霍金和他的科技成就

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霍金和他的科技成就


对于我来说霍金并不算陌生,高中英语课本上有篇关于他的文章,《果核里的宇宙》在班里流传,我们认识了霍金。霍金的生平非常富有传奇性。在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一。霍金是当代最重要的广义相对论家和宇宙论家。
史蒂芬·霍金是英国理论物理学家,他的生日是194218日,这一天刚好是伽利略三百周年的忌日,这个时候他的家乡伦敦正笼罩在希特勒的狂轰滥炸中,霍金和他的妹妹在伦敦附近的几个小镇度过了自己的童年。不过霍金一家在古板保守的小镇上的确显得与众不同。霍金的父母都受过正规的大学教育。他的父亲是一位从事热带病研究的医学家,母亲则从事过许多职业。霍金热衷于搞清楚一切事情的来龙去脉,因此当他看到一件新奇的东西时总喜欢把它拆开,把每个零件的结构都弄个明白——不过他往往很难再把它装回原样,因为他的手脚远不如头脑那样灵活,甚至写出来的字在班上也是有名的潦草。1959年,霍金在17岁时进入牛津大学学习物理。他仍旧不是一个用功的学生,而这种态度与当时其他同学是一致的,这是战后出现的青年人迷惘时期——他们对一切厌倦,觉得没有任何值得努力追求的东西。霍金在学校里与同学们一同游荡、喝酒、参加赛船俱乐部,如果事情这样发展下去,那么他很可能成为一个庸庸碌碌的职员或教师。然而,病魔出现了。到牛津的第三年,霍金注意到自己变得更笨拙了,有一两回没有任何原因地跌倒。一次,他不知何故从楼梯上突然跌下来,当即昏迷,差一点死去。刚过完21岁生日的霍金在医院里住了两个星期,经过各种各样的检查,他被确诊患上了卢伽雷氏症,即运动神经细胞萎缩症。霍金被宣判只剩两年的生命。那是在1963年。 霍金的病情渐渐加重。
17岁的霍金开始就读与牛津,并在剑桥跟随导师邓尼斯·西阿玛作博士论文。霍金被诊断患上这种疾病,这种病至今仍不能治愈乃至于控制它。霍金最终只能永远坐在轮椅上并且失去了语言能力,一切生活完全依靠他的妻子照顾。但这位据称全身只有三个手指能动的残疾人,却依靠惊人的毅力,完成了一系列惊人的关于大爆炸和黑洞的理论,对量子物理作出了巨大的贡献,将宇宙伟大而神秘的背景展现给世人。他被广泛尊崇为继爱因斯坦之后最杰出的科学家。1974年,霍金被授予"剑桥卢卡逊数学教授"一职。在就职典礼上,霍金十分费力地将名字签在名册上,而这本名册最前页的签名便是-伊萨克·牛顿。
霍金的研究对象是宇宙,但他对观测天文从不感兴趣,只有几次用望远镜观测过。与传统的实验、观测等科学方法相比,霍金的方法是靠直觉。黑洞不黑这一伟大成就就来源于一个闪念。在197011月的一个夜晚,霍金在慢慢爬上床时开始思考黑洞的问题。他突然意识到,黑洞应该是有温度的,这样它就会释放辐射。也就是说,黑洞其实并不那么黑。 洞不黑这一伟大成就就来源于一个闪念。这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。197311月,霍金正式向世界宣布,黑洞不断地辐射出X光、伽马射线等,这就是有名霍金辐射而在此之前,人们认为黑洞只吞不吐。从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制,霍金对量子宇宙论的发展做出了杰出的贡献,因此获得了1988年的沃尔夫物理奖。在学术上声誉日隆的霍金已无法自己走动,他开始使用轮椅。直到今天,他再也没离开它。
虽然身体的残疾日益严重,霍金却力图像普通人一样生活,完成自己所能做的任何事情。他甚至是活泼好动的——这听来有点好笑,在他已经完全无法移动之后,他仍然坚持用惟一可以活动的手指驱动着轮椅在前往办公室的路上横冲直撞;在莫斯科的饭店中,他建议大家来跳舞,他在大厅里转动轮椅的身影真是一大奇景;当他与查尔斯王子会晤时,旋转自己的轮椅来炫耀,结果轧到了查尔斯王子的脚趾头。

1980年以后,他的兴趣转向量子宇宙论。他在1982年开始写《时间简史》1985年,霍金动了一次穿气管手术,从此完全失去了说话的能力。他就是在这样的情况下,极其艰难
地写出了著名的《时间简史》,探索着宇宙的起源。霍金取得巨大成功,但生活的现实取代了爱情的浪漫,他和他第一任妻子的婚姻走到了尽头。他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。
《时间简史》是霍金的代表作,至今累计发行量已达2500万册,被译成近40种语言。在这本书中,霍金将试图勾勒出我们心目中的宇宙历史——从大爆炸到黑洞。在这本书里,霍金力图以普通人能理解的方式来讲解黑洞、宇宙的起源和命运、黑洞和时间旅行等。在第一讲里,他将简要地回顾过去关于宇宙的构想,并说明我们是如何得到目前的图像的。这或许可以称之为宇宙史的历史。第二讲将解释牛顿和爱因斯坦的两种引力理论为什么会都得出这样的结论——宇宙不可能是静态的,它不得不或是膨胀,或是收缩。而这又意味着,在前200亿年到前100亿年之间,必定有某一时刻,那时宇宙的密度为无穷大,这就产生了所谓的大爆炸。它可能就是宇宙的开端。第三讲将谈谈黑洞。黑洞是当某个巨大的星球,或者更大的天体,受其自身引力吸引而自行塌缩(塌陷并紧缩)时形成的。根据爱因斯坦的广义相对论,任何蠢得掉进黑洞的傻瓜都会永远消失,他们将无法再逃出黑洞。而有关他们的历史,则将到达一个奇点,一个痛苦的终点。不过,广义相对论是经典理论——也就是说,它没有考虑量子力学的不确定原理。第四讲将讲述量子力学如何允许能量从黑洞泄漏出来。黑洞并不像人们所描绘的那样黑。第五讲将把量子力学思想应用于大爆炸和宇宙的起源。这就得出了这样的设想:时空可能在范围上有限,但没有边缘。这或许类似于地球表面,但它多了两维。第六讲将说明这个新的边界条件如何能解释这个问题:尽管物理学定律是时间对称的,但过去与未来为什么如此大不相同?最后,第七讲将讲述我们正如何试图找寻一种统一的理论,它能把量子力学、引力以及物理学中其他所有相互作用都包容在内。如果我们做到了这一点,我们就真正理解了宇宙以及我们在其中的位置。
霍金认为他一生的贡献是,在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大;但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起始于此。
说到黑洞,历史上关于黑洞的四次著名打赌。第一次是已故的诺贝尔奖获得者钱德拉和索恩关于旋转黑洞的稳定性问题打的赌。结果是索恩赢。于是索恩要钱德拉订购了《听众》杂志。第二次是1975年关于天蝎座X1XX射线源,1代表天蝎座中最亮的星)是否包含黑洞打赌。霍金认输,为索恩订阅了1年的《阁楼》杂志。第三次打赌是在1991年,霍金又与索恩、普雷斯基尔赌上了,这次赌的是裸奇点是否存在。霍金再次输了。第四次打赌是在1997年,霍金同美国物理学家约翰·普雷斯基尔打赌,黑洞是否会摧毁它们吞噬的一切信息?霍金于2004721日当众表示输掉了这场科学史上著名的赌赛,并送给普雷斯基尔一套板球百科全书。
《果壳中的宇宙》是霍金继《时间简史》后最重要的著作。霍金在书中,再次把我们带到理论物理的最前沿,在霍金的世界里,真理甚至比幻想更令人眼花缭乱,缤纷多彩,用通俗的语言解释制约我们宇宙的原理,并加之以他独特的热情,邀请我们一起进行宇宙之旅,做非凡的时空遨游。他的比喻生动地吸引着我们,谁也无法想象果核与宇宙的联系,而霍金正神奇向我们讲述着,形象地,生动地。
说到科学,我们想到的更多是伽利略牛顿之类,这些曾经的环辉煌,而霍金更是一颗今日之星,他的生命已经是一个奇迹,希望他延续这个奇迹并探究出更多神奇的世界。

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