻开始,黑洞最终会蒸发,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。


他因患肌肉萎缩性侧索硬化症,禁锢在轮椅上达50年之久,却身残志坚,克服了残疾之患而成为国际物理界的超新星。他不能书写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”——无边界条件。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却使人们遨游到广袤的时空,渐渐解开宇宙之谜。


1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,该书被译成40余种文字,出版逾1000余万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”(Unread Bestseller),有学者曾指这种书之所以仍可以如此畅销,是因为书本尝试解答过去只有神学才能触及的题材:时间有没有开端,空间有没有边界。2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》 (The Universe in a Nutshell)出版发行。该书是《时间简史》的姐妹篇,以相对简化的手法及大量图解,诉说宇宙起源。2006年,他在香港透露正与女儿合撰写一套类似于《哈利波特》、但主题是理论物理学而非魔法的小说。


2002年,第二次来中国,在北京作主题为“膜的新奇世界”科普报告,向公众阐释他的关于天体演化的“M理论”。


霍金亦试图通过通俗演讲,将自己的思想与整个世界交流,除了常在英国及美国发表演说,他90年代曾两次到访日本,2002年8月曾到访杭州发表《膜的新奇世界》(Brane New World),2006年6月在香港科技大学发表《宇宙的起源》时,轰动一时,被戏称为受到“摇滚巨星”级的接待。霍金的声望,令他多次获邀到外地演说,常获国家元首接见。


霍金曾指,大众会好奇一位残障人士,为何会想到这么多宇宙论,令他成了大众媒体的宠儿。事实上,他在“星舰奇航记”中的电视系列剧“银河飞龙”饰演过自己,与爱因斯坦及牛顿一起打桥牌;他亦曾在美国卡通片《辛普森一家》中“演出”,拯救剧中的女孩。其形象也在卡通片《飞出个未来》中的一集里出现。卡通片《居家男人》中则有与其类似的角色(Steve)对其进行了滑稽的模仿。


2006年,第三次来中国,他带来的仍然是自己关于宇宙学最新的研究,在香港科技大学体育馆主持一个题为"宇宙的起源"的演讲;在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。


2009年4月6日,霍金因病取消外访,同月20日因病送院治理,情况欠佳。2012年1月传出因脸部肌肉恶性萎缩,已严重影响其表达能力,并有可能使他无法发出独特的“电脑声”。


2012年4月6日播出的热播美剧《生活大爆炸》第五季第21集中,史蒂芬·霍金本色出演参与了客串。


2015年7月20日,斯蒂芬•霍金启动了人类历史上规模最大的外星智慧生命的搜索行动。


2016年1月,斯蒂芬·威廉·霍金获得卢德奖。


2017年为英国BBC录制纪录片《探索新地球》。


人物逝世

2018年3月14日,根据英国天空新闻等多家媒体的报道,史蒂芬霍金去世,享年76岁。


2018年3月31日,这位科学家的葬礼在剑桥大学的大圣玛丽教堂举行。他的骨灰被安放在伦敦的威斯敏斯特教堂内,与牛顿和达尔文为邻。


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个人生活

家庭背景


史蒂芬·霍金 1942年1月8日出生于英国牛津,出生当天正好是现代科学之父伽利略逝世300年忌日。他的父亲弗兰克与母亲伊莎贝尔都就读于牛津大学,弗兰克主修医学,伊莎贝尔学习哲学、政治学和经济学。第二次世界大战爆发后,弗兰克原本想要从军报国,上级认为他如果从事研究工作可以对国家给出更有价值的贡献,他于是在一所医学研究院的任职研究员,伊莎贝尔也在这所研究院找到一份秘书工作。他们在这里相遇并且坠入爱河、共结连理。婚后,他们住在伦敦附近郊区海格特。那时正值纳粹德军轰炸英格兰,伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭。夫妻二人被迫决定,伊莎贝尔应该搬迁到较为安全的牛津把孩子生下来。等到史蒂芬诞生后,伊莎贝尔才又回到海格特。在史蒂芬1岁与5岁时,他们还生了两个女儿菲莉帕与玛莉,史蒂芬14岁时,他们又收养了一个儿子爱德华。


弗兰克于1950年升任为国家医学研究院寄生虫学部门主任,在该学术领域享有盛名,全家搬到赫特福德郡的圣奥尔本斯。在那里,霍金一家被认为是有点古里古怪的高级知识分子,他们很喜欢阅读书籍,每个人都手不释卷,甚至在餐饮时间,来访客人时常会观察到全家默默地边吃边读书。他们生活很简朴,住屋虽然很大,但是缺乏维护,交通工具是一辆改装过的伦敦计程车。


霍金跟母亲关系很好,其母住在莎士比亚的故乡斯特拉特福,霍金经常去探望她。霍金还跟自己的女儿合著了几本宇宙探险的科普书,他女儿已成为著名作家。


残障恶疾


霍金患有一种不寻常的早发性、慢发性肌萎缩性脊髓侧索硬化症 ,这种疾病俗称渐冻症。几十年来,由于这疾病,他的身体缓慢地瘫痪。这疾病开始于霍金在牛津大学读书的最后一年,那时,他发现自己动作越来越笨拙,时常不知缘由地摔跤,划船也变得力不从心。有一次,他还从楼梯上摔下来,头先着地,造成暂时的记忆力轻微丧失。在剑桥大学时,状况更加恶化,他的讲话有些含糊不清。霍金的父母亲也注意到他的健康问题,带他去看专科医生。在21岁时,医生诊断其患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,只有两年好活,但是,两年光阴飞驰而去,他仍旧活着,很奇妙地,病情的恶化渐渐地缓慢下来。


不知是什么原因,60年代后期,霍金的身体状况又开始恶化,行动走路都必须使用拐杖,不再能定期教课。由于霍金逐渐失去写字能力,他自己发展出一种替代的视觉性方法,他在脑里形成各种不同的心智图案与心智方程,他可以用这些心智元素来思考物理问题。物理学者维尔纳‧以色列表示,霍金的思考过程,有如莫扎特只凭借想象就写出一整首极具特色的交响乐曲。


霍金不愿对恶疾低头,甚至不愿接受任何帮助。他最喜欢被视为是科学家,然后是科普作家,最重要的是,被视为正常人,拥有与其他人相同的欲望、干劲、梦想与抱负。洁恩后来说,“有些人称这为决断,有些人称这为固执,而我曾经在很多时候称这为既果断又固执。”年代末期,经过不断劝说,霍金才同意使用轮椅,后来,朋友们都知道他是个危险司机,他时常会肆无忌惮地冲过街路,似乎以为自己拥有优先权。霍金很受欢迎、很具幽默感,但是由于他的疾病与他治学时的不客气态度,有些同事选择与他保持距离。


霍金的言语功能逐年退步,到了70年代后期,只剩下他的家人或密友能够听得懂他的话。 为了与其他人通话,他必须依赖翻译。在霍金的办公室大楼门口,没有设置专门给轮椅通行的残障坡道,剑桥大学不愿负担搭建残障坡道所需的款项,因此霍金与剑桥发生争执,他与妻子共同发起活动敦促剑桥改善残障设施。但是,对于扮演残障权利代言人这角色,霍金的态度通常很摸棱两可,一方面他很想帮助残障族群,另一方面又想把自己跟残障和残障所伴随的挑战分开。他的这些态度引起了一些批评。


霍金在1985年拜访欧洲核子研究组织时,感染了严重的肺炎,必须使用维生系统。由于病况危急,医生询问洁恩是否应该终止维生系统的运行。洁恩的答案是“不”,替代方案是霍金必需接受气管切开术。这手术可以帮助他呼吸,但会使他从此以后再也无法发声。手术后,经过在加护病房疗养一段时间,霍金才被准许出院,但他需要全天24小时看护,费用非常昂贵。尽管英国国民保健署可以给付疗养院费用,可是洁恩还是决定带霍金回家。索恩知道霍金的病况后,建议他们寻求友人默里·盖尔曼的帮助。那时,诺贝尔奖得主盖尔曼是麦克阿瑟基金会的董事,麦克阿瑟基金会慷慨地答应负担所有医护费用。洁恩请到了三班护士轮流看护霍金,其中一位护士伊莲‧梅森后来成为霍金的第二任妻子。


霍金不再能讲话,必须用特别方法传达信息,对方一手拿着一张字母卡,另一手一个字母一个字母地用食指指,当指到霍金想要的字母时,霍金会扬起眉毛,这样,可以慢慢地把整个单字拼出来。后来,电脑专家华特·沃特斯送给他一个称为“平等者”的程式,可以让他在屏幕上选择单字、单词或字母。平等者的字汇大约有2500–3000个单字,并内建了一个语音合成器。 平等者本来是执行于台式电脑,护士伊莲的先生大卫‧梅森是电脑工程师,大卫在霍金的轮椅上设置了一台小电脑,并且将平等者安装在小电脑里。这样,霍金就不再需要找人做他的翻译,霍金很高兴地说,“与在我失去说话功能前相比,我现在可以更如意地传达信息。”霍金仍旧可以稍微操控他的手来开启开关,每分钟大约能给出15个单字。每一次演讲前,他会事先准备好讲义,然后用语音合成器把内容发表出来。有些人觉得语音合成器给出的声音具有美国或斯堪地那维亚口音。霍金原本希望换成英国口音,但后来习惯了,反而觉得那就是他的声音。


霍金的健康仍旧在缓慢恶化,2005年,他开始使用脸颊肌肉的运动来控制他的通讯设备,每分钟大约可以输出一个字。由于这疾病很可能引起闭锁症候群,霍金正与神经学专家研发出一套新系统,让电脑将他的脑波图样翻译为词句。2009年,他不再能独立驾驶他的轮椅,他的呼吸越加困难,时常需要使用人工呼吸器,还有几次严重到需要去医院诊疗。


婚姻生活


简的出现对霍金来说是生命中的一个重要转折点,她跟霍金一起面对病魔,令霍金摆脱绝望,并让他重新获得对生活和工作的信心。


1965年,简(Jane)义无反顾地嫁给了霍金。简恩服侍、照顾霍金25年之久,一天24小时、一周七天看护他,推着轮椅带他到各地旅行,还要照顾几个孩子、操持其它家务。25年的时间,她看着他从默默无闻的研究生变成“世界上最伟大的科学家”。


1990年,霍金与妻子简离婚。对于两人最终分手的原因,媒体曾有不同的猜测,而按照英国人迈克尔·怀特和约翰·葛瑞本合著的《霍金传》的说法,他们离婚的最主要原因,还是跟霍金的科学研究有关。因为他的研究,霍金从早期的不可知论者变成了一名极端的无神论者,他以自己的无边界理论完全排除了上帝的概念。然而,简却是一名虔诚的教徒,上帝是她的精神支柱之一,正是有这样的信仰才让简在这20多年间肩负起了照顾霍金的重担。但也有一种说法是霍金跟自己的一个女护士伊莱恩走得越来越近,从而冷落了简,这名女护士后来成了霍金的第二任妻子。


1995年迎娶私人看护伊莱恩(Elaine Mason)。2004年初,英国有媒体指霍金遭到第二任妻子虐打,消息轰动全球。2004年1月,霍金透过剑桥大学两度发表声明,指责有关消息失实,并表示“我全心坚决驳斥说我遭到虐待的说法。媒体的报道纯属虚构,有人散播这样不实的消息,令我感到失望。”简(Jane)写有《霍金:前妻回忆录》(上)(下)。


然而,外界传出霍金身上出现多处神秘伤痕,手腕骨折,脸部和嘴唇有很深的切口,同年3月,英国警方正式向霍金问询,了解有关情况,并查问部分霍金前护士索取资料,但由于霍金并未合作,英国警方最终未能起诉任何人。


早在2000年,警方亦曾对霍金的意外受伤感到怀疑,但霍金当时拒绝配合,令调查终止。霍金的女儿露西·霍金在访问中曾说,约2000年已发现父亲身上有伤痕,但是父亲说是他不小心自己弄伤的,她未有在意。


2006年10月19日,64岁的斯蒂芬·霍金正在与第二任妻子伊莱恩办理离婚手续,他们已经共同生活了11年,至今未娶。


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学术思想

时光机

英国著名天体物理学家史蒂芬·威廉·霍金继承认外星人的存在后,又发表一个惊人论述:他声称带着人类飞入未来的时光机,在理论上是可行的,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船。不过,霍金也警告,不要搭时光机回去看历史,因为“只有疯狂的科学家,才会想要回到过去‘颠倒因果’。”


物理学家霍金在拍摄的一部有关宇宙的纪录片时提到,人类其实能建造出接近光速的宇宙飞船,并且能够进入未来。霍金甚至说,自己是因为担心别人把他当成“怪人”,所以才不敢乱说话,也不愿意多谈有关时光机的东西,直到透过纪录片后才敢大方讨论。


时间缝隙

至于时光机的关键点,霍金强调就是所谓的“四度空间”,科学家将其命名为“虫洞”。霍金强调,“虫洞”就在我们四周,只是小到肉眼无法看见,它们存在于空间与时间的裂缝中。


他指出,宇宙万物非平坦或固体状,贴近观察会发现一切物体均会出现小孔或皱纹,这就是基本的物理法则,而且适用于时间。时间也有细微的裂缝、皱纹及空隙,比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”,“虫洞”就存在于其中。


回到过去

霍金指出,理论上时光隧道或“虫洞”不只能带着人类前往其他行星,如果虫洞两端位于同一位置,且以时间而非距离间隔,那么宇宙飞船即可飞入,飞出后仍然接近地球,只是进入所谓“遥远的过去”。因为在4度空间中,10分钟也许是n小时。不过霍金警告,不要搭时光机回去看历史。


飞去未来

史蒂芬·威廉·霍金表示,如果科学家能够建造速度接近光速的宇宙飞船,那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速是最大速限的法则,而导致舱内的时间变慢,那么飞行一个星期就等于是地面上的100年,也就相当于飞进未来。


霍金举人造卫星为例,指卫星在轨道运行时,由于受地球重力影响较小,卫星上的时间比地上时间稍快。由此,霍金就设想出一艘大型极速宇宙船,可在1秒内加速至时速9.7万公里,6年内加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船阿波罗10号快2000倍。船上的乘客就是变相飞向未来,作出名副其实的时间旅行。


四度空间

即使是在太空中,万物也都有时间的长度,在时间中漫游,意味着穿越该“4度空间”。


霍金举例指出,开车直线行进等于是在“1度空间”中行进,而左转或右转等于加上“2度空间”,至于在曲折蜿蜒的山路上下行进,就等于进入“3度空间”。穿越时光隧道就是进入“4度空间”。


外星人论


斯蒂芬·霍金在美国探索频道2010年4月25日播出的纪录片《跟随斯蒂芬·霍金进入宇宙》中说,外星人存在的可能性很大,但人类不应主动寻找他们,应尽一切努力避免与他们接触。


霍金认为,鉴于外星人可能将地球资源洗劫一空然后扬长而去,人类主动寻求与他们接触“有些太冒险”。“如果外星人拜访我们,我认为结果可能与克里斯托弗·哥伦布当年踏足美洲大陆类似。那对当地印第安人来说不是什么好事。”


然而,也有不少专家对“外星人威胁论”表示了质疑。他们从外星人的智慧与科技,甚至是人类自身对外星人的心理作用来说明外星人对地球人并不构成威胁。中国语言学家、数学家周海中表示,如果外星人能来到地球,说明它们的文明程度远远超过我们人类;文明程度越高,暴力倾向的可能性就越低。他认为,担心外星人的威胁是完全没有必要的,因为只要是高智慧生命体,它们的理智决定着它们怎样对待其他智慧生命体;外星人与地球人将来是能够和平共处、友好合作和共同发展的。无独有偶,美国天体生物学家大卫·莫里森也表示,如果一个文明能够存在数十万年,那么它的先进程度一定超过人类。这个文明一定能解决我们面临的一系列问题,所以没有必要侵略地球。他甚至认为外星人是“和平使者”且友善可爱,并风趣地说,“如果外星人来访,我会好好款待它们。”在诺贝尔物理学奖得主、美国天体物理学家乔治·斯穆特眼里,“外星人威胁论”的种种担忧纯属杞人忧天。


星际移民

霍金在2010年8月接受美国知识分子视频共享网站BigThink访谈时,再曝惊人言论,称地球200年内会毁灭,而人类要想继续存活只有一条路:移民外星球。


霍金表示,人类如果想一直延续下去,就必须移民火星或其他的星球,而地球迟早会灭亡。霍金说:“人类已经步入越来越危险的时期,我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带的‘自私、贪婪’的遗传密码,人类正在一点点掠夺地球资源,人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,所以不能将赌注放在一个星球上。”


学术赌注

霍金喜欢就一些科学命题,与其他学者开赌,一时成为科学界美谈。


1.能否发现希格斯玻色子


霍金跟美国密歇根大学的戈登教授打了个赌:CERN不会发现希格斯玻色子。


希格斯玻色子是英国著名物理学家希格斯与其他同事经过漫长年代的潜心研究,等待了48年,才发现了希格斯玻色子,也称为“上帝粒子”。


2.黑洞是否存在


集一生精力研究黑洞的霍金,曾担心黑洞可能只是理论上的概念,而现实中根本不存在。他为免到时自己变得一无所有,1975年他与另一名物理学家索恩(Kip Thorne)开赌:究竟黑洞是否存在。


3.裸奇点的存在


1991年,霍金又要求开赌,这次索恩与他站在同一阵线,对赌一方是物理学家裴士基(John Preskill)。当时的命题是,奇点应该被黑洞围绕,但没有被黑洞包围的“裸奇点”(naked singularities)是否存在。


霍金与索恩押注:裸奇点并不存在,随即与裴士基立下赌据,谁输了要向对方送上一件用来“遮蔽裸体”的T恤衫,写上适当的服输字眼。霍金于1997年修正他的理论,指出裸奇点有可能存在。


高维空间


根据90年代提出的M理论(超弦理论的一种),宇宙是十一维的,由震动的平面构成的。在爱因斯坦那里,宇宙只是四维的(三维空间和一维时间),现代物理学则认为还有七维空间我们看不见。


科学家们对我们已认知的维与可能存在但未被认知的维之间的区别是如何解释的呢?他们打了一个比方:一只蚂蚁在一张纸上行走,它只能向右或向左,向前或向后走。对它来说高与低均无意义,这就是说,第3维的空间是存在的,没有被蚂蚁所认识。同样,我们的世界是由四维数据构成的(三个空间维,一个时间维),我们没有觉察到所有其他的维。


根据物理学家的看法还应该有7个维。尽管有这么多的维,这些维是看不见的,它们自身卷在了一起,被称为压缩的维。为了弄清这种看法,让我们再以蚂蚁为例展开我们的想象。我们可以设想一下,将蚂蚁在上面行走的那张纸卷起来,直到卷成一个圆筒形。如果蚂蚁沿着纸壁走,最后它又会回到出发点,这就是压缩维的一个例子。如果能沿着著名的莫比乌斯带走,也会发生上述现象,当然,它是3维的,但如果沿着它走过,总是会回到出发点的。莫比乌斯带从维的角度讲是压缩的,按照物理学它有3个维,但谁在上面行走,都只能认知成一个维。这就有点像左图上的人:上行或下行,但永远不会走到尽头。如果蚂蚁不是沿着纸筒弯曲的壁行走,它就永远不会返回到原出发点。这就是二维(或者说被我们所感知的那种维)的例子,沿着它一直走,就不可能返回到原来的出发点。


宇宙理论

霍金还由此进行大胆假设,宣称如若人类掉入黑洞可能也不会消失。他说,不幸的太空旅行者不会被困在黑洞里,而是可以逃逸,但他们将无法回到原来的宇宙,而是会逃往另一个宇宙。“这是有可能的,不过黑洞必须足够大。如果黑洞在旋转,可能会生成通往另一个宇宙的通道。所以,如果你感觉你掉进了黑洞,不要放弃,还是有办法出去的。”


经典黑洞理论认为,任何物质和辐射都不能逃离黑洞;而量子力学理论表明,落入黑洞的信息可以重新获取,这个所谓的“信息悖论”已困扰科学界40年。2016年1月,斯蒂芬·霍金等人提出了新解释:落入黑洞的粒子的信息部分被位于视界线(黑洞边界)的粒子组成的“柔软毛发”所“俘虏”,这些信息并没有消失,但很难还原和破解。相关研究发表在arXiv上。


地球灭亡

霍金认为,每个人现在都应该做好在外太空生活的准备。霍金以前就担心地球终有一日会灭亡。他说,未来的100年可能是地球最危险的一段时期。他认为导致地球灭亡的威胁包括:核战争、基因改造过的病毒和全球气候变暖等。现在,霍金认为小行星撞地球和人口爆炸式增长也会导致地球灭亡,他比以前更加坚定地认为人类应该在2117年之前离开地球。


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主要成就

斯蒂芬·威廉·霍金的研究为今天我们理解黑洞和宇宙本源奠定了基础,不过据他本人指出,他在动画片《辛普森一家》(The Simpsons)和科幻剧集 《星际迷航:下一代》(Star Trek:The Next Generation)中的演出也同样精彩。


霍金在《大设计》中强调,宇宙不需要一个造物主或“上帝”,以“哲学已死”开篇,这意味着人类将从愚昧的自我奴役超脱出来,其否认了纯哲学和宗教可以真正解释自然,这也表明各大宗教只是古代精神世界探索未知,追求不灭解脱的体系,而非客观真理。随着时代的进步,人类文明也当奋起直追,不甘落后,这就是为什么世代有识之士追求存在、生命和宇宙的意义。解决这些命题本来应该是哲学家的任务,可惜科学的高度发展使得哲学无法跟上。霍金在《大设计》的开篇中说到“哲学已死”就是这个意思。


霍金希望解开宇宙诞生之时的奥秘,1970年代时,霍金将量子力学应用于解释黑洞现象,在之后的30年中,用量子力学解释整个宇宙已经变得更加困难了。霍金想找到一套可以完美解释整个宇宙现象的理论来说明137亿年诞生直到现在的宇宙,但是多年过去了就算无限接近他仍然没有得出结论。按照他的量子力学理论,宇宙诞生是大爆炸产生的,这是一个被压缩的无限小却具有超大重力的物质(也可以理解成密度无限大)爆炸的产物。量子力学的理论范畴不能够解释这一个过程是如何进行?为什么会这样?霍金说“那必须有一套可以描述小规模重力的理论”。最新的科学突破是霍金的同事,伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林(Michael .Green)参与建构的超弦理论,简称为“弦论”,这理论指出所有粒子和自然力量,其实都是在震荡中的像弦一样的微小物体,解决了霍金一直想努力解答的重力问题,这个理论必须建立在宇宙必须有9、10甚至是大于11个的维度中,而人类身处的三维世界可能仅仅是真正的宇宙的其中一个膜……为数众多的世界各地科学家正在太空和地球做相关的实验来证明弦论以及从实验来证明从而支持霍金的黑洞理论和量子理论。2014年1月24日,英国著名科学家斯蒂芬·霍金教授再次以其与黑洞有关的理论震惊物理学界,在日前发表的一篇论文中承认,“黑洞是不存在的”,不过“灰洞”的确存在。在这篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的论文中,霍金指出,由于找不到黑洞的边界,因此“黑洞是不存在的”,这是为了解决“防火墙”问题于新理论中设定“黑洞不存在”,其并非真不存在。黑洞的边界又称“视界”,经典黑洞理论认为,黑洞外的物质和辐射可以通过视界进入黑洞内部,而黑洞内的任何物质和辐射均不能穿出视界。霍金的最新“灰洞”理论认为,物质和能量在被黑洞困住一段时间以后,又会被重新释放到宇宙中。他在论文中承认,自己最初有关视界的认识是有缺陷的,光线其实是可以穿越视界的。当光线逃离黑洞核心时,它的运动就像人在跑步机上奔跑一样,慢慢地通过向外辐射而收缩。“经典黑洞理论认为,任何物质和辐射都不能逃离黑洞,而量子力学理论表明,能量和信息是可以从黑洞中逃离出来的。”霍金同时指出,对于这种逃离过程的解释需要一个能够将重力和其他基本力成功融合的理论。在过去近一百年间,物理学界没有人曾试图解释这一过程。对于霍金的“灰洞”理论,一些科学家表示认可,也有人持怀疑态度。美国卡夫立理论物理研究所的理论物理学家约瑟夫·波尔钦斯基(Joseph Polchinski)指出,根据爱因斯坦的重力理论,黑洞的边界是存在的,只是它与宇宙其他部分的区别并不明显。其实,早在2004年霍金就曾做出过类似表示。当年7月21日,霍金在“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上指出,黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样,对其周遭的一切“完全吞噬”,事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息可能会在某个时候释放出来。1973年,霍金称自己通过计算得出结论,黑洞在形成过程中其质量减少的同时,还不断在以能量的形式向外界发出辐射。这就是著名的霍金辐射理论,该理论提到的黑洞辐射中并不包括黑洞内部物质的任何信息,一旦这个黑洞浓缩并蒸发消失后,其中的所有信息就都随之消失了,这便是所谓的“黑洞悖论”。这种说法与量子力学的相关理论出现相互矛盾之处。因为现代量子物理学认定这种物质信息是永远不会完全消失的。30多年来,霍金试图以各种推测来解释这一自相矛盾的观点。霍金曾表示,黑洞中量子运动是一种特殊情况,由于黑洞中的引力非常强烈,量子力学在此时已经不再适用了。霍金的这种说法并没有让科学界众多持怀疑态度学者信服。现在看来,霍金终于给了这个当年自相矛盾的观点一个更具有说服力的答案。霍金称,黑洞从来都不会完全关闭自身——霍金辐射,它们在一段漫长的时间里逐步向外界辐射出越来越多的热量,随后黑洞将最终开放自己并释放出其中包含的物质信息。


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人物评价

史蒂芬·威廉·霍金是本世纪享有国际盛誉的伟人之一,出生于伽利略逝世三百周年纪念日,剑桥大学数学及理论物理学系教授,当代最重要的广义相对论和宇宙论家。荣获英国剑桥大学卢卡斯数学教席,这是自然科学史上继牛顿和狄拉克之后荣誉最高的教席。


70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。


霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一。他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡斯数学教授。(名人网评)


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人物轶事

预测世界杯

如何才能让三狮军团英国队再次夺冠,史蒂芬·霍金研究很久并且有了初步的成果后,在发布会上用公式阐述英格兰夺冠的要素。包括三狮军团需要在海拔500米以下的球场比赛,而当气温提升仅仅5℃时,他们的夺冠几率会下降59%;英格兰队在当地下午3点比赛时会提升三分之一的几率夺冠,身着红色比赛球衣则会提升五分之一等。


冰桶挑战

2014年,72岁霍金接受“冰桶挑战” ,子女代其冰水浇头。


出唱片

2014年11月,霍金与Pink Floyd再度合作的单曲《Talkin'Hawkin》问世,令世人充满期待。


由于罹患肌萎缩侧索硬化症,霍金全身肌肉萎缩,只能借助贴在脸上的传感器感应脸颊肌肉运动打字,再用电脑声音合成器发声。这次是霍金与Pink Floyd的第二次合作,上一次是在该乐队1994年发行的一张专辑中,霍金曾为单曲《继续交谈》诵读歌曲引言。


申请姓名专利

2015年3月,霍金计划申请姓名专利,成立基金会,推动运动神经元疾病等的研究,并防止不肖人士滥用他的名字谋利。


霍金是继畅销全球的《哈利波特》系列小说作者JK·罗琳、前足球明星贝克汉姆(DavidBeckham)后,第三个为自己的名字申请专利权的名人。


流行文化

《时间简史》的家庭影视版于1993年制成,在《星际迷航》影集中扮演史巴克的演员由李奥纳德·尼摩伊担任,在发布派对里,介绍霍金入场的任务。派对结束后,尼摩伊知悉霍金是《星际迷航》的超级影迷,渴想参与演出,尼摩伊因此与制作人商量,在《银河飞龙》影集中的《堕落》一集安排给霍金三分钟时间表演,霍金饰演自己,在全息成像平台里与爱因斯坦、牛顿、生化人百科比赛扑克牌。同年,著名摇滚乐团平克·佛洛伊德在作曲继续讲吧里特别置入霍金的“说唱”。1999年,霍金在《辛普森家庭》系列动画片中的一集为自己的卡通角色配音。


很多关于霍金生平的记录片陆续被制成,这包括有《真实的霍金》(2001)、《霍金简介》(2002)、《霍金:宇宙大师》(2008)、 《霍金:我的简史》(2013)、《万物理论》(2014)。


霍金也曾经在动画影集《飞出个未来》与情景喜剧影集《生活大爆炸》客串演出。另外,在2014年上映的电影《万物理论》中,饰演霍金的英国男演员埃迪·雷德梅尼因优秀演技而赢得美国演员工会奖最佳男主角以及第87届奥斯卡金像奖最佳男主角等奖项,而霍金亦提供了计算机化的声音给该片。


开通微博

2016年4月12日,斯蒂芬·霍金开通新浪微博。


霍金老爷子的微博名为斯蒂芬霍金_StephenHawking,开通当日只发布了一条微博,用中英双语写的:“我的中国朋友们,你们好吗?好久不见了!我上次拜访中国是在2006年,当时在北京参加了一场物理会议,那次经历非常难忘。我的首次中国之旅是在1985 年,我那时候坐火车游历了你们雄伟的国度。这些旅行使我对博大精深的中国历史和文化略有了接触。不过现在,我可以通过社交媒体和你们交流了 —— 通过这个微博,我希望和你们分享我的生活趣事和工作心得,也希望能在互动中向你们学习。”


遗作发售

2018年10月16日,英国已故科学家斯蒂芬·霍金遗作《对大问题的简明回答》发售。


霍金在书中暗示,富人不久可以选择编辑他们自己和孩子的DNA,让自己和孩子变成拥有更强记忆力、抗病力、智力和更长寿命的“超人”。


“法律可能会禁止对人类做基因改造,但是一些人可能抵挡不住改善记忆、抗病力、寿命等人类特征的诱惑。”霍金写道。他预计人类本世纪就能发现通过改造基因提高智力的技术。


霍金担心,一旦出现基因改造而成的“超人”,“没得到改造的人类”可能无法竞争,逐渐绝迹,或者变得“不重要”,人类会展开“自我设计”的竞争。


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斯蒂芬·威廉·霍金的金句