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斯蒂芬·威廉·霍金

2012-02-26 17:20:25 本文行家:宇宙与道

斯蒂芬·威廉·霍金(StephenWilliamHawking,1942年1月8日-),英国著名物理学家和宇宙学家,被誉为继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者,全身瘫痪,不能发音。

斯蒂芬·威廉·霍金 - 简介

斯蒂芬·霍金,英国物理学家。研究领域主要是宇宙论黑洞,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普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。

霍金著有《时间简史》(1988年)、《果壳中的宇宙》等科普著作,均被翻译为多种语言出版,是全球最畅销的科普著作之一。

斯蒂芬·威廉·霍金 - 经历

早期

斯蒂芬·威廉·霍金斯蒂芬·威廉·霍金

霍金1942年出生于英国牛津,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年代于牛津研究哲学政治经济

1942年1月,纳粹德军轰炸英格兰,伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭,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,据说他们曾做出一台简单的电脑

1959年,17岁的霍金入读牛津大学大学学院攻读自然科学,获一等荣誉学位,随后转读剑桥大学研究宇宙学。

1963年被诊断患有肌肉萎缩症,即运动神经病,当时医生诊断他只能活两年,但他活下来了。不过,他在往后数十年间,便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简·王尔德(JaneWilde),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。

学术之路

就在霍金攻读博士学位前后,伦敦伯碧克学院教授罗杰·彭罗斯在1960年代初开始发展奇点理论,引起剑桥大学的研究小组注意,霍金听毕彭罗斯的研究后,回程途中向他的老师说:“不知道如果把彭罗斯的奇点理论,运用到整个宇宙会得到什么结果?”

1970年代初,霍金与彭罗斯合作发表论文,指出如果广义相对论是正确,宇宙大爆炸前必然有奇点存在,成为首篇重要文章。

他结合了量子力学及广义相对论,于1974年3月1日,在《自然》提出黑洞发出一种能量,最终导致黑洞蒸发,该能量被命名为霍金辐射,引起全球物理学家重视。

1983年,霍金和吉姆·和特勒(Jim Hurtle)进一步提出“宇宙无边界”(No Boundary Proposal),改变了当时科学家对宇宙的看法。

大众明星

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馀种文字,出版逾1000馀万册。

2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)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一套类似《哈利波特》,但主题是理论物理学而非魔法的小说。

霍金在“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。

残障

斯蒂芬·霍金除了四肢不能移动,1980年代他因肺炎而接受手术后,亦失去说话能力,但凭一张高科技轮椅,他仍可能发音合成语音、通电话,以及写下一条条艰深方程式。据报霍金正尝试一套新系统,让电脑直接阅读他脑内的信息,做到“我脑写我口”。

电脑英特尔度身订造;语音系统于1980年代中由美国公司Words-Plus撰写,该公司为令霍金可以使用新的视窗XP系统,特意为他重写整套程式。

斯蒂芬·威廉·霍金 - 感情生活

1990年,霍金与前妻珍(Jane)离婚,1995年迎娶私人看护伊莱恩。

2004年初,英国有媒体指霍金遭到第二任妻子虐打,消息哄动全球。

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。

斯蒂芬·威廉·霍金 - 宇宙论

斯蒂芬·威廉·霍金黑洞

自1970年代,霍金先后与不同学者,提出多项学说,改变人类对宇宙诞生的看法。其中由他与另一名学者彭罗斯(RogerPenrose)合著的奇点定理,提出时间及宇宙是有起点和终点,肯定了同时代其他人开创的宇宙大爆炸学说,推翻古典物理学有关时空是永恒存在的学说;按照该项定理,他进一步提出具有革命意义的“宇宙无边论”(NoBoundaryProposal),该论说指出,在扩张中的宇宙外,并没有任何人类认知的“空间”存在。

在黑洞研究上,他亦提出多重创见,认为黑洞并非完全漆黑一片,相反,黑洞会发出一种辐射(后来被称为霍金辐射),这种辐射(能量)以极缓慢的速度离开黑洞后,亦即意味黑洞能量会耗尽,造成黑洞蒸发现象。

学说背景

在古典物理学中,一般相信时间和空间,是一个独立于自然界的概念,可以永久存在,但1915年,爱因斯坦发表广义相对论中提出,时间和空间并非绝对,不再是独立于事件的背景,人类对时间的看法出现革命性的转变。

1920年代,埃德温·哈勃利用100英寸的望远镜观天时,发现恒星并非均匀分布于整个空间,而是聚集在称为星系的集团之中。他同时发现几乎所有星系,都出现红移现象,即它们即飞离我们,而星系离开我们越远,飞离的速度亦越快。这项发现带来新的问题:在更早的时候,所有星系是否离我们更近,甚至有一个宇宙的开端。

当时科学家曾尝试解释这种现象。1948年英国学者邦迪、高尔德和霍伊尔提出的稳恒态理论,提出宇宙会穿梭于扩张和收缩两种状态,但并没有开端;俄国学者利弗席兹和哈拉尼科夫则提出,物质若没有严格对称的收缩,最终会引起反弹,而密度保持有限,这亦避免了宇宙有开端的说法。这理论提出时,霍金当时21岁,正在攻读博士学位。

奇点定理

霍金当时并不相信这些学者的证明,于是联同当时已研究奇点的彭罗斯发展一套数学公式,证明宇宙不能反弹。该学说认为,如果广义相对论正确,宇宙起源将在存在一个奇点。当时,奇点一般被视作黑洞的中心,内里有密度无限强、引力无限重、时空曲率无限大,霍金当时设想,若重新走回宇宙诞生之时,全部物质聚成一点,这亦即为奇点。

1965年10月,人类发现一种散布于空间的的微波背景辐射。这些能量极度微弱,能量值远低于一台微波炉,但科学家发现,要合理解释这种辐射,宇宙早期必定非常热,随着宇宙膨胀,辐射持续冷却,最终才会有出现微波背景。这一学说,进一步确认宇宙早期曾经出现大爆炸

不过,霍金因应广义相对论,虽然解释了宇宙源自一个“奇点”,这些定理未能说明宇宙如何开始。霍金认为,这代表广义相对论在“奇点”中失效,该理论只能预测宇宙如何演化,未能预言它如何起始,霍金于是试图合并量子理论及广义相对论,期望能解释整个宇宙从诞生、以至演化的过程。

简而言之,广义相对论是处理极大的物理现象,而量子力学则处理极小尺度的结构。直至今日,科学家相信,若有人成功合并两套理论,则有可能成为一套更具一般性的理论,解释空间中任何物理现象,这亦即物理学界一直追求的所谓大一统理论。霍金至今仍未能发展出这套理论,但科学界一般认为他的研究,为人类迈向大一统理论踏出重要一步。

黑洞蒸发

1970年中以前,科学家一直相信黑洞只会吸进物质,四周“漆黑”一片,当吸引更多物质时,黑洞的质量亦随之上升,霍金另一创见是指出,黑洞不是真的很黑(BlackHoleain'tsoblack),而且黑洞内存在温度。有温度的物质自然会释放辐射,由于辐射是一种能量,黑洞最终因耗尽能量而消失,即所谓“黑洞蒸发论”。

霍金这次发现,拜量子力学所赐。过去科学家以为黑洞内的“真空状态”,代表内里没有任何物质,但霍金约1974~1976年指出,如果量子力学正确,人类从极度微观中观看宇宙的“真空”时,会发现一对对的光子不断产生,但能量在真空中无法保持固定值,令这些成相成对的光子不断摇晃,最终消灭。他相信,当黑洞质量越少,释放光子的速度越快,加速黑洞的消失。

这种从黑洞中释出的能量,被称为霍金辐射,但由于这种辐射极其微弱,科学界至今虽然公认它在理论上可行,仍未能从观察中发现它的存在。这亦说明,即使霍金辐射是真实存在,但其能量过弱,意味黑洞要经过极长时间后,才能耗尽能量,造成蒸发。

应用性未确立:若比照相对论及霍金的学说,前者对重力及能量的描述,为人类带来核电、核弹,但霍金的宇宙论,仍未能直接应用于现代科技。霍金亦曾自言,虽然近年宇宙论有长足发展,但仍有多个宇宙谜团并未解开:“我们观察到,宇宙的膨胀在长期的变缓之后,再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解,对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗?暴胀是一个自然定律吗?或者宇宙最终会再次坍缩吗?新的观测结果,理论的进步正迅速涌来。”

学术赌注

霍金除了喜爱看脱衣舞表演(据说是为了研究),他亦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。

斯蒂芬·威廉·霍金天鹅座X-1

黑洞是否存在?

穷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,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(KipThorne)开赌:究竟黑洞是否存在。

为了进行“对冲”,霍金押注黑洞不存在。如果他“不幸”赢了,霍金虽然一生心血被毁,但索恩要向他赠上专门踼爆英国皇室丑闻的《PrivateEye》杂志4年订阅,如果霍金“幸运”输了,他就要向索恩送赠色情杂志《Penthouse》的一年赠阅。

霍金在《时间简史》(1988年)曾说:“当我们1975年打赌时,我们80%肯定天鹅座X-1是黑洞,现在我会说有95%肯定,但这场赌局仍未有结果。”

裸奇点是否存在?

1991年,霍金又要求开赌,今次索恩与他站在同一阵线,对赌一方是物理学家裴士基(JohnPreskill)。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”(nakedsingularities)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,指出裸点有可能存在。

信息会否在黑洞消失?

霍金在裸奇点的赌局输了,但这位好赌成瘾的物理学家即时要求再开赌。物理学家相信所有信息一经出现,虽然会改变成不同形态,但本质上会“永恒”存在。

霍金及索恩当时指出,任何物质掉进黑洞后将会消失,黑洞中产生的辐射是“全新制造”的,与掉进黑洞中的物质无关;这一项命题,违反了量子力学,若命题正确,量子力学或要重写。裴士基反驳这项命题,双方于是开赌。

2004年,霍金出席研究会时,承认赌输了,要向对方赔上棒球百科全书《TotalBaseball:theUltimateBaseballEncyclopedia》。胜出的裴士基亲身在学术会议上,高举这本著作,霍金在台上只顾著笑。被问到为何挑选这套百科全书做战利品时,裴士基事后说:“这本书重得像黑洞,亦要更长时间才可以赶走书中的资料,有如黑洞一样。”[1]

斯蒂芬·威廉·霍金 - 作品

斯蒂芬·威廉·霍金时间简史Abriefer Historyof Time时间简史Abriefer Historyof Time

科普作品

1988年:《时间简史》(AbriefHistoryofTime)           

1993年:《黑洞、婴儿宇宙及其他》(BlackHolesandBabyUniversesandOtherEssays) 

2005年:《时间简史(普及版)》(AbrieferHistoryofTime) 

2001年:《果实中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell) 

2002年:《在巨人的肩膊上》

2010年:《大设计》(The Grand Design)

论文

The Large Scale Structure of Spacetime with George Ellis
The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Roger Penrose), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 (hardback), ISBN 0-521-65538-2 (paperback), Canto edition: ISBN 0-521-78572-3

斯蒂芬·威廉·霍金 - 获奖

1974年当选为皇家学会最年轻的会员,

1974至1975年成为美国加利福尼亚理工学院费尔柴尔德讲座功勋学者。

1978年霍金荣获世界理论物理研究的最高奖阿尔伯特·爱因斯坦奖。

1988年获沃尔夫物理学奖。 

1989年获得英国爵士荣誉称号 

英国皇家学会学员和美国科学院外籍院士 

伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章 

梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章 

霍普金斯奖 

美国丹尼欧海涅曼奖 

马克斯韦奖 

英国皇家学会的休斯勋章 

2009年8月12日 获得自由勋章   

2010年11月15日,在中国最赚钱的外国作家富豪榜出炉,本榜单是2000年至今外国作家在中国大陆地区的版税总收入 ,以660万元的年版税收入排名第七。[2]

斯蒂芬·威廉·霍金 - 语录

1.“永恒是很长的时间,特别是对尽头而言。” 
2. “通观整个科学史,人们已渐渐明白,事件不会以随意的方式发生——它们反映了某些基本的秩序,这可能是——也可能不是——有神力相助的。”  
3.“如果生活没有了乐趣,那将是一场悲剧。” 
4.“为了合理的展示这张图标,我真的需要一个四维的屏幕。然而,由于政府的削减,我只能想方设法提供一个二维的屏幕。” 
5.“在我21岁时,我的期望值变成了零。自那以后,一切都变成了额外津贴。” 
6.“有人告诉我说我载入书中的每个等式都会让销量减半。然而,我还是把一个等式写进书中--爱因斯坦最有名的那个,E=mc2 。但愿这不会吓跑我一半的潜在读者。” 
7.当被问及其电子拟音器的美国口音时,霍金回应到:“我发现美国和斯堪的纳维亚口音对女人尤其管用”。 
8.“我的目标很简单,就是把宇宙整个明白--它为何如此,它为何存在。” 
9.“我注意过,即便是那些声称一切都是命中注定的而且我们无力改变的人,在过马路之前都会左右看。”
10.“爱因斯坦错了--他说‘上帝不玩色子’。对黑洞的研究表明,上帝不光玩色子,甚至有时候他会把我们弄糊涂,因为他把它们丢到了看不见的地方。” 
11.当你面临着夭折的可能性,你就会意识到,生命是宝贵的,你有大量的事情要做。  
12.是先有鸡,还是先有鸡蛋?  
13.宇宙有开端吗?如果有的话,在此之前发生过什么?  
14.宇宙从何处来,又往何处去?  
15.活着就有希望。  
16.时间有没有尽头? 
17.我注意过,即使是那些声称“一切都是命中注定的,而且我们无力改变”的人,在过马路前都会左右看。 
18.科学家和娼妓都是做他们喜欢的事赚钱。 
19.一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾。 
20.生活是不公平的,不管你的境遇如何,你只能全力以赴。[3]

斯蒂芬·威廉·霍金 - 轶事

招助理要求懂电脑能演讲 

2011年12月31日,斯蒂芬·霍金个人网站发布消息称,霍金拟招聘一名技术助理,而非研究物理的博士生或博士后,是一个纯粹的技术岗位,要求懂计算机和电子学,能够帮助他公开演讲,处理媒体和公众问题。

受聘者将于2012年2月20日至27日开始工作,年薪预计为2.5万英镑,确切薪资将在稍后确定。

参考资料:
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