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【科学快讯】再见!霍金——身居果壳,胸怀宇宙的灵魂

导读

北京时间3月14日中午,据多家外媒报道,著名天体物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)去世,享年76岁。



1942年1月8日出生于英国牛津的霍金,是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科学家。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。


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,在爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学的基础上走出了重要一步。


说真的,霍金所研究的领域,距离普通人的生活非常遥远,他所说的东西,也没有几个普通人能够真正听懂。就拿《时间简史》来说,到今天,《时间简史》在全球的销量早就突破了1000万册,是世界出版史上的奇迹。卖出那么多,读完的人就太少了。《华尔街日报》就说过,《时间简史》是“有史以来最没被读完的一本书”。《华尔街日报》上一篇文章使用统计kindle上重点句子的方法发现,大多数读者读《时间简史》只读到了6.6%



但这些并没有妨碍他成为最知名、最流行的物理学家,并且圈粉无数。2016年4月,霍金开通了微博,仅仅用了10个小时的时间,他的粉丝数量就突破了160万。


这正是霍金与其他物理学家的不同。不可否认,霍金在理论物理方面做出了非常大的贡献,但真正让他成为现代物理学形象代表的,并非是他在理论物理领域的成就,而是因为霍金同时也是一位科学思想家和科普作家。特别是科普作家的身份,以及《时间简史》这样的“即使读不懂也要买来读”的文化标志,使他成为了一个大众明星。在中国,有很多人正是知道了霍金,才开始对物理学产生兴趣。


而且,霍金独特的经历和生平又为他平添了一分传奇色彩。如果说70后、80后中学生写作文时最爱举的例子是张海迪,那么到了90后、00后这一代,出现频率最高的例子则是霍金。对于中国人来说,作为“心灵鸡汤”的霍金,可能要比作为“物理学家”的霍金,更令人熟悉。


多年来,有关霍金的学术地位一直争论不断,对于这些,专业领域有自己的看法。而对于大众来说,尤其是中国公众来说,霍金的价值在于通过自己的普及和推广,增加了公众对于科学的兴趣,这是多少人都没有做到的事情。


科幻作家刘慈欣在他2001年的科幻小说《中国太阳》里曾经写过,霍金活了一百多岁,最终去太空中养老了。今天,霍金真的离开了,或许真的是飞向了群星之中……



一文读懂史蒂芬·霍金

先后发表黑洞理论、奇性定理等巨著


斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日~2018年3月14日),出生于英国牛津,英国剑桥大学著名物理学家,现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。


霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症(卢伽雷氏症),全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动。


1979至2009年任卢卡斯数学教授,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,提出了黑洞蒸发理论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 获得CH(英国荣誉勋爵)、CBE(大英帝国司令勋章)、FRS(英国皇家学会会员)、FRSA(英国皇家艺术协会会员)等荣誉。


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。2017年为英国BBC录制纪录片《探索新地球》。


物理学家斯蒂芬·霍金11月6日表示,技术有望逆转工业化对地球造成的一些危害,有助于消除疾病和贫困,但人工智能需要加以控制。


2017年11月,霍金预言2600年能源消耗增加,地球或将变成“火球”。


2018年3月14日,霍金去世,享年76岁。



霍金——身居果壳,胸怀宇宙的灵魂


霍金是英国物理学家与宇宙学家,生前曾任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。


霍金做出过很多重要贡献,最主要的是他与罗杰·彭罗斯共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及他关于黑洞会发射辐射的理论性预测(现称为“霍金辐射”)。


霍金患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,病情会随着岁月逐渐愈加严重。生前已多年保持全身瘫痪的状态,不能发声,必须依赖语音合成器来与其他人通话。霍金曾经有过两次婚姻,育有3名子女。


霍金生前撰写了多本阐述自己理论与一般宇宙论的科普著作,广受大众欢迎。其中《时间简史:。


我们简单梳理了一代伟人史蒂芬·霍金的成长史,以及霍金对业界的主要贡献等。


一、霍金的成长


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·伽利莱逝世300年忌日。P.S.:而今天3月14日霍金去世,恰好又是伟大的物理学家爱因斯坦的生日。


他的父亲弗兰克与母亲伊莎贝尔都就读于牛津大学,父亲主修医学,母亲学习哲学、政治学和经济学。第二次世界大战爆发后,弗兰克在一所医学研究院的任职研究员,伊莎贝尔在这所研究院找到一份秘书工作,随后两人相遇、恋爱、结婚、生子。


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。


二、霍金的恶疾


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,俗称渐冻症。由于这种疾病,他的身体在逐渐瘫痪。该疾病开始于霍金在牛津大学读书的最后一年,在那时,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并且头先着地,造成暂时的记忆力轻微丧失。


在21岁时,医生诊断其患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,只剩两年可活。但是,随着两年光阴飞驰而去,他仍旧活着,很奇妙地,病情的恶化渐渐缓慢下来。


在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。


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,他必须倚赖翻译。


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”,替代方案是霍金必须接受气管切开术。这项手术可以帮助他呼吸,但将使他从此再也无法发声。


霍金不再能讲话,必须用特别方法传达信息,也就是语音合成器。


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。


三、霍金的成就


霍金的成就很多,其中几个著名的理论有几个。


第一:奇性定理


爱因斯坦创立的广义相对论被科学界公认为最美丽的科学理论。但是霍金和彭罗斯一道证明了广义相对论是不完备的。


他们指出,如果广义相对论是普遍有效的,而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件,那么宇宙时空中一定存在一些奇点。在奇点处经典物理的定律失效。


人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。爱因斯坦早先否认过奇点的存在,他甚至还写过论文以论证黑洞(那时还没有这个生动的称呼)的不可能性。霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。


第二:黑洞理论


人们知道,在经典引力论的框架里,黑洞只能吞噬物质,而不能吐出物质。黑洞的表面(视界)犹如地狱的入口,是一个有去无返的单向膜。


霍金曾经证明视界的面积是非减的。1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗?》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。


在论文中,他把量子理论效应引进了黑洞研究,证明了从黑洞视界附近会蒸发出各种粒子,这种粒子的谱犹如来自黑体的辐射。随之黑洞质量降低,温度就会升高,最终导致黑洞的爆炸。


在这被称为霍金辐射的场景中,量子理论、引力理论和统计物理得到了完美的统一。


黑洞理论是科学史上非常罕见的例子,它首先在数学形式上被详尽的研究,后来才在天文学的许多观测上证实了它的普遍存在。


现在,人们的共识是,每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞。


第三:无边界宇宙理论


霍金在80年代初,创立了量子宇宙学的无边界学说。


他认为,时空是有限而无界的,宇宙不但是自洽的,而且是自足的,它不需要上帝在宇宙初始时的第一推动。宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。


这样就把上帝从宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了无所事事的“造物主”,它再也无力去创造奇迹。亚里士多德、、牛顿等人曾在宇宙中为上帝杜撰的那个关于“第一推动”的神话,完全是虚幻的。


量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源。若干年前,宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了这个预言。


四、霍金其人


关于身边友人和媒体对霍金的评价有不少,我们来看一部分。


霍金的妻子洁恩·怀尔德在霍金接受治疗期间曾说,“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。”


60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。


世界级顶尖杂志《天文学》对他有这样的评价:“当20世纪物理学的成就被客观地承认时,史蒂芬·霍金的成就将被大书特书地载入科学史册。”


霍金对地球居民提出警告,若外星人来到地球,会如同当年欧洲人哥伦布造访美洲大陆之后,美洲原生居民消失殆尽一样,不具足够对抗力量的地球人不会有好的下场。



转载自腾讯科技,版权归原作者所有。


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