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霍金

(2009-03-20 10:00:28)
标签:

教育

科普

科学

物理

前沿

霍金

爱因斯坦

弯曲时空

黑洞

宇宙

分类: 柠檬夸人

曾认为物理学很枯燥的物理学家

被引力抛进花丛中的引力学家

               霍金               

     如今——只要不说给文盲——在街上随便拦住个人,问他知道霍金不,大概十有八九知道是个科学家,而且还有不少人知道他是病病殃殃歪在轮椅上做出如此杰出的贡献。而霍金早年在剑桥大学第一次报告介绍自己的发现时,会议主持者说: “刚才霍金教授作了一个精彩的报告,当然,都是胡扯! ”后来,人们才慢慢接受了霍金的研究结果。包括那位主持人在内,都承认他是对的。

 

    霍金诞生于1942年1月8日,正是伽利略逝世300周年的那一天。中小学时期,霍金的学习成绩并不十分突出,作业不整洁,字也写得不好。但也许是由于他喜欢独立思考的缘故,同学们给他起了个外号叫爱因斯坦。霍金喜欢与要好的同学探讨和争论问题,内容从宗教、神学到无线电、天文、物理无所不谈。他们讨论过宇宙起源是否需要上帝帮助,也讨论过宇宙中遥远星系发生红移的原因。少年时代的霍金不相信宇宙膨胀的说法,认为红移必定是由于其它原因造成的,例如光线在长途跋涉中累了以至于变红。霍金从小就对宇宙表现出极大的兴趣,但学校里的物理课却一点未能吸引他,他觉得物理课十分枯燥,远比不上化学那么有趣,化学课经常发生一些意想不到的事情,例如爆炸之类。霍金的父亲则极力主张他学医,或者学生物。但年轻的霍金有自己的主意。他认为物理学比化学、医学、生物学更基本,是最基础的科学。物理学和天文学涉及他感兴趣的那些关于宇宙的基本问题,所以他最终选择了物理作为自己一生的研究领域。

       霍金17岁考入牛津大学。他觉得理论物理有两个方向可供他选择: 一个是宏观的、大尺度时空的宇宙学,另一个是微观的、小尺度的基本粒子物理。他认为基本粒子缺乏合适的理论,虽然科学家发现了许多粒子,但他们做的只不过是和植物学一样把粒子进行分类。霍金对这样的研究不感兴趣。他认为宇宙学已经有了一个很好的理论,即爱因斯坦的广义相对论,因此他选择了这个方向。当时,牛津大学没有人研究宇宙学,于是霍金在牛津毕业后,就到剑桥大学去作研究生。

       不幸的是,在牛津毕业的前一年,20岁的霍金,患了严重的不治之症-进行性肌肉萎缩。起初此病发展很快,霍金23岁结婚时,已不得不拄拐杖。但他顽强地与疾病斗争,在物理领域做出一个又一个杰出的贡献。他与彭若斯一起证明了奇点定理,又独自证明了黑洞面积定理,还进一步证明了黑洞热辐射的存在。

    刚做研究生时,霍金原本想追随著名相对论天体物理学家霍伊尔。霍伊尔当时正在研究稳恒态宇宙模型。该模型认为宇宙膨胀过程中,不断有物质从真空中产生,宇宙中物质的密度始终保持恒定。霍金对这个模型非常感兴趣,但是霍伊尔不要他,他只好跟了一位原来未曾听说过的西阿玛教授。西阿玛有一个特点,就是不主动管研究生,你愿意做什么研究就做什么。但西阿玛总是在办公室坐着,学生可以随时找到他。对于学生提的问题,西阿玛会给他介绍有关的专家,有关的书籍,也会提一些富有启发性的建议。霍金一开始看不起西阿玛,后来逐渐认识到西阿玛是一位非常适合自己的好老师。他给了霍金充分的时间,充分的选题自由,并给了他最需要的帮助——介绍别的专家。事实表明,西阿玛的确是极好的导师。当前世界上最优秀的相对论专家,几乎有三分之一是他的学生,除霍金外,还有卡特、瑞斯、艾利斯等。

     刚做西阿玛的研究生时,霍金仍对霍伊尔的稳恒态宇宙模型感兴趣,常跑道霍伊尔研究生纳里卡的办公室去,帮他计算。在计算中他发现霍伊尔的稳恒态模型有难以克服的内在困难,应该否定。霍金博士论文的前一部分,就是证明稳恒态模型不对。博士论文的后一部分是关于奇性定理的。西阿玛把牛津大学的数学教授彭若斯拉过来研究相对论,又介绍霍金认识了他,霍金从彭若斯那里学到了现代微分几何。当时彭若斯已经给出了奇性定理的第一个证明。该定理是说任何一个物理时空都一定存在时间有开始或有结束的过程。霍金在看了彭若斯的证明后,自己给出了奇性定理的第二种证明。不过霍金最初的证明有漏洞,后来他又重新给出了完美的证明。霍金从此展开了他的研究生涯。

    糟糕的是霍金的病发展很快,不久就不能行走了。他坐在特制的小车上,用手按动小车上的按钮前后行走。他把书和杂志复印后在一个长条桌上一张张铺开,然后驱动小车慢慢移动,边移边看。他说话越来越困难,只有他的妻子、学生、私人医生和护士可以听懂他的讲话,后来不得不给他装了个电子发声器。唯一健全的是他的大脑,不仅健全,而且超常。他不好利用纸笔,于是把所有的知识都储存在大脑中,并在那里思考计算,然后口述让助手写在黑板上,与别人讨论。霍金以超常的毅力对理论物理作出了极其杰出的贡献。

       霍金在生活上非常乐观。他患病初期,还参加划船比赛,他已无力划浆,但坚持掌舵。全身瘫痪后,仍去参加舞会,他把电钮一按,小车高速旋转,不小心压了别人的脚趾。有一次,他从一个山坡下来,故意开玩笑让小车往下冲,“结果我们的这位引力专家,被万有引力一下子抛进了路边的花丛里”。1985年霍金来中国访问,曾到北京师范大学讲学。他坚持要看举世闻名的长城,几个中国学生把他连人带车抬上了居庸关。后来,他又两次访问中国,并先后在中国科技会堂和人民大会堂向公众发表科普演讲,深受中国人民的敬仰。

     愉快的霍金早已突破了医生预言的寿命界限,他的思想仍然在爱因斯坦的弯曲时空中遨翔。

     霍金不赞同爱因斯坦对量子力学的看法。针对爱因斯坦“上帝不掷骰子”的说法,他反驳道:“上帝不仅掷骰子,而且有时掷到我们看不见的地方去了”。那看不见的地方, 就是黑洞。

 

 

——引自赵峥《物理学与人类文明16讲》,高等教育出版社,2008

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