读霍金,懂与不懂都是收获

霍金的离世留给世人深深的缅怀和沉思,世人缅怀不仅仅因为他是智慧的英雄,更因为他还是一位人生的斗士

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蔡丽君 旧金山州立大学 霍金的离世留给世人深深的缅怀和沉思,世人缅怀不仅仅因为他是智慧的英雄,更因为他还是一位人生的斗士

2018代伟大的著名理年3月14日,当论物理学家、宇宙学家斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking )离世。回顾霍金的一生,不畏重疾、身残志坚是霍金的精神丰碑,他用勇气和坚持在轮椅上谱写了辉煌的篇章。 你所知道的霍金

霍金出生于 1942 年 1 月 8 日,那天是伽利略逝世300 周年忌日;霍金逝世于 2018 年 3 月 14 日,这天是爱因斯坦诞辰 139 年。“身体残疾,思想却像光速飞行。”霍金离世后,著名科幻作家刘慈欣留下了这样的评价,这个评价也概括了霍金的一生。

霍金于战火纷飞中诞生于英国牛津,父母都是高级知识分子。父亲弗兰克·霍金毕业于牛津大学医学院,后来成为了热带病专家,母亲伊莎贝尔·霍金先后在牛津大学学习哲学、政治学、经济学。霍金从小的家庭氛围就是围绕着读书,家里的装修、家具都很简单,但到

身体残疾,思想却像光速飞行

处都堆放着书。即使是在餐桌上吃饭的时候,也经常是爸爸、妈妈、霍金及两个妹妹每人手里捧着一本书,边读边吃饭。

霍金于 1959年在牛津取得自然科学一级荣誉学士学位,20岁就前往剑桥大学研究宇宙学。不幸的是, 21岁的霍金被诊断出患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,即“渐冻人症”。2014年流行的“冰桶挑战”,就是为了引起大家对“渐冻人症”的注意。当时医生断言霍金只剩下两年生命。他很快接受了这一现实,并看开一切,说:“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。”

随着病情发展,他的身体渐渐失去控制并严重变形,之后丧失了 语言能力,仅3根手指可以活动,再慢慢甚至连眼球追踪技术都无法准确锁定他的目光,只能靠脸部一块肌肉活动。但即便这样,他仍坚持探寻科学真谛,不断在宇宙学、物理学上攀越高峰。在身体每况愈下的情势中,他都不曾懈怠,一直活跃在科研前线阵地。

1962年,霍金来到剑桥大学攻读博士学位,1979 年 -2009 年任剑桥大学卢卡斯数学教授(剑桥历史上最为崇高的两大教席之一),从教授职位上退休后,又继续担任应用数学和物理系首席教授,直至逝世。

1982年,他获得了英国皇家大英帝国司令勋章,1989年获得英国皇家荣誉勋爵,2009年获得美国总统自由勋章,以及皇家学会的科普利奖章、阿尔伯特·爱因斯坦科学奖、皇家天文学会金奖、基础物理奖、BBVA基金会基础科学前沿奖,等等。还曾被授予英国皇家学会会员、罗马教皇科学院院士、美国科学院院士等称号。

他几十年间过着轮椅上的生活,足迹却遍布全球,三次来到中

国,两次登上长城。在他学院书房的墙壁上,挂着一幅汉字书法作品“人去留影”。他只能借助语音合成器说话,几分钟才能讲出一个简单的句子,却写出了科普创作的丰碑——《时间简史》,被译成40 余种文字,销往全球,点燃了几代人心中的科学火种。他于 2001 年完成的《果壳中的宇宙》,在 2002 年获得世界最知名科普图书奖之一的安万特科学图书奖。 你不知道的霍金

作为享誉全球的物理家,霍金可谓是个拥有多重职业和身份的人,丝毫没有因为疾病影响他做自己喜欢的事情。霍金有三大爱好:物理、打赌和唱歌。虽然他的赌运并不怎么样。他曾经同朋友赌了三次有关黑洞的赌局,霍金全都输了。他喜欢各种各样的音乐,流行、古典、摇滚、歌剧,等等。虽然因为疾病已不能发声,但在1994 年与 2014年,他利用电子发声器献声,和英国大神级迷幻摇滚乐团平克·弗洛伊德(Pink Floyd)合作录制了摇滚作品“Keep Talking”等。

他多次在电影、电视剧中客串他自己。在卡通片《辛普森一家》里,他以动画形象,坐着会飞的轮椅向男主角大谈黑洞、奇点、宇宙维度,并亲自配音;在电视剧《星际旅行》中,他同剧中的“牛顿”、“爱因斯坦”一起玩纸牌;在喜剧《生活大爆炸》中,他以客座教授的身份在谢尔顿所在的大学进行为期数周的授课。

霍金的乐观和幽默也让人津津乐道,他自己也承认“我是个乐观主义者”,正是凭借这种乐观的心 态对抗病魔逾50年。早在 1969 年,霍金就被迫坐上了轮椅,但他并没有因此消沉,他甚至喜欢上了“轮椅飙车”这项运动。他经常把电动轮椅开到全速档,疾驶到马路中间,享受助理被吓坏的表情。他有一个特殊的“爱好”——据美国《每日野兽》( The Daily Beast )报道,霍金最喜欢做的事,就是用轮椅轧过讨厌的人的脚趾头。在 1976 年的一次英国皇家宴会中,英国王子查尔斯就不幸中招,霍金轧过他的脚趾之后,还高兴地开着轮椅在地上转了一圈。早在1988年,美国《人物》杂志就将霍金称为世界上最有趣的 25个人之一。在《时代》杂志的“10问霍金”中,有一个问题是“你觉得人类有一天会理解物理学的全部吗?”霍金幽默风趣地回答,“我希望没有那一天,不然我就要失业了。”正是生活中无时无刻的幽默感,使得霍金给自己的人生带来了无限的可能。

在探索科学的道路上,他曾说: “要尝试找出眼前事物的意义,探究是什么让宇宙存在。要有好奇心,无论生活多么艰难,也总会有你能做并能成功的事情。绝不放弃,这非常重要。”他被剥夺了一个理论物理学家用纸笔计算的权利,却能

在脑海中推演整个宇宙的运转,推开通往量子引力的大门。 霍金的理论贡献

在大多数人看来,霍金是一个纯粹的文化符号——每个人都知道他的名字,却几乎没有人真正理解他在物理学领域做了什么。对于大部分人来说,“霍金到底伟大在哪儿?他为何而出名?”这是一个很难回答的问题。这一切,都要从我们该用什么理论解释这个世界的一切说起。

从 16世纪起,伽利略、开普勒、惠更斯……一批又一批的科学家,把他们观察的目标对准了宇宙,尝试解释更多的天文现象。然而,这样的物理,是有局限的。我们观察到的范围很有限,我们能实验的范围也很有限。

直到牛顿横空出世。牛顿的伟大不但在于他试验和总结得出了“F=ma”这个公式,更关键的是,他认为这个公式适用于世界上的所有物体,小到苹果和皮球,大到太阳和星系……在 F=ma 之上,牛顿用数学和各种公式设立了一整套物理体系,他把力、速度、加速度、能量、动量等各种概念都严格定义了出来,用数学方式找到了它们之间的关系。牛顿还通过大量实验,证明了任何两个物体之间都存在着吸引力,总结出万有引力定律。人们第一次发现,世界上的很多东西,用牛顿的这套理论可以被精确地计算出来。牛顿的这套理论,也被称为经典物理学。

随着人们对这个世界了解的不断深入,科学家们发现,在很多领 域,经典物理学解释不了他们发现的现象。出现偏差的部分,主要来自极大和极小的两端。一个最简单的例子是,在牛顿的体系里,如果加速度保持不变,那么物体的速度应该会达到无穷大,可在现实世界里,我们并没有能找到任何一个物体的速度能突破光速。为了解释这两端的现象,两个截然不同的科学体系出现了:那就是解释宏观(也就是极大)体系的爱因斯坦的相对论,以及解释微观(也就是极小)体系的普朗克的量子力学。

1910年,相对论横空出世。爱因斯坦用另外一种体系解释了宇宙。就拿地球为什么会绕着太阳公转举例。牛顿认为,在巨大的物体附近,存在着一种“力场”。这种力场就像磁场一样,对其中的其他物质有吸引力。正如同太阳吸引着地球,地球吸引着月球,甚至地球吸引着那个苹果。而爱因斯坦的相对论认为,引力本身就是时空的一 部分,是时空的几何属性。当物体的质量大到一定程度,其附近的空间就会产生扭曲,从而改变周边一切物体的运动模式。比如地球绕着太阳转,卫星绕着地球转。

据此,科学家推断出了一个在当时看来近乎天方夜谭的观点:如果有一个质量极大的恒星,它自身产生的重力也无比巨大,最终恒星必定会因为不堪自身重负而坍缩成一个密度和曲率都无穷大、体积无穷小的点。在这个点的周边,会创造出一片引力极强、质量极大、连光都无法逃出的特殊区域。在时空的维度上,就像一个无比深凹的洞。科学界给定义了一个简单的名词:黑洞。而霍金的理论主要就解释了两大问题:黑洞的中心究竟是什么,以及在黑洞的边缘发生了什么。

1970年,霍金与罗杰·彭罗斯(Roger Penrose) 合作,用严谨数学推理证明:如果你能进入黑洞中心,就会发现里面关于黑洞的所有

讲座中的霍金。

霍金的理论主要解释了两大问题:黑洞的中心究竟是什么,在黑洞的边缘发生了什么。

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