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史蒂芬·威廉·霍金

霍金

史蒂芬·威廉·霍金,CH,CBE,FRS,FRSA(英语:Stephen William Hawking,1942年1月8日-),英国著名物理学家,被誉为继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。肌肉萎缩性侧索硬化症患者,全身瘫痪,不能发音。

霍金的研究领域主要是宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步。霍金著有《时间简史》(1988年)、《果壳中的宇宙》等科普著作,均被翻译为多种语言出版,是全球最畅销的科普著作之一。

斯蒂芬·威廉·霍金,英国剑桥大学应用数学及理论物理学系教授,当代最重要的广义相对论和宇宙论家,是当今享有国际盛誉的伟人之一,被称为在世的最伟大的科学家,还被称为“宇宙之王”。70年代他与彭罗斯一起证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。他还证明了黑洞的面积定理,即随着时间的增加黑洞的面积不减。这很自然使人将黑洞的面积和热力学的熵联系在一起。

Stephen Hawking at NASA, 1980s.

 

生平

 

早期

 

霍金1942年出生于英国牛津,出生当天正好是伽利略逝世300年忌日,父亲法兰克是毕业于牛津大学的热带病专家,母亲伊莎贝尔1930年代于牛津研究哲学、政治和经济。

1942年1月,纳粹德军轰炸英格兰,伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭。这迫使霍金一家搬离海格特的家园,迁到牛津避难。他们在霍金诞生后又回到了伦敦。童年时的霍金,学业成绩并不突出,但喜欢设计极为复杂的玩具,据说他曾做出一台简单的电脑。

1959年,17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科学,自称用了很少时间而得到一等荣誉学位,随后转读剑桥大学研究宇宙学,1963年被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症,即运动神经病,当时医生诊断他只能活两年,他虽然活下来,但在往后数十年逐渐全身瘫痪并失去了说话能力。

霍金曾澄清自己当时并无酗酒,只感到自己有“悲剧性格”,并使自己沉醉于瓦格纳的音乐里。直至他遇上了首任妻子珍•王尔德(Jane Wilde),两人结婚后育有3名子女。23岁时,他取得了博士学位,留在剑桥大学进行研究工作。

2007年4月,霍金在飞机上体验零重力.

 

学术之路

 

就在霍金攻读博士学位前后,伦敦伯碧克大学(Birkbeck College)教授罗杰•彭罗斯在1960年代初开始发展奇点理论,引起剑桥大学的研究小组注意,霍金听毕彭罗斯的研究后,回程途中向他的老师说:“不知道如果把彭罗斯的奇点理论,运用到整个宇宙会得到什么结果?”

1970年代初,霍金与彭罗斯合作发表论文,指出如果广义相对论是正确,宇宙大爆炸前必然有奇点存在,成为首篇重要文章,随后成为少数认真看待黑洞的学者,他结合了量子力学及广义相对论,于1974年3月1日,霍金在《自然》提出黑洞发出一种能量,最终导致黑洞蒸发,该能量被命名为霍金辐射,引起全球物理学家重视。霍金的新发现,被认为是多年来理论物理学最重要的进展。该论文被称为“物理学史上最深刻的论文之一”。

这数年的研究,令他迅速斐声学术界。1975至1976年间,先后获得伦敦皇家天文学会的埃丁顿勋章、梵蒂冈教皇科学学会十一世勋章、霍普金斯奖、 美国丹尼欧海涅曼奖、马克斯韦奖和英国皇家学会的休斯勋章,1978年再获阿尔伯特•爱因斯坦奖。自1979年他被聘用为剑桥大学应用数学和理论物理学院的卢卡斯教授(Lucasian Professor),牛顿于1663年亦曾出任这荣誉职位。2006年11月底更获英国皇家学会颁授科普利奖章(Copley Medal),与爱因斯坦及达尔文齐名。

1983年,霍金和吉姆•和特勒(Jim Hurtle)进一步提出“宇宙无边界”(No Boundary Proposal),改变了当时科学家对宇宙的看法。

Hawking in Cambridge.

 

大众明星

 

1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,该书被译成40余种语言,出版逾1000余万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”(Unread Bestseller),有学者曾指这种书之所以仍可以如此畅销,是因为书本尝试解答过去只有神学才能触及的题材:时间有没有开端,空间有没有边界。2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)出版发行。该书是《时间简史》的姐妹篇,以相对简化的手法及大量图解,诉说宇宙起源。2006年,他在香港透露正与女儿合撰一套类似《哈利波特》,但主题是理论物理学而非魔法的小说:《乔治通往宇宙的秘密钥匙》

霍金亦试图通过通俗演讲,将自己的思想与整个世界交流,除了常在英国及美国发表演说,他90年代曾两次到访日本,2002年8月曾到访杭州发表《膜的新奇世界》(Brane New World),2006年6月在香港科技大学发表《宇宙的起源》时,轰动一时,被戏称受到“摇滚巨星”级的接待。霍金的声望,令他多次获邀到外地演说,常获国家元首接见。

霍金曾指,大众会好奇一位残障人士,为何会想到这么多宇宙论,令他成了大众媒体的宠儿。事实上,他在“星舰奇航记”中的电视系列剧“银河飞龙”饰演过自己,与爱因斯坦及牛顿一起打桥牌;他亦曾在美国卡通片《辛普森一家》中演出,拯救剧中的女孩。

Hawking on 5 May 2006.

 

残障及高科技轮椅

 

近乎全身瘫痪的霍金,除了四肢不能移动,1980年代他因肺炎而接受手术后,亦失去说话能力,但凭一张高科技轮椅,他仍可能发音合成语音、通电话,以及写下一条条艰深方程式。据报霍金正尝试一套新系统,让电脑直接阅读他脑内的讯息,做到“我脑写我口”。

他说话时,会先抽动右面颊肌肉,当眼镜上的红外线感应器收到讯息后,电脑就会自动打字。霍金每抽动一下,浮标即可选定目标。电脑由英特尔量身订造;语音系统于1980年代中由美国公司Words-Plus撰写,该公司为令霍金可以使用新的WindowsXP系统,特意为他重写整套程式。当霍金突然发笑,面颊肌肉抽动太大,屏幕便会出现一堆垃圾字。

Hawking with String theorists David Gross and Edward Witten 2001.

• 电脑:由英特尔为霍金量身订造的手提电脑,内置Pentium M1.5GHz中央处理器,并具有无线宽带上网功能。在没有无线上网网络的地方,则可透过诺基亚电话上网卡,直拨剑桥大学的系统

• 发音:霍金使用Words-Plus公司开发的Equalizer发音程式,发音时有点像电子字典,带有美国口音(又有人说像北欧口音),他2006年在香港访问时说道:“原本系统仍有法国口音的英文,但要是用了这套口音,恐怕太太要跟他离婚。”

• 电话:有无线电话系统,可直接用电脑拨出或收线

• 万能遥控:轮椅备万用红外线遥控器,可控制电视、录影机、听音乐、锁门、开关灯

• 储存:霍金习惯将所有演讲、论文储入记忆碟内,理论上任何说话亦可加以储存

• 电源:电池藏于轮椅之下,可同时支援轮椅及电脑运作

• 打字:霍金眼镜右上方装了红外线发放及侦测器,只要他移动眼球,红外线侦测到可从屏幕选出基本字母,再在屏幕下半部选字。输入复杂公式时,他会用TeX(科学界通用、Wikipedia也支持的公式编译软件),例如他输入${-b\pm\sqrt{b^2-4ac} \over {2a}}$,即可得到二次方程求解公式 。

霍金夫妻

 

与妻子的关系

 

1990年,霍金与前妻珍(Jane)离婚,1995年迎娶私人看护伊莱恩。2004年初,英国有媒体指霍金遭到第二任妻子虐打,消息轰动全球。2004年1月,霍金透过剑桥大学两度发表声明,指责有关消息失实,并表示“我全心坚决驳斥说我遭到虐待的说法。媒体的报道纯属虚构,有人散播这样不实的消息,令我感到失望。”珍(Jane)写有《霍金:前妻回忆录》(上)(下)。

然而,外界传出霍金身上出现多处神秘伤痕,手腕骨折,脸部和嘴唇有很深的切口,同年3月,英国警方正式向霍金问询,了解有关情况,并查问部分霍金前护士索取资料,但由于霍金并未合作,英国警方最终未能起诉任何人。

早在2000年,警方亦曾对霍金的意外受伤感到怀疑,但霍金当时拒绝配合,令调查终止。霍金的女儿露西•霍金在访问中曾说,约2000年已发现父亲身上有伤痕,但是父亲说是他不小心自己弄伤的,她未有在意。

2006年10月19日,64岁的斯蒂芬•霍金正在与第二任妻子伊莱恩办理离婚手续,他们已经共同生活了11年。

2009年4月6日,霍金因病取消外访,同月20日因病送院治理,情况欠佳。剑桥大学于2009年4月20日透露,67岁的霍金呼吸系统感染数周,被送往当地一家医院。

Barack_Obama_speaks_to_Stephen_Hawking.

 

霍金宇宙论

 

自1970年代,霍金先后与不同学者,提出多项学说,改变人类对宇宙诞生的看法。其中由他与另一名学者彭罗斯(Roger Penrose)合著的奇点定理,提出时间及宇宙是有起点和终点,肯定了同时代其他人开创的宇宙大爆炸学说,推翻古典物理学有关时空是永恒存在的学说;按照该项定理,他进一步提出具有革命意义的“宇宙无边论”(No Boundary Proposal),该论说指出,在扩张中的宇宙外,并没有任何人类认知的“空间”存在。

在黑洞研究上,他亦提出多重创见,认为黑洞并非完全漆黑一片,相反,黑洞会发出一种辐射(后来被称为霍金辐射),这种辐射(能量)以极缓慢的速度离开黑洞后,亦即意味黑洞能量会耗尽,造成黑洞蒸发现象。

奥巴马亲自为霍金颁奖

 

学说背景

 

在古典物理学中,一般相信时间和空间,是一个独立于自然界的概念,可以永久存在,但1915年,爱因斯坦发表广义相对论中提出,时间和空间并非绝对,不再是独立于事件的背景,人类对时间的看法出现革命性的转变。

1920年代,埃德温•哈柏利用100英寸的望远镜观天时,发现恒星并非均匀分布于整个空间,而是聚集在称为星系的集团之中。他同时发现几乎所有星系,都出现红移现象,即它们即飞离我们,而星系离开我们越远,飞离的速度亦越快。这项发现带来新的问题,在更早的时候,所有星系是否离我们更近,甚至有一个宇宙的开端。

奥巴马亲自为霍金颁奖

当时科学家曾尝试解释这种现象。1948年英国学者邦迪、高尔德和霍伊尔提出的稳恒态理论,提出宇宙会穿梭于扩张和收缩两种状态,但并没有开端;俄国学者利弗席兹和哈拉尼科夫则提出,物质若没有严格对称的收缩,最终会引起反弹,而密度保持有限,这亦避免了宇宙有开端的说法。这理论提出时,霍金当时21岁,正在攻读博士学位。

 

奇点定理

 

霍金当时并不相信这些学者的证明,于是联同当时已研究奇点的彭罗斯发展一套数学公式,证明宇宙不能反弹。该学说认为,如果广义相对论正确,宇宙起源将存在一个奇点。当时,奇点一般被视作黑洞的中心,内里有密度无限强、引力无限重、限时空曲率无限大,霍金当时设想,若重新走回宇宙诞生之时,全部物质聚成一点,这亦即为奇点。

黑洞

1965年10月,人类发现一种散布于空间的微波背景辐射。这些能量极度微弱,能量值远低于一台微波炉,但科学家发现,要合理解释这种辐射,宇宙早期必定非常热,随着宇宙膨胀,辐射持续冷却,最终才会有出现微波背景。这一学说,进一步确认宇宙早期曾经出现大爆炸。

不过,霍金因应广义相对论,虽然解释了宇宙源自一个“奇点”,这些定理未能说明宇宙如何开始。霍金认为,这代表广义相对论在“奇点”中失效,该理论只能推测宇宙如何演化,却不能判断它如何起始,于是霍金试图合并量子理论及广义相对论,期望以此解释整个宇宙从诞生、以至演化的过程。

简而言之,广义相对论是处理极大的物理现象,而量子力学则处理极小尺度的结构。直至今日,科学家相信,若有人成功合并两套理论,则有可能成为一套更具一般性的理论,解释空间中任何物理现象,亦即物理学界一直追求的所谓大一统理论。霍金至今仍未能发展出这套理论,但科学界一般认为他的研究,为人类迈向大一统理论踏出重要一步。

黑洞

 

黑洞蒸发

 

1970 年中以前,科学家一直相信黑洞只会吸进物质,四周“漆黑”一片,当吸引更多物质时,黑洞的质量亦随之上升,霍金另一创见是指出,黑洞不是真的很黑(Black Holes aren't so black),而且黑洞内存在温度。有温度的物质自然会释放辐射,由于辐射是一种能量,黑洞最终因耗尽能量而消失,即所谓“黑洞蒸发论”。

黑洞

霍金这次发现,拜量子力学所赐。过去科学家以为黑洞内的“真空状态”,代表内里没有任何物质,但霍金约 1974~1976 年指出,如果量子力学正确,人类从极度微观中观看宇宙的“真空”时,会发现一对对的光子不断产生,但能量在真空中无法保持固定值,令这些成相成对的光子不断摇晃,最终消灭。他相信,当黑洞质量越少,释放光子的速度越快,加速黑洞的消失。

这种从黑洞中释出的能量,被称为霍金辐射,但由于这种辐射极其微弱,科学界至今虽然公认它在理论上可行,仍未能从观察中发现它的存在。这亦说明,即使霍金辐射是真实存在,但其能量过弱,意味黑洞要经过极长时间后,才能耗尽能量,造成蒸发。

黑洞

 

应用性未确立

 

若比照相对论及霍金的学说,前者对重力及能量的描述,为人类带来核电、核弹,但霍金的宇宙论,仍未能直接应用于现代科技。霍金亦曾自言,虽然近年宇宙论有长足发展,但仍有多个宇宙谜团并未解开:“我们观察到,宇宙的膨胀在长期的变缓之后,再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解,对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗?暴胀是一个自然定律吗?或者宇宙最终会再次坍缩吗?新的观测结果,理论的进步正迅速涌来。”

霍金

 

打赌

 

霍金除了喜爱看脱衣舞表演(据说是为了研究),他亦喜欢就一些科学命题,与其他学者开赌,一时成为科学界美谈。

 

黑洞是否存在?

 

根据霍金自己在《时间简史》一书中的陈述,穷一生精力研究黑洞的霍金,曾担心黑洞可能只是理论上的概念,而现实中根本不存在。他为免到时自己变得一无所有,1975年他与另一名物理学家索恩(Kip Thorne)开赌:究竟黑洞是否存在,具体的赌约是指当时一个最有可能疑似为黑洞的天体天鹅座X-1。

为了进行“对冲”,霍金很有趣地押注黑洞不存在。如果他“不幸”赢了,霍金虽然一生心血被毁,但索恩要向他赠上专门踼爆英国皇室丑闻的《私家侦探》(Private Eye)杂志4年订阅,如果霍金“幸运”输了,他就要赠送索恩色情杂志《阁楼》(Penthouse)一年赠阅。

霍金

霍金在《时间简史》(1988年)曾说:“当我们1975年打赌时,我们80%肯定天鹅座X-1是黑洞,现在我会说有95%肯定,但这场赌局仍未有结果。”其实不久以后霍金就很“伤心”地认输了。

1990年霍金到南加州大学演讲,当时索恩人在莫斯科,于是霍金大张旗鼓闯入索恩的办公室拿出当年的赌据来按手指认输。

这件事情还有一个有趣的结局,霍金给索恩订阅了1年的《阁楼》,这让索恩的妻子很恼火,原因倒不是因为对阁楼的内容反感,因为他的妻子认为霍金应该订阅一份对男女都适合的刊物(索恩当年赢过钱德拉塞卡的《花花公子》,因为同样的原因换成了《听众》)

• 对于外界将东方哲学与“黑洞”学说及“奇点定理”扯上关系:“这是赶时髦的胡扯。人们跌进了东方神秘主义,只因这是他们以前从未遇到过的东西。但是如果当做现实的描述,它们完全不能产生任何结果……如你熟悉东方神秘主义,会发现它们似乎使人联想到近代物理或宇宙学,但我并不认为它们具有任何意义...假如当初俄文的“冷冻恒星”(黑洞最早的叫法)这个术语被广泛接受,那么这一部分东方神话就根本没有意义。它们被命名为“黑洞”,是因为它们使人联想到毁灭与被吞食的恐惧,所以在这层意义上就存在着一种联系。我没有被抛进黑洞的恐惧,因为我了解它们。在某程意义上,我觉得我是它们的主人。”

霍金

 

裸奇点是否存在?

 

1991年,霍金又要求开赌,今次索恩与他站在同一阵线,对赌一方是物理学家普雷斯基(John Preskill)。当时的命题是,奇点应该被黑洞围绕,但没有被黑洞包围的“裸奇点”(naked singularities)是否存在。

霍金与索恩押注:裸奇点并不存在,随即与加州理工大学的普雷斯基立下赌据,谁输了要向对方送上一件用来“遮蔽裸体”的T恤衫,写上适当的服输字眼。后来的研究证明黑洞经过霍金蒸发之后可能保留一个裸奇点,虽然霍金在文字上耍赖,认为由于量子过程而产生的裸奇点不是赌约上描述的由于广义相对论而形成的裸奇点。但是1997年德州大学的科学家用超级计算机证明了黑洞塌缩的时候在非常特别的条件下存在裸奇点。霍金于1997年修正他的理论,指出裸点有可能存在。但是霍金仍然对此事耿耿于怀,另立赌约,赌虽然在特别条件下裸奇点存在,但是在通常情况下被禁止。而霍金输掉的T恤衫上的文字更是不依不饶-“大自然讨厌裸露”

霍金

 

讯息会否在黑洞消失?

 

霍金在裸奇点的赌局输了,但这位好赌成瘾的物理学家即时要求再开赌。物理学家相信所有讯息一经出现,虽然会改变成不同形态,但本质上会“永恒”存在。

霍金及索恩当时指出,任何物质掉进黑洞后将会消失,黑洞中产生的辐射是“全新制造”的,与掉进黑洞中的物质无关;这一项命题,违反了量子力学,若命题正确,量子力学或要重写。裴士基反驳这项命题,双方于是开赌。

2004年,霍金出席研究会时,承认赌输了,要向对方赔上棒球百科全书《Total Baseball: the Ultimate Baseball Encyclopedia》。胜出的裴士基亲身在学术会议上,高举这本著作,霍金在台上只顾著笑。被问到为何挑选这套百科全书做战利品时,裴士基事后说:“这本书重得像黑洞,亦要更长时间才可以赶走书中的资料,有如黑洞一样。”

霍金

 

时序保护猜想

 

宇宙学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)试图找到一条禁止时间旅行的新物理定律,以证明这是不可能的,他把这一定律称作“时序保护猜想”(chronology protection conjecture)。不幸的是,在辛勤工作多年后,他未能证明这一原理。事实上,与之相反的是,物理学家们现在已经证明,禁止时间旅行的定律超出了当今数学的范畴。如今,由于没有物理定律可以否定时间机器的存在,物理学家们不得不慎之又慎地对待时间机器存在的可能性。

霍金

 

其他见解

 

霍金过去曾在多个公开场合,发表对人类、生命、神的看法,节录如下:

 

• 移民外太空:“在20年内,我们可能已经在月球建造永久基地,40年内可能已经在火星建基地。但月球和火星都很细小,而且缺乏或完全没有大气层。我们不会找到像地球一样美好的地方,除非我们离开太阳系。往太空扩展生存空间,对人类的生存很重要。地球上的生命受到灾难灭绝的危机愈来愈大,如突然的全球温室效应、核武战争、基因改造病毒、以及一些我们想像不到的灾难。不过,如果人类能避免在未来数百年内自我毁灭,我们应该会在地球以外找到生存的居所。”(2006访问香港)

• 基础研究:“基础科学研究应从科学考虑出发,并非由经济主导,但基础科学研究发展经常带来经济效益。如我的前辈、剑桥大学保罗•狄拉克的研究令晶体管的发展变成可能,而晶体管正是现代电子和电脑工业的基础;另一位来自剑桥大学的佛朗西斯•克里克发现 DNA(脱氧核糖核酸)的结构,亦成为生物科技工业的基础。”(2006访问香港)

• 安乐死:回应香港一名叫斌仔(邓绍斌)的瘫痪病人,公开要求安乐死合法化:“我认为他(斌仔)应该有权决定结束自己的生命,但这会是一个很大的错误。不论命运看似有多糟,你依然可以有所作为、有所成就。生命尚存,总有希望。”(2006访问香港)

• 神的存在:“法国科学家拉普拉斯曾向拿破仑解释,科学定律如何影响宇宙的演进。但拿破仑问,上帝在过程中扮演什么角色呢?科学家的回答是,我并不需要这个假设。”(2006访问香港)

• 出版大众文章:“有人告诉我,如果我在时间简史之中每加入一条数学公式,这本书的销量便会减半。”(1993 都柏林)

• 所谓“常识”:“我们一世人被教导很多常识,但常识往往只是偏见的代名词。”

• 关于核武:“我们平均每个人拥有相当于四吨的烈性炸药,但只要半磅炸药就可以炸死一个人,所以我们拥有的核武是所需的一万六千倍。大家必须了解,我们并不是与苏联处于冲突的状态,两方面都很需要对方维持稳定。”

• 外星人:2010年04月,霍金在Discovery Channel新纪录片《与霍金探索宇宙》( Into the Universe with Stephen Hawking)中,他认为宇宙有1000亿个星系,“看数字就知道外星生命存在是合理推断”。霍金也提出警告,外星人绝非善男信女,外星生物可能耗光了自己的星球资源,住在大型太空船上变成游牧民族,四处讨伐和占领其他星球,外星人可能令地球沦为殖民地。

• 有人认为美国政府刻意隐瞒与外星人接触过的记录,霍金回答:“我非常怀疑这种说法,因为就过去的记录来看,美国政府隐瞒事实的功力并不怎么高明。”

斯蒂芬·霍金

 

来自直觉的启示:黑洞不黑

 

对于外界将东方哲学与“黑洞”学说及“奇点定理”扯上关系:“这是赶时髦的胡扯。人们跌进了东方神秘主义,只因这是他们以前从未遇到过的东西。但是如果当做现实的描述,它们完全不能产生任何结果...如你熟悉东方神秘主义,会发现它们似乎使人联想到近代物理或宇宙学,但我并不认为它们具有任何意义...假如当初俄文的“冷冻恒星”(黑洞最早的叫法)这个术语被广泛接受,那么这一部分东方神话就根本没有意义。它们被命名为“黑洞”,是因为它们使人联想到毁灭与被吞食的恐惧,所以在这层意义上就存在着一种联系。我没有被抛进黑洞的恐惧,因为我了解它们。在某程意义上,我觉得我是它们的主人。”

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1970年11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。

这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。1973年11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,这就是有名的“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。霍金获得1988年的沃尔夫物理奖。

斯蒂芬·霍金

 

作品列表

 

科普作品

 

• 1988年:《时间简史》(A brief History of Time)

• 1993年:《黑洞、婴儿宇宙及其他》(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)

• 2005年:《时间简史(普及版)》(A briefer History of Time)

• 2001年:《果壳中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)

• 2002年:《在巨人的肩膊上》(On The Shoulders of Giants. The Great Works of Physics and Astronomy)

• 2010年:《大设计》》(The Grand Design)

 

论文

 

• 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

斯蒂芬·霍金

 

公开演说

 

霍金出版《时间简史》后,多年来曾在英国、美国、日本、香港等地,向一般大众发表多场公开演说,叙述时间起源、宇宙终结、时光旅行,演说时其受欢迎程度犹如“摇滚巨星”。

 

部分演说目录:

 

• 宇宙的起源(中文)

• 宇宙之始(英文)

• 时间的开始(英文)

• 太空及时间扭曲(英文)

• 上帝掷骰子吗?(英文)

• 宇宙中的生命(英文)

斯蒂芬·霍金

 

科学研究

 

斯蒂芬·威廉·霍金出生于1942年1月8日。毕业于牛津大学(Oxford University)和剑桥大学(Cambridge University),并获剑桥大学哲学博士学位。他因为在21岁时不幸患上了会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症,所以被禁锢在轮椅上,只有两根手指可以活动。1985年,因患肺炎做了穿气管手术,彻底被剥夺了说话的功能,演讲和问答只能通过语音合成器来完成。1972年,他考虑黑洞附近的量子效应,发现黑洞会像黑体一样发出辐射,其辐射的温度和黑洞质量成反比,这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小,而温度却越变越高,最后以爆炸而告终。黑洞辐射的发现具有极其基本的意义,它将引力、量子力学和统计力学统一在一起。

1974年以后,他的研究转向了量子引力论。虽然人们还没有得到一个成功的理论,但它的一些特征已被发现。例如,空间-时间在普朗克尺度(10^-33厘米)下不是平坦的,而是处于一种粉末的状态。在量子引力中不存在纯态,因果性受到破坏,因此使不可知性从经典统计物理、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。

1980年以后,霍金的兴趣转向了量子宇宙论。

然而,2004年7月,他改正了自己原来的“黑洞悖论”观点,信息应该持之以恒。

本书的副题是从大爆炸到黑洞。斯蒂芬·大山·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。

理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化,但就观念而言,现在已经相当完备了。

史蒂芬·大山·霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一,他的贡献是在他20年之久被卢伽雷氏症禁锢在轮椅上的情况下做出的,这是真正的空前绝后。他的贡献对于人类的观念有深远的影响,所以媒介早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。所以说,上帝对每个人都是公平的。他有身体上的缺陷,可头脑聪明得很!尽管如此,译者(吴忠超)之一于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时,身后门一打开,脑后忽然响起一种非常微弱的电器的声音,回头一看,只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上,他自己驱动着电开关。译者尽量保持礼貌而不显出过分吃惊,但是他对首次见到他的人对其残疾程度的吃惊早已习惯。他要用很大努力才能举起头来。在失声之前,只能用非常微弱的变形的语言交谈,这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。他不能写字,看书必须依赖于一种翻书页的机器,读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上,然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。从他对译者私事的帮助可以体会到,他是一位富有人情味的人。每天他必须驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号,经过美丽的剑河、古老的国王学院驶到银街的应用数学和理论物理系的办公室。该系为了他的轮椅行走便利特地修了一段斜坡。霍金虽然身残但志不残,非常乐观。

他还证明了黑洞的面积定理。在富有学术传统的剑桥大学,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。他拥有几个荣誉学位,是最年轻的英国皇家学会会员。在公众评价中,被誉为是继阿尔伯特·爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。他提出宇宙大爆炸自奇点开始,时间由此刻开始,黑洞最终会蒸发,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。

他因患“渐冻症”(肌肉萎缩性侧索硬化症 卢伽雷氏症),禁锢在一把轮椅上达40年之久,他却身残志不残,使之化为优势,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到广袤的时空,解开了宇宙之谜。

霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才,也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。患有肌肉萎缩性侧索硬化症的他,几乎全身瘫痪,不能发音,但1988年仍出版《时间简史》,至今已出售逾2500万册,成为全球最畅销的科普著作之一。

他被世人誉为“在世的最伟大的科学家”“另一个爱因斯坦”“不折不扣的生活强者”“敢于向命运挑战的人”“宇宙之王”。

斯蒂芬·霍金

 

代表作品

 

他撰写的《时间简史》销售量达2,500万份,该书对量子物理学和相对论作了大量介绍。

《时间简史续编》 是宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史续篇》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以睿智真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的人性。该书本来就不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。对于非专业读者,本书无疑是他们绞尽脑汁都无法真正理解的,只能当科幻小说看。《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是由霍金1976-1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚拟空间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和人的生存方式及进化原理作出了独到的见解。

《时间简史》中,霍金念念不忘的就是大统一理论,这是爱因斯坦未竟的梦想。霍金在本书中坦言,不能用单独的美妙的公式描述和预测宇宙的每一件事情,因为量子理论的测不准原理决定了宇宙是不确定性和确定性统一的。在本书中,霍金通过地图模型来说明宇宙的多样性可能需要一族理论来进行描述。

《时空本性》80年前广义相对论就以完整的数学形式表达出来,量子(他个人认为这只是研究理论物理目前的最小单位)理论的基本原理在70年前也已出现,然而这两种整个物理学中最精确、最成功的理论能被统一在单独的量子引力中吗?世界上最著名的两位物理学家就此问题展开一场极端与极端的辩论。本书是基于霍金和彭罗斯在剑桥大学的6次演讲和最后辩论而成。

《未来的魅力》本书以史蒂芬·大山·霍金预测宇宙今后十亿年前景开头,以唐·库比特最后的审判的领悟为结尾,介绍了预言的发展历程,及我们今天预测未来的方法。该书文字通俗易懂,作者在阐述自己观点的同时,还穿插解答了一些饶有有趣的问题。

《果壳中的宇宙》该书是霍金教授继《时间简史》后最重要的著作。霍金教授在这本书中,再次把我们带到理论物理的最前沿,在霍金教授的世界里,真理和幻想有时只是一线之差。霍金教授用通俗的语言解释提示我们对宇宙的展开充分的想象,并以他独特的热情,邀请我们一起展开一场非凡的时空之旅。《时间简史——从宇宙空间大爆炸到黑洞》(1988年撰写)这本书是霍金的代表作。作者想象丰富,构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,"世界"之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。这本书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,并有机结合各类宗教学理论。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。

斯蒂芬·霍金

第二讲将解释牛顿和爱因斯坦的两种引力理论何以得出这样的结论——宇宙不可能是绝对静止的,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或是脱离了某个空间,这就产生了所谓的大爆炸。它极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(另一种猜测:黑洞是脱离了某个集合空间中的某一元素)。综合感性的哲任何事物在时间和空间的洗礼下必将从一个极端走向另一个极端”,这可能正是白洞产生的原因。根据爱因斯坦的广义及狭义相对论,宇宙中可能存在无数黑(白)洞,(也可能我们存在的世界正是黑(白)洞的某一分支)。而有关他们的历史,可能是某一领域的终结,也或许只是一个新的开始,因为知学理论,“识领略得越多,越发现自己知道的只不过是冰山一角。广(狭)义相对论是经典理论(因为这个世界不存在绝对的理想状态),包括量子力学的不确定原理。

斯蒂芬·霍金

第四讲将讲述量子力学如何允许能量从黑洞泄漏出来。黑(白)洞并不像人们所描绘的那样可怕。

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(维)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用现有的知识结构解释这个问题:尽管物理学定律是时(空)间对称的,但根据化学理论中的微观粒子守恒,任何物质(包括真空状态等),即使是“最”稳定的,也会在本质上发生“相对微小”的变化(具体解释请见化学领域的微观粒子(带电粒子的绕核“行星”运转)。

最后,第七讲将讲述我们正如何试图找寻一种统一的理论,如何能把involve量子力学、引力(etc.)的物理学及其他学科(“包括”很智慧地谈到“人”有不灭灵魂的宗教学)真正大一统地联系成一“片”知识的“海洋”。如果我们做到了这一点,我们也许就能真正理解了宇宙(involve natural power),以及我们在其中的位置。

斯蒂芬·霍金

该书不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为有趣的理论和描述。对于非专业读者,本书无疑是他们享受人类文明成果的机会和滋生宝贵灵感的源泉。《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是 由霍金1976—1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚时(空)间、有黑(白)洞引起的初始宇宙,维的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和死亡作出了独到的见解。在三年工作量并不巨大的学习之后,他获得了一等自然科学荣誉学位,之后进入剑桥大学研究宇宙学,当时牛津大学还没有宇宙学这个专业,于是他试图努力开创。尽管他希望能够跟当时在剑桥的弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)身边做研究,但是他的导师却是丹尼斯·西艾玛(Dens Scama)。在获得博士学位之后,他成为一名研究员,后来成为冈维尔和凯厄斯学院(Gonvlle and Caius College)的教授。

1992年耗资350万英镑的同名电影问世。霍金坚信关于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用数学来表达,世人应当可以通过电影——这一视听媒介来了解他那深奥莫测的学说。本书是关于探索时间本质和宇宙最前沿的通俗读物,是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著做,它改变了人类对宇宙的观念。《时间简史》作为宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史续编》是为向更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以坦白真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的“人”。

斯蒂芬·霍金

《乔治开启宇宙的秘密钥匙》中文版发行于2008年年初,这本书由史蒂芬·霍金、其女儿露西·霍金、其学生克里斯托弗·加尔法德所著,是史蒂芬·霍金的“儿童”时期“科普三部曲”之一,这本书当中论黑洞以及很多部分都简述了霍金的新想法,这本书在国内外好评如潮。

新纪录片《跟随霍金进入宇宙》10年4月25日在美国探索频道播出。2004年-斯蒂芬·大山·霍金的霍金悖论与信息守恒 2004年7月21日,在爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上,霍金的态度来了个180度转弯,表示自己原来的观点错了,信息应该守恒。宣布了他对宇宙黑洞的最新研究结果:黑洞并非如他和其他大多数物理学家以前认为的那样,对其周遭的一切“完全吞食”,事实上被吸入黑洞深处的物质的某些信息实际上可能会在某个时候释放出来:信息守恒。原因是先前把黑洞想得太理想化了,把黑洞热辐射也想得太理想化了。不过,霍金一直没有给出严格的证明来支持自己的新观点。索恩表示此事不能由霍金一个人说了算,他仍坚持信息不守恒的看法。普瑞斯基则表示没有听懂霍金的演讲,不明白自己为什么赢了。目前,这一牵扯到量子论基础的敏感问题还远未解决。

黑洞理论的研究已经超出了黑洞本身,它不仅通过信息疑难触及了量子论的重要基石——幺正性,而且掀开了探讨时间性质的新篇章。

20世纪60年代到80年代,黑洞研究取得了重大进展。最初人们认为黑洞是一颗死亡了的星体,什么东西都可以掉进去,但任何东西都跑不出来。1974年霍金证明黑洞有温度、有辐射。霍金辐射的发现使黑洞和霍金本人都变得家喻户晓。

斯蒂芬·霍金

20世纪80年代以后,黑洞研究的重点逐渐从温度转向信息佯谬。人们早已知道,黑洞外部观测者会失去形成黑洞以及后来落入黑洞的物质的几乎全部信息,这就是“无毛定理”。著名的“霍金辐射”理论.所谓“毛”是指“信息”。黑洞只剩下总质量、总电荷和总角动量3根“毛”可以被外界探知。人们最初认为,虽然外部观测者不能探知黑洞内部物质的信息,但这些信息并没有从宇宙中消失,只不过隐藏在了黑洞的内部。霍金辐射发现之后,人们知道黑洞中的物质最后将全部转化为热辐射,而热辐射几乎不带出任何信息。这样,形成和落入黑洞的物质的信息将从宇宙中消失,信息不再守恒,不仅重子数守恒、轻子数守恒等定律不再成立,量子论的幺正性也将受到破坏。面对如此严重的理论困难,物理学家展开了激烈的争论。理论物理学家大都相信信息守恒,坚信幺正性这一量子论的基石不会被破坏。总之,信息应该守恒。以霍金和索恩为代表的相对论专家则认为信息不一定守恒,幺正性完全有可能被破坏。为此,霍金和索恩与坚信信息守恒的普瑞斯基打赌。

斯蒂芬·霍金

“这种理论从诞生之初就遇到了麻烦:它同很多科学家坚持的“信息守恒定律”互为矛盾。这一度被人们称为“黑洞悖论”。

如同19世纪的科学家断定了能量守恒定律一样,20世纪的许多科学家提出了信息守恒一说——假如这个说法成立,那么“信息守恒定律”无疑将成为科学界最为重要的定律,也许比物质、能量守恒定律的意义更为深远。霍金的黑洞理论引起的激烈争执就是“信息”在黑洞中是否能够保存、守恒。”

《大设计》 霍金的《时间简史》是他1988年之前对理论物理与宇宙学的总结,如今历史车轮又转过了20多年,人类对宇宙有了新的发现和理解,他自己对宇宙和统一理论也有了许多新的思考,对于未来的发展有许多预言和展望。

斯蒂芬·霍金

 

趣闻轶事

 

霍金虽然身体的残疾越来越重,但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——这听起来有些好笑,在他已经完全无法移动之后,他仍然坚持用唯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”;当他与查尔斯王子会晤时,旋转自己的轮椅来炫耀,结果轧到查尔斯王子的脚趾,被查尔斯王子臭骂一通。选自《Stephen Hawking》

还有其他解释天鹅座X—1的模型,他们不包含黑洞,但是都太牵强了。黑洞似乎是这个观测结果的唯一合理解释。尽管如此,我还曾与加利福尼亚州理工学院的基普(Kip Thorne)打赌说,天鹅座X—1实际上不包含黑洞。对我来说,这是种保险策略。我已经做了很多关于黑洞的研究,如果黑洞确实不存在,那我将前功尽弃但是这时我将赢得我的打赌而得到补偿,它将会带给我四年的《私家侦探》杂志(英国黑色幽默杂志),基普将只得到一年的《阁楼》(与《花花公子》齐名的成人杂志),因为但是我在1975年打这个赌时,我们已经有80%的把握认为天鹅座有一个黑洞。现在我可以说我们已经有95%的把握,不过这笔赌债已经结清了。选自《时间简史》

斯蒂芬·霍金

 

精彩语录

 

1. 当你面临着夭折的可能性,你就会意识到,生命是宝贵的,你有大量的事情要做。

2. 是先有鸡,还是先有蛋?

3. 宇宙有开端吗?如果有的话,在此之前发生过什么?

4. 宇宙从何处来,又往何处去?

5. 活着就有希望。

6. 时间有没有尽头?

7. 我注意过,即使是那些声称“一切都是命中注定的,而且我们无力改变”的人,在过马路前都会左右看。

8. 科学家和娼妓都是做他们喜欢的事赚钱。

9. 一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾。

10. 生活是不公平的,不管你的境遇如何,你只能全力以赴。

11. 我的手指还能活动,我的大脑还能思维;我有终身追求的理想,我有爱和爱我的亲人朋友;对了,我还有一颗感恩的心……(在一次新闻发布会上,一位女记者提出一个刁钻的问题,但霍金还是以恬静的微笑这样回答)霍金不仅以他的成就征服了科学界,也以他顽强搏斗的精神征服了世界。

斯蒂芬·霍金

 

人物评价

 

霍金是本世纪享有国际盛誉的伟人之一,现在69岁,出生于伽利略逝世周年纪念日,剑桥大学数学及理论物理学系教授,当代最重要的广义相对论和宇宙论家。荣获英国剑桥大学卢卡斯数学教席,这是自然科学史上继牛顿和狄拉克之后荣誉最高的教席。70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。他还证明了黑洞的面积定理。

霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一。他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高地教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡逊数学教授。他拥有几个荣誉学位,是皇家学会会员。

斯蒂芬·霍金

霍金教授是现代科普小说家,他的代表作是1988年撰写的《时间简史》,这是一篇优秀的天文科普小说。作者想象丰富,构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,世界之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册,被译成近 40种语言。1992年耗资350万英镑的同名电影问世。霍金坚信关于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用数学来表达,世人应当可以通过电影——这一视听媒介来了解他那深奥莫测的学说。本书是关于探索时间本质和宇宙最前沿的通俗读物,是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著作,它改变了人类对宇宙的观念。本书一出版即在全世界引起巨大反响。《时间简史》对我们这些喜用言语表达甚于方程表达的读者而言是一本里程碑式的佳书。她长于一个对人类思想有接触贡献者之手,这是一本对知识无限追求之作,是对时空本质之谜不懈探讨之作。

《时间简史》作为宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史续篇》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以坦白真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的“人”。该书不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。对于非专业读者,本书无疑是他们享受人类文明成果的机会和滋生宝贵灵感的源泉。

《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是由霍金1976-1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚时间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和死亡作出了独到的见解。

斯蒂芬·威廉·霍金

《时空本性》80年前广义相对论就以完整的数学形式表达出来,量子理论的基本原理在70年前也已出现,然而这两种整个物理学中最精确、最成功的理论能被统一在单独的量子引力中吗?世界上最著名的两位物理学家就此问题展开一场辩论。本书是基于霍金和彭罗斯在剑桥大学的6次演讲和最后辩论而成。

《未来的魅力》本书以霍金预测宇宙今后十亿年前景开头,以唐·库比特最后的审判的领悟为结尾,介绍了预言的发展历程,及我们今天预测未来的方法。该书文字通俗易懂,作者在阐述自己观点的同时,还穿插解答了一些有趣的问题,读来饶有趣味。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

延伸阅读

 

信息与信息守恒

 

信息现代三定义。[2006年,医学信息(杂志),邓宇等].

信息是物质、能量、信息及其属性的标示。逆维纳信息定义

信息是确定性的增加。逆香农信息定义

信息是事物现象及其属性标识的集合。2002年

信息守恒与转换定律(基本信息方程序邓宇等)的定义1:

总的流进系统的信息必等于总的从系统中流出的信息,加上系统内部信息的变化;信息能够转换,从一种状态转变成另一种状态;信息可以创造,可以失存。

用公式表示为

NQ= NW +ΔNU

信息守恒定律是指“系统中储存信息的增加等于进入系统的信息减去离开系统的信息”

ΔNU= NQ-NW

系统中储存信息的变化=进入系统的信息-离开系统的信息

=新创造的信息-失去(‘消失’离开)的信息

系统中储存信息的变化=新创造的信息-失存的信息

ΔNU =Ncre-Nlos

 

时间与时间的本质

 

时间随宇宙的变化而变。时间是因变量。——时间的本质,Deng's时间公式

t=T(U,S,X,Y,Z......)

U-宇宙;S空间,XYZ,......事件,顺序

时间是宇宙事件秩序的计量。时间的本质。

什么是时间?时间是宇宙事件顺序的度量。

时间不是自变量,而是因变量,它是随宇宙的变化而变化。

t=(S1,S2,S3,...,Sn)

Deng's时间公式:世界事件发生次序的序列。其中,S是事件,S1,S2,S3,...,Sn是事件1,2,3,.....,n发生的顺序,时间就是对这些事件发生顺序的排序,标志的计量。

时间”是一个计量“事件过程的长短、次序”的“类别名词”。

可以说没有了“事件”,也就没有了时间(您可以试着举出没有事件还有时间的例子)

时间在数学、物理上用坐标轴表示。“时间”时会出现什么状况?怎样利用时间的本质来思考“衰老”的问题?下面开始细致的分析,内容包括:为什么有些“事件”可以“同时发生”,有些却不能?时间与我们有什么关系?

斯蒂芬·威廉·霍金

 

什么是膜上的四维量子力学

 

类似10维或11维的“弦论”=振动的弦、震荡中的象弦一样的微小物体。

霍金膜上四维世界的量子理论的近代诠释(邓宇等,80年代):

振动的量子(波动的量子=量子鬼波)=平动微粒子的振动;振动的微粒子;震荡中的象量子(粒子)一样的微小物体。

不掷骰子的上帝-爱因斯坦,决定论量子论诠释的解决方案、模板:微粒子振动+振动+平动的矢量和。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

量子力学最新进展

 

霍金希望解开宇宙诞生之时的奥秘,1970年代时,霍金将量子力学应用于解释黑洞现象,但是在之后的30年中,用量子力学解释整个宇宙已经变得更加困难了。霍金想找到一套可以完美解释整个宇宙现象的理论来说明137亿年诞生直到现在的宇宙,但是多年过去了就算无限接近他仍然没有得出结论。按照他的量子力学理论,宇宙诞生是大爆炸产生的,这是一个被压缩的无限小却具有超大重力的物质(也可以理解成密度无限大)爆炸的产物。量子力学的理论范畴不能够解释这一个过程是如何进行?为什么会这样?霍金说“那必须有一套可以描述小规模重力的理论”。最新的科学突破是霍金的同事,伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林(Michael .Green)参与建构的超弦理论,简称为“弦论”,这理论指出所有粒子和自然力量,其实都是在震荡中的像弦一样的微小物体,解决了霍金一直想努力解答的重力问题,这个理论必须建立在宇宙必须有9、10甚至是大于11个的维度中,而我们身处的三维世界可能仅仅是真正的宇宙的其中一个膜...目前为数众多的世界各地科学家正在太空和地球做相关的实验来证明弦论以及从实验来证明从而支持霍金的黑洞理论和量子理论。

 

时光机理论

 

英国著名物理学家史蒂芬·霍金继日前承认外星人的存在后,又发表一个惊人论述:他声称带着人类飞入未来的时光机,在理论上是可行的,所需条件包括太空中的虫洞或速度接近光速的宇宙飞船。不过,霍金也警告,不要搭时光机回去看历史,因为“只有疯狂的科学家,才会想要回到过去‘颠倒因果’。”

据英国媒体报道,物理学家霍金在最近拍摄的一部有关宇宙的纪录片时提到,人类其实能建造出接近光速的宇宙飞船,并且能够进入未来。霍金甚至说,自己是因为担心别人把他当成“怪人”,所以才不敢乱说话,也不愿意多谈有关时光机的东西,直到透过纪录片后才敢大方讨论。

 

时间也有缝隙

 

至于时光机的关键点,霍金强调就是所谓的“4度空间”,科学家将其命名为“虫洞”。霍金强调,“虫洞”就在我们四周,只是小到肉眼很难看见,它们存在于空间与时间的裂缝中。

他指出,宇宙万物非平坦或固体状,贴近观察会发现一切物体均会出现小孔或皱纹,这就是基本的物理法则,而且适用于时间。时间也有细微的裂缝、皱纹及空隙,比分子、原子还细小的空间则被命名为“量子泡沫”,“虫洞”就存在于其中。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

回到“遥远过去”

 

而科学家们企图穿越空间与时间的极细隧道或快捷方式,则不断在量子天地中形成、消失或改造,它们连结两个不同的空间及时间。部分科学家认为,有朝一日也许能够抓住“虫洞”,将它无限放大,使人类甚至宇宙飞船可以穿越;另外若动力充足加上完备科技,科学家或许也可以建造一个巨大的“虫洞”。

斯蒂芬·威廉·霍金

霍金指出,理论上时光隧道或“虫洞”不只能带着人类前往其他行星,如果虫洞两端位于同一位置,且以时间而非距离间隔,那么宇宙飞船即可飞入,飞出后仍然接近地球,只是进入所谓“遥远的过去”。因为在4度空间中,10分钟也许是n小时。不过霍金警告,不要搭时光机回去看历史。

 

飞船够快也能去“未来”

 

斯蒂芬·威廉·霍金表示,如果科学家能够建造速度接近光速的宇宙飞船,那么宇宙飞船必然会因为不能违反光速是最大速限的法则,而导致舱内的时间变慢,那么飞行一个星期就等于是地面上的100年,也就相当于飞进未来。

霍金举人造卫星为例,指卫星在轨道运行时,由于受地球重力影响较小,卫星上的时间比地上时间稍快。由此,霍金就设想出一艘大型极速宇宙船,可在1秒内加速至时速9.7万公里,6年内加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船阿波罗10号快2000倍。船上的乘客就是变相飞向未来,作出名副其实的时间旅行。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

解释“4度空间”

 

即使是在太空中,万物也都有时间的长度,在时间中漫游,意味着穿越该“4度空间”。

霍金举例指出,开车直线行进等于是在“1度空间”中行进,而左转或右转等于加上“2度空间”,至于在曲折蜿蜒的山路上下行进,就等于进入“3度空间”。穿越时光隧道就是进入“4度空间”。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

与中国的缘分

 

1985年,霍金第一次来中国,在中国科学技术大学水上报告厅作天体物理的学术报告。

2002年,霍金第二次来中国,在北京作主题为“膜的新奇世界”科普报告,向公众阐释他的关于天体演化的“M理论”。

2006年,霍金第三次来中国,他带来的仍然是自己关于宇宙学最新的研究,在香港科技大学体育馆主持一个题为「宇宙的起源」的演讲;在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

传奇人生

 

童年时代,霍金一直很笨拙。

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。

直到1962年霍金在剑桥读研究生后,他的母亲才注意到儿子的异常状况。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。

大夫对他说,他的身体会越来越不听使唤,只有心脏、肺和大脑还能运转,到最后,心和肺也会失效。霍金被“宣判”只剩两年的生命。那是在1963年。

起初,这种病恶化得相当迅速。这对霍金的打击是可想而知的,他几乎放弃了一切学习和研究,因为他认为自己不可能活到完成硕士论文的那一天。然而,一个女子出现了。

一个女子出现了

她叫简·瓦尔德。

1962年的夏天,简通过朋友,认识了走路笨拙、脚步踉跄的霍金,后来又发生了几次偶遇。于是,他们碰到了爱情。

但是,他们的爱情却多了一丝苦涩。霍金对自己的病感到无望,因此不打算建立长期稳定的关系。他们之间总是存在着一个第三者———死神。

然而,爱情的力量却无法抗拒。第二年7月14日,简和霍金结了婚。

斯蒂芬·威廉·霍金

多年之后,简在自己的回忆录《音乐移动群星》中写道:“我非常爱他,任何东西都不能阻止我和他结婚,我愿意为他做饭、洗衣、购物和收拾家务,放弃我自己以前的远大志向。”

与简的订婚使霍金的生活发生了真正的变化。为了结婚,他需要一份工作,为了得到工作,就需要一个博士学位。因此,他开始了一生中的第一次用功。令他十分惊讶的是,他发现自己很喜欢研究。爱情有了圆满的结局。然而,轮椅出现了。

轮椅出现了

霍金的病情渐渐加重。1970年,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。

永远坐进轮椅的霍金,极其顽强地工作和生活着。

1991年3月,霍金在一次坐轮椅回柏林公寓,过马路时被小汽车撞倒,左臂骨折,头被划破,缝了13针,但48小时后,他又回到办公室投入工作。

又有一次,他和友人去乡间别墅,上坡时拐弯过急,轮椅向后倾倒,不料这位引力大师却被地球引力翻倒在灌木丛中。

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。

当然,霍金也尝到过“自由”行动的恶果,这位量子引力的大师级人物,多次在微弱的地球引力左右下,跌下轮椅,幸运的是,每一次他都顽强地重新“站”起来。

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,他和简的婚姻走到了尽头。

斯蒂芬·威廉·霍金

 

畅销书之王:《时间简史》

 

霍金的科普著作《时间简史———从大爆炸到黑洞》在全世界的销量已经高达2500万册,从1988年出版以来一直雄踞畅销书榜,创下了畅销书的一个世界纪录。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《时间简史》一书的开头,霍金指出:“有人告诉我,我在书中每写一个方程式,都将使销量减半。于是我决定不写什么方程。不过在书的末尾,我还是写进一个方程,爱因斯坦的著名方程E=mc^2。我希望此举不致吓跑一半我的潜在读者。”现在看来,霍金完全是多虑了。

 

外星人论

 

从最初的《星际迷航》再到《飞向太空》再到最经典的《E.T》,人类对宇宙空间的探索一直没有停止过,人们一直想要在外太空找到一丝生命的迹象,希望与之交流沟通,互惠互利。但是,近日物理学家霍金却语出惊人称,最好不要主动与外星人接触。

2010年4月26日,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金在一部25日播出的纪录片中说,外星人存在的可能性很大,但人类不应主动寻找他们,应尽一切努力避免与他们接触。美国探索频道25日开始播出系列纪录片《跟随斯蒂芬·霍金进入宇宙》。霍金在片中向观众介绍他对是否存在外星人等宇宙未解之谜的看法。英国《星期日泰晤士报》25日援引霍金的话报道,宇宙中存在超过1000亿个星系,每个星系至少包含大量星球。仅仅基于这一数字就几乎可以断定外星生命的存在。“真正的挑战是弄明白外星人长什么样,”霍金说。在他看来,外星生命极有可能以微生物或初级生物的形式存在,但不能排除存在能威胁人类的智能生物。“我想他们其中有的已将本星球上的资源消耗殆尽,可能生活在巨大的太空船上,”他说,“这些高级外星人可能成为游牧民族,企图征服并向所有他们可以到达的星球殖民。”霍金认为,鉴于外星人可能将地球资源洗劫一空然后扬长而去,人类主动寻求与他们接触“有些太冒险”。“如果外星人拜访我们,我认为结果可能与克里斯托弗·哥伦布当年踏足美洲大陆类似。那对当地印第安人来说不是什么好事。”霍金现年68岁,21岁时确诊患上运动神经元疾病,几乎全身瘫痪,依靠对话机和语言合成器与人交流。他以黑洞研究和量子宇宙论等享誉科学界,著有《时间简史》《果壳中的宇宙》等科普著作。不知今后霍金的话又会在科学界引起怎样的涟漪呢?我们拭目以待吧。

 

星际移民预言

 

著名物理学家史蒂芬·霍金日前在接受美国著名知识分子视频共享网站BigThink访谈时,再曝惊人言论,称地球将在200年内毁灭,而人类要想继续存活只有一条路:移民外星球。

霍金表示,人类如果想一直延续下去,就必须移民火星或其他的星球,而地球迟早会灭亡。至于这个时间期限,霍金预言:两个世纪。霍金说:“人类已经步入越来越危险的时期,我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带的‘自私、贪婪’的遗传密码,人类对于地球的掠夺日盛,资源正在一点点耗尽,人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,所以,不能将赌注放在一个星球上。”

但是,如何前往外星球?科学家估计,如果用化学燃料的飞行器,前往最近的适宜生活的星球要5万年。如果想要在人类寿命期限内移民,我们必须研制出接近光速的飞行器,同时还要保持舱内的人们在飞行过程中能持续抵御来自外太空的种种辐射。

 

网络视频一天点击60万人次

 

百度视频中,关于霍金预言的视频被放在显著位置。仅一天时间,视频的播放次数将近60万人次,评论数千条。有网友留言,霍金是著名天文物理学家,此番预言肯定有相关的依据。也有网友嗤之以鼻,认为霍金在哗众取宠,地球毁灭论已经不新鲜,不值得相信。

部分网友从地球保护的角度进行分析,认为霍金此番言论是为了警示人类爱护地球,保护地球。“石油已快枯竭,可利用的水资源已经愈来愈少,可用耕地、森林 每天都在剧减,新型垃圾导致的基因变异加快,新型疾病的不断出现以及未来的核战导致的直接和间接伤害,人类如果继续伤害地球,也许两百年都等不到了。”

 

专家认为警示意义大于实际

 

北京市科协副主席、中国科技馆原馆长王渝生认为,200年内地球毁灭不大可能。但是,从警示人类的角度来看,我们过度开发资源、利用资源,不注重保护地 球的生态环境,导致地球环境日益恶化,人类的生存环境日渐恶劣,霍金提醒我们保护地球未尝不可。而对于外星人是否存在,王渝生认为“宁可信其有,不可信其 无”,但人类至今没有足够证据证明外星人曾造访地球。而就目前来说人类移居外星球的可能性不大,“当然,多年以后科技发展到一定程度,移居外星球也许成为 现实。”

北京天文馆馆长朱进则明确地表示:“我不确定这是否是霍金的真实言论,但我确定,地球在200年内毁灭是不可能的事,人类短期内也没有能力移居外星球。”

斯蒂芬·威廉·霍金

 

大众明星

 

1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,该书被译成40馀种文字,出版逾1000馀万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”(UnreadBestseller),有学者曾指这种书之所以仍可以如此畅销,是因为书本尝试解答过去只有神学才能触及的题材:时间有没有开端,空间有没有边界。2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》(TheUniverseinaNutshell)出版发行。该书是《时间简史》的姐妹篇,以相对简化的手法及大量图解,诉说宇宙起源。2006年,他在香港透露正与女儿合撰一套类似《哈利波特》,但主题是理论物理学而非魔法的小说。

霍金亦试图通过通俗演讲,将自己的思想与整个世界交流,除了常在英国及美国发表演说,他90年代曾两次到访日本,2002年8月曾到访杭州发表《膜的新奇世界》(BraneNewWorld),2006年6月在香港科技大学发表《宇宙的起源》时,哄动一时,被戏称受到“摇滚巨星”级的接待。霍金的声望,令他多次获邀到外地演说,常获国家元首接见。

霍金曾指,大众会好奇一位残障人士,为何会想到这么多宇宙论,令他成了大众媒体的宠儿。事实上,他在“星舰奇航记”中的电视系列剧“银河飞龙”饰演过自己,与爱因斯坦及牛顿一起打桥牌;他亦曾在美国卡通片《辛普森一家》中“演出”,拯救剧中的女孩。其形象也在卡通片《飞出个未来》中的一集里出现。卡通片《居家男人》中则有与其类似的角色(Steve)对其进行了滑稽的模仿。

 

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