致敬霍金：探索宇宙永不止步

明天，就是著名物理學家斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）去世一周年的日子。

偉人去世，常被稱作「大星殞落」。霍金故去，用這個詞更顯貼切，畢竟他的老本行，就是研究天體。

哲學家羅素曾說，對愛情的渴望，對知識的追求，對人類苦難不可遏制的同情，是支配他一生的三大動力。與之類似，大半生在輪椅上度過的霍金，能取得今天的成就，也有三大動力：小強的意志力，頑童的好奇心，哲人的幽默感。

憑著這「三板斧」，霍金身在輪椅，心念宇宙，一次又一次，將人類的目光引向茫茫太空。現在，地球少了一個能夠看見宇宙的人，但他的探索精神，永遠激勵著人們插上思想的翅膀，仰望星空，遨遊宇宙。

斯蒂芬·威廉·霍金

「宇宙是無邊界的」

宇宙是什麼？起源於哪裡？終結於何處？這個問題被人類思考了幾千年。上世紀以來，大爆炸宇宙論逐漸被人們熟知並接受，被視為標準的宇宙模型，但「奇點疑難」成為了早期研究中最大的難題，即在大爆炸的奇點處，由於宇宙的密度無限大，根據廣義相對論，時空的曲率也就無限大，因而根本沒有可以為大爆炸提供場所的地方。

上世紀七十年代，霍金與彭羅斯一道證明了著名的奇性定理，即在極一般的條件下，按照廣義相對論，宇宙大爆炸必然從一個奇點開始。這一工作使他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理學獎。然而這個奇點是一個密度無限大、時空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的「點」，一切已知物理定律均在奇點失效，包括通常用來研究宇宙的廣義相對論、萬有引力理論。奇性定理也表明，廣義相對論是不完備的，它無法告訴我們宇宙是如何開始的。

2008年，霍金在NASA 50周年紀念會上發表演說

面對「奇點疑難」，霍金認為宇宙初始階段由於極其微小從而需要考慮量子效應。1983年霍金和哈特發通過綜合廣義相對論與量子力學知識，發表了《宇宙的波函數》論文，開創了量子宇宙學的研究。他們創造性地建立了量子宇宙「微超空間模型」，引入「虛時間」的概念，正式提出「無邊界宇宙」設想，即「宇宙的邊界條件就是沒有邊界」。在霍金提出這個宇宙模型之後，幾乎所有的量子宇宙學的研究都是圍繞這個模型展開的。1992年宇宙背景探險者衛星(COBE)首次檢測到微波背景因方向的不同有非常微小的變化，與無邊界宇宙模型的預測相符合，表明霍金的宇宙模型具有一定的有效性。

「霍金輻射」，黑洞也會蒸發？

黑洞是一種由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡後發生引力坍縮產生的特殊天體。該類天體質量極其巨大，而體積卻十分微小，它產生的引力場極為強勁，以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界（黑洞邊界）內便再無法逃脫，即使目前已知的傳播速度最快的光（電磁波）也逃逸不出。

1970年，霍金提出了黑洞力學第二定律，即黑洞面積定理：黑洞的表面積絕不會隨著時間的進程而減小。黑洞面積定理表明一個孤立黑洞可以保持恆定的表面積，而實際黑洞的表面積會隨著對物質和輻射的捕獲而不斷增大。如果兩個黑洞碰撞合併成一個黑洞，這個新黑洞的面積會大於原來那兩個黑洞面積之和。隨著黑洞面積定理的提出，1972年在普林斯頓大學攻讀研究生的柏肯斯坦據此定律提出事件視界(黑洞邊界)的面積即是黑洞熵的量度的猜想：認為黑洞必然發出輻射。霍金於1973年開始把量子力學的虛粒子概念引到他的理論中來，用以解釋論證黑洞輻射的現象，並在此基礎上進一步提出了黑洞的輻射理論，即霍金輻射。這一理論的提出，使人們對黑洞的認識產生了一次新飛躍。由於霍金輻射產生的黑洞蒸發，最終將使超微黑洞由於自身過熱而爆炸，從黑洞中輻射出來的粒子和能量會以其他形式參與到物質循環中去。

2015年3月，霍金與牛頓大學圖書館管理員理查德·奧文登（左）和博物學家大衛·阿滕伯勒（右）一起出席了牛津韋斯頓圖書館的開幕儀式。奧文登在頒獎典禮上向霍金和阿滕伯勒頒發了博德利獎章。

「人類掉進黑洞或可逃至另一宇宙」

很久以來，一個悖論困擾著研究黑洞的科學家，那就是「黑洞信息悖論」：由於黑洞並非永恆存在，它最終會消失。這樣一來，最初形成這個黑洞的大質量恆星所包含的信息似乎在這一過程中也就隨之消失了。但是在量子物理學中信息是不可丟失的，信息是守恆的，那麼進入黑洞的信息去了哪裡？

霍金在黑洞的研究中提出，黑洞並非會摧毀一切，而可能是前往一個平行宇宙的通道。他認為信息並不像人們想的那樣被存儲在黑洞內部，而是在事件視界（黑洞邊界），進入黑洞的粒子信息停留在邊界上，當這些粒子通過霍金輻射的方式從黑洞出來時，便把這些邊界上的部分信息順便帶了出來並進行保存。他在一次講座中講道：「如果你發現自己掉進了一個黑洞，先別放棄，還是有辦法逃出去的。但這裡有一個前提，那就是這個黑洞必須足夠大。而如果這個黑洞在旋轉，那麼它就可能擁有通往另一個宇宙的可能。」這便是我們在科幻小說中經常看到的「蟲洞」理論。即便你掉進了一個黑洞也不用太過擔心，因為你或許會跳進另外一個宇宙！

霍金體驗零重力飛行

「AI或終結人類文明」

2017年全球移動互聯網大會(GMIC)上，霍金做了《讓人工智慧造福人類及其賴以生存的家園》主題演講。在演講中，霍金表示，人工智慧崛起要麼是人類最好的事情，要麼就是最糟糕的事情——可能是人類文明的終結。

人工智慧從上世紀上半葉誕生後一直曲折前行，直至2016年AlphaGo戰勝了世界頂級圍棋高手李世石，猶如一枚「重磅炸彈」震驚了全世界。隨後發展更是一發不可收拾，圖像分類識別、自動駕駛、機器翻譯、步態運動和問答系統等等，在不經意間，人工智慧已經悄無聲息地滲透到我們生活中的方方面面。

霍金多次表示，「徹底開發人工智慧可能導致人類滅亡」。霍金認為人工智慧的崛起對人類與日俱增的影響是社會最深刻的變化，其發展趨勢是不可阻擋的，從短期看，例如無人駕駛、致命性智能自主武器、隱私等是短期的擔憂，但人工智慧系統失控的潛在風險才是長期的憂慮。人工智慧的成功有可能是人類文明史上最大的事件，但人工智慧也有可能是人類文明史的終結，除非人類學會如何避免危險。霍金曾講道，「我們只需要意識到這些危險，找到它們，採取儘可能好的做法和管理手段，提前為其後果做好準備。」

霍金在斯德哥爾摩海濱會議中心舉行公開演講

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如今，霍金已長眠於倫敦的威斯敏斯特大教堂，在這裡還有牛頓、達爾文等著名的科學巨匠。霍金的一生極不平凡，命運多舛而璀璨勵志，即使身患肌萎縮症，骨瘦如柴，全身幾乎不能動彈，也不能說話，但他從未向命運低頭。禁錮的輪椅、萎縮的肢體並不能限制他奔騰而自由的思想，在他的身上始終有一顆激情的心臟在搏動，有一個超人智慧的頭腦在思考。

有一次霍金演講結束後，一位女記者衝到演講台前問到：「病魔已將您永遠固定在輪椅上，你不認為命運讓你失去太多了嗎？」

霍金的臉上充滿了笑意，用他還能活動的三根手指，艱難地叩擊鍵盤後，顯示屏上出現了四段文字：「我的手指還能活動；我的大腦還能思維；我有終生追求的理想；我有愛我和我愛的親人和朋友」。之後他又艱難地打出了第五句話：「對了，我還有一顆感恩的心！」

不埋怨生活給的種種困擾。對生活永遠持有樂觀和幽默的態度，也許奇蹟的發生就是這麼簡單。

致敬，霍金。

來源：太空夢想，有刪減，轉載旨在分享，如有侵權請聯繫刪除

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