量子科学家霍金（明星科学家霍金和他的世界）

2018年3月14日，世界著名科学家斯蒂芬·霍金撒手离去，这一天正好是爱因斯坦的诞辰日。而霍金出生那天——1942年1月8日，又正好是现代科学的重要奠基人伽利略逝世300周年忌日——这是许多有关霍金的传记文字都会提及并津津乐道的一件事，似乎这预示了某种科学使命或超人天赋的传承。

走过76年人生岁月的霍金，给我们这个世界带来了什么，又留下了怎样的印记？

平均每天用功1小时

霍金成长于英国北伦敦的海格特，他的父母都毕业于牛津大学。出身于佃农世家的父亲是研究热带病的专家，出身于医生家庭的母亲则从事过税务稽查员、秘书等多种职业。他们一家独来独往，不爱交际，在当地人眼中是一个比较古怪的家庭。

少年时代的霍金并没有显出什么特异之处。他所在的班级，是一个所有学生都非常聪明的班级，他的学习成绩从未位列前面一半，他的总是很不整洁的作业常常让老师摇头。12岁那年，霍金班里曾有两位同学用一袋糖果拿他打赌说，他将一事无成。可是，却有其他同学“看到了一些好征兆”，给他起了个“爱因斯坦”的绰号。

那一阵霍金迷上了火车模型和别的玩具和游戏，还建造过飞机模型和船舶模型。他对事物如何运行很感兴趣，喜欢将物件拆开，看看它们如何工作，可他的手工却十分差劲，并不擅长再将它们重新组装回去。如他后来所认识到的，“我的实际动手能力总不能和我的理论探索能力相匹配。”

课堂外的这些游戏和制作对霍金走上科学之路影响至深。在他看来，他对火车、船舶和飞机模型的钟情，来自于要了解系统如何运行和如何控制它们的强烈愿望。而从他开始攻读博士学位开始，他对宇宙学的探索就满足了这个需求。“如果你理解宇宙如何运行，在某种程度上，你就控制了它。”

然而，进入牛津大学攻读物理学之初霍金并不是一个勤于探索的好学生。那一时期在牛津，因为用功而得到较好等级被视为一个“灰人”的标志，是牛津词汇中最坏的诨名。你要么是不费劲学习而非常卓越，要么就接受自己能力有限的现实而得到第四等成绩。霍金估算过，在牛津3年期间，他大约只用功1000小时，平均每天1小时。他那时的态度和多数同学并无二致，“我们都倾向于绝对厌倦，觉得没有任何东西值得努力追求。”

给霍金的人生带来巨大变化的转机，就出现在那之后不久。

一切都改变了

在牛津的最后一年霍金注意到，他的身体正变得越来越笨拙，有一次竟然连摔了几个台阶。他去看医生，却只得到一句规劝：“别喝啤酒。”1962年10月进入剑桥大学读研究生后，他发现自己的身体更笨拙了。这一年圣诞节期间，他在湖上滑冰时跌倒，居然到了爬不起来的地步。他母亲注意到这个问题并带他看了医生。在他21岁生日刚过不久，又把他送进医院进行检查。

最终，霍金被确诊患上了可能在几年内致死的绝症——运动神经元疾病（ALS）。那是在1963年。当霍金意识到自己的情况会不断恶化而医生也无能为力，自己也许活不到完成博士论文时，已经很难做到专心致志了。他感到有点儿自怜，也“有点儿悲剧人物的味道”。

霍金头像

霍金自传《我的简史》记述，他在其病症还未得到诊断前，对生活极其厌倦，总觉得似乎没有什么事情值得去做。“我患病的一个后果就是把一切都改变了。当你面临夭折时，你就意识到生命是值得过的，因为有很多事情等你去做。”

出院后不久，霍金做了一个自己将被处死的梦。这使得他“忽然意识到，如果我被缓刑的话，还有很多我能做而且也值得做的事情。另外一场我做了很多次的梦是，我要牺牲自己的生命去救别人。毕竟，如果我反正都要死，不妨做一些好事。”

幸运与奇迹随之出现。“事情发生根本变化的原因是我和一个名叫简·王尔德的姑娘订婚，我是在被诊断为ALS病时邂逅了她。这给了我某种生活的动力。”

霍金结婚照

要结婚就得有一个工作，而要工作就必须完成博士论文。因此，霍金在一生中头一次开始用功。“令我惊讶的是，我发现我喜欢用功。”婚后的他得到简（当时还是韦斯特菲尔德学院的本科生）悉心照顾，学术方面突飞猛进，其宇宙学研究，特别是关于黑洞辐射机制的研究成果也开始受到关注。

在煤窑里寻找“黑色的猫”

霍金的导师适时介绍他认识了罗杰·彭罗斯。这位数学家将其最新发展起来的拓扑数学方法运用到爆炸的星体中，证明恒星坍缩到一定程度后将会成为一个奇点（空间-时间中密度为无穷大的点）。这一结论激发了霍金的思想火花：能否将彭罗斯的奇点理论推广于整个宇宙？

那一时期，宇宙的起源成为研究的热门，各种新奇的观点时有呈现。美国物理学家约翰·惠勒在1969年举行的一次会议上提出了“黑洞”一词，以取代先前的“重力完全塌缩的星球”，这形象地解释了宇宙中大质量超巨星坍缩时产生的现象——黑洞因为质量很大，连光都会被它吸收。霍金就此评价说：“一个天才之举”。1965年到1970年间，他与罗杰斯合作，研究黑洞、奇点，以及它们的性质，特别是黑洞的辐射机制。

检测黑洞，“有点儿像在一个煤窑里寻找一只黑色的猫”，霍金这么形容。不过，1974年，他将黑洞的引力和虚粒子的行为统合考察，做出了令人吃惊的证明：黑洞不是完全“黑”的！它们也能发热，黑洞越小发热越多。当人们顾及物质的小尺度行为时，粒子和辐射可以从黑洞漏出来，黑洞正如同一个热体似地发射辐射（这一过程后来被称为“霍金辐射”）。

这一发现转变了人们对黑洞的全部观念，事实上也是第一次将20世纪物理学的两大基础理论——量子力学和相对论结合一起。这一年，32岁的霍金被授予英国皇家学会会员资格，成为获此殊荣的最年轻的科学家。1979年，霍金被剑桥大学聘为卢卡斯输血讲座教授，这证实牛顿当年在剑桥尊享的位置。

喜欢思索宇宙难题的霍金

可是，学术上声誉日隆的霍金后来病情却渐渐加重，已无法自己走动，只能坐在轮椅上。1985年，由于肺炎发作，霍金动了一次气管切口手术，从此完全失去了说话的能力。然而，他依然在思考、研究、出成果，并且广受瞩目。他表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。他用仅能活动的几个手指操纵一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句，然后通过电脑播放声音。

为爱因斯坦辩护

霍金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，有人甚至把他看作是爱因斯坦之后最伟大的科学家，但他本人并不接受这种说法。

《时间简史》（普及版）封面

霍金对爱因斯坦十分推崇，他们两人在某些方面也颇为相通。霍金著作《果壳中的宇宙》开篇两章“相对论简史”和“时间的形态”，几乎就是一个爱因斯坦专辑。实际上它论述了两个大问题：爱因斯坦是如何为20世纪两个基本理论，即相对论和量子论奠基的；爱因斯坦的广义相对论使时间具有形态，这如何与量子论相互和谐。霍金称，这本书的结构更像一棵树：头两章是主干，从主干上分支出其余各章。“它们对应于我在《时间简史》出版之后研究或思索过的领域。这样，它们呈现了当代研究的某些最活跃领域的图像。”

霍金经常谈到时间旅行

这是《时间简史》（普及版）中的一幅插图，霍金（右）坐在时间机器里

由上述话语中不难看出爱因斯坦在霍金心目中的学术地位。不只于此，在《果壳中的宇宙》第一章末尾，霍金还饱含深情地写道：纳粹在德国发动了反对“犹太人科学”运动，而许多德国科学家是犹太人，这是德国不能制造原子弹的部分原因。爱因斯坦和相对论成为这个运动的主要目标。第二次世界大战后，他要求盟国政府建立一个世界政府以控制原子弹。1948年他拒绝了担任以色列新国家总统的邀请。正如他所说：“政治是为当前，而一个方程式是一种永恒的东西。”广义相对论的爱因斯坦方程是他最好的墓志铭和纪念物，它们将和宇宙同在。

霍金甚至还为爱因斯坦所遭受的责难辩护：有人将原子弹的出现归咎于爱因斯坦发现了质能关系，但是这和把飞机失事归咎于牛顿发现了引力定律很相似。当他听说出版了一本名为《100个反爱因斯坦的作家》的书时，回答道：“何必要100个人呢？如果我是错的，一个人就足够了。”

探求宇宙的“无中生有”

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作出了杰出的贡献，他的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第一推力”问题。他想向大家证明的是，很有可能宇宙开始的方式是由科学定律控制的；宇宙是在根据特定的定律有规律地进化。

霍金著《时间简史》（普及版）中的插图解说量子理论

他认为他一生的贡献是在经典物理学的框架里，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。霍金后来写道：“彭罗斯和我发现，如果广义相对论是正确的，的确必须存在一个开始。”

今天，科学家已经达成共识：我们的宇宙是由一个果壳状的瞬子创生而来的，而在瞬子上的量子理论所能允许的时空和物质的最小涨落，也就是果壳上的皱纹，即是宇宙中的诸如星系团、星系甚至生命的一切结构的起源。霍金是这个学说的主要创立者。他认为宇宙的边界条件是宇宙没有边界，这样就真正科学地实现了宇宙的“无中生有”的场景。换句话说，霍金的研究成果证明了以下观点在理论上是可行的，即宇宙并不是无穷的，但同时也没有界限。此一观点的深意在于：它认定科学定律通过某种构造可以完全描述宇宙是如何起源的。

耐人寻味的是，霍金的宇宙论事实上使上帝没有存身之处——如美国天文学家卡尔·萨根所评述的那样：霍金发现了“一个空间上没有边界、时间上没有开始或结束的宇宙，一个创造者的存在是多余的”——但梵蒂冈教廷仍对他表示了敬意。在承认了对伽利略审判的错误之后，教廷科学院又选举霍金为该院院士。鲜为人知的是，霍金年轻时曾不遗余力地为伽利略冤案的平反而奔走呼号，其前妻简·霍金在1999年出版的一本回忆录《音乐移动群星》中，记述了发生在1975年4月间的一件事：

“……在星期六教皇学院上课期间，他(霍金)将接受教皇授予的派厄斯六世教皇金质科学奖章。我想，宇宙大爆炸学说同创世说一样对梵蒂冈具有吸引力。伽利略死后333年，终于出现了一个拥护者。斯蒂芬需要对与会者发表讲话，并且打算利用这个机会提出一个特别的请求——恢复伽利略的名誉。”

在霍金看来，宇宙学的激动人心之处在于，它是哲学和常规科学的结合部。在他看来，宇宙由秩序所制约，我们现在能部分地，而且在不太远的将来能完全地理解这种秩序。也许这种希望只不过是海市蜃楼，也许根本就没有终极理论，而且即便有我们也找不到。但是，努力寻求完整的理解总比对人类精神的绝望要好得多。

“方程式是永恒的”

报纸上曾登有这样一幅照片，画面上仅有三个人，其中一位是当时世界上最有权势的人——美国总统克林顿，一位是当今科学界的泰斗级人物——坐在轮椅上的霍金。克林顿侧脸站在霍金身旁，向他鼓掌致意。照片旁有一句引人深思的注释：“一时的政客与永恒的学者”。即便这位智慧的偶像曾经“被荣誉冲昏了头”（霍金前妻语），他内心深处那种探求宇宙奥秘的强烈的使命感和意志力也未曾有过消减；而且，正是它们支撑着身患绝症的他活到今天，并且取得了令世界瞩目的辉煌成就。

在美国情景喜剧《生活大爆炸》中，霍金扮演的自己出场，谢耳朵看到他之后，顿时晕倒在地

“如果你的身体有残疾，那么就不可能再让你的精神也残疾了。”霍金曾这样说道。1992年，他对一位来访者坦言：“我不认为我的生活已经偏离了正常人的生活，我也不相信我身边的人会这样说。我不觉得自己是残疾人，仅仅只是我的运动神经元细胞产生了一些故障而已，就如同我只是患了色盲一样。我想我的生活很难被说成和普通人一的生活一样，但是我在精神上与一般人别无二致。”

2007年4月，霍金在飞机上体验零重力

尽管霍金被“囚禁”在没有多少自由空间的轮椅上，但他却是我们这个时代最富于勇气、才智和成就的空间旅行者。虽然在许多人看来霍金遭受了“人生之大不幸”，可也就在这跟“不幸”搏击的艰难历程中，印证了他的同胞、大诗人弥尔顿所言：“头脑是它自己的住所，它在其中可制造地狱的天堂，也可制造天堂的地狱。”

2009年8月，霍金获得代表美国平民最高荣誉的总统自由勋章

美国总统奥巴马亲自为霍金颁奖

有一次，在学术报告结束之际，一位年轻的女记者这样发问：“霍金先生，运动神经元疾病已将你永远固定在轮椅上，你不认为命运让你失去太多了吗？”

霍金演讲

面对这个略显唐突的问题，明星科学家霍金用他当时还能活动的手指，艰难地叩击键盘。于是，随着合成器发出的标准伦敦音，宽大的投影屏上缓慢而醒目地显示出如下一段文字：我的手指还能活动；我的大脑还能思维；我有终生追求的理想，有我爱和爱我的亲人及朋友。对了，我还有一颗感恩的心……。

心灵震颤之后，掌声雷动。

霍金简介

斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking，1942-2018），英国理论物理学家，剑桥大学应用数学和理论物理系终身教授。先后毕业于牛津大学和剑桥大学，获剑桥大学哲学博士学位。1974年成为英国皇家学会最年轻的会员，1979年被提名为剑桥大学卢卡斯数学教授。1978年和1988年先后获得物理学界两项大奖——阿尔伯特·爱因斯坦奖与沃尔夫奖。1989年获英国爵士荣誉称号。著有《时间简史》《果壳中的宇宙》《大设计》等。

霍金的自传

霍金著《我的简史》讲述了自己的人生和思考轨迹，解读的是他本人的小宇宙，还收录了他人生各个时期多幅珍贵的照片。这是第一本霍金在新技术帮助下完全凭借一已之力写成的书。有评价说，读此书感觉就像是一位预期自己活不长并成就显著的老人写给世人的一封告别信。

霍金自传《我的简史》封面

霍金与《时间简史》

世人知道霍金的大名更多的是来自他撰写的一本有关宇宙学的著作《时间简史：从大爆炸到黑洞》。此书自1988年首版以来已被翻译成40多种文字，销售了近2500万册，创造了科学著作和全球出版史上的一个奇迹。这本几乎没多少人能够看懂的科普名著，增进了大众对黑洞的了解和对科学的兴趣，也深化了关于宇宙起源的讨论。

霍金的《时间简史》自1988年首版以来已被翻译成40多种文字，销售了近2500万册，创造了科学著作和全球出版史上的一个奇迹。

霍金把他的书之所以大受欢迎归结为两个因素：一、人类对自身来源的好奇；二、公众总是寻找英雄。他本人显然满足了这两种愿望，他把自己看作是一名努力揭示主宰宇宙的基本规律的科学家。“假如我能激励他人对那些规律产生兴趣，我感到高兴，但那一直不是我的主要目标”。

有人告诉霍金，他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，我还是写进了一个方程，即爱因斯坦的著名方程E=mc²。我希望此举不致吓跑一半我的潜在读者。”霍金认为，科学家和工程师喜欢用方程式的形式表达他们的思想，因为他们需要数量的准确值。但对于大多数人来说，定性地掌握科学概念已经足够，而这些概念只要通过语言和图解而不必用方程即能表达。

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