史提芬·威廉·霍金

史提芬·威廉·霍金 - 生平

霍金1942年出生于英国牛津，这天正好是伽利略的300年忌日，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、政治和经济。1942年1月，纳粹德军轰滥炸英格兰，伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭。这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的大学学院攻读自然科学，自称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，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(Jane Wilde)，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。

就在霍金攻读博士学位前后，伦敦伯碧克学院(Birkbeck College)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，随后成为少数认真看待黑洞的学者，他结合了量子力学及广义相对论，于1974年3月1日，霍金在《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。霍金的新发现，被认为是多年来理论物理学最重要的进展。该论文被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。这数年的研究，令他迅速斐声学术界。1975至1976年间，先后获得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、马克斯韦奖和英国皇家学会的休斯勋章，1978年再获阿尔伯特·爱因斯坦奖。

自1979年他被聘用为剑桥大学应用数学和理论物理学院的卢卡斯教授（Lucasian Professor)，牛顿于1663年亦曾出任这荣誉职位。2006年11月底更将获英国皇家学会颁授科普利奖章（Copley Medal），与爱因斯坦及达尔文齐名。1983年，霍金和吉姆·和特勒(JimHurtle)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。

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余种文字，出版逾1000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”(Unread Bestseller)，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。2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》（The Universein a Nutshell）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。霍金亦试图通过通俗演讲，将自己的思想与整个世界交流，除了常在英国及美国发表演说，他90年代曾两次到访日本，2002年8月曾到访杭州发表《膜的新奇世界》（Brane New World），2006年6月在香港科技大学发表《宇宙的起源》 时，哄动一时，被戏称受到“摇滚巨星”级的接待。霍金的声望，令他多次获邀到外地演说，常获国家元首接见。 霍金曾指，大众会好奇一位残障人士，为何会想到这么多宇宙论，令他成了大众媒体的宠儿。事实上，他在“星舰奇航记”中的电视影集“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。

近乎全身瘫痪的霍金，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”。他说话时，会先抽动右面颊肌肉，当眼镜上的红外线感应器收到信息后，电脑就会自动打字。霍金每抽动一下，浮标即可选定目标。电脑由英特尔度身订造；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。当霍金突然发笑，面颊肌肉抽动太大，屏幕便会出现一堆垃圾字。

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。2004年1月，霍金透过剑桥大学两度发表声明，指责有关消息失实，并表示“我全心坚决驳斥说我遭到虐待的说法。媒体的报导纯属虚构，有人散播这样不实的消息，令我感到失望。”珍（Jane）写有《霍金：前妻回忆录》（上）（下）。然而，外界传出霍金身上出现多处神秘伤痕，手腕骨折，脸部和嘴唇有很深的切口，同年3月，英国警方正式向霍金问询，了解有关情况，并查问部分霍金前护士索取资料，但由于霍金并未合作，英国警方最终未能起诉任何人。早在2000年，警方亦曾对霍金的意外受伤感到怀疑，但霍金当时拒绝配合，令调查终止。霍金的女儿露西·霍金在访问中曾说，约2000年已发现父亲身上有伤痕，但是父亲说是他不小心自己弄伤的，她未有在意。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。

史提芬·威廉·霍金 - 宇宙论

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(Roger Penrose)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”（No Boundary Proposal)，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。

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。

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。

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（Black Hole ain’t so black），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。

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。”

史提芬·威廉·霍金 - 三大学术赌注

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”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。”

史提芬·威廉·霍金 - 作品列表

科普作品

1988年：《时间简史》(A brief History of Time)
1993年：《黑洞、婴儿宇宙及其他》（Black Hole sand Baby Universes and Other Essays)
2005年：《时间简史（普及版）》(A briefer History of Time)
2001年：《果实中的宇宙》（The Universein a Nutshell)
2002年：《在巨人的肩膊上》(On The Shoulders of Giants.The GreatWorks of Physics and Astronomy)

论文

The Large Scale Structure of Space time with George Ellis
The Large,the Small,and the Human Mind,(with Abner Shimony,Nancy Cartwright,and Roger Penrose),Cambridge University Press,1997,ISBN0-521-56330-5(hardback),ISBN0-521-65538-2(paperback),Cantoedition:ISBN0-521-78572-3

史提芬·威廉·霍金 - 参考资料

http://cms.zju.edu.cn/yemaowz/show.php?id=7&attcount=1