斯蒂芬·威廉·霍金
斯蒂芬•威廉•霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日-),英国物理学家,1942年出生于英国牛津。霍金被誉为是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。他提出宇宙大爆炸自奇点开始,时间由此刻开始,黑洞最终会蒸发,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。
编辑摘要| 人物基本信息 | |
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| 中文名: | 斯蒂芬·威廉·霍金 |
| 英文名: | Stephen William Hawking |
| 家乡: | 牛津 |
| 性别: | 男 |
| 国籍: | 英国 |
| 出生年月: | 1942年1月8日 |
| 毕业院校: | 牛津大学 剑桥大学 |
| 成就: | 1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行 2001年10月发表作品《果壳中的宇宙》002年8月曾到访杭州发表《膜的新奇世界》 2002年:《在巨人的肩膊上》2006年6月在香港科技大学发表《宇宙的起源》 |
| 重要事件: | 如果广义相对论正确,宇宙起源将在存在一个奇点 黑洞不是真的很黑(BlackHoleain'tsoblack),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”。 |
| 爱好: | 学术赌注 |
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人物关系
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斯蒂芬·威廉·霍金,CH,CBE,FRS,FRSA(Stephen William Hawking,1942年1月8日-),英国物理学家,在公众评价中,被誉为是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。他提出宇宙大爆炸自奇点开始,时间由此刻开始,黑洞最终会蒸发,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。
患有肌萎性侧索硬化症(ALS)的他,近乎全身瘫痪,不能发音,但1988年仍出版《时间简史》,至今已出售逾1000万册,成为全球最畅销的科普著作之一。
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(JaneWilde),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(LucasianProfessor),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(CopleyMedal),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”(NoBoundaryProposal),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馀种文字,出版逾1000馀万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”(UnreadBestseller),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》(TheUniverseinaNutshell)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》(BraneNewWorld),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”中的电视系列剧“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。
斯蒂芬·霍金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。媒体的报道纯属虚构,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。
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(RogerPenrose)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”(NoBoundaryProposal),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。
学说背景: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(BlackHoleain'tsoblack),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。
应用性未确立: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。”
霍金除了喜爱看脱衣舞表演(据说是为了研究),他亦喜欢就一些科学命题,与其他学者开赌,一时成为科学界美谈。
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,他就要向索恩送赠色情杂志《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“遮蔽裸体”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。”
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| 时间简史Abriefer Historyof Time |
科普作品:
1988年:《时间简史》(AbriefHistoryofTime)
1993年:《黑洞、婴儿宇宙及其他》(BlackHolesandBabyUniversesandOtherEssays)
2005年:《时间简史(普及版)》(AbrieferHistoryofTime)
2001年:《果实中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)
2002年:《在巨人的肩膊上》
论文:
TheLargeScaleStructureofSpacetimewithGeorgeEllis
TheLarge,theSmall,andtheHumanMind,(withAbnerShimony,NancyCartwright,andRogerPenrose),CambridgeUniversityPress,1997,ISBN0-521-56330-5(hardback),ISBN0-521-65538-2(paperback),Cantoedition:ISBN0-521-78572-3
公开演说:霍金出版《时间简史》后,多年来曾在英国、美国、日本、香港等地,向一般大众发表多场公开演说,叙述时间起源、宇宙终结、时光旅行,演说时其受欢迎程度犹如“摇滚巨星”。兹录部分演说:
宇宙的起源(中文)
宇宙之始(英文)
时间的开始(英文)
太空及时间扭曲(英文)
上帝掷骰吗?(英文)
宇宙中的生命(英文)
与霍金相关之音乐作品:
著名电子音乐大师雅尔(JeanMichelJarre)于1993年根据霍金著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》中之概念创作《Chronologie》音乐系列,当中《ChronologieIV》影视制作饶具古典气质与现代声像之味髓。
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