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斯蒂芬·威廉·霍金

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斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日-),英國著名物理學家和宇宙學家,被譽為繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家。肌肉萎縮性側索硬化症患者,全身癱瘓,不能發音。

1 斯蒂芬·威廉·霍金 -簡介

斯蒂芬·威廉·霍金霍金(查看全部圖片)

斯蒂芬·霍金,英國物理學家。研究領域主要是宇宙論和黑洞,證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,提出了黑洞蒸發現象和無邊界的霍金宇宙模型,在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面走出了重要一步。

霍金著有《時間簡史》(1988年)、《果殼中的宇宙》等科普著作,均被翻譯為多種語言出版,是全球最暢銷的科普著作之一。

2 斯蒂芬·威廉·霍金 -經歷

早期

斯蒂芬·霍金(左)小時侯和他的妹妹瑪麗斯蒂芬·霍金(左)小時侯和他的妹妹瑪麗

霍金1942年出生於英國牛津,父親法蘭克是畢業於牛津大學的熱帶病專家,母親伊莎貝爾1930年代於牛津研究哲學、政治和經濟。

1942年1月,納粹德軍轟炸英格蘭,倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲,迫使霍金一家搬離海格特的家園,遷到牛津避難。他們在霍金誕生后又回到了倫敦。

童年時的霍金,學業成績並不突出,但喜歡設計極為複雜的玩具,據說他們曾做出一台簡單的電腦。

1959年,17歲的霍金入讀牛津大學的大學學院攻讀自然科學,獲一等榮譽學位,隨後轉讀劍橋大學研究宇宙學。

1963年被診斷患有肌肉萎縮症,即運動神經病,當時醫生診斷他只能活兩年,但他活下來了。不過,他在往後數十年間,便逐漸全身癱瘓並失去了說話能力。

霍金曾澄清自己當時並無酗酒,只感到自己有「悲劇性格」,並使自己沉醉於瓦格納的音樂里。直至他遇上了首任妻子簡·王爾德(JaneWilde),兩人結婚後育有3名子女。23歲時,他取得了博士學位,留在劍橋大學進行研究工作。

學術之路

12歲時在他聖奧爾本斯家的花園裡,1962年在他牛津大學畢業典禮上12歲時在他聖奧爾本斯家的花園裡,1962年在他牛津大學畢業典禮上

就在霍金攻讀博士學位前後,倫敦伯碧克學院教授羅傑·彭羅斯在1960年代初開始發展奇點理論,引起劍橋大學的研究小組注意,霍金聽畢彭羅斯的研究后,回程途中向他的老師說:「不知道如果把彭羅斯的奇點理論,運用到整個宇宙會得到什麼結果?」

1970年代初,霍金與彭羅斯合作發表論文,指出如果廣義相對論是正確,宇宙大爆炸前必然有奇點存在,成為首篇重要文章。

他結合了量子力學及廣義相對論,於1974年3月1日,在《自然》提出黑洞發出一種能量,最終導致黑洞蒸發,該能量被命名為霍金輻射,引起全球物理學家重視。

1983年,霍金和吉姆·和特勒(Jim Hurtle)進一步提出「宇宙無邊界」(No Boundary Proposal),改變了當時科學家對宇宙的看法。

大眾明星

1965年他與簡·王爾德結婚1965年他與簡·王爾德結婚

1988年,霍金的科普著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》發行,從研究黑洞出發,探索了宇宙的起源和歸宿,該書被譯成40餘種文字,出版逾1000餘萬冊。

2001年10月又一部作品《果殼中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)出版發行。該書是《時間簡史》的姐妹篇,以相對簡化的手法及大量圖解,訴說宇宙起源。

2006年,他在香港透露正與女兒合撰一套類似《哈利波特》,但主題是理論物理學而非魔法的小說。

霍金在「星艦奇航記」中的電視系列劇「銀河飛龍」飾演過自己,與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌;他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中「演出」,拯救劇中的女孩。其形象也在卡通片《飛出個未來》中的一集里出現。卡通片《居家男人》中則有與其類似的角色(Steve)對其進行了滑稽的模仿。

殘障

斯蒂芬·霍金除了四肢不能移動,19世紀80年代他因肺炎而接受手術后,又失去了說話能力,但憑一張高科技輪椅,他仍可能利用合成語音來交流、通電話,以及寫下一條條艱深方程式。據說霍金正嘗試一套新系統,讓電腦直接閱讀他腦內的信息,做到「我想什麼就寫出什麼」。

電腦由英特爾量身打造;語音系統於19世紀80年代由美國公司Words-Plus撰寫,該公司為了使霍金可以使用新的 windos XP系統,特意為他重寫整套程序。

3 斯蒂芬·威廉·霍金 -感情生活

1990年,霍金與前妻珍(Jane)離婚,1995年迎娶私人看護伊萊恩。

2004年初,英國有媒體指霍金遭到第二任妻子虐打,消息鬨動全球。

2006年10月19日,64歲的斯蒂芬·霍金正在與第二任妻子伊萊恩辦理離婚手續,他們已經共同生活了11年。

4 斯蒂芬·威廉·霍金 -宇宙論

斯蒂芬·威廉·霍金黑洞

自1970年代,霍金先後與不同學者,提出多項學說,改變人類對宇宙誕生的看法。其中由他與另一名學者彭羅斯(RogerPenrose)合著的奇點定理,提出時間及宇宙是有起點和終點,肯定了同時代其他人開創的宇宙大爆炸學說,推翻古典物理學有關時空是永恆存在的學說;按照該項定理,他進一步提出具有革命意義的「宇宙無邊論」(NoBoundaryProposal),該論說指出,在擴張中的宇宙外,並沒有任何人類認知的「空間」存在。

在黑洞研究上,他亦提出多重創見,認為黑洞並非完全漆黑一片,相反,黑洞會發出一種輻射(後來被稱為霍金輻射),這種輻射(能量)以極緩慢的速度離開黑洞后,亦即意味黑洞能量會耗盡,造成黑洞蒸發現象。

學說背景

在古典物理學中,一般相信時間和空間,是一個獨立於自然界的概念,可以永久存在,但1915年,愛因斯坦發表廣義相對論中提出,時間和空間並非絕對,不再是獨立於事件的背景,人類對時間的看法出現革命性的轉變。

1920年代,埃德溫·哈勃利用100英寸的望遠鏡觀天時,發現恆星並非均勻分佈於整個空間,而是聚集在稱為星系的集團之中。他同時發現幾乎所有星系,都出現紅移現象,即它們即飛離我們,而星系離開我們越遠,飛離的速度亦越快。這項發現帶來新的問題:在更早的時候,所有星系是否離我們更近,甚至有一個宇宙的開端。

當時科學家曾嘗試解釋這種現象。1948年英國學者邦迪、高爾德和霍伊爾提出的穩恆態理論,提出宇宙會穿梭於擴張和收縮兩種狀態,但並沒有開端;俄國學者利弗席茲和哈拉尼科夫則提出,物質若沒有嚴格對稱的收縮,最終會引起反彈,而密度保持有限,這亦避免了宇宙有開端的說法。這理論提出時,霍金當時21歲,正在攻讀博士學位。

奇點定理

1995年斯蒂芬·霍金和伊萊恩·梅森的結婚典禮1995年斯蒂芬·霍金和伊萊恩·梅森的結婚典禮

霍金當時並不相信這些學者的證明,於是聯同當時已研究奇點的彭羅斯發展一套數學公式,證明宇宙不能反彈。該學說認為,如果廣義相對論正確,宇宙起源將在存在一個奇點。當時,奇點一般被視作黑洞的中心,內里有密度無限強、引力無限重、時空曲率無限大,霍金當時設想,若重新走回宇宙誕生之時,全部物質聚成一點,這亦即為奇點。

1965年10月,人類發現一種散佈於空間的的微波背景輻射。這些能量極度微弱,能量值遠低於一台微波爐,但科學家發現,要合理解釋這種輻射,宇宙早期必定非常熱,隨著宇宙膨脹,輻射持續冷卻,最終才會有出現微波背景。這一學說,進一步確認宇宙早期曾經出現大爆炸。

不過,霍金因應廣義相對論,雖然解釋了宇宙源自一個「奇點」,這些定理未能說明宇宙如何開始。霍金認為,這代表廣義相對論在「奇點」中失效,該理論只能預測宇宙如何演化,未能預言它如何起始,霍金於是試圖合併量子理論及廣義相對論,期望能解釋整個宇宙從誕生、以至演化的過程。

簡而言之,廣義相對論是處理極大的物理現象,而量子力學則處理極小尺度的結構。直至今日,科學家相信,若有人成功合併兩套理論,則有可能成為一套更具一般性的理論,解釋空間中任何物理現象,這亦即物理學界一直追求的所謂大一統理論。霍金至今仍未能發展出這套理論,但科學界一般認為他的研究,為人類邁向大一統理論踏出重要一步。

黑洞蒸發

1970年中以前,科學家一直相信黑洞只會吸進物質,四周「漆黑」一片,當吸引更多物質時,黑洞的質量亦隨之上升,霍金另一創見是指出,黑洞不是真的很黑(BlackHoleain'tsoblack),而且黑洞內存在溫度。有溫度的物質自然會釋放輻射,由於輻射是一種能量,黑洞最終因耗盡能量而消失,即所謂「黑洞蒸發論」。

霍金這次發現,拜量子力學所賜。過去科學家以為黑洞內的「真空狀態」,代表內里沒有任何物質,但霍金約1974~1976年指出,如果量子力學正確,人類從極度微觀中觀看宇宙的「真空」時,會發現一對對的光子不斷產生,但能量在真空中無法保持固定值,令這些成相成對的光子不斷搖晃,最終消滅。他相信,當黑洞質量越少,釋放光子的速度越快,加速黑洞的消失。

這種從黑洞中釋出的能量,被稱為霍金輻射,但由於這種輻射極其微弱,科學界至今雖然公認它在理論上可行,仍未能從觀察中發現它的存在。這亦說明,即使霍金輻射是真實存在,但其能量過弱,意味黑洞要經過極長時間后,才能耗盡能量,造成蒸發。

應用性未確立:若比照相對論及霍金的學說,前者對重力及能量的描述,為人類帶來核電、核彈,但霍金的宇宙論,仍未能直接應用於現代科技。霍金亦曾自言,雖然近年宇宙論有長足發展,但仍有多個宇宙謎團並未解開:「我們觀察到,宇宙的膨脹在長期的變緩之後,再次加速。對此理論還不能理解清楚。缺乏這種理解,對宇宙的未來還無法確定。它會繼續地無限地膨脹下去嗎?暴脹是一個自然定律嗎?或者宇宙最終會再次坍縮嗎?新的觀測結果,理論的進步正迅速湧來。」

學術賭注

霍金除了喜愛看脫衣舞表演(據說是為了研究),他亦喜歡就一些科學命題,與其他學者開賭,一時成為科學界美談。

斯蒂芬·威廉·霍金天鵝座X-1

黑洞是否存在?

窮一生精力研究黑洞的霍金,曾擔心黑洞可能只是理論上的概念,現實中根本不存在。他為免到時自己變得一無所有,1975年他與另一名物理學家索恩(KipThorne)開賭:究竟黑洞是否存在。

為了進行「對沖」,霍金押注黑洞不存在。如果他「不幸」贏了,霍金雖然一生心血被毀,但索恩要向他贈上專門踼爆英國皇室醜聞的《PrivateEye》雜誌4年訂閱,如果霍金「幸運」輸了,他就要向索恩送贈色情雜誌《Penthouse》的一年贈閱。

霍金在《時間簡史》(1988年)曾說:「當我們1975年打賭時,我們80%肯定天鵝座X-1是黑洞,現在我會說有95%肯定,但這場賭局仍未有結果。」

裸奇點是否存在?

1991年,霍金又要求開賭,今次索恩與他站在同一陣線,對賭一方是物理學家裴士基(JohnPreskill)。當時的命題是,奇點應該被黑洞圍繞,但沒有被黑洞包圍的「裸奇點」(nakedsingularities)是否存在。

霍金與索恩押註:裸奇點並不存在,隨即與裴士基立下賭據,誰輸了要向對方送上一件用來「遮蔽裸體」的T恤衫,寫上適當的服輸字眼。霍金於1997年修正他的理論,指出裸點有可能存在。

信息會否在黑洞消失?

霍金在裸奇點的賭局輸了,但這位好賭成癮的物理學家即時要求再開賭。物理學家相信所有信息一經出現,雖然會改變成不同形態,但本質上會「永恆」存在。

霍金及索恩當時指出,任何物質掉進黑洞后將會消失,黑洞中產生的輻射是「全新製造」的,與掉進黑洞中的物質無關;這一項命題,違反了量子力學,若命題正確,量子力學或要重寫。裴士基反駁這項命題,雙方於是開賭。

2004年,霍金出席研究會時,承認賭輸了,要向對方賠上棒球百科全書《TotalBaseball:theUltimateBaseballEncyclopedia》。勝出的裴士基親身在學術會議上,高舉這本著作,霍金在台上只顧著笑。被問到為何挑選這套百科全書做戰利品時,裴士基事後說:「這本書重得像黑洞,亦要更長時間才可以趕走書中的資料,有如黑洞一樣。」

5 斯蒂芬·威廉·霍金 -作品

斯蒂芬·威廉·霍金時間簡史Abriefer Historyof Time時間簡史Abriefer Historyof Time
科普作品

1988年:《時間簡史》(AbriefHistoryofTime)          

1993年:《黑洞、嬰兒宇宙及其他》(BlackHolesandBabyUniversesandOtherEssays)

2005年:《時間簡史(普及版)》(AbrieferHistoryofTime)

2001年:《果實中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)

2002年:《在巨人的肩膊上》

2010年:《大設計》(The Grand Design)

論文 The Large Scale Structure of Spacetime with George Ellis
The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Roger Penrose), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 (hardback), ISBN 0-521-65538-2 (paperback), Canto edition: ISBN 0-521-78572-3

6 斯蒂芬·威廉·霍金 -獲獎

1974年當選為皇家學會最年輕的會員,

1974至1975年成為美國加利福尼亞理工學院費爾柴爾德講座功勛學者。

1978年霍金榮獲世界理論物理研究的最高獎阿爾伯特·愛因斯坦獎。

1988年獲沃爾夫物理學獎。

1989年獲得英國爵士榮譽稱號

英國皇家學會學員和美國科學院外籍院士

倫敦皇家天文學會的埃丁頓勳章 

梵蒂岡教皇科學學會十一世勳章 

霍普金斯獎

美國丹尼歐海涅曼獎

馬克斯韋獎

英國皇家學會的休斯勳章

2009年8月12日 獲得自由勳章  

2010年11月15日,在中國最賺錢的外國作家富豪榜出爐,本榜單是2000年至今外國作家在中國大陸地區的版稅總收入 ,以660萬元的年版稅收入排名第七。

7 斯蒂芬·威廉·霍金 -語錄

1.「永恆是很長的時間,特別是對盡頭而言。」
2. 「通觀整個科學史,人們已漸漸明白,事件不會以隨意的方式發生——它們反映了某些基本的秩序,這可能是——也可能不是——有神力相助的。」 
3.「如果生活沒有了樂趣,那將是一場悲劇。」
4.「為了合理的展示這張圖標,我真的需要一個四維的屏幕。然而,由於政府的削減,我只能想方設法提供一個二維的屏幕。」
5.「在我21歲時,我的期望值變成了零。自那以後,一切都變成了額外津貼。」
6.「有人告訴我說我載入書中的每個等式都會讓銷量減半。然而,我還是把一個等式寫進書中--愛因斯坦最有名的那個,E=mc2 。但願這不會嚇跑我一半的潛在讀者。」
7.當被問及其電子擬音器的美國口音時,霍金回應到:「我發現美國和斯堪的納維亞口音對女人尤其管用」。
8.「我的目標很簡單,就是把宇宙整個明白--它為何如此,它為何存在。」
9.「我注意過,即便是那些聲稱一切都是命中注定的而且我們無力改變的人,在過馬路之前都會左右看。」
10.「愛因斯坦錯了--他說『上帝不玩色子』。對黑洞的研究表明,上帝不光玩色子,甚至有時候他會把我們弄糊塗,因為他把它們丟到了看不見的地方。」
11.當你面臨著夭折的可能性,你就會意識到,生命是寶貴的,你有大量的事情要做。 
12.是先有雞,還是先有雞蛋? 
13.宇宙有開端嗎?如果有的話,在此之前發生過什麼? 
14.宇宙從何處來,又往何處去? 
15.活著就有希望。 
16.時間有沒有盡頭?
17.我注意過,即使是那些聲稱「一切都是命中注定的,而且我們無力改變」的人,在過馬路前都會左右看。
18.科學家和娼妓都是做他們喜歡的事賺錢。
19.一個人如果身體有了殘疾,絕不能讓心靈也有殘疾。
20.生活是不公平的,不管你的境遇如何,你只能全力以赴。

8 斯蒂芬·威廉·霍金 -軼事

招助理要求懂電腦能演講 

2011年12月31日,斯蒂芬·霍金個人網站發布消息稱,霍金擬招聘一名技術助理,而非研究物理的博士生或博士后,是一個純粹的技術崗位,要求懂計算機和電子學,能夠幫助他公開演講,處理媒體和公眾問題。

受聘者將於2012年2月20日至27日開始工作,年薪預計為2.5萬英鎊,確切薪資將在稍後確定。

2012倫敦殘奧會亮相

在2012倫敦殘奧會開幕式上。世界著名物理學家史蒂芬·霍金教授作為嘉賓開啟了表演。

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