一文讀懂史蒂芬·霍金：先後發表黑洞理論、奇性定理等巨著

【騰訊科技綜合報道】據多家外媒報道，著名天體物理學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）去世，享年76歲。

霍金出生於1942年1月8日，是英國物理學家與宇宙學家，生前曾任職劍橋大學理論宇宙學中心研究主任。霍金做出過很多重要貢獻，最主要的是他與羅傑·彭羅斯共同合作提出在廣義相對論框架內的彭羅斯–霍金奇性定理，以及他關於黑洞會發射輻射的理論性預測（現稱為霍金輻射）。

霍金患有肌萎縮性脊髓側索硬化症，病情會隨著歲月逐漸愈加嚴重。生前已多年保持全身癱瘓的狀態，不能發聲，必須依賴語音合成器來與其他人通話。霍金曾經有過兩次婚姻，育有3名子女。

霍金生前撰寫了多本闡述自己理論與一般宇宙論的科普著作，廣受大眾歡迎。其中《時間簡史：從大爆炸到黑洞》曾經破紀錄地榮登英國《星期日泰晤士報》的暢銷書排行榜共計237周。

懷著悲痛的心情，我們簡單梳理了一代偉人史蒂芬·霍金的成長史，以及霍金對業界的主要貢獻等。

一、霍金的成長

史蒂芬·霍金1942年1月8日出生於英國牛津，出生當天正好是現代科學之父伽利略·伽利萊逝世300年忌日。他的父親弗蘭克與母親伊莎貝爾都就讀於牛津大學，父親主修醫學，母親學習哲學、政治學和經濟學。第二次世界大戰爆發後，弗蘭克在一所醫學研究院的任職研究員，伊莎貝爾在這所研究院找到一份秘書工作，隨後兩人相遇、戀愛、結婚、生子。

弗蘭克於1950年升任為國家醫學研究院寄生蟲學部門主任，在該學術領域享有盛名，全家搬到赫特福德郡的聖奧爾本斯。在那裡，霍金一家被認為是有點古里古怪的高級知識分子，他們很喜歡閱讀書籍，每個人都手不釋卷，甚至在餐飲時間，來訪客人時常會觀察到全家默默地邊吃邊讀書。他們生活很簡樸，住屋雖然很大，但是缺乏維護，交通工具是一輛改裝過的倫敦計程車。

二、霍金的惡疾

霍金患有一種不尋常的早發性、慢發性肌萎縮性脊髓側索硬化症，俗稱漸凍症。由於這種疾病，他的身體在逐漸癱瘓。該疾病開始於霍金在牛津大學讀書的最後一年，在那時，他發現自己動作越來越笨拙，時常不知緣由地摔跤，划船也變得力不從心。有一次，他還從樓梯上摔下來並且頭先著地，造成暫時的記憶力輕微喪失。

在21歲時，醫生診斷其患有肌萎縮性脊髓側索硬化症，只剩兩年可活。但是，隨著兩年光陰飛馳而去，他仍舊活著，很奇妙地，病情的惡化漸漸緩慢下來。

在60年代後期，霍金的身體狀況又開始惡化，行動走路都必須使用拐杖，不再能定期教課。由於霍金逐漸失去寫字能力，他自己發展出一種替代的視覺性方法，他在腦里形成各種不同的心智圖案與心智方程，他可以用這些心智元素來思考物理問題。物理學者維爾納?以色列表示，霍金的思考過程，有如莫扎特只憑藉想像就寫出一整首極具特色的交響樂曲。

霍金不願對惡疾低頭，甚至不願接受任何幫助。他最喜歡被視為是科學家，然後是科普作家，最重要的是，被視為正常人，擁有與其他人相同的慾望、幹勁、夢想與抱負。

霍金的言語功能逐年退步，到了70年代後期，只剩下他的家人或密友能夠聽得懂他的話。 為了與其他人通話，他必須倚賴翻譯。

霍金在1985年拜訪歐洲核子研究組織時感染了嚴重的肺炎，必須使用維生系統。由於病況危急，醫生詢問潔恩是否應該終止維生系統的運行。潔恩的答案是「不」，替代方案是霍金必須接受氣管切開術。這項手術可以幫助他呼吸，但將使他從此再也無法發聲。

霍金不再能講話，必須用特別方法傳達信息，也就是語音合成器。

霍金的健康仍舊在緩慢惡化，2005年，他開始使用臉頰肌肉的運動來控制他的通訊設備，每分鐘大約可以輸出一個字。由於這疾病很可能引起閉鎖症候群，霍金正與神經學專家研發出一套新系統，讓電腦將他的腦波圖樣翻譯為詞句。2009年，他不再能獨立駕駛他的輪椅，他的呼吸越加困難，時常需要使用人工呼吸器，還有幾次嚴重到需要去醫院診療。

三、霍金的成就

霍金的成就很多，其中幾個著名的理論有幾個。

第一，奇性定理。愛因斯坦創立的廣義相對論被科學界公認為最美麗的科學理論。但是霍金和彭羅斯一道證明了廣義相對論是不完備的。他們指出，如果廣義相對論是普遍有效的，而宇宙間的物質分布滿足非常一般的條件，那麼宇宙時空中一定存在一些奇點。在奇點處經典物理的定律失效。人們通常談論的奇點是宇宙產生元初的大爆炸奇點和黑洞中的奇點。愛因斯坦早先否認過奇點的存在，他甚至還寫過論文以論證黑洞(那時還沒有這個生動的稱呼)的不可能性。霍金和彭羅斯的奇性定理表明了對引力的量子化是不可避免的。

第二，黑洞理論。人們知道，在經典引力論的框架里，黑洞只能吞噬物質，而不能吐出物質。黑洞的表面(視界)猶如地獄的入口，是一個有去無返的單向膜。霍金曾經證明視界的面積是非減的。1974年霍金髮表了《黑洞在爆炸嗎？》一文。這是20世紀引力物理在愛因斯坦之後的最偉大論文。在論文中，他把量子理論效應引進了黑洞研究，證明了從黑洞視界附近會蒸發出各種粒子，這種粒子的譜猶如來自黑體的輻射。隨之黑洞質量降低，溫度就會升高，最終導致黑洞的爆炸。在這被稱為霍金輻射的場景中，量子理論、引力理論和統計物理得到了完美的統一。黑洞理論是科學史上非常罕見的例子，它首先在數學形式上被詳盡的研究，後來才在天文學的許多觀測上證實了它的普遍存在。現在，人們的共識是，每個星系的中心都是一顆極其巨大的黑洞。

第三，無邊界宇宙理論。霍金在80年代初，創立了量子宇宙學的無邊界學說。他認為，時空是有限而無界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。宇宙的演化甚至創生都單獨地由物理定律所決定。這樣就把上帝從宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了無所事事的「造物主」，它再也無力去創造奇蹟。亞里士多德、奧古斯丁、牛頓等人曾在宇宙中為上帝杜撰的那個關於「第一推動」的神話，完全是虛幻的。量子宇宙學的主要預言之一是關於宇宙結構的起源。若干年前，宇宙背景輻射探測者對太空背景溫度起伏的觀察證實了這個預言。

四、霍金其人

關於身邊友人和媒體對霍金的評價有不少，我們來看一部分。

霍金的妻子潔恩·懷爾德在霍金接受治療期間曾說，「有些人稱這為決斷，有些人稱這為固執，而我曾經在很多時候稱這為既果斷又固執。」60年代末期，經過不斷勸說，霍金才同意使用輪椅，後來，朋友們都知道他是個危險司機，他時常會肆無忌憚地衝過街路，似乎以為自己擁有優先權。

霍金很受歡迎、很具幽默感，但是由於他的疾病與他治學時的不客氣態度，有些同事選擇與他保持距離。

世界級頂尖雜誌《天文學》對他有這樣的評價：「當20世紀物理學的成就被客觀地承認時，史蒂芬·霍金的成就將被大書特書地載入科學史冊。」

霍金對地球居民提出警告，若外星人來到地球，會如同當年歐洲人哥倫布造訪美洲大陸之後，美洲原生居民消失殆盡一樣，不具足夠對抗力量的地球人不會有好的下場。

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