斯蒂芬·威廉·霍金(現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一)
斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日—2018年3月14日),男,出生于英國牛津,英國劍橋大學(xué)著名物理學(xué)家,現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一、20世紀(jì)享有國際盛譽(yù)的偉人之一。
1963年,霍金21歲時患上肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥(盧伽雷氏癥),全身癱瘓,不能言語,手部只有三根手指可以活動。1979至2009年任盧卡斯數(shù)學(xué)教授,主要研究領(lǐng)域是宇宙論和黑洞,證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,提出了黑洞蒸發(fā)理論和無邊界的霍金宇宙模型,在統(tǒng)一20世紀(jì)物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論——愛因斯坦創(chuàng)立的相對論和普朗克創(chuàng)立的量子力學(xué)方面走出了重要一步。獲得CH(英國榮譽(yù)勛爵)、CBE(大英帝國司令勛章)、FRS(英國皇家學(xué)會會員)、FRSA(英國皇家藝術(shù)協(xié)會會員)等榮譽(yù)。
2012年4月6日播出的熱播美劇《生活大爆炸》第五季第21集中,史蒂芬·霍金本色出演參與了客串。2017年,為英國BBC錄制紀(jì)錄片《探索新地球》。?同年11月,霍金曾表示技術(shù)有望逆轉(zhuǎn)工業(yè)化對地球造成的一些危害,有助于消除疾病和貧困,但人工智能需要加以控制?,還預(yù)言2600年能源消耗增加,地球或?qū)⒆兂伞盎鹎颉薄?/p>
2018年3月14日,霍金逝世,享年76歲?;艚鹗攀篮螅l(fā)全球各界悼念。
人物生平
童年經(jīng)歷
斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),1942年1月8日出生于英國牛津,出生當(dāng)天正好是伽利略逝世300年忌日。父親法蘭克是畢業(yè)于牛津大學(xué)的熱帶病專家,母親伊莎貝爾1930年畢業(yè)于牛津研究哲學(xué)、政治和經(jīng)濟(jì)。
1942年1月,納粹德軍幾乎夜夜不停地轟炸英國倫敦。這迫使霍金一家搬離海格特的家園遷到牛津避難。他們在霍金誕生后又回到了倫敦。童年時的霍金學(xué)業(yè)成績并不突出,但喜歡設(shè)計極為復(fù)雜的玩具。據(jù)說他曾用一些廢棄用品做出一臺簡單的電腦。
成年經(jīng)歷
霍金畢業(yè)于牛津大學(xué)(University of Oxford)和劍橋大學(xué)(University of Cambridge),并獲劍橋大學(xué)博士學(xué)位。
1959年17歲的霍金入讀牛津大學(xué)的大學(xué)學(xué)院攻讀自然科學(xué),用了很少時間而得到一等榮譽(yù)學(xué)位,隨后轉(zhuǎn)讀劍橋大學(xué)研究宇宙學(xué)。
1963年,21歲的他不幸被診斷患有肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥即運動神經(jīng)細(xì)胞病。當(dāng)時,醫(yī)生曾診斷身患絕癥的他只能活兩年,可他一直堅強(qiáng)地活了下來。
1965年,23歲時他取得了博士學(xué)位留在劍橋大學(xué)進(jìn)行研究工作。
1973年,他考察黑洞附近的量子效應(yīng),發(fā)現(xiàn)黑洞會像天體一樣發(fā)出輻射,其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比,這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小,而溫度卻越變越高,最后以爆炸而告終。黑洞輻射或霍金輻射(包括de Sitter空間中的霍金輻射)的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義,它將廣義相對論、量子場論和熱力學(xué)統(tǒng)一在一起,其為彎曲時空中的量子場論。1973年以后,他的研究轉(zhuǎn)向了量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論,但是它的一些特征已被發(fā)現(xiàn)。例如,空間-時間在普朗克尺度下不是平坦的,而是處于一種粉末的狀態(tài)。在量子引力中不存在純態(tài),因果性受到破壞,因此使不可知性從經(jīng)典統(tǒng)計物理學(xué)、量子統(tǒng)計物理提高到了量子引力的第三個層次。
1980年以后,霍金的興趣轉(zhuǎn)向了量子宇宙論,提出了能解決宇宙第一推動問題的無邊界條件。2004年7月,他承認(rèn)了自己原來的“黑洞悖論”觀點是錯誤的。《時間簡史》的副題是從大爆炸到黑洞。史蒂芬·威廉·霍金認(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是在經(jīng)典物理的框架里,證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性,黑洞越變越大,但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因輻射而越變越小,大爆炸的奇點不斷被量子效應(yīng)所抹平,而且整個宇宙空間正是起始于此。理論物理學(xué)的細(xì)節(jié)在未來的20年中還會有變化,但就觀念而言,已經(jīng)相當(dāng)完備了。
1985年,他因患肺炎做了穿氣管手術(shù),被徹底剝奪了說話的能力,演講和問答只能通過語音合成器來完成。
1985年,第一次來到中國,到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和北京師范大學(xué)訪問?。在科大水上講演廳做天體物理的學(xué)術(shù)報告。
1988年,霍金的科普著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》發(fā)行,從研究黑洞出發(fā),探索了宇宙的起源和歸宿,該書被譯成40余種文字,出版逾1000余萬冊,但因書中內(nèi)容極其艱深,在西方被戲稱為“讀不來的暢銷書”(Unread Bestseller),有學(xué)者曾指這種書之所以仍可以如此暢銷,是因為書本嘗試解答過去只有神學(xué)才能觸及的題材:時間有沒有開端,空間有沒有邊界。
2001年10月,又一部作品《果殼中的宇宙》 (The Universe in a Nutshell)出版發(fā)行。該書是《時間簡史》的姐妹篇,以相對簡化的手法及大量圖解,訴說宇宙起源。
2002年,第二次來中國,在北京、杭州作主題為《膜的新奇世界》(Brane New World)科普報告,向公眾闡釋他的關(guān)于天體演化的“M理論”。
霍金亦試圖通過通俗演講,將自己的思想與整個世界交流,除了常在英國及美國發(fā)表演說,他90年代曾兩次到訪日本。
霍金曾指,大眾會好奇一位殘障人士,為何會想到這么多宇宙論,令他成了大眾媒體的寵兒。事實上,他在《星際迷航(Star Trek)》中的電視系列劇《星際迷航:下一代》中飾演過自己,與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌;他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中“演出”,拯救劇中的女孩。其形象也在卡通片《飛出個未來》中的一集里出現(xiàn)??ㄍㄆ毒蛹夷腥恕分袆t有與其類似的角色(Steve)對其進(jìn)行了滑稽的模仿。
2006年,他在香港透露正與女兒合撰寫一套類似于《哈利波特》、但主題是理論物理學(xué)而非魔法的小說。
2006年6月,第三次來中國,他帶來的仍然是自己關(guān)于宇宙學(xué)最新的研究,在香港科技大學(xué)體育館主持一個題為"宇宙的起源"的演講時,轟動一時,被戲稱為受到“搖滾巨星”級的接待。2006年6月19日上午,在人民大會堂向北京的公眾講述《宇宙的起源》。
2009年4月6日,霍金因病取消外訪,同月20日因病送院治理,情況欠佳。
2012年1月傳出因臉部肌肉惡性萎縮,已嚴(yán)重影響其表達(dá)能力,并有可能使他無法發(fā)出獨特的“電腦聲”。
2012年4月6日,他在熱播美劇《生活大爆炸》第五季第21集中,以斯蒂芬·霍金教授的身份本色出演,在劇中與主角謝爾頓同框的畫面被無數(shù)粉絲奉為經(jīng)典。
2012年,霍金在趙曉凱收藏北京奧運火炬上蓋上了兩枚金色指紋,并題詞:“為了人類長期生存,為了世界和平,我們需要銷毀所有核武器”(to ensure the long term survival of the human race we need to disarm all nuclear warheads and promote world peace!)?。
2017年為英國BBC錄制紀(jì)錄片《探索新地球》。
個人生活
個人信仰
霍金表示,世界上并不存在神,自己是無神論者,宗教相信奇跡,但是奇跡不能和科學(xué)并存。
家庭背景
史蒂芬·霍金1942年1月8日出生于英國牛津,他的父親弗蘭克與母親伊莎貝爾都就讀于牛津大學(xué),弗蘭克主修醫(yī)學(xué),伊莎貝爾學(xué)習(xí)哲學(xué)、政治學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,弗蘭克原本想要從軍報國,上級認(rèn)為他如果從事研究工作可以對國家給出更有價值的貢獻(xiàn),他于是在一所醫(yī)學(xué)研究院任職研究員,伊莎貝爾也在這所研究院找到一份秘書工作。他們在這里相遇并且墜入愛河、共結(jié)連理。婚后,他們住在倫敦附近郊區(qū)海格特。那時正值納粹德軍轟炸英格蘭,倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲。夫妻二人被迫決定,伊莎貝爾應(yīng)該搬遷到較為安全的牛津把孩子生下來。等到史蒂芬誕生后,伊莎貝爾才又回到海格特。在史蒂芬1歲與5歲時,他們還生了兩個女兒菲莉帕與瑪莉,史蒂芬14歲時,他們又收養(yǎng)了一個兒子愛德華。
霍金跟母親關(guān)系很好,其母住在莎士比亞的故鄉(xiāng)斯特拉特福,霍金經(jīng)常去探望她?;艚疬€跟自己的女兒合著了幾本宇宙探險的科普書,他女兒已成為著名作家。
殘障惡疾
霍金患有一種不尋常的早發(fā)性和慢發(fā)性肌肉萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥,這種疾病俗稱漸凍癥。這疾病開始于霍金在牛津大學(xué)讀書的最后一年,那時,他發(fā)現(xiàn)自己動作越來越笨拙,時常不知緣由地摔跤,劃船也變得力不從心。有一次,他還從樓梯上摔下來,頭先著地,造成暫時的記憶力輕微喪失。在劍橋大學(xué)時,狀況更加惡化,他的講話有些含糊不清。霍金的父母親也注意到他的健康問題,帶他去看??漆t(yī)生。在21歲時,醫(yī)生診斷其患有肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥,只有兩年好活,但是,兩年光陰飛馳而去,他仍舊活著。
60年代后期,霍金的身體狀況又開始惡化,行動走路都必須使用拐杖,不再能定期教課。由于霍金逐漸失去寫字能力,他自己發(fā)展出一種替代的視覺性方法,他在腦里形成各種不同的心智圖案與心智方程,他可以用這些心智元素來思考物理問題。物理學(xué)者維爾納?以色列表示,霍金的思考過程,有如莫扎特只憑借想象就寫出一整首極具特色的交響樂曲。
霍金不愿對惡疾低頭,甚至不愿接受任何幫助。他最喜歡被視為是科學(xué)家,然后是科普作家,最重要的是,被視為正常人,擁有與其他人相同的欲望、干勁、夢想與抱負(fù)。
霍金的言語功能逐年退步,到了70年代后期,只剩下他的家人或密友能夠聽得懂他的話。 為了與其他人通話,他必須依賴翻譯。在霍金的辦公室大樓門口,沒有設(shè)置專門給輪椅通行的殘障坡道,劍橋大學(xué)不愿負(fù)擔(dān)搭建殘障坡道所需的款項,因此霍金與劍橋發(fā)生爭執(zhí),他與妻子共同發(fā)起活動敦促劍橋改善殘障設(shè)施。但是,對于扮演殘障權(quán)利代言人這角色,霍金的態(tài)度通常很摸棱兩可,一方面他很想幫助殘障族群,另一方面又想把自己跟殘障和殘障所伴隨的挑戰(zhàn)分開。他的這些態(tài)度引起了一些批評。
霍金在1985年拜訪歐洲核子研究組織時,感染了嚴(yán)重的肺炎,必須使用維生系統(tǒng)。由于病況危急,醫(yī)生詢問簡是否應(yīng)該終止維生系統(tǒng)的運行。簡的答案是“不”,替代方案是霍金必需接受氣管切開術(shù)。這手術(shù)可以幫助他呼吸,但會使他從此以后再也無法發(fā)聲。手術(shù)后,經(jīng)過在加護(hù)病房療養(yǎng)一段時間,霍金才被準(zhǔn)許出院,但他需要全天24小時看護(hù),費用非常昂貴。盡管英國國民保健署可以給付療養(yǎng)院費用,可是簡還是決定帶霍金回家。索恩知道霍金的病況后,建議他們尋求友人默里·蓋爾曼的幫助。那時,諾貝爾獎得主蓋爾曼是麥克阿瑟基金會的董事,麥克阿瑟基金會慷慨地答應(yīng)負(fù)擔(dān)所有醫(yī)護(hù)費用。簡請到了三班護(hù)士輪流看護(hù)霍金,其中一位護(hù)士伊蓮?梅森后來成為霍金的第二任妻子。
霍金不再能講話,必須用特別方法傳達(dá)信息,對方一手拿著一張字母卡,另一手一個字母一個字母地用食指指,當(dāng)指到霍金想要的字母時,霍金會揚(yáng)起眉毛,這樣,可以慢慢地把整個單字拼出來。他被禁錮在輪椅上,只有三根手指和兩只眼睛可以活動,疾病已經(jīng)使他的身體嚴(yán)重變形,頭只能朝右邊傾斜,肩膀左低右高,雙手緊緊并在當(dāng)中,握著手掌大小的擬聲器鍵盤,兩腳則朝內(nèi)扭曲著,嘴已經(jīng)幾乎歪成S型,只要略帶微笑,馬上就會現(xiàn)出“呲牙咧嘴”的樣子。這已經(jīng)成為他的標(biāo)志性形象。他不能寫字,看書必須依賴一種翻書的機(jī)器。讀活頁文獻(xiàn)時,必須讓人將每一頁平攤在一張大辦公桌上,然后驅(qū)動輪椅如蠶吃桑葉般的逐頁閱讀。后來,電腦專家華特·沃特斯送給他一個稱為“平等者”的程式,可以讓他在屏幕上選擇單字、單詞或字母。平等者的字匯大約有2500–3000個單字,并內(nèi)建了一個語音合成器。 平等者本來是執(zhí)行于臺式電腦,護(hù)士伊蓮的先生大衛(wèi)?梅森是電腦工程師,大衛(wèi)在霍金的輪椅上設(shè)置了一臺小電腦,并且將平等者安裝在小電腦里。這樣,霍金就不再需要找人做他的翻譯,霍金很高興地說,“與在我失去說話功能前相比,我現(xiàn)在可以更如意地傳達(dá)信息。”霍金仍舊可以稍微操控他的手來開啟開關(guān),每分鐘大約能給出15個單字。每一次演講前,他會事先準(zhǔn)備好講義,然后用語音合成器把內(nèi)容發(fā)表出來。有些人覺得語音合成器給出的聲音具有美國或斯堪地那維亞口音。霍金原本希望換成英國口音,但后來習(xí)慣了,反而覺得那就是他的聲音。
霍金的健康仍舊在緩慢惡化,2005年,他開始使用臉頰肌肉的運動來控制他的通訊設(shè)備,每分鐘大約可以輸出一個字。由于這疾病很可能引起閉鎖癥候群,霍金正與神經(jīng)學(xué)專家研發(fā)出一套新系統(tǒng),讓電腦將他的腦波圖樣翻譯為詞句。2009年,他不再能獨立駕駛他的輪椅,他的呼吸越加困難,時常需要使用人工呼吸器,還有幾次嚴(yán)重到需要去醫(yī)院診療。
婚姻生活
霍金就讀劍橋大學(xué)研究院時期,在1963年的新年派對里,遇到了正準(zhǔn)備進(jìn)入倫敦大學(xué)的簡·懷爾德(Jane Wilde),她被霍金的風(fēng)趣幽默與獨立性格所吸引。
1964年10月,霍金與簡文定終身。霍金后來感言,這改變了他的人生,給予他生活的動機(jī)。簡覺得,她要尋找她存在的目的,她猜想這目的應(yīng)是照顧霍金。
隔年,他找到一份研究員工作,于此,小倆口完成了婚姻大事?;楹蟮谝荒?,為了完成學(xué)業(yè),簡在周間必須住在倫敦,在周末才能與霍金共聚。幾經(jīng)周折,他們在應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理系的大樓附近租到一間住屋,霍金每天只要走很短一段路就可以抵達(dá)辦公室。他還買了一輛三輪機(jī)動車,可以駕駛到劍橋附近鄉(xiāng)下的天文學(xué)學(xué)院辦事。
簡畢業(yè)于1966年,為了證明個人智識才能、給自己設(shè)定人生目標(biāo),她決定繼續(xù)留在倫敦大學(xué)攻讀博士學(xué)位,專門研究評論中世紀(jì)西班牙古書。隔年,霍金的大兒子羅柏特誕生,后來老二露希生于1969年,老三提摩西則生于1979年。
1974年,霍金獲聘去加州理工學(xué)院做研究,為了減輕負(fù)擔(dān),簡提議找一位研究生或博士后幫助照顧霍金的生活起居,這樣,簡可以有更多休息時間。他們找到研究生柏納德·卡爾跟隨他們一起去加州帕薩迪納作研究。在那里,他們度過了很快樂、很有成果的一年。
簡在1977年12月參加圣馬克教會的合唱團(tuán)。在那里,她遇到管風(fēng)琴演奏家強(qiáng)納森·瓊斯。逐漸地,瓊斯與霍金一家走得越來越近。到了1980年中期,簡與瓊斯發(fā)展出羅曼蒂克的友情,簡曾透露,她的丈夫很勉強(qiáng)地接受了這現(xiàn)實:“他不會表示反對,只要我持續(xù)地愛他?!蹦菚r,簡與瓊斯決定不讓這脆弱的家庭破碎,有很久一段時間,他們彼此之間只是努力地維持著純友誼的關(guān)系。
多年來,照顧霍金病情與起居的護(hù)士與助手也不可避免地侵?jǐn)_了他們的家庭生活,使得簡不知如何是好,霍金與簡之間的婚姻關(guān)系變得益發(fā)緊繃。他明星般的地位對于家庭成員與學(xué)校同事都是一場挑戰(zhàn)。1980年代后半期,陪伴霍金出外旅行的人時常是護(hù)士伊蓮·梅森,他們彼此開始喜歡對方,霍金要伊蓮盡可能陪伴他。伊蓮的個性很強(qiáng)悍,她極力守護(hù)她與霍金之間的親近關(guān)系?;艚鸺胰?、其他護(hù)士與看護(hù)人員對她都很有意見。
最后,霍金與簡維持了幾乎25年的的婚姻終于觸礁。1990年,霍金正式與簡離婚。對于兩人最終分手的原因,媒體曾有不同的猜測,而按照英國人邁克爾·懷特和約翰·葛瑞本合著的《霍金傳》的說法,他們離婚的最主要原因,還是跟霍金的科學(xué)研究有關(guān)。因為他的研究,霍金從早期的不可知論者變成了一名極端的無神論者,他以自己的無邊界理論完全排除了上帝的概念。然而,簡卻是一名虔誠的教徒,上帝是她的精神支柱之一,正是有這樣的信仰才讓簡在這20多年間肩負(fù)起了照顧霍金的重?fù)?dān)。但也有一種說法是霍金跟自己的一個女護(hù)士伊蓮走得越來越近,從而冷落了簡,這名女護(hù)士后來成了霍金的第二任妻子。簡(Jane)寫有《霍金:前妻回憶錄》(上)(下)。
1995年迎娶伊蓮,霍金開心地表示,“好棒,我已與我愛的人結(jié)婚”。簡則與瓊斯結(jié)婚,她于1999年發(fā)表了一本回憶錄《移動星星的音樂》,描述她與霍金婚姻的生活點滴與破裂之緣由,無以遮掩的曲折情節(jié)立即在大眾傳媒引起了一陣轟動。如同他往常處理關(guān)于自己私生活的方式,霍金并沒有做出任何公開回應(yīng),他只表示從不閱讀關(guān)于自己的傳記。
霍金再婚后,他的家人很少有機(jī)會與他見面,他們懷疑霍金可能遭到虐待。2004年初,媒體報導(dǎo),霍金遭到第二任妻子虐打,這消息立刻轟動全世界。為此,霍金在醫(yī)院病床上發(fā)表聲明,指稱這消息失實,并表示“我全心堅決駁斥說我遭到虐待的說法。媒體的報導(dǎo)純屬虛構(gòu),有人散播這樣不實的消息,令我感到失望。我妻子與我相愛。今天我還能活著,完全是因為她。我要求媒體尊重我的私生活,讓我專注于從疾病中恢復(fù)健康?!比欢饨鐐鞒龌艚鹕砩铣霈F(xiàn)多處神秘傷痕,手腕骨折,臉部和嘴唇有很深的切口。同年3月,英國警方正式向霍金詢問了解相關(guān)情況,并向先前照顧霍金的護(hù)士查問并且索取資料,但由于霍金不愿意提出控訴,警方最終只好結(jié)束案件?;艚鸬呐畠郝段鳌せ艚鹪谠L問中曾說,約2000年已發(fā)現(xiàn)父親身上有傷痕,但是父親說是他不小心自己弄傷的,她未有在意。
2006年夏天,64歲的霍金與第二任妻子伊蓮辦妥離婚手續(xù),結(jié)束了他們作為夫妻共同生活的11年。霍金與簡合好,重新與兒孫們共享天倫之樂。為了反映這段快樂時期,簡將先前著作《移動星星的音樂》進(jìn)行了大幅度編修,刪除了很多不堪回首的敘述,更換為對于未來盼望的語句,完成后發(fā)表為著作《遨游至天涯海角》。
2014年,霍金與第一任妻子簡的愛情故事被著名導(dǎo)演詹姆斯·馬什搬上大熒幕,主演埃迪·雷德梅尼的演繹受到了霍金本人的稱贊,雷德梅尼也因這一角色收獲了當(dāng)年奧斯卡最佳男主角獎。
精彩語錄
1.當(dāng)你面臨著夭折的可能性,你就會意識到生命是寶貴的,你有大量的事情要做。
2.是先有雞還是先有蛋?
3.宇宙有開端嗎?如果有的話在此之前發(fā)生過什么?
4.宇宙從何處來又往何處去
5.活著就有希望。
6.時間有沒有盡頭。
7.科學(xué)家和娼妓都是做他們喜歡的事賺錢。
8.一個人如果身體有了殘疾,絕不能讓心靈也有殘疾。
9.生活是不公平的,不管你的境遇如何,你只能全力以赴。
10.我的手指還能活動,我的大腦還能思考,我有終身追求的理想,有我愛和愛我的親人和朋友,對了我還有一顆感恩的心……在一次新聞發(fā)布會上,一位女記者提出一個苛刻的問題。但霍金還是以恬靜的微笑這樣回答。霍金不僅以他的成就征服了科學(xué)界,也以他頑強(qiáng)搏斗的精神征服了世界。
11.雖然我行動不便,說話需要機(jī)器的幫助,但是我的思想是自由的。
12.我們一世為人被教導(dǎo)很多常識,但常識往往只是偏見的代名詞。
主要成就
史蒂芬·威廉·霍金是本世紀(jì)享有國際盛譽(yù)的偉人之一,劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)及理論物理學(xué)系教授,當(dāng)代最重要的廣義相對論和宇宙論家。榮獲英國劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教席,這是自然科學(xué)史上繼牛頓和狄拉克之后榮譽(yù)最高的教席。
20世紀(jì)70年代他與彭羅斯一道證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。憑一本薄薄的《時間簡史》征服了全世界3000萬讀者。黑洞理論使量子論和熱力學(xué)在“霍金輻射”中得到完美統(tǒng)一,而他在20世紀(jì)80年代提出的無邊界設(shè)想的量子宇宙論,解決了困擾科學(xué)界幾百年的“第一推動”問題。
斯蒂芬·威廉·霍金的研究為理解黑洞和宇宙本源奠定了基礎(chǔ),不過據(jù)他本人指出,他在動畫片《辛普森一家》(The Simpsons)和科幻劇集 《星際迷航:下一代》(Star Trek:The Next Generation)中的演出也同樣精彩。
霍金在《大設(shè)計》中強(qiáng)調(diào),宇宙不需要一個造物主或“上帝”,以“哲學(xué)已死”開篇,這意味著人類將從愚昧的自我奴役超脫出來,其否認(rèn)了純哲學(xué)和宗教可以真正解釋自然,這也表明各大宗教只是古代精神世界探索未知,追求不滅解脫的體系,而非客觀真理。隨著時代的進(jìn)步,人類文明也當(dāng)奮起直追,不甘落后,這就是為什么世代有識之士追求存在、生命和宇宙的意義。解決這些命題本來應(yīng)該是哲學(xué)家的任務(wù),可惜科學(xué)的高度發(fā)展使得哲學(xué)無法跟上。
霍金希望解開宇宙誕生之時的奧秘,1970年,霍金將量子力學(xué)應(yīng)用于解釋黑洞現(xiàn)象,在之后的30年中,用量子力學(xué)解釋整個宇宙已經(jīng)變得更加困難了?;艚鹣胝业揭惶卓梢酝昝澜忉屨麄€宇宙現(xiàn)象的理論來說明137億年誕生直到現(xiàn)在的宇宙,但是多年過去了就算無限接近他仍然沒有得出結(jié)論。按照他的量子力學(xué)理論,宇宙誕生是大爆炸產(chǎn)生的,這是一個被壓縮的無限小卻具有超大重力的物質(zhì)(也可以理解成密度無限大)爆炸的產(chǎn)物。量子力學(xué)的理論范疇不能夠解釋這一個過程是如何進(jìn)行?為什么會這樣?霍金說“那必須有一套可以描述小規(guī)模重力的理論”。
霍金的同事,倫敦瑪麗皇后學(xué)院的麥克·格林(Michael .Green)參與建構(gòu)的超弦理論,簡稱為“弦論”,指出所有粒子和自然力量,其實都是在震蕩中的像弦一樣的微小物體,解決了霍金一直想努力解答的重力問題,該理論必須建立在宇宙必須有9、10甚至是大于11個的維度中,而人類身處的三維世界可能僅僅是真正的宇宙的其中一個膜。
2014年1月24日,英國著名科學(xué)家斯蒂芬·霍金教授再次以其與黑洞有關(guān)的理論震驚物理學(xué)界,在《黑洞的信息保存與氣象預(yù)報》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的論文中,霍金指出,由于找不到黑洞的邊界,因此“黑洞是不存在的”,不過“灰洞”的確存在。這是為了解決“防火墻”問題于新理論中設(shè)定“黑洞不存在”,其并非真不存在。黑洞的邊界又稱“視界”,經(jīng)典黑洞理論認(rèn)為,黑洞外的物質(zhì)和輻射可以通過視界進(jìn)入黑洞內(nèi)部,而黑洞內(nèi)的任何物質(zhì)和輻射均不能穿出視界。
霍金的“灰洞”理論認(rèn)為,物質(zhì)和能量在被黑洞困住一段時間以后,又會被重新釋放到宇宙中。他在論文中承認(rèn),自己最初有關(guān)視界的認(rèn)識是有缺陷的,光線其實是可以穿越視界的。當(dāng)光線逃離黑洞核心時,它的運動就像人在跑步機(jī)上奔跑一樣,慢慢地通過向外輻射而收縮?!敖?jīng)典黑洞理論認(rèn)為,任何物質(zhì)和輻射都不能逃離黑洞,而量子力學(xué)理論表明,能量和信息是可以從黑洞中逃離出來的。”霍金同時指出,對于這種逃離過程的解釋需要一個能夠?qū)⒅亓推渌玖Τ晒θ诤系睦碚?。在過去近一百年間,物理學(xué)界沒有人曾試圖解釋這一過程。
對于霍金的“灰洞”理論,一些科學(xué)家表示認(rèn)可,也有人持懷疑態(tài)度。美國卡夫立理論物理研究所的理論物理學(xué)家約瑟夫·波爾欽斯基(Joseph Polchinski)指出,根據(jù)愛因斯坦的引力理論,黑洞的邊界是存在的,只是它與宇宙其他部分的區(qū)別并不明顯。其實,早在2004年霍金就曾做出過類似表示。當(dāng)年7月21日,霍金在“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上指出,黑洞并非如他和其他大多數(shù)物理學(xué)家以前認(rèn)為的那樣,對其周遭的一切“完全吞噬”,事實上被吸入黑洞深處的物質(zhì)的某些信息可能會在某個時候釋放出來。
1973年,霍金稱自己通過計算得出結(jié)論,黑洞在形成過程中其質(zhì)量減少的同時,還不斷在以能量的形式向外界發(fā)出輻射。這就是著名的霍金輻射理論,該理論提到的黑洞輻射中并不包括黑洞內(nèi)部物質(zhì)的任何信息,一旦這個黑洞濃縮并蒸發(fā)消失后,其中的所有信息就都隨之消失了,這便是所謂的“黑洞悖論”。這種說法與量子力學(xué)的相關(guān)理論出現(xiàn)相互矛盾之處。因為現(xiàn)代量子物理學(xué)認(rèn)定這種物質(zhì)信息是永遠(yuǎn)不會完全消失的。
30多年來,霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點?;艚鹪硎?,黑洞中量子運動是一種特殊情況,由于黑洞中的引力非常強(qiáng)烈,量子力學(xué)在此時已經(jīng)不再適用了。霍金的這種說法并沒有讓科學(xué)界眾多持懷疑態(tài)度學(xué)者信服?,F(xiàn)在看來,霍金終于給了這個當(dāng)年自相矛盾的觀點一個更具有說服力的答案?;艚鸱Q,黑洞從來都不會完全關(guān)閉自身——霍金輻射,它們在一段漫長的時間里逐步向外界輻射出越來越多的熱量,隨后黑洞將最終開放自己并釋放出其中包含的物質(zhì)信息。
2016年8月16日,海法以色列理工學(xué)院的教授杰夫斯坦豪爾(Jeff Steinhauer)在出版的《自然物理學(xué)》雜志中一篇論文上證明了霍金輻射的量子效應(yīng)。他制造一種聲音黑洞而非光黑洞,使用的是帶聲音粒子即聲子“視界”的長管。2014年斯坦豪爾教授發(fā)現(xiàn),視界上隨機(jī)產(chǎn)生了聲子。在他最新的結(jié)果中,斯坦豪爾證明這些聲子是一對相關(guān)聲子中的一個,從而證明了霍金輻射的量子效應(yīng)。
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