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物理学家史蒂芬·霍金去世 一代伟人 名垂不朽
2018-03-14
中国教育在线整理
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  据多家外媒报道,著名天体物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)去世,享年76岁。

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  霍金出生于1942年1月8日,是英国物理学家与宇宙学家,生前曾任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。霍金做出过很多重要贡献,最主要的是他与罗杰·彭罗斯共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理,以及他关于黑洞会发射辐射的理论性预测(现称为霍金辐射)。

  霍金患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,病情会随着岁月逐渐愈加严重。生前已多年保持全身瘫痪的状态,不能发声,必须依赖语音合成器来与其他人通话。霍金曾经有过两次婚姻,育有3名子女。

  霍金生前撰写了多本阐述自己理论与一般宇宙论的科普著作,广受大众欢迎。其中《时间简史:从大爆炸到黑洞》曾经破纪录地荣登英国《星期日泰晤士报》的畅销书排行榜共计237周。

  怀着悲痛的心情,我们简单梳理了一代伟人史蒂芬·霍金的成长史,以及霍金对业界的主要贡献等。

  一、霍金的成长

  史蒂芬·霍金1942年1月8日出生于英国牛津,出生当天正好是现代科学之父伽利略·伽利莱逝世300年忌日。他的父亲弗兰克与母亲伊莎贝尔都就读于牛津大学,父亲主修医学,母亲学习哲学、政治学和经济学。第二次世界大战爆发后,弗兰克在一所医学研究院的任职研究员,伊莎贝尔在这所研究院找到一份秘书工作,随后两人相遇、恋爱、结婚、生子。

  弗兰克于1950年升任为国家医学研究院寄生虫学部门主任,在该学术领域享有盛名,全家搬到赫特福德郡的圣奥尔本斯。在那里,霍金一家被认为是有点古里古怪的高级知识分子,他们很喜欢阅读书籍,每个人都手不释卷,甚至在餐饮时间,来访客人时常会观察到全家默默地边吃边读书。他们生活很简朴,住屋虽然很大,但是缺乏维护,交通工具是一辆改装过的伦敦计程车。

  二、霍金的恶疾

  霍金患有一种不寻常的早发性、慢发性肌萎缩性脊髓侧索硬化症,俗称渐冻症。由于这种疾病,他的身体在逐渐瘫痪。该疾病开始于霍金在牛津大学读书的最后一年,在那时,他发现自己动作越来越笨拙,时常不知缘由地摔跤,划船也变得力不从心。有一次,他还从楼梯上摔下来并且头先着地,造成暂时的记忆力轻微丧失。

  在21岁时,医生诊断其患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,只剩两年可活。但是,随着两年光阴飞驰而去,他仍旧活着,很奇妙地,病情的恶化渐渐缓慢下来。

  在60年代后期,霍金的身体状况又开始恶化,行动走路都必须使用拐杖,不再能定期教课。由于霍金逐渐失去写字能力,他自己发展出一种替代的视觉性方法,他在脑里形成各种不同的心智图案与心智方程,他可以用这些心智元素来思考物理问题。物理学者维尔纳?以色列表示,霍金的思考过程,有如莫扎特只凭借想象就写出一整首极具特色的交响乐曲。

  霍金不愿对恶疾低头,甚至不愿接受任何帮助。他最喜欢被视为是科学家,然后是科普作家,最重要的是,被视为正常人,拥有与其他人相同的欲望、干劲、梦想与抱负。

  霍金的言语功能逐年退步,到了70年代后期,只剩下他的家人或密友能够听得懂他的话。 为了与其他人通话,他必须倚赖翻译。

  霍金在1985年拜访欧洲核子研究组织时感染了严重的肺炎,必须使用维生系统。由于病况危急,医生询问洁恩是否应该终止维生系统的运行。洁恩的答案是“不”,替代方案是霍金必须接受气管切开术。这项手术可以帮助他呼吸,但将使他从此再也无法发声。

  霍金不再能讲话,必须用特别方法传达信息,也就是语音合成器。

  霍金的健康仍旧在缓慢恶化,2005年,他开始使用脸颊肌肉的运动来控制他的通讯设备,每分钟大约可以输出一个字。由于这疾病很可能引起闭锁症候群,霍金正与神经学专家研发出一套新系统,让电脑将他的脑波图样翻译为词句。2009年,他不再能独立驾驶他的轮椅,他的呼吸越加困难,时常需要使用人工呼吸器,还有几次严重到需要去医院诊疗。

  三、霍金的成就

  霍金的成就很多,其中几个著名的理论有几个。

  第一,奇性定理。爱因斯坦创立的广义相对论被科学界公认为最美丽的科学理论。但是霍金和彭罗斯一道证明了广义相对论是不完备的。他们指出,如果广义相对论是普遍有效的,而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件,那么宇宙时空中一定存在一些奇点。在奇点处经典物理的定律失效。人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。爱因斯坦早先否认过奇点的存在,他甚至还写过论文以论证黑洞(那时还没有这个生动的称呼)的不可能性。霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。

  第二,黑洞理论。人们知道,在经典引力论的框架里,黑洞只能吞噬物质,而不能吐出物质。黑洞的表面(视界)犹如地狱的入口,是一个有去无返的单向膜。霍金曾经证明视界的面积是非减的。1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗?》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。在论文中,他把量子理论效应引进了黑洞研究,证明了从黑洞视界附近会蒸发出各种粒子,这种粒子的谱犹如来自黑体的辐射。随之黑洞质量降低,温度就会升高,最终导致黑洞的爆炸。在这被称为霍金辐射的场景中,量子理论、引力理论和统计物理得到了完美的统一。黑洞理论是科学史上非常罕见的例子,它首先在数学形式上被详尽的研究,后来才在天文学的许多观测上证实了它的普遍存在。现在,人们的共识是,每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞。

  第三,无边界宇宙理论。霍金在80年代初,创立了量子宇宙学的无边界学说。他认为,时空是有限而无界的,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时的第一推动。宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。这样就把上帝从宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了无所事事的“造物主”,它再也无力去创造奇迹。亚里士多德、奥古斯丁、牛顿等人曾在宇宙中为上帝杜撰的那个关于“第一推动”的神话,完全是虚幻的。量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源。若干年前,宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了这个预言。

  四、霍金其人

  关于身边友人和媒体对霍金的评价有不少,我们来看一部分。

  霍金的妻子洁恩·怀尔德在霍金接受治疗期间曾说,“有些人称这为决断,有些人称这为固执,而我曾经在很多时候称这为既果断又固执。”60年代末期,经过不断劝说,霍金才同意使用轮椅,后来,朋友们都知道他是个危险司机,他时常会肆无忌惮地冲过街路,似乎以为自己拥有优先权。

  霍金很受欢迎、很具幽默感,但是由于他的疾病与他治学时的不客气态度,有些同事选择与他保持距离。

  世界级顶尖杂志《天文学》对他有这样的评价:“当20世纪物理学的成就被客观地承认时,史蒂芬·霍金的成就将被大书特书地载入科学史册。”

  霍金对地球居民提出警告,若外星人来到地球,会如同当年欧洲人哥伦布造访美洲大陆之后,美洲原生居民消失殆尽一样,不具足够对抗力量的地球人不会有好的下场。

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