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霍金逝世一周年,致敬宇宙奧秘探索者!

撰文/邵紅能

繪圖/王敘

本文選自《知識就是力量》雜誌

今天是2019年3月14日,

也是霍金去世一周年的忌日。

史蒂芬·威廉·霍金

英國著名物理學家、宇宙學家。1959年進入牛津大學學習,1965年獲得劍橋大學博士學位,並留在劍橋大學工作。他的主要研究領域是宇宙論和黑洞,提出了「黑洞蒸發理論」和「無邊界的量子宇宙論」,還於20世紀70年代與彭羅斯一道證明了著名的奇性定理,從而獲得了1988年的沃爾夫物理獎。代表作有《時間簡史》《果殼中的宇宙》等,被譽為「繼愛因斯坦之後世界上最著名的科學家和最傑出的物理學家」。

霍金不僅是當今世界最知名的物理學家,

同時也是天才的科普作家。

他既能研究高深莫測的宇宙物理學,

又能把這些高深的理論寫得深入淺出。

霍金憑著堅毅不屈的意志,

戰勝了疾病,創造了一個奇蹟。

他對生命的熱愛和對科學研究的熱忱,

是值得我們學習的。

勤學好問,興趣廣泛

1942年1月8日,霍金出生於英國牛津市的一個知識分子家庭,這一天正好是伽利略逝世300周年。霍金的父母均畢業於牛津大學,而且很注重霍金的教育,這對他的成長有很大的影響。

少年時的霍金(左)和他的朋友

霍金少年時期成績就很突出,但卻在13歲那年的拉德雷特考試時,因病未能進入更好的西敏公學,而是繼續留在聖奧爾本斯公校就讀。在這裡,他有很多摯友,他們一起玩圖版遊戲,製造爆竹、模型飛機和模型船艇,以及討論有關基督教和超感官知覺的問題。15歲時,霍金學習到宇宙正在膨脹的理論,這使他非常驚訝。靜態宇宙似乎那麼合乎自然,永遠持續地存在;而膨脹宇宙會隨著時間流逝而擴張,最後形同真空,這概念似乎很不合理。

剛開始,雖然霍金被同學們親切地稱為「愛因斯坦」,但他在學術上的成績卻不盡如人意。在中學時代的後兩年,班上來了一位數學教師——迪克嵐·撻塔。在他的啟發下,霍金對數學和物理學產生了濃厚興趣。回憶起中學的學習,霍金說道:「在少年時,我對所有科學都一視同仁。十三四歲後我知道自己要在物理學方面做研究,因為這是最基礎的科學。儘管我知道中學物理課內容太容易、太淺顯,但物理學和天文學有望解決我們從何處來和為何在這裡的問題。我想探索宇宙的底蘊。」1959年,17歲的霍金順利考入牛津大學,並於三年後畢業。後來他又進入劍橋大學理論物理專業讀研究生。

1963年,21歲的他不幸被診斷出患有「肌肉萎縮性側索硬化症」(即「運動神經細胞病」),醫生斷言身患絕症的他最多只能活兩年。於是,他更加努力,想用僅剩的短暫時間做點有價值的事。在醫生宣判的死期臨近時,霍金的廣義相對論學習有了點眉目,而就在這時,他遇見了彭羅斯。1965—1970年,霍金和彭羅斯組成一個有關黑洞和嬰兒宇宙的研究小組,兩人一道將奇點的存在性證明推廣到更加一般的情況,包括早期宇宙。霍金很快畢業了,他同時成功申請了一筆獎金用於學術研究。接下來是和心愛的簡結婚,而那個宣判霍金死刑的醫生再也沒聯繫他。霍金的病奇蹟般地好了起來。

年輕時的霍金

化繁為簡,致力科普

1973年,霍金考察黑洞附近的量子效應,發現黑洞會像天體一樣發出異塵餘生,其異塵餘生的溫度和黑洞質量成反比,這樣黑洞就會因為異塵餘生而慢慢變小,而溫度卻越變越高,最後以爆炸而告終。1974年2月14日晚,32歲的霍金向科學界的同行報告他一生中最重要的發現——黑洞不黑,它也能向外界異塵餘生能量。這種異塵餘生後來被命名為「霍金異塵餘生」。黑洞異塵餘生或霍金異塵餘生的發現具有重大的意義,它不僅將廣義相對論、量子場論和熱力學統一,而且將量子力學引入由引力理論主宰的黑洞研究的產物。這個理論雖然迄今尚未被證實,卻為研究黑洞提供了更多的可能。

1973年以後,他的研究轉向了量子引力論。1980年以後,霍金的興趣轉向了量子宇宙論,提出了能解決宇宙第一推動問題的無邊界條件。

1988年,在霍金46歲的時候,他與彭羅斯一起獲得了沃爾夫物理獎。同一年,他的著作《時間簡史》在美國出版,之後的數十年間,這本書的銷量超過了千萬冊。美國版封面上,編輯精選了一張霍金坐在輪椅上的淒慘照片,據說,這會使那本書的銷量至少增加一倍;而霍金也精選了愛因斯坦的那個著名公式寫進書中,據說,這會使書的銷量減少一半。

《時間簡史》英文版

2001年10月,霍金的又一部巨作《果殼中的宇宙》出版發行。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。2006年,他在中國香港透露正與女兒合寫一套類似於《哈利波特》的作品,但主題是理論物理學而非魔法的小說。

霍金和他的女兒露西

霍金的中國情緣

霍金與中國有著密切的關係。1985年,霍金第一次來中國,就在中國科技大學的水上報告廳中做了有關天體物理的學術報告。2002年,霍金第二次來中國,在北京做了主題為「膜的新奇世界」的科普報告,向公眾闡釋他的關於天體演化的「M理論」。2006年,霍金第三次來中國,他帶來的仍然是自己關於宇宙學最新的研究——分別在香港科技大學和北京人民大會堂講述了《宇宙的起源》。

霍金說:「一個人身體殘疾了,決不能讓精神也殘疾。」一次霍金演講結束後,一位女記者衝到演講台前問到:「病魔已將您永遠固定在輪椅上,你不認為命運讓你失去太多了嗎?」霍金臉上充滿了笑意,用他還能活動的3根手指,艱難地叩擊鍵盤後,顯示屏上出現了四句文字:「我的手指還能活動;我的大腦還能思維;我有終生追求的理想;我有愛我和我愛的親人和朋友。」在回答完那個記者的提問後,他又艱難地打出了第五句話:「對了,我還有一顆感恩的心!」現場頓時爆發出了雷鳴般的掌聲。

「我希望能鼓舞全世界的人們仰望星空,而不是隻低頭看著腳下;去思考我們在宇宙中所處的位置,並試著理解宇宙。」

——史蒂芬·威廉·霍金

曾經帶領我們仰望星空的他終成了我們的星空,

但探索宇宙永不止步!

世間再無霍金,時間永留簡史。

今天讓我們一起緬懷偉大的他!

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