3月15日消息,紐約時報網站刊文稱,著名物理學家霍金沒有讓身體上的限制阻礙他探求解答「一個大問題:宇宙來自哪裡?」他是探索引力和和黑洞屬性的一代領導者。不僅僅在學術上,在職業和個人生活中,他也是個不斷挑戰極限的人。
以下是文章主要內容:
劍橋大學物理學家、暢銷書作家史蒂芬·霍金(Stephen W. Hawking)星期三早晨在劍橋的家中去世,享年76歲。他在輪椅上漫遊宇宙,思考萬有引力的本質和宇宙的起源,可謂人類決心和好奇心的象徵。
紐約城市大學理論物理學教授加來道雄(Michio Kaku)在接受採訪時表示:「自阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)以來,從未有科學家像霍金這麼能激發公眾的想像力,並為全世界數以千萬計的人所喜愛。」
霍金很大程度上是通過他1988年出版的著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》做到那一點的。該書售出了超過1000萬本,啟發了美國紀錄片大腕埃羅爾·莫裡斯(Errol Morris)的紀錄片。 2014年關於霍金人生的電影《萬物理論》(The Theory of Everything)獲得了多項奧斯卡獎提名,飾演霍金的埃迪·雷德梅因(Eddie Redmayne)獲得了奧斯卡最佳男主角獎。
從科學角度來看,霍金最值得銘記的一項發現相當奇怪:它可能以禪宗公案的形式來表達:黑洞什麼時候不是黑色?它爆發的時候。
同樣令人驚嘆的是,他竟然有個職業生涯。在1963年,作為研究生,他了解到他患有肌萎縮側索硬化症。那是一種神經肌肉萎縮症,也稱為路格裡克氏病。當時醫生說他只剩下幾年的生命。
這種疾病使他的身體控制減弱到只有手指和眼睛能動,但他的智力沒有受到影響。
他後來成為探索引力和和黑洞屬性的一代領導者。該無底的引力大坑如此之深,如此之密,甚至連光線都無法逃脫。
那項研究引起了現代物理學史上的一個轉折點。該轉折點發生在1973年的最後幾個月,當時霍金開始將量子理論應用在黑洞上面。在漫長而艱巨的計算過程中,霍金取得了一項令其迷惑不解的發現:黑洞——那些宇宙末日的神話化身——並不是黑色的。事實上,他發現,它們最終會萎靡,洩漏放射物和粒子,最終發生爆炸並永遠消失。
包括霍金在內的所有人一開始都不相信粒子可能會從黑洞中出來。 「我根本沒有在尋找它們,」他在1978年的一次採訪中回憶說,「我只是碰到它們。我那時非常惱火。」
那項計算出現在一篇刊登於1974年出版的《自然》雜誌的論文《黑洞爆炸?》,它被現在的科學家譽為尋找單一自然理論的第一個偉大裡程碑——將重力和量子力學聯繫起來,來解釋一個比任何人都想像的都要陌生的宇宙。
眾所周知,霍金輻射的發現將黑洞理論顛覆了過來。它將它們從毀滅者轉變成創造者——或者至少是回收者——並往奇怪的新方向扭轉了終極理論的夢想。
霍金博士在1978年接受採訪時說,「你可以問一個人跳進黑洞會發生什麼,我當然不認為他會存活下來。」
「另一方面,」他補充道,「如果我們派人去跳進黑洞,他和構成他的原子都不會回來,但他的質能會回來。也許這適用於整個宇宙。」
宇宙學家、霍金在劍橋的論文導師丹尼斯·夏默(Dennis W. Sciama)稱霍金的那篇《自然》論文是「物理學史上最美麗動人的論文」。
普林斯頓高級研究所理論家愛德華·威登(Edward Witten)表示,「近40年來,試圖更好地理解霍金的發現一直是獲得新思維的源泉,我們可能還遠未完全掌握它。它仍然感覺很新。」
2002年,霍金說,他希望霍金輻射的公式被刻在他的墓碑上。
他是一個挑戰極限的人——不僅在學術生活中是如此,在他的職業和個人生活中也是如此。他親身前往全球各地參加科學會議,探訪南極洲等各大洲;撰寫有關其研究的暢銷書籍;結婚兩次;有三個孩子;客串參演熱門影視節目《辛普森一家》《星際迷航:下一代》以及《生活大爆炸》。
他乘坐熱氣球慶祝他的60歲生日。同一個星期,他還在劍橋的一個角落加速操縱他的電動輪椅,導致一條腿摔斷。
2007年4月,在他65歲生日的幾個月後,他登上一架經過特別改裝的波音727飛機參與體驗零重力飛行。該機身內壁填了墊料的飛機進行過山車式的俯衝,進而產生短暫的失重。這是登上英國億萬富翁理察·布蘭森(Richard Branson)的VirginGalactic公司太空飛船SpaceShipTwo進行太空之旅的前奏。
當被問及他為什麼要冒這樣的風險時,霍金說,「我想證明,只要沒有精神殘疾,人們就不需要受到生理缺陷的限制。」
圖:不管在職業還是個人生活中,霍金都是個挑戰極限的人。2007年,65歲的霍金登上經過特別改造的波音727飛機參與體驗零重力飛行。
他的精神讓許多人十分敬畏。
「他的生活是一場巨大的勝利,」劍橋大學宇宙學家、英國皇家天文學家兼霍金長期同事馬丁·裡斯(Martin Rees)說,「他的名字將永存於科學的歷史中;數百萬人的宇宙視野因為他的暢銷書籍而得到擴大;在世界各地,更多的人受到了一個獨一無二的、克服種種困難取得成就的例子(驚人的意志力和決心的表現)的啟發。
1942年1月8日,史蒂芬·威廉·霍金出生於英國牛津。他的母親伊澤貝爾為了避開納粹德國對倫敦的轟炸,跑到了牛津。他的父親弗蘭克·霍金(Frank Hawking)是一位傑出的研究生物學家。
霍金是家中四個孩子中年紀最大的一個,在倫敦聖奧爾本斯學校上學時成績平平,不過他與生俱來的才華得到了一些同學和老師的賞識。
後來,在牛津大學學院,他覺得數學和物理學很簡單,因而很少查閱書籍或者做筆記。
他覺得唯一令人興奮的學科是宇宙論,因為它處理的是「一個大問題:宇宙來自哪裡?」
畢業後,他轉到了劍橋。然而,在他開始研究之前,他受到了他的研究導師夏默所說的「可怕的事情」的侵襲。
年輕的霍金幾年來一直時不時就身體虛弱,像中了咒語一般。1963年,在他21歲生日後不久,醫生告訴他,他患有肌萎縮側索硬化,只剩下不到3年的壽命。
他隨即陷入了嚴重的抑鬱狀態。他說,他夢見自己將被處決。之後,在克服了各種苦痛後,他的病情似乎趨於穩定。雖然他慢慢地失去了對肌肉的控制,但他仍然能夠短距離行走和進行簡單的任務,儘管很費力,比如穿衣服和脫衣服。他重新有了目標感。
「當你面臨早逝的可能性時,」他回憶道,「它會讓你意識到生命很寶貴,有很多事情你想要去做。」
1965年,他與語言學學生簡·王爾德(Jane Wilde)結婚。用他自己的話來說,他不僅有了「某種生活追求」;他還必須找到一份工作,這激勵他認真對待他的博士學位。
然而,他的病讓他無法寫下寫下長長的公式進行推算,那些可是宇宙學者慣常的工具。他後來把這種障礙轉變成了一種力量,將精力集中在大膽的跳躍式思維上。在他晚年的時候,他常常將那些思維留給別人用正確的數學語言編纂出來。
圖:霍金和他的第一任妻子簡·王爾德1990年的合照。兩人於1990年結婚,霍金說婚姻讓他有了「某種生活追求」。
霍金說,「人們誤以為數學只是方程式。事實上,方程式只是數學的無聊部分。」
必要時,他專注於可通過「圖片和圖表」攻克的問題,採用數學家羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)及其劍橋同事布蘭登·卡特(Brandon Carter)在1960年代初期發明的幾何技術來研究愛因斯坦的引力理論廣義相對論。
黑洞是該理論的自然預言,它解釋了質量和能量如何使得空間「彎曲」,就像睡覺的人使得床墊下陷一樣。當光線穿過引力場的時候,它們會發生彎曲。
一個地方有太多的質量或能量,可能會導致空間無限下陷;一個足夠密的物體,就像一顆巨大的坍縮恆星一樣,可以像魔術師的鬥篷一樣將空間包裹起來,然後消失,向內萎縮到一個被稱為奇點的無限密度的點,一個宇宙的死胡同,在那裡物理學的已知定律會瓦解:黑洞。
愛因斯坦本人認為,在被人向他指出該可能性時,他覺得很荒謬。
圖:2011年12月,霍金在他在劍橋大學的辦公室。對於其在加州製造的語音合成器,他唯一的不滿是它給他帶來美國口音。
然而,利用哈勃太空望遠鏡和其他精細的觀測和分析工具,天文學家已經發現了除黑洞以外的數百個太大而且黑暗的物體,其中包括位於銀河系中心的一個超大質量物體。根據目前的理論,宇宙應該包含數十億個那樣的物體。
作為1966年的博士學位論文一部分,霍金指出,當你回頭來看宇宙膨脹時,你會發現這樣一個奇點得在宇宙歷史的某個時候存在;也就是說,空間和時間一定有一個開始。他、彭羅斯博士和一群同事接著發表了一系列關於黑洞行為和捲入其中的任何事物的厄運的定理。
霍金標誌性的突破,源於與以色列理論物理學家雅各布·貝肯斯坦(當時是普林斯頓大學的一名研究生)對於黑洞是否可以說有熵(對無序狀態的熱能計量單位)的爭執。貝肯斯坦說黑洞有熵,並指出了霍金和他的同事們就黑洞推斷出的定律和熱力學定律之間的相近的推斷。
霍金則說沒有。要有熵,黑洞必須要有溫度。但溫暖的物體,從額頭到星星,會輻射電磁輻射的混合物,具體取決於它們的確切溫度。沒有什麼可以逃脫黑洞,所以它的溫度必須為零。霍金回憶說,「我對貝肯斯坦很不滿。」
圖:1979年的霍金。在牛津大學學院,他覺得唯一令人興奮的學科是宇宙學,因為它研究的是他所說的「大問題:宇宙來自何方?」
為了解決這個問題,霍金決定探究原子大小的黑洞的屬性。然而,這需要將量子力學(原子和亞原子世界自相矛盾的規則)添加到引力中,這是一項從未實現過的壯舉。朋友們翻閱量子理論教科書,在好幾個月的時間裡霍金靜靜地看著他們翻閱。他們在想他是否終於被難倒了。
當他最終成功地在腦海中進行計算時,他驚訝地發現粒子和輻射物從黑洞中噴湧而出。當意識到射出的輻射物會具有由從星星到發熱的前額的任何溫暖物體所發出熱量的熱線譜特徵時,霍金確信他的計算是正確的。貝肯斯坦說得對。
霍金甚至想出了一種解釋粒子可能如何逃離黑洞的方法。根據量子原理,黑洞附近的空間將充滿「虛」粒子,這些粒子將以配對的粒子和反粒子對中閃現。
然後,它們會在一瞬間相遇並相互湮滅。但如果粒子對的其中一個掉入黑洞,另一個會逃逸,並變成真正的粒子。它看似來自黑洞,從黑洞那裡獲取能量。
但他警告說,那些只是文字表述而已。真相隱藏在數學裡。
「關於霍金輻射最重要的一點是,它表明黑洞並不與宇宙的其他部分隔絕。」霍金說。
它也意味著黑洞有溫度和熵。在熱力學中,熵是餘熱的計量單位。但它也是信息量的一種計量單位——需要用來描述黑洞裡的東西。奇怪的是,信息量是與黑洞的表面積而不是它的體積正相關,這意味著你可填入黑洞的信息量是受其面積的限制,而不是像人們可能認為的那樣,受它的體積限制。
這一結果已成為弦理論的試金石。它也引發了關於我們生活在全息宇宙中,其中的三維空間是某種幻覺的猜測。
哈佛弦理論家安德魯·施特羅明格(Andrew Strominger) 如是談到全息理論,「如果它真的如此,那麼它就是我們宇宙的一種深邃而美麗的屬性——但這種屬性並不顯而易見。」
黑洞輻射的發現,也引發了圍繞物體落入黑洞後的命運持續30年的爭議。
霍金最初說,那詳解了有關是否任何東西落入黑洞都會永遠消失的信息,因為出來的粒子會是完全隨機的,消除了它們第一次落入時出現的任何模式。霍金如是解述愛因斯坦對量子力學固有的隨機性的抱怨,「上帝不僅與宇宙玩骰子,有時還會把它們扔到它們無法被看見的地方。」
許多粒子物理學家反對稱,這違反了量子物理學的一個原則,即知識總是被保留下來,且可以被檢索出來。支持該說法有數十年的史丹福大學物理學家倫納德·蘇斯金德(Leonard Susskind)說道,「霍金明白,如果這是真的,那麼將導致20世紀大部分物理學的倒塌。」
另一次,蘇斯金德當著霍金的面說他是「世界上最固執的人之一;不,他是宇宙中最令人氣憤的人。」霍金露齒而笑。
霍金在2004年認輸。無論什麼信息進入黑洞,它都會在黑洞爆炸時出來。他悲傷地指出,一個結果是,人們不能用黑洞逃往另一個宇宙。「我很抱歉讓科幻迷們失望了。」他說。
然而,儘管他認輸了,但眾所周知,信息佯謬已成為理論物理學中最熱門和最深入的話題之一。物理學家們說,他們仍然不知道信息如何進入或離開黑洞。
1974年,霍金當選為世界上最古老的科學組織英國皇家學會院士;1982年,他被任命為劍橋盧卡斯數學教授,這是艾薩克·牛頓(Isaac Newton)曾擔任過的職位。「他們說牛頓做過這個位置,但很顯然它已經改變了。」他喜歡打趣。
霍金還每年訪問位於帕薩迪納的加利福尼亞理工學院,該學院像是他的第二個家。2008年,他加入安達略省沃特盧理論物理研究所,擔任客座研究員。
在徵服了黑洞以後,霍金將目光投向了宇宙的起源,以及從宇宙學模型排除時間開始時的那個討厭的奇點。如果物理定律可能在那裡瓦解,那它們可能會在任何地方瓦解。
1982年,在梵蒂岡舉行的一次會議上,他說,在終極理論中,在定律瓦解的時候,不應該有地方或時間,即使是在一開始。他稱這個概念為「宇宙無邊界」設想。
霍金和加州聖巴巴拉理論物理研究所的詹姆斯·哈特勒(James Hartle)將宇宙的歷史設想為一個像地球一樣的球體。宇宙時間對應於緯度,從北極的零開始,向南進展。
雖然時間從那裡開始,但北極並沒有什麼特別之處;那裡適用的定律在任何其他地方也適用。霍金說,問在宇宙大爆炸發生之前發生了什麼,就像問北極以北一英裡有什麼東西一樣——它不是任何的地方,也不是任何的時間。
那時,弦理論聲稱,是「萬用理論」的領跑候選者。它最終將重力、其他的力量和自然界的微粒解釋為微小的振動弦,就像小提琴上的音符一樣。
在《時間簡史》中,霍金總結說,「如果我們確實發現了一個完整的宇宙理論,那麼它應該及時為每一個人所理解,而不僅僅是一些科學家可以理解。」
他補充說,「那麼,我們所有人,哲學家,科學家和普通人都能夠參與討論為什麼我們和宇宙會存在。」
「如果我們找到答案,」那麼他繼續說道,「這會是人類理性的終極勝利。」
直到1974年,霍金仍然能夠自己吃東西和上下床。在妻子簡的堅持下,他每天晚上都會在自己的劍橋家中利用雙手上樓梯,爬上樓梯,進入臥室,以努力維持自己剩下的肌肉張力。在1980年以後,他的日常生活由護理人員來幫助照料。
霍金在1985年之前仍有一定的說話能力。但是,在去瑞士旅行時,他患上了肺炎。醫生問簡她是否希望停止維持他的生命,不過她說不要停止。為了挽救他的生命,醫生給他插入了一個呼吸管。他活了下來,但他不再能夠發聲了。
一段時間以來,他只能通過指出字母表上的一個個字母來進行溝通。但是,電腦專家沃爾特·沃爾託茨(Walter Woltosz)在聽說了霍金的情況後向他提供了一個自己編寫的程序Equalizer。通過用他仍能動的手指點擊開關,霍金能夠瀏覽包含所有字母和2500多個單詞的菜單。
一個詞一個詞地——必要時一個字母一個字母地——他能夠在電腦屏幕上組成句子,並將它們發送給為他發聲的語音合成器。整個裝置能夠裝在他的機動化輪椅上。
即使沒力氣動手指了,他也能夠通過紅外線來與計算機進行通信。他能夠通過抽動抽搐右臉頰或眨眼睛來激活紅外線。該系統已擴展到可讓他打開和關閉辦公室的門,以及無需幫助即可使用電話和網際網路。
雖然每分鐘平均輸出不超過15個單詞,但霍金髮現,他能夠比無法發聲前更好地通過電腦來說話。他坦言,他唯一的不滿是,在加州製造的語音合成器給他帶來美國口音。
他說,他之所以決定撰寫《時間簡史》,是因為他希望與「資助他進行研究的公眾」分享他對「所作的宇宙發現」的興奮之情。他想要使得這些想法能夠容易為人們所理解,讓這本書在機場都有出售。
他還希望賺到足夠的錢來支付子女的教育費用。他做到了。這本書的非凡成功讓他變得富有,讓他成為世界各地的殘疾人心目中的英雄,讓他變得更加有名。
新聞媒體這些年一直密切關注他的各種活動,從訪問白宮到會見達拉斯牛仔隊的拉拉隊隊員。媒體也報導他對各種事情的看法,從國家醫療服務制度(英格蘭的公費醫療制度助他維持生命)到外星人交流(他說這可能不是一個好主意)。
在被《新科學家》(New Scientist)雜誌問到想的最多的是什麼時,霍金回答說,「女人,她們十分神秘。」
1990年,霍金和他的妻子在結婚25年後分手;簡·霍金在兩本書《音樂移動群星》(Music to Move the Stars)和《航向無限:我與霍金的日子》(Travelling to Infinity: My Life with Stephen)中寫下了他們在一起的時光。2014年的電影《萬物理論》正是取材自後一本書。
1995年,他與在他肺炎發作後一直照顧他的護士伊萊恩·梅森(Elaine Mason)成婚。她的前夫戴維·梅森(David Mason)是位工程師,曾幫助將霍金的語音合成器裝在他的輪椅上。
英國媒體在2004年報導說,劍橋警方正在調查伊萊恩虐待霍金的指控,但沒有提起訴訟,霍金本人也進行了澄清。兩人於2006年離婚。
圖:霍金於1995年與伊萊恩·梅森(Elaine Mason)結婚
霍金獲得過眾多的榮譽,其中一項是:他於1982年被授予英帝國司令勳章。2012年夏天,他在倫敦帕運會開幕式上擔當重要角色。唯一缺乏的榮譽就是諾貝爾獎,他對此的解釋特別精闢:「諾貝爾獎只是授予經過觀察證實的理論研究。而觀察我所做的事情是非常非常困難的。」
霍金是太空探索的積極倡導者,他說這對於人類的長期生存至關重要。「地球上的生命處在越來越大的被一場災難摧毀的風險當中,比如突然爆發的全球核戰爭,基因改造的病毒或者我們還沒有想到的其他危險。」他在2007年向香港觀眾表示。
然而,沒有什麼比他對宗教越來越尖銳的言論給他引來更多的爭議了。霍金的宇宙無邊界設想的一個吸引點是,沒有必要訴諸宇宙之外的任何東西來解釋宇宙的起源,比如上帝。
在《時間簡史》中,他提到了「上帝的心智」,但是在他與倫納德·馬洛迪諾(Leonard Mlodinow)2011年共同撰寫的《大設計》(The Grand Design)一書中,他有關宗教的言論更加冷酷。「沒有必要懇求上帝點燃導火紙,」他寫道,「來啟動宇宙的運行。」
那年,他在接受《衛報》採訪時進一步說道,「我認為大腦是臺計算機,當它的組件失效時它就會停止運行。垮掉的計算機沒有天堂或來世;那是說給害怕黑暗的人聽的謊言。」
圖:霍金將太空探索視為人類長期生存的關鍵。「地球上的生命處在越來越大的被一場災難摧毀的風險當中,比如突如其來的全球核戰爭。」他在2007年說。
霍金一生中大部分的時間都用來探究黑洞和宇宙末日,對於黑洞,他並不懼怕。
「它們被命名為黑洞,因為它們與人類對被破壞或吞噬的恐懼有關。」他曾向採訪者表示,「我不害怕被拋到黑洞裡。我理解它們。我覺得我在某種意義上是它們的主人。」
來源:網易科技