宇宙之谜的探索者

宇宙之谜的探索者——史蒂芬·霍金

圣经说：上帝创造了宇宙。

当代物理学家说：宇宙从大爆炸中诞生。

梵蒂冈说：大爆炸理论符合圣经。

史蒂芬·霍金说：大爆炸和黑洞是不可避免的宇宙奇点。

史蒂芬·霍金说：黑洞并不黑，它不仅看得见，而且是白炽的。

史蒂芬·霍金说：在经典物理框架中，黑洞越变越大，但在量子物理框架中，黑洞因辐射而越变越小。

史蒂芬·霍金说：大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。因而上帝对宇宙的贡献消失殆尽。

有人说史蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最伟大的天才，也有人说他是疯子。

史蒂芬·霍金是谁？

霍金1942年1月8日生于英格兰的牛津，其父母都在牛津城受过高等教育。父亲法兰克·霍金是一位有名的医生和生物学家。母亲伊莎贝尔研究哲学、政治和经济学。霍金有两个妹妹和一个弟弟。霍金的父母非常注意从小培养孩子对科学的兴趣。几个孩子兴趣各不相同，霍金从小非常富有想象力，他曾想出进入自己屋子的11种办法。但是，他的语言不能同他的思维同步，有时讲话还结巴。他在五年级的时候，与几个同学一起，找了许多零件，制造了一台电脑。这电脑还真的能回答问题。许多人到学校参观，引起了一场不小的轰动。

1959年，霍金中学毕业并考入了牛津大学，这时他才17岁。在牛津大学霍金选学他所喜欢的物理学，当时他们班上有四名学生学习物理。有一次，教师布置了13道题，其他同学做了一星期，只解出一二道题，而他只用一个上午，便做了10道。他的同学们说：“与他同行并进是不可能的，我们就像来自不同的星球。”

然而在大学的第三年，他的身体出现了麻烦，他的手已不像过去那样灵活了，腿脚也不便利，并且几次从楼梯上跌下去。但他当时并没有意识到这一征兆的严重性。当年秋天，霍金申请到剑桥大学做研究生，攻读宇宙学博士。在他进入剑桥大学后不久，21岁生日刚刚过完，他就住进了医院，经过专家的多次会诊，被诊断为患了肌肉萎缩性侧面硬化症（帕金森氏症），无方可医。出院后不久的一个晚上，他做了一个被处死的噩梦。梦醒后，他忽然意识到：“如果被缓刑的话，还有事情值得做”，他重新振作起来，开始了天文学研究生涯。随着时间的流逝，霍金的病情缓和下来，但只能依靠轮椅活动。

1965年，霍金开始有关黑洞问题的研究。1974年，32岁的霍金发现，“只进不出”的黑洞具有一种完全出乎意料的特性，即由于量子力学的“隧道效应”，它会稳定地向外发射粒子，考虑了这种“蒸发”，黑洞就不再是绝对“黑”的了。他的这个惊人的创见发表几星期后，英国皇家学会就宣布他当选为该会会员，霍金成了这个世界闻名的学会有史以来最年轻的会员之一。

霍金提出“黑洞蒸发理论”的同时，他又把量子力学和引力理论结合在一起，创造了“量子宇宙论”。他说，根据量子力学，空间中充满了粒子和反粒子。黑洞存在时，一个粒子可以掉到黑洞里面去，留下它的伴侣就是黑洞发射的辐射，这就是霍金提出的被人们称为“霍金辐射”的黑洞辐射论。霍金的名字也因此在科学史上不朽。

霍金还证明，每个黑洞都有一定的温度，而且温度的高低与它的质量成反比。也就是说，质量大的大黑洞温度低，加上引力强，“蒸发”慢，寿命可能非常漫长；相反，质量小的小黑洞温度高，加上引力弱，“蒸发”快，寿命可能只有短暂的一瞬间。更有意思的结果是，黑洞的“蒸发”使它的质量减少，质量减少使它的温度升高，温度升高使它“蒸发”更快，“蒸发”更快使它质量更少，质量更少（这个“质量更少”是相对的）使它温度更高……如此循环反复越演越烈，最后终于以一场猛烈的爆发而告终。他的同事为他的理论欢呼。但是也有不少学者不相信霍金的黑洞辐射理论。当时苏联的天文学家也不相信，但是半年多以后，他们主动改变了态度，认可了霍金的观点。由于其不同寻常的遭遇及在天文学上的杰出成就，霍金获得了许多荣誉，1975年，梵蒂冈授予霍金“有杰出成功的年轻科学家”称号；1978年，获理论物理学领域的最高荣誉“爱因斯坦奖”；1980年，霍金被选为卢卡斯教授。这是一个十分崇高的职位，历史上只有牛顿、拉摩、爱丁顿、狄拉克等几位大科学家担任过这一教席。1982年，霍金接受了圣母大学、芝加哥大学、普林斯顿大学和纽约大学的荣誉学位。伊丽莎白女王封他为英国的荣誉骑士。自他的《时间简史》出版后，他被广泛尊崇为继爱因斯坦后最伟大的理论物理学家。

霍金提出的量子宇宙论是一种无边界的宇宙模型。宇宙是一个自足的整体，不需要上帝去启动宇宙。宇宙中的一切都可以由物理定理预言出来。霍金以重病之身躯克服人们无法体会的病痛折磨，奋力拼搏，取得了令世人瞩目的成就。但是祸不单行，1984年他在一次访问日内瓦时得了肺炎，进行了气管切除手术，使他完全失去了讲话能力。在这一段时间里，他唯一的与人沟通的方法是由别人指着拼写板上的一个个字母，当指的是他要的字母时，他就扬起眉毛，如此一个字母一个字母地把词拼出来。交谈十分困难，更不用说写科学论文了。美国一位电脑专家（据说是盖茨）得知霍金的不幸遭遇后，给他寄来了一套电脑软件。他用手或眼睛的运动来控制可选择所需要的字母拼成词，然后由语言合成器说出来。霍金面对随时可能死亡的威胁，丝毫没有退缩。相反地，他意识到，对他来说，时间可能是短促的，他必须非常快速和专心致志地从事研究工作。从20世纪70年代到今天，他先是被禁锢到轮椅上，后来又失去说话的能力，但他那枯槁的躯体里却有一个出类拔萃的头脑和一颗不屈不挠的心。他每活一天都是在创造一个新的医学记录。直到今天，他还在艰难地活着，战斗着……

医生曾诊断身患绝症的霍金只能活两年，他之所以能支持到今天并取得卓越成就，最主要的是他具有强烈的使命感和极其坚强的意志。霍金坚信，关于宇宙的起源和命运的基本思想可以不用数学来陈述，而且没有受过专业训练的人也能理解。他曾在通俗演讲里，生动地向听众解释“利用光速，从‘黑洞’进去，从‘白洞’到宇宙另一区域去作时空旅行”的设计，是有趣的科学幻想，而现实却是难以做到的简明道理。经过数年的辛勤写作和修改，于1988年4月正式出版宇宙论科普著作《时间简史》。书中引导读者遨游外层空间奇异领域，对遥远星系、黑洞、夸克、大统一理论、“带味”粒子和“自旋”的粒子、反物质、“时间箭头”等进行探索。《时间简史》已用33种文字发行了550万册，如今在西方，自称受过教育的人若没有读过这本书，会被人看不起。

霍金的一生，是人类意志力的记录，是科学精神创造的奇迹。霍金对物理学的毕生贡献便是证明了，在经典物理的框架中，大爆炸和黑洞是不可避免的，黑洞将越变越大；而在量子物理的框架中，黑洞却因为辐射越变越小。大爆炸和黑洞奇点不仅被量子效应所抹平，而且宇宙正是起始于此。