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史蒂芬·威廉·霍金的故事及个人资料简介

2016-05-18 09:49:55 来源:随便吧名字频道 责任编辑:趣名网

史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日-),CH,CBE,FRS,FRSA,英国著名物理学家与宇宙学家,现任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。霍金做出很多重要贡献,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)。

霍金是皇家文艺学会的荣誉会员,曾经获得总统自由勋章,这是美国所颁发最高荣誉平民奖。从1979年至2009年,霍金是剑桥大学的卢卡斯数学教授。

霍金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:从大爆炸到黑洞》曾经破纪录地荣登英国《星期日泰晤士报》的畅销书排行榜共计237周。:1

霍金患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症(俗称“渐冻症”),病情会随着岁月逐渐愈加严重。他现已全身瘫痪,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。

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生平

家庭背景

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逝世300年忌日。他的父亲弗兰克与母亲伊莎贝尔都就读于牛津大学,弗兰克主修医学,伊莎贝尔学习哲学、政治学和经济学。第二次世界大战爆发后,弗兰克原本想要从军报国,但上级认为他如果从事研究工作可以对国家给出更有价值的贡献,他于是在一所医学研究院的任职研究员,伊莎贝尔也在这所研究院找到一份秘书工作。他们在这里相遇并且坠入爱河、共结连理。婚后,他们住在伦敦附近郊区海格特。那时正值纳粹德军轰炸英格兰,伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭。夫妻二人被迫决定,伊莎贝尔应该搬迁到较为安全的牛津把孩子生下来。等到史蒂芬诞生后,伊莎贝尔才又回到海格特。在史蒂芬1岁与5岁时,他们还生了两个女儿菲莉帕与玛莉,史蒂芬14岁时,他们又收养了一个儿子爱德华。:1-2, 5:21-22

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。

 

残障恶疾

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,这种疾病俗称渐冻症。几十年来,由于这疾病,他的身体缓慢地瘫痪。这疾病开始于霍金在牛津大学读书的最后一年,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,头先着地,造成暂时的记忆力轻微丧失。:32在剑桥大学时,状况更加恶化,他的讲话有些含糊不清。霍金的父母亲也注意到他的健康问题,带他去看专科医生。在21岁时,医生诊断其患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,只有两年好活,:35但是,两年光阴飞驰而去,他仍旧活着,很奇妙地,病情的恶化渐渐地缓慢下来。

不知是什么原因,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。:48-49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。:76-77:124–125物理学者维尔纳‧以色列表示,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。:viii洁恩后来说,“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。”:4860年代末期,经过不断劝说,霍金才同意使用轮椅,:117:76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。:162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。

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。:81-82在霍金的办公室大楼门口,没有设置专门给轮椅通行的残障坡道,剑桥大学不愿负担搭建残障坡道所需的款项,因此霍金与剑桥发生争执,他与妻子共同发起活动敦促剑桥改善残障设施。:450-451:79, 149但是,对于扮演残障权利代言人这角色,霍金的态度通常很摸棱两可,一方面他很想帮助残障族群,但另一方面又想把自己跟残障和残障所伴随的挑战分开。:193–94他的这些态度引起了一些批评。:194

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”,替代方案是霍金必需接受气管切开术。这手术可以帮助他呼吸,但会使他从此以后再也无法发声。:135-136:232-236手术后,经过在加护病房疗养一段时间,霍金才被准许出院,但他需要全天24小时看护,费用非常昂贵。尽管英国国民保健署可以给付疗养院费用,可是洁恩还是决定带霍金回家。索恩知道霍恩的病况后,建议他们寻求友人默里·盖尔曼的帮助。那时,诺贝尔奖得主盖尔曼是麦克阿瑟基金会的董事,麦克阿瑟基金会慷慨地答应负担所有医护费用。:136-137:235-236洁恩请到了三班护士轮流看护霍金,其中一位护士伊莲‧梅森后来成为霍金的第二任妻子。:139

霍金不再能讲话,必须用特别方法传达信息,对方一手拿着一张字母卡,另一手一个字母一个字母地用食指指,当指到霍金想要的字母时,霍金会扬起眉毛,这样,可以慢慢地把整个单字拼出来。:136后来,电脑专家华特·沃特斯送给他一个称为“平等者”的程式,可以让他在屏幕上选择单字、单词或字母。平等者的字汇大约有2500–3000个单字,并内建了一个语音合成器。:137-138:236-237 平等者本来是执行于台式电脑,护士伊莲的先生大卫‧梅森是电脑工程师,大卫在霍金的轮椅上设置了一台小电脑,并且将平等者安装在小电脑里。:140这样,霍金就不再需要找人做他的翻译,霍金很高兴地说,“与在我失去说话功能前相比,我现在可以更如意地传达信息。”:140-141霍金仍旧可以稍微操控他的手来开启开关,每分钟大约能给出15个单字。每一次演讲前,他会事先准备好讲义,然后用语音合成器把内容发表出来。有些人觉得语音合成器给出的声音具有美国或斯堪地那维亚口音。霍金原本希望换成英国口音,但后来习惯了,反而觉得那就是他的声音。:137-138

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。:224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。

 

婚姻生活

霍金就读剑桥大学研究院时期,在1963年的新年派对里,遇到了正准备进入伦敦大学的洁恩·怀尔德,她被霍金的风趣幽默与独立性格所吸引。那时,霍金的身体已出现了渐冻症的症状,虽然尚未确诊,由于渐冻症无药可治,患者通常只能活两到三年,然后会因为肺炎或呼吸肌肉失效导致窒息而往生。1964年10月,霍金与洁恩文定终身。霍金后来感言,这改变了他的人生,给予他生活的动机。洁恩觉得,她要寻找她存在的目的,她猜想这目的应是照顾霍金,不论如何,他们已坠入爱河,他们结婚了,对于这事似乎没有什么选择,她只是决定她要如此做,她也如此做了。:35-40隔年,他找到一份研究员工作,于此,小俩口完成了婚姻大事。婚后第一年,为了完成学业,洁恩在周间必须住在伦敦,在周末才能与霍金共聚。几经周折,他们在应用数学与理论物理系的大楼附近租到一间住屋,霍金每天只要走很短一段路就可以抵达办公室。他还买了一辆三轮机动车,可以驾驶到剑桥附近乡下的天文学学院办事。洁恩毕业于1966年,为了证明个人智识才能、给自己设定人生目标,她决定继续留在伦敦大学攻读博士学位,专门研究评论中世纪西班牙古书。:43-47隔年,霍金的大儿子罗柏特诞生,后来老二露希生于1969年,老三提摩西则生于1979年。:xii-xiv

霍金很少谈论他的疾病与肢体障碍,甚至跟洁恩,他都很少谈到这些困难。由于他的行动不便,全家事无钜细几乎都必须倚赖洁恩处理,这样,霍金也才会有更多的时间思考物理问题。:39, 77-781974年,霍金获聘去加州理工学院做研究,为了减轻负担,洁恩提议找一位研究生或博士后帮助照顾霍金的生活起居,这样,洁恩可以有更多休息时间。他们找到研究生柏纳德·卡尔跟随他们一起去加州帕萨迪纳作研究。在那里,他们渡过了很快乐、很有成果的一年。:82–83

洁恩在1977年12月参加圣马克教会的合唱团。在那里,她遇到管风琴演奏家强纳森·琼斯。逐渐地,琼斯与霍金一家走得越来越近。:54到了1980年中期,洁恩与琼斯发展出罗曼蒂克的友情,洁恩曾透露,她的丈夫很勉强地接受了这现实:“他不会表示反对,只要我持续地爱他。”那时,洁恩与琼斯决定不让这脆弱的家庭破碎,有很久一段时间,他们彼此之间只是努力地维持着纯友谊的关系。:91-92:xiv, 72

多年来,照顾霍金病情与起居的护士与助手也不可避免地侵扰了他们的家庭生活,使得洁恩不知如何是好,霍金与洁恩之间的婚姻关系变得益发紧绷。他明星般的地位对于家庭成员与学校同事都是一场挑战。:86-871980年代后半期,陪伴霍金出外旅行的人时常是护士伊莲·梅森,他们彼此开始喜欢对方,霍金要伊莲尽可能陪伴他。伊莲的个性很强悍,她极力守护她与霍金之间的亲近关系。霍金家人、其他护士与看护人员对她都很有意见。:145

最后,霍金与洁恩维持了几乎25年的的婚姻终于触礁。1990年,霍金与洁恩分居。1995年春天,霍金正式与洁恩离婚。四个月之后,迎娶伊莲,他开心地表示,“好棒,我已与我爱的人结婚”。:165, 186-187:xv–xvi洁恩则与琼斯结婚,她于1999年发表了一本回忆录《移动星星的音乐》,描述她与霍金婚姻的生活点滴与破裂之缘由,无以遮掩的曲折情节立即在大众传媒引起了一阵轰动。如同他往常处理关于自己私生活的方式,霍金并没有做出任何公开回应,他只表示从不阅读关于自己的传记。:192

霍金再婚后,他的家人很少有机会与他见面,他们怀疑霍金可能遭到虐待。2004年初,媒体报导,霍金遭到第二任妻子虐打,这消息立刻轰动全世界。为此,霍金在医院病床上发表声明,指称这消息失实,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。……我妻子与我相爱。今天我还能活着,完全是因为她。我要求媒体尊重我的私生活,让我专注于从疾病中恢复健康。”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询问了解相关情况,并向先前照顾霍金的护士查问并且索取资料,但由于霍金不愿意提出控诉,警方最终只好结束案件。2006年夏天,64岁的霍金与第二任妻子伊莲办妥离婚手续,结束了他们作为夫妻共同生活的11年。霍金与洁恩合好,重新与儿孙们共享天伦之乐。为了反映这段快乐时期,洁恩将先前著作《移动星星的音乐》进行了大幅度编修,删除了很多不堪回首的叙述,更换为对于未来盼望的语句,完成后发表为著作《遨游至天涯海角》。

 

学子生涯

中小学时期

霍金启蒙于海格特的拜伦贵族学校,然而,霍金并没有在这所学校里学会如何阅读,他归咎于这学校提倡使用的“进步教学法”。:22举家搬到圣奥尔本斯后,年仅8岁霍金转学到圣奥尔本斯女子中学。这学校的校名很奇怪,虽然是女子中学,但是它招收了很多低于中学年龄的学生,它的麦可堂会还可以招收男性学生。读了几个月以后,他又转学到拉德雷特公校读了一年书,获得很好的成绩,让他足以进入精英学校圣奥尔本斯公校。刚进入新学校,他的成绩很差,第一年排名倒数第三。渐渐地,他开始展露出他的才智,同学们称他为“爱因斯坦”,觉得他似乎才智出众,他自己也开始对科学发生兴趣,想要成为科学家。霍金一家很重视教育,在他13岁那年,他的父亲要他申请西敏公学,但是霍金在奖学金考试之日染病,无法参加考试。那所学校学费昂贵,因为无法参加奖学金考试,霍金只好仍旧留在圣奥尔本斯公校。: 24-25:3-4:4, 7-8

不能就读西敏公学对于霍金而言或许益处良多,霍金在圣奥尔本斯公校有很多从小就在一起成长的挚友,他们共同分享对方的嗜好,比赛图版游戏。制造爆竹、模型飞机、模型船艇,互相切磋学问。霍金15岁时学习到宇宙正在膨胀,他那时感觉非常惊讶,他认为这概念不正确。静态宇宙似乎那么合乎自然,永远持续地存在;而膨胀宇宙会随着时间流易而扩张,最后形同真空,这状况实在令人难以想像。:25-26在数学老师迪克岚‧挞塔的指导下,他利用时钟零件、旧电话交换机与其它回收零件,和老师一起制成了一个简单电脑。由于老师的鼓励,他决定他要研究“数学,更多的数学,还有物理”。霍金的父亲忧虑数学系学生毕业后很难找到工作,建议霍金主修医学,他要霍金去他的母校牛津大学就读。在那时,牛津大学不让学生主修数学,霍金因此决定主修物理与化学。由于他在入学考试的物理部分几乎获得满分,面试也进行的很顺利,他获准在牛津大学主修物理,并且得到奖学金。:26-28:17-20, 42-43

大学时期

霍金于1959年进入牛津大学的大学学院就读,也是他父亲读大学时的学院。他那时年仅17岁,比大多数其它学生都年轻。最初18个月,他觉得无聊与寂寞,学校功课“简单到令人发笑的程度”。物理导师罗柏特‧柏尔曼后来称赞霍金是他所教导的学生中最具有聪明才智的一位,“他只需要知道某个问题有答案,不需要查看其他人怎样解答,他都可以给出答案”。:28-29在大二与大三两年,霍金的态度有很大的改变,他变得很活泼,很受欢迎,同学们都知道他很幽默风趣,他很喜欢聆听经典音乐与阅读科幻小说。霍金努力培养自己与同学之间的关系,如果有人不知道他在物理方面能力,他绝不会想要让这人知道。:28促成这改变的主要因素是他参加了划艇会,成为一支划艇队的舵手。教练注意到霍金具有冒险犯难的精神,他喜欢带领队友航行危险便捷的路线,因此时常导致快艇遭到损坏。:30-31:46-47, 50-51:44:11

在牛津大学主修物理需要念完三年课程,在这期间没有任何考试,只有在最后有个毕业考,必须通过毕业考,才可获得学士学位。霍金估算他大约平均每天读书一小时,在牛津的三年间一共读书一千小时。这样懒散的读书习惯的确让人怀疑他怎能通过毕业考的严格挑战。:30霍金完全明白自己的状况,由于毕业考不需要每一个问题都给出答案,他计划只回答理论物理学问题,而忽略那些需要实际知识的问题。那时期,在理论物理学里,有两个尖端研究领域,一个是宇宙学,另一个是粒子物理学。霍金觉得宇宙学比较具有挑战性,涉及到很多深邃奥妙的大问题,例如,宇宙是从哪里来的?那时在英国最具盛名的宇宙学者是剑桥大学教授弗雷德·霍伊尔,而牛津大学没有任何教授专注于宇宙学。霍金很想跟霍伊尔学习,他申请并且获准毕业后在剑桥大学研究院读宇宙学,唯一条件是他必须以第一级荣誉的成绩毕业。在毕业考的前一晚,霍金异常紧张,辗转难眠。考试后,他的成绩只在第一级荣誉与第二级荣誉之间的边界,因此,还必须加考口试。霍金担心自己被视为很懒惰与难教的学生,在考口试时,考试官询问他的未来计划,他巧妙回答,“假若您奖励我第一级荣誉,我会进入剑桥深造,假若我获得第二级荣誉,则我会留在牛津,因此我认为您会给我第一级荣誉。”他如愿得到了第一级荣誉学士学位。柏尔曼表意,那些考试官拥有足够智慧,他们知道询问的对象比他们聪明很多。1962年10月,他开始在剑桥大学三一学堂的研究生学业。:31-32:53-56:36-37

研究院时期

霍金在剑桥大学的第一年遇到了很多困难。他的指导老师被指派为丹尼斯·夏玛。虽然夏玛对学生很热诚,也乐意花时间与学生讨论,把学生的需要放在优先位置,但是他在那时只是讲师,在学术界名气不高,而霍金很想成为霍伊尔的学生,因此他最初觉得很失望。此外,他还发觉自己的数学学识水平难以应付广义相对论与宇宙学里的计算。:33-34更严重的是,他的健康出现状况,医生诊断他患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症。:35霍金的情绪因此变得很抑郁,虽然医生建议他继续学业,他觉得继续攻读博士已不具任何意义。但由于病情的恶化逐渐趋缓,虽然他走路时需要倚靠拐杖,他的讲话也几乎难以听懂,但是先前医生对于他只能再活两年的预测被证实并不正确,完全失去运动能力似乎离他尚远。在指导教授夏玛的鼓励下,他重拾先前已放弃的学业。对于霍金,生命是那么的珍贵,还有很多有意思的事值得完成。:36:58-63:16-19

在那时期,关于宇宙初始有两种主流理论,大爆炸理论与稳恒态理论。:3460年代,稳恒态理论的预测被发现与天文观测结果不符合,例如,通过数算分布于宇宙的无线电波源,无线电天文学大师马丁·赖尔于1962年发现,宇宙似乎不像稳恒态理论所预测的那么均匀。为此,霍伊尔与他的学生必须修改稳恒态理论来弥补差别。:16霍金察觉他们的结果有瑕疵,因此发表论文修正他们的论述。霍金觉得稳恒态理论的未来可能相当坎坷,于是他开始投身研究大爆炸理论。果真,贝尔实验室的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1965年测量到宇宙背景辐射,彻底摧毁了稳恒态理论。:26罗杰·彭罗斯于1965年提出理论阐明,假设恒星在生命末期坍缩成黑洞,则不论恒星原本状况为何,不论它怎样坍缩,它会在黑洞中心坍缩成一个密度无穷大、曲率无穷大的时空奇点。霍金从这最早的奇性定理得到启发,将同样的想法应用于整个宇宙,并且逆转时间方向,设想从一个密度无穷大、曲率无穷大的时空奇点向外爆炸,会发生什么样的状况,他撰写的博士论文《宇宙膨胀的性质》研讨的就是这论题。同年,他获得了冈维尔与凯斯学院研究生奖学金。:42-44隔年,他被授予博士学位。霍金发表的论文《奇点与时空几何》与彭罗斯的论文共同赢得了那年的亚当斯奖。夏玛骄傲地表示,霍金的学术成果堪与艾萨克·牛顿相提并论。

 

学术生涯

1966年–1974年

应用先前彭罗斯研究奇点时所发展出来的数学技巧,霍金团队获得很多关于大爆炸的存在与物理行为的重要结果。霍金与乔治·艾利斯于1968年发现,宇宙背景辐射的存在证实宇宙的确曾经发生过大爆炸。霍金与罗柏特·哲洛奇、彭罗斯合作将奇性定理加以延伸;他们表明,宇宙必须有一个初始奇点,时间与空间就是从这初始奇点开始演化。霍金与彭罗斯合作撰写关于最初时间的论文荣获1968年引力研究基金竞赛第二名。:101隔年,霍金得到冈维尔与凯斯学院特别设立的“科学卓越贡献奖学金”,提供他在凯斯学院做六年研究的薪资。:31-331970年,霍金与彭罗斯共同发表论文证明,假若宇宙遵守广义相对论,并且含有足够多的物质(如同现今观察到的数量),则它必定起始于大爆炸奇点 。:64-65来年,霍金发表的论文《黑洞》赢得引力研究基金竞赛第一名。:35霍金与艾利斯共同撰著的《时空的大尺度结构》于1973年出版,这是霍金的第一本著作,现已成为经典文品,主要是探讨时空的基础结构,从粒子物理学尺度10-13cm到宇宙学尺度1028cm,应用微分几何来检试广义相对论的两个后果,第一个后果是恒星坍缩后形成黑洞与其所含有的奇点,第二个后果则是在宇宙初始时奇点的存在。:39:68:xi

在对于奇点的研究告一段落之后,霍金开始转移焦点,开始研究黑洞。1971年,他发表了三篇重要论文。第一篇论文指出,宇宙可能存在一种崭新种类的物体,称为原生黑洞,是在大爆炸的最早时刻经过高温与高压制成的微观黑洞。:33第二篇论文部分证明了无毛定理,不论黑洞是怎样形成的,它只具有三种性质:质量、角动量、电荷。:33第三篇论文阐明,黑洞的视界表面面积永不会减少,两个黑洞合并后的表面面积不会小于原先两个表面面积之和,这发现后来被命名为黑洞热力学第二定律。:65-67

因为任何粒子都无法从黑洞表面逃逸出去,所以黑洞的质量只能增加,不能减少;又由于黑洞的视界表面面积是决定于它的质量,所以表面面积也只能增加,不能减少。根据热力学第二定律,孤立系统自发地朝着热力学最大熵状态的方向演化。霍金认为,黑洞表面面积的增加很像熵的增加,不过这只是个类比。:35但是,约翰·惠勒的研究生雅各布·贝肯斯坦坚持主张,黑洞的表面面积可以用来量度熵;假若将一堆含有熵的物质丢入黑洞,则黑洞的熵必定增加,这会从黑洞的质量增加反映出来。霍金觉得贝肯斯坦的主张有误,假若黑洞具有熵,则必定可以测量出它的温度,它会辐射出能量,但是没有任何粒子可以从黑洞内部逃逸出去!1972-1973年间,霍金又与杰姆斯‧巴丁、布兰登‧卡特合作提出四条黑洞热力学定律。这些定律的形式看起来很像热力学定律。:38但是霍金强烈声明,黑洞不能辐射出任何能量,因此黑洞不具有熵。:67-68:123-124

《时空的大尺度结构》成功出版后,霍金开始专注研究量子引力──量子力学与广义相对论的结合。:39俄国物理学者雅可夫·泽尔多维奇与艾利西‧斯塔宾斯基从不确定性原理推断出旋转中的黑洞会发射粒子,这些粒子是在视界外的邻近区域由黑洞的旋转能制成,因此会消耗黑洞的旋转能,直到黑洞不再旋转为止。:146霍金对于这研究觉得很好奇,因此,霍金与好友基普·索恩一起去俄国拜访泽尔多维奇与斯塔宾斯基,希望更多地了解他们的想法,索恩与俄国物理学者在过去五年间共同进行学术研究,在那里建立了丰富的人脉关系。会谈之后,霍金觉得俄国学者的数学方法稍显粗糙,他可以给出更好的结果,可是,经过仔细计算,他发现了一个令人惊讶的结果,不仅是旋转中的黑洞,甚至连静止的黑洞也会持续发射粒子,其能谱符合热力学黑体辐射的物理性质。这结果与黑洞热力学第二定律相互矛盾,并且支持贝肯斯坦关于熵的推论。:68-69:40

1974年,霍金在牛津大学卢瑟福-阿普顿实验室举行的第二次量子引力会议发表论文《黑洞爆炸?》。在这篇论文里,他详述,在视界外的邻近区域会出现很多虚粒子对,每一对虚粒子都是由一个正能量粒子和一个负能量粒子组成,总能量为零,通常,这些虚粒子对在出现后的短暂片刻会相互湮灭,为了满足不确定性原理,但是,假若在湮灭前,负能量粒子穿越过视界,则它可以在黑洞内生存,而正能量粒子也可以逃逸至无穷远,因此,能量会被辐射出去,黑洞质量会逐渐减小,这就是宏观黑洞发射辐射的机制。对于宏观黑洞,辐射率与质量呈反比,由于宇宙微波背景辐射的干扰,很难观测到这种称为霍金辐射的现象。例如,一个质量为太阳质量(1030kg)的黑洞,其霍金辐射温度为10-7K,远远低于宇宙微波背景温度(2.7K)。黑洞的寿命与质量的三次方成正比,假设黑洞质量为1012kg,则其寿命大约为宇宙年龄1010年,假设这黑洞是形成于宇宙初期的原生黑洞,则它应该会在近期“蒸发”(黑洞蒸发),温度大约为1011K,辐射出大量伽马射线,但是比伽马射线暴的光度低很多,虽然这类稀有事件大概只能发生在太阳系内才可被观察到,但这确实是一种可观察到的事件,尽管至今为止尚未有科学家真正观测到这类事件。:323-327:69–73

这篇论文立刻震惊了整个宇宙学界。泽尔多维奇起初持保留态度,但经过严格检查后不能不承认霍金是对的。教授夏玛称赞,“这是物理学里史上最美丽的论文之一!”最令人佩服的是,霍金的计算大部分是在他的脑袋内部完成,霍金谦虚地解释,“大多数人错误地以为数学只是方程而已,实际而言,方程只是数学的乏味部分,我试图以几何来看问题。”年3月,霍金。1974年,加州理工学院聘请他为谢尔曼‧费尔柴尔德杰出访问教授,除了优渥的薪资、住房、车子、孩童教育以外,他还获得了一辆电轮椅与所有医疗需要。同年,他当选为英国皇家学会院士,年龄才32岁,是最年轻的院士之一。虽然霍金发表的这篇论文极具争议性,到了70年代末期,经过更进一步研究与论述,这理论物理学的突破终于被学术界广泛接受。:73-74:133, 150-151:42-44

1975年–1989年

霍金于1975年回返剑桥大学担任大学教授。在那时期,人们对于黑洞与研究黑洞的物理学者有浓厚的兴趣,时常可以在报纸杂志或电视媒体看到霍金的访谈。学术界也多次表扬他在宇宙学的成就。1975年,因为在相对论领域取得极重要研究成果,他与彭罗斯获颁爱丁顿奖章。同年,他荣获庇护十一世金牌。隔年,被授予麦克斯韦奖、海涅曼奖与休斯奖章。1977年,升任为引力物理学讲座教授。翌年,获得爱因斯坦奖与牛津大学荣誉博士学位。:90-92:132-133, 162:xiii-xv

卢卡斯数学教授席位是剑桥大学授予物理学者的一个最高荣誉职位。1979年,霍金成为第十七位卢卡斯教授。:92他的就职演讲的题目为《是否即将看到理论物理的尽头?》。在演讲中,霍金坦率预测,在本世纪结束之前,量子力学与广义相对论将会被合并在一起,:60N=8超引力理论是万有理论的首选。超引力理论衍生自超对称理论,N=8超引力理论预测引力子有8种超对称伙伴,即8种引力微子,该理论因此而得名,它是唯一能够正确表述4维时空的理论。这是一个非常复杂的理论,除了上述引力子与引力微子以外,还有154种其它尚未发现的粒子。:93-94霍金在演讲结束前又预测,就研究理论物理的能力而言,电脑将会超越人脑,就算这不是理论物理的尽头,这也可能是理论物理学者的尽头。:60在那段时期,由于怀尔德患重感冒,霍金一度被送到疗养院,直到两个人都恢复健康了才回家。自此,霍金勉强地接受一些家庭医护服务。最初,他觉得这会侵犯到他的私生活,但后来,他发现这也会带来很多方便。:92-93为了更快捷地发掘宇宙的奥秘,霍金决定改变他研究物理的方法,不再坚持踏实的数学证明,他变得更为凭靠直觉,更带推测性。他告诉索恩,“在正确与严密这两种选项之间,我宁愿选择正确。”严密不一定是获得正确结果的最好方法,有时候,过度注重细节,可能会导致忽略大局。:96

1981年,一场物理会议在批评思想家维尔纳·艾哈德位于旧金山的豪宅举行。霍金在会议中提出黑洞佯谬:由于黑洞发射霍金辐射的频谱如同理想热辐射,当黑洞因霍金辐射而最终消失之时,所有信息也会不可逆地遗失。在黑洞学里,信息指的是粒子的种类、性质与组态等等。霍金严重警告,信息的遗失是物理学的一大危机,因为这意味着无法按照物理学的理论来预测未来。黑洞佯谬违反了量子力学的基本原则,即“信息守恒定律”:宇宙不会遗失任何信息。黑洞佯谬引起了延续多年的激烈辩论,霍金与李奥纳特·萨斯坎德、杰拉德·特·胡夫特之间因此开启了名为“黑洞大战”的论战:96-101:9, 18

霍金将理察·费曼原创的总和历史方法应用于研究宇宙的起源,这涉及到总和宇宙的每一种可能历史,也就是说,总和在时空的每一条世界线可能发生的事件。这意味着必须考虑宇宙的边界条件。1981年,在梵蒂冈教皇科学学会主办的一场会议里,霍金发表了论文《宇宙边界条件》。他提议,宇宙可能没有边界(没有起源或终结)。:102-103两年后,他与詹姆斯·哈妥共同提出宇宙无边界模型。在普朗克时期之前,由于量子力学的不确定性原理,宇宙没有时空边界;而在大爆炸之前,时间并不存在,宇宙起源的概念毫无意义。经典大爆炸模型的初始奇点被改变为像北极区域一般;北极是所有朝北线相交与结束之点,没有比北极更北的地方。: 116-131:180-183:234

霍金对于时间箭头做了颇多研究。他在1985年发表的一篇论文里声称,假若无边界提议是正确的,则宇宙最终会停止膨胀,开始坍缩,在这坍缩过程时,时间会朝着反方向流逝。这论点极具争议性。他曾经指导过的学生唐恩·佩吉发表论文反驳此结果。经过一番功夫,佩吉与另外一位学生雷蒙·拉弗兰姆,成功说服了霍金,促使霍金承认错误,并且撤回这概念。:180-182:274:xiv–xv

由于先前卓越的研究成果,霍金得到更多奖章。1981年,他被授予弗兰克林奖章。:274隔年,又获颁英帝国司令勋章 (CBE)。:114奖章不能被直接用来支付日常开销,为了筹措孩子教育与家庭生活所需的费用,霍金决定撰写一本大众读者可以看得懂,解释宇宙奥秘的科普书籍。他并没有找学术出版社承担发行的工作,而是与商业出版社签约,因此得到一大笔预付款。这本书的书名为《时间简史》,首稿于1984年完成。:134-135经过多次编缀,该书于1988年出版发行。这本书快速飘升至美国与英国的畅销书排行榜第一名,并且占据那位置好多个月,很快地就卖出一百万本。:143-144至2001年为止,这本书至少被翻译成35种语言,销售超过九百万本。霍金已成为大众明星,各种媒体都争相报导有关他的消息。《新闻周刊》杂志甚至在封面刊登了他的肖像,称他为“宇宙大师”。:146:205, 220-227:xiv-xv

虽然霍金赚了很多钱财,但此时他已成为公众人物,必须面对很多新挑战。但他觉得乐在其中,他到处旅游,推销他的著作,常常参与派对与舞会至三更半夜。霍金似乎无法拒绝邀请,他也很少杜门谢客,因此减少了做研究的时间,甚至他的学生们都觉得他的“课外活动”太多。霍金的超高人气引起有些酸葡萄人士忌妒,他们认为这全是因为霍金的残障。尽管如此,他仍然不断获得各种荣誉,包括五个名誉学位与七个国际奖。1988年,他与彭罗斯共同获得沃尔夫奖,表彰他们“对于广义相对论的重要研究,这些研究显示了宇宙奇点的必要性和与黑洞相关物理。”隔年,英国女皇伊丽莎白二世颁予名誉勋位,以肯定他对国家的重大贡献。:143-149:230-231

1990年–1999年

虽然需要经营很多公关活动,霍金仍旧能够腾出一些时间来做研究。1993年,霍金与盖瑞·纪邦斯合作,将关于用欧几里得方法来表述量子引力的一些课堂讲义编辑成为著作《欧几里得量子引力》。霍金还将自己的关于大爆炸与黑洞的论文编修成著作《霍金论大爆炸与黑洞》。在他发表的37篇论文里,他独自或与他人共同撰写了16篇论文。:180隔年,霍金与彭罗斯将在剑桥的牛顿研究院讲演的六堂课系列发行成著作《时空的性质》。在这本著作中,霍金强调,按照实证主义,物理理论只是一种数学模型,它是否对应于物理实在是一个毫无意义的问题;人们只能要求物理理论预测符合实验观察。这句话惹恼了很多批评者,在他们之中很多人主张,或许在问题的后面存在着千真万确的物理实在,只不过人们无法观察到这物理实在。霍金则坚持,研讨像虫洞是否存在这类问题是毫无意义的,因为对于描述物理实在,人们从未有独立于模型的绘景,但这不意味着没有独立于模型的物理实在,假若我不认为有,则我将会无法继续做物理研究。《时空的性质》记录了实证主义者霍金与实在主义者彭罗斯之间的一场辩论,主要论题是量子力学与广义相对论,这两种非常成功但仍旧存在严重争议的理论,怎样合并为能够解释时空性质的量子引力理论。:vii-viii, 3-4, 134:188:95

霍金曾经与加州理工学院的教授索恩、约翰·裴斯基于1991年打赌,命题是,奇点通常应该会出现在黑洞内部,无法从视界之外观察到,但出现在视界之外的“裸奇点”是否存在?霍金支持彭罗斯提出的宇宙审查假说,他认为裸奇点并不存在,而索恩与裴斯基对此则持相反意见。1997年,普林斯顿大学教授德米特里·克理斯特德勒的理论计算与玛修·乔土奕克的电脑模拟建议,在非常特别状况下,可能会出现裸奇点。霍金只好因这技术细节认输。后来,克理斯特德勒修改了他的理论计算,他发现,霍金可能举白旗举得稍微早了一点。霍金至今仍然对此事耿耿于怀,他决定再与索恩、裴斯基打赌,命题更加详细地改为,在一般状况下,是否存在裸奇点。:97-98同年,黑洞赌王霍金又与索恩、裴斯基打赌,这次命题涉及到黑洞佯谬。霍金与索恩主张,黑洞吞入的信息永远与外界宇宙隔绝,永远不会显露出来,甚至当黑洞蒸发与完全消失之时;裴斯基持反对立场,他坚信,正确的量子引力理论必将会给出机制解释霍金辐射怎样从黑洞释出信息。:124-125

霍金对于将科学介绍给更广泛大众的工作不遗余力。《时间简史》的电影版本,经过埃洛·莫里斯的导演与史蒂芬·史匹柏的制作,正式于1992年在好莱坞的美国电影艺术与科学学会首映。原本,霍金认为这部电影应该如同他的著作一般,专注于描述科学理论,而不是人物事迹,然而,他后来发现其中一大半内容是在描述人物事迹,他很随和地改变主意,觉得这是件好事,但他并未在摄影机之前公开自己的私生活。虽然这部电影得到很多好评,但并没获得广泛发行。:168-170:93霍金将他从1976年到1992年撰写的14篇文章收集成一本科普著作《黑洞与婴儿宇宙》,于1993年发行。在这本书里,霍金谈到他的生平,他怎样经历与奋战渐冻症,以及一些宇宙学理论,特别是黑洞怎样孕育出婴儿宇宙。1997年,英国广播公司与美国公共电视合作制成了六集电视节目《史蒂芬‧霍金的宇宙》,这次,在霍金的坚决要求之下,节目内容完全聚焦于说明科学理论。:189:97

2000年–现今

霍金与弦理论学者大卫·葛罗斯、爱德华·威滕在印度塔塔基础研究院的2001年弦理论会议合照。

2006年,坐在轮椅上的霍金

2006年,坐在轮椅上的霍金。

由于《时间简史》广受好评,霍金又于2001年撰写完成了姊妹作《胡桃里的宇宙》,概述霍金在完成《时间简史》之后的一些研究结果,历如,关于膜世界的研究结果。《胡桃里的宇宙》包括了霍金对于膜理论的一些意见,例如额外维度是否存在这问题并不具意义。人们只能检试额外维度数学模型是否恰当地描述宇宙来评价额外维度。:117-1182005年,霍金与伦纳德·姆沃迪瑙合作将《时间简史》重写与更新为更易懂易读,并且附有精美图片的著作《新时间简史》,希望更多读者能够通过这本书接触到这方面的知识。在于2006年出版的选集《上帝创造整数》里,霍金收录了数学史上最重要数学论文之中的31篇论文,并且简略描述了每篇论文作者的生平。:222-223自2006年以来,霍金、汤玛斯‧赫陶格与詹姆斯·哈妥发展出的“自顶向下宇宙学”理论阐明,宇宙有很多种不同的初始态,而不是只有一种唯独的初始态,因此不该只表述从某种宇宙初始态预测出宇宙未来态的理论。实际而言,宇宙初始态是不可得知的,只有宇宙现在态是可得知、可观察的,因此只能从现在态逆着时间估算所有可能的初始态。自顶向下宇宙学假定,现在态选择所有能够导致现在态的过去历史。这样,这理论给出一条解释精细调节问题的路径。

随着黑洞学研究快速进展,越来越多的学者认为霍金关于黑洞信息遗失的答案可能不正确。2004年,在爱尔兰都柏林举办的第十七届广义相对论与引力国际会议 (GR17)的一场演讲里,霍金给出他自己的相当具有争议性的解答,涉及到黑洞可能同时拥有多种拓扑(几何)。演讲完毕后,霍金邀请索恩与裴斯基一同来到台前,霍金正式认输,并且赠与裴斯基一本棒球百科全书。索恩要先研读霍金的论文,然后再决定是否认输。裴斯基很高兴得到赠礼,但是他承认并不了解霍金的演讲。:216-220翌年,他对于这论题正式发表论文,应用总和历史方法,思考宇宙的所有可能历史,拥有黑洞的历史会造成信息遗失,而不拥有黑洞的历史不会造成信息遗失,由于这两种状况会相互抵销,最终结局是信息不会遗失,因为根本就不会存在有任何俘获信息的黑洞。:223-224

霍金与女儿露希、博士学生克里斯多福·盖发德于2007年共同撰写完成童书《乔治通往宇宙的秘密钥匙》,这本书讲述孩童乔治如何找到并借着一种宇宙闸门游遍整个太阳系。两年后,霍金与女儿露希撰写童书《乔治的宇宙寻宝》,这本书叙述乔治怎样迷航宇宙寻找生命的踪迹。过了两年,他们又再度合作完成童书《乔治与大爆炸》,这本书论述宇宙在大爆炸时的状况。:230–231

Barack Obama talking to Stephen Hawking in the White House

2009年8月12日,美国总统贝拉克·奥巴马颁予霍金总统自由勋章。图为美国总统奥巴马与霍金、霍金女儿露希在白宫蓝室畅谈的留影纪念。

英国广播电台的“伟大英国人”节目于2002年选举霍金为最伟大的100名英国人中第25名。2006年,霍金凭借他“对于理论物理学与理论宇宙学做出杰出贡献。”荣获英国皇家学会的科普利奖章两年后,霍金亲赴西班牙的圣地亚哥-德孔波斯特拉大学接受丰塞卡奖,这是为了表显他尽心竭志传播科学种子于广泛大众。隔年,美国总统巴拉克·奥巴马颁予霍金美国最高的平民荣誉总统自由勋章,表彰他克服身体残障、拓展科学疆界。又过四年,霍金获颁],奖金3,000,000美元,为了奖励他“发现黑洞的霍金辐射,和他对于量子引力学与早期宇宙量子学的深度贡献。”:241

根据剑桥大学的校规,卢卡斯数学教授必须在67岁时退休,霍金因此于2009年卸任,但他仍可继续在应用数学与理论物理系作研究,他的新头衔是“剑桥理论宇宙学中心研究主任”。为了抗议基础研究与科学教育的经费被裁减,他扬言很可能搬迁至加拿大。谣传他退休后或许会到加拿大的普里美特理论物理研究所任职。目前,他在剑桥大学仍然拥有宽敞的私人办公室,有私人助理专门处理事务,还有很多博士学生实现他的奇点子。霍金的私人助理表示,霍金热爱他的工作,他非常快乐,学校非常需要他,他尚未草拟任何退休计划。霍金依然雄心勃勃地设定了超高难度研究目标:彻底了解宇宙,为什么它是如此,为什么它竟然存在?当被问到何时才可达成这目标之时,他重复先前在卢卡斯数学教授就职演讲的预测:这世纪结束之前。:238-239

霍金与俄国科技界亿万富翁尤里·米尔纳于2015年7月20日共同发起突破倡议,其目标是在探寻外星生命,尝试回答命题:“我们是否孤独地生存在这浩瀚宇宙之中?”

个人见解

霍金在美国国家航空航天局成立50周年纪念活动演讲。

霍金过去曾在多个公开场合,发表对生命、人类、核武等的看法。

霍金于2006年访问香港,并在同年6月21日于香港科技大学演讲《宇宙的起源》前的记者会中,在回答问题“科学研究如何带动经济发展”时说:“对基础科学的研究是出于科学本身的需求,不是经济的需要,但基础科学的进步时常会带来巨大的经济利益”。在另一个同于香港举行的记者会中,霍金回答一名叫斌仔(邓绍斌)的瘫痪病人所提出关于安乐死合法化的问题,霍金说:“他有自由选择结束生命,但那将是一个重大错误。无论命运有多坏,人总应有所作为,有生命就有希望。”

在美国国家航空航天局成立50周年纪念活动上,霍金说:“现在的情况有点像1492年之前的欧洲,人们也许会认为让哥伦布去航海纯粹是浪费钱。但新大陆的发现却让旧世界得到了根本改变,……人类向外太空扩展将带来更巨大的影响,它会彻底改变人类的未来,甚至决定人类是否有未来”。霍金将宇宙说成“新大陆”,以迎来一个像哥伦布发现美洲大陆的“宇宙大发现”时代。至于外星生物方面,霍金在探索频道2010年纪录片《与霍金探索宇宙》里表示,宇宙有1000亿个星系,从看数字就可合理推断外星生物存在。霍金郑重警告,外星人极有可能不怀好意,人类不该再发送讯息到宇宙中,意图与外星人接触。从人类历史,就可以看出,高智慧生物很可能带来苦难灾害。外星生物或许已消耗殆尽自己星球的资源,为了获得新资源,他们乘坐大型太空船,像游牧民族一般到处迁徙,讨伐与侵占其他星球,外星生物即有可能使得地球沦为殖民地。

另外在核武方面,霍金则表示:“我们足够聪明地设计出核武器,但我不确定我们是否足够聪明地能够不使用它们。”:265

残障公益活动

Hawking, without his wheelchair, floating weightless in the air inside a plane

霍金亲身经历零引力感觉。

由于霍金在物理学的成就闻名遐迩,他成为了残障社群的好榜样,时常参与慈善活动,发表演讲与积极募款。之前,他不断地试图证实残障并未使得他不如平常人,现在,很多人认为他是超人或超级明星,他的名望使得他能够帮助其他残障人士。:164, 178-1791999年,霍金与其它十一位杰出人士共同签署了“第三个千禧年残障宪章”,呼吁政府设定预防残障措施、保障残障人士权利。为了要激起人们对于太空飞行的兴趣与展现出残障人士的潜能,霍金于2007年参与零引力公司提供的零引力飞行,亲身体验零引力感觉。他事后表示,“好奇妙噢!零引力阶段真炫,高引力阶段没事,我可以永续这样。太空,我来了!”

2012年夏季残奥会开幕典礼的主题为“启蒙运动”,霍金亲临现场在典礼表演中讲述宇宙起源与未来,引领群众观赏一场“科学发现之旅”,他还鼓励大家时常仰望星空,试着从所见到的景像找出宇宙的意义,思索宇宙之所以存在的机制,保持一颗好奇的心。

霍金的自传记录片《霍金》于2013摄制完成,在这记录片里,霍金用自己的电脑合成声音讲述自己的童年、自己如何与疾病奋战、怎样成为杰出物理学大师的故事。同年,霍金在一场关于协助自杀的访问里表示,得到绝症并遭受病痛折磨的人,应有权利选择结束他自己的生命,帮助他的人不应该被起诉。我们不让动物遭受痛苦,更何况人?隔年,霍金接受冰桶挑战,这是为了要引起人们对渐冻症患者的注意,并且募集研究基金。由于他先前曾经患有肺炎,医生认为不应过度考验他身体的适应力,因此,他的三个孩子替他接受挑战。

流行文化

《时间简史》的家庭影视版于1993年制成,在《星际迷航》影集中扮演史巴克的演员由李奥纳德·尼摩伊担任,在发布派对里,介绍霍金入场的任务。派对结束后,尼摩伊知悉霍金是《星际迷航》的超级影迷,渴想参与演出,尼摩伊因此与制作人商量,在《银河飞龙》影集中的《堕落》一集安排给霍金三分钟时间表演,霍金饰演自己,在全息成像平台里与爱因斯坦、牛顿、生化人百科比赛扑克牌。:178-179同年,著名摇滚乐团平克·佛洛伊德在作曲继续讲吧里特别置入霍金的“说唱”。:93-941999年,霍金在《辛普森家庭》系列动画片中的一集为自己的卡通角色配音。:192

很多关于霍金生平的记录片陆续被制成,这包括有《真实的霍金》(2001)、:196《霍金简介》(2002)、:221《霍金:宇宙大师》(2008)、 《霍金:我的简史》(2013)。

霍金也曾经在动画影集《飞出个未来》与情景喜剧影集《生活大爆炸》客串演出。另外,在2014年上映的电影《万物理论》中,饰演霍金的英国男演员埃迪·雷德梅尼因优秀演技而赢得美国演员工会奖最佳男主角以及第87届奥斯卡金像奖最佳男主角等奖项,而霍金亦提供了计算机化的声音给该片。

 

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