年3月14日,
斯蒂芬·威廉·霍金
(StephenWilliamHawking)先生
因病逝世,享年76岁。
谨以此文缅怀一代科学巨匠霍金先生。
年1月8日,斯蒂芬·威廉·霍金(StephenWilliamHawking),出生于英国牛津,出生当天正好是伽利略逝世年忌日。
随后,霍金便开启了自己传奇般的一生。
霍金童年
童年的霍金小霍金也像普通的小孩一样,喜欢玩具,着迷于玩具火车,甚至自己花钱买来了电动火车。十几岁时,霍金还喜欢制作飞机模型和轮船模型,甚至尝试发明一些游戏,比如制作不同颜色零件的工厂、运送产品的公路和铁路,以及股票市场。
霍金和一个同学负责编制游戏的规则。在编制这些游戏时,小霍金的目标是建造我能控制的可以开动的模型,这些游戏及制作都来自于探究事物并且进行控制的要求。这种要求一直驱动霍金去探究事物,甚至在后来的宇宙学研究中仍在起作用。
上学期间,霍金分在一个很好的班,尽管他的成绩名次从未进过前一半,但仍受到同学的尊敬,同学为他起了一个外号---爱因斯坦。霍金在班上有一些要好的同学,他们喜欢听音乐,特别是古典音乐,如莫扎特、马勒、贝多芬,也到音乐厅去听音乐。他们还经常讨论一些科学和宗教问题,例如宇宙的起源和宇宙的运行是否需要上帝的作用。
中学时代
在中学时代的后两年,班上来了一位数学教师。他的教学富于启发,这激发了霍金对数学和物理学的兴趣。尽管父亲也鼓励他学习科学,但希望他攻读与父亲的专业相近的生物学。
回忆起中学的学习,霍金谈道:“在我幼年时,我对所有科学都一视同仁。十三、四岁后我知道自己要在物理学方面做研究,因为这是最基础的科学,尽管我知道中学物理学太容易太浅显,所以太枯燥。化学就好玩得多了,不断发生许多意料之外的事,如爆炸等等。但是物理学和天文学有望解决我们从何处来和为何在这里的问题。我想探索宇宙的底蕴。”
由此可见,少年的霍金的志向虽算不上远大,想探索宇宙的底蕴对他后来的研究肯定是有影响的。
中学毕业,霍金考入牛津大学,并如父亲的希望,取得了奖学金。
12岁的霍金(左),年从牛津大学毕年,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。
科学之路
学习物理学对霍金并不费力,后来他又考上剑桥大学理论物理专业的博士研究生。为什么要选取理论物理专业呢?霍金后来说:理论物理中有两个领域是基本的,……一个是研究非常大尺度的,即宇宙学;另一个是研究非常小尺度的,既基本粒子。这就是说,理论物理联系着至大的宇宙和至小的基本粒子。最后,他确定要研究宇宙学,这是因为在宇宙学方面已有一个定义完好的理论,即爱因斯坦的广义相对论。广义相对论是研究宇宙学的理论基础。
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,可他一直坚强地活了下来。
这种病使行为本来就不灵活的霍金更加笨拙,而且这种病迅速恶化。霍金非常苦恼,以至于他认为自己活不了多久了。然而,霍金并未放弃正常人的工作学习和生活,而且他在这时结婚了,5年后他成了3个孩子的父亲。
年,霍金和第一任妻子简·王尔德结年,23岁时他取得了博士学位留在剑桥大学进行研究工作。
患病的霍金依然进行科研如故,甚至更加勤奋。他曾梦到自己被处死了,由此他希望,如果我被赦免,我还能做许多有价值的事。他认为,我要牺牲自己的生命来拯救其他人,要做点儿善事,以回报社会对他的恩惠。勤奋的工作使霍金取得了很大的成绩,他以黑洞的研究成名于物理学界。黑洞是一种体积很小、质量很大的天体,也就是说,它的密度很大。这种天体是一种从理论上推测出来的天体。
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deSitter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。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。
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。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。
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。
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”(UnreadBestseller),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。
《时间简史》年10月,又一部作品《果壳中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)出版发行。
年6月,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时,轰动一时,被戏称为受到“摇滚巨星”级的接待。年6月19日上午,在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。
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”。
科学贡献
霍金的研究领域是引力与黑洞。他的主要贡献有两个:奇点定律()与霍金辐射()。
奇点定理:RogerPenrose(彭罗斯,似乎更牛)一起开创性地运用拓扑学的方法,证明广义相对论方程导致奇点解,间接地证明了大爆炸奇点的存在。
霍金辐射:受Bekenstein熵的启发下,运用弯曲时空背景下的量子场论方法,证明黑洞像热力学黑体一样对外辐射。这是广义相对论和量子力学相结合的第一个典范,具有特殊的重要性。
霍金的主要工作都作于上世纪60年代末70年代初黑洞研究大发展时期,他的早期工作对引力与黑洞领域起到了非常大的促进作用。其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。
霍金正在授课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,大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起始于此。
60年代,由于天文学的一系列新发现,激发了天体物理学的研究。霍金正逢其时,黑洞研究使他初露头角。霍金将热学引入黑洞的研究,这大大加深了对黑洞的认识。这时,霍金认为,可能存在一种微型黑洞。这种黑洞很小,有的会小到像质子或中子那样的大小。按照现代物理学的理论,当物体小到这样的程度,它应服从量子力学的规律。霍金的进一步研究表明:黑洞可以蒸发;黑洞越小,它蒸发得越快。1个10亿吨(个头与质子大小相当)的黑洞要用亿年的时间才能蒸发干净,而最后0.1秒内所释放的能量相当于万颗百万吨级的氢弹爆炸。这就是说,我们是不是应该仔细地进行天文观测,力图在宇宙空间找到这种微型黑洞而加以利用呢?!
霍金对大爆炸理论研究有很大贡献。他认为,宇宙起源于一个奇点,奇点处的爆炸产生了粒子和能量,粒子间的作用产生了星云,进而演化到我们今天的世界。今天的宇宙仍在膨胀着,将来的宇宙可能将继续膨胀下去,也可能在膨胀到极限时转而收缩至当初形成宇宙的那个奇点。看上去这好像很有趣,然而,这就是今天人们对宇宙的认识水平。由于霍金在天体物理学研究上取得的成绩,他获得年的爱因斯坦奖。
年他又当上了三一学院卢卡斯讲座的教授。牛顿曾经是该讲座的教授。尽管身体残疾,他仍经常旅行、演讲、著述。他的《时间简史》已发行几千万册,被译成40多种语种。由于霍金那富于传奇色彩的奋斗经历,他的《时间简史》还被搬上银幕。人们看到了黑洞和基本粒子的画面,听着霍金敲打计算机键盘和计算机合成后的声音,人们为现代物理和宇宙理论的深奥所震慑,为人类的智慧所感叹,并且更加佩服霍金在承受巨大的痛苦时仍在攀登科学高峰所表现出的伟大精神。
年4月,霍金在大西洋上空体验零重飞向宇宙
年3月14日,霍金因病逝世,享年76岁。
这位被誉为继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家的当代科学巨匠,恰好在爱因斯坦诞辰周年的这一天逝世。
学术的巨人,生活的勇者,轮椅也阻挡不了他探索宇宙的思想。从此以后,霍金摆脱肉体凡胎,终于可以在宇宙星际自由翱翔。
只是,科学界,期待下一位巨匠的出现。