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南理人向他致敬:仰望星空的人,成为了星空.

传媒好声音 2018-09-18 11:23:56


3月14日,著名物理学家史蒂芬·威廉·霍金逝世,享年76岁。


3月14日,一位物理学家走了

他出生于伽利略逝世300周年的日子

离开在爱因斯坦诞辰139周年的日子

他的离去 全球瞩目

那些受其影响的南理人纷纷向他致敬



      “在社会影响方面,霍金是当今世界最知名的科学家;在科学研究方面,他是现代最伟大的物理学家之一。”


       相信很多人听到这消息后都会心里一震,可能很多人小时候写砺志题材的作文里都举过霍金的例子,长大后读懂了他的故事,受到他的精神感染后,内心里更是常常想起他,他能够让我们汲取到很多超越科学的精神资源,他的勇气和坚持鼓舞了全世界。


       斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),著名物理学家,1942年1月8日出生于英国牛津,1979至2009年任卢卡斯数学教授,著有《时间简史》等书。



       霍金21岁时患上运动神经元疾病,全身瘫痪,不能言语。但他仍在物理学领域做出了很大成就,主要研究领域为宇宙论和黑洞理论。证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型。



      这位在轮椅上度过了大半生的老人拓展了人类知识的领域,一次又一次把人类的目光引向宇宙,并用他独特的人生经历为我们讲解了人生的意义和思想的价值。现在,他一定是独自去探索宇宙了。



    一个学习并不十分努力、过着快活日子的牛津大学学生,希望在未来可以找到一份数学教师的职位。他却在21岁这年听到了噩耗,他患上了被医生认为是绝症的“运动神经元病”,最多只剩下两年的生命。这会给一个年轻人带来什么样的打击和改变?真正面对这个问题的史蒂芬·霍金给了我们一个难以想象的答案,他以顽强的求生欲和旺盛的生命力创造出一个奇迹,成为“运动神经元病”患者中存活时间最长的人。

   55年来他一直生活在死亡边缘,当他得知自己身患绝症后仍然抓紧完成了自己在剑桥大学的博士学业,并且顽强地活了下来,结婚生子,从事科学研究,直至成为剑桥大学的教授和名满世界的科学家。他在逐渐丧失行动能力的一生中,思想扩展到了整个宇宙,他被人们认为是继爱因斯坦之后人类最杰出的理论物理学家和宇宙学家,他坐在轮椅上的形象已经成为剑桥大学和物理学的一张名片。


患病之前的霍金

   霍金教授因为他多年来的奇特疾病造就出的特殊形象和他的闻名世界的高科技轮椅而被很多人称作科学界的偶像派,这话倒是毫无对霍金教授不尊重的意思。就连他自己也说:“我的名望带给我的烦恼之一就是无论走到哪里都会被人认出来,即使戴上深色的墨镜也不行,因为人们会认出我的轮椅。”

   史蒂芬·霍金1942年出生于牛津,他出生的那天正好是伽利略逝世300周年纪念日。即使他后来成为一个经常被和伽利略相提并论的大科学家,他仍然不认为他的出生日期有任何的寓意或是为他的未来指引了任何方向,他说那一天也许出生了上百万人,他只是其中普通的一个而已。霍金最初的愿望是当一位数学教师,因此他追随他父亲进入牛津大学学习自然科学,因为当时没有数学专业而主攻物理学。对于在牛津的学习经历,霍金并不感到十分自豪,回忆起在牛津读书的日子,他说他大概总共学习了1000个小时,平均每天只有一个小时(英国的大学时间为3年)。

   霍金依靠自己的天才轻松地从牛津毕业,来到剑桥大学攻读宇宙学博士学位,这听上去并没有太多的意外和挑战,但是从医生那里听到自己身患绝症的消息改变了他的人生,使他一下子失去了人生的一切希望。在得知自己最多还能活两年的时候,他只想能在死前完成自己的博士学位。强烈的求生欲与求知欲的结合,最终诞生了一个医学奇迹,也造就了一位科学大师。这个55年来始终挣扎在生死线上的病人拓展了人类知识的领域,一次又一次把人类的目光引向宇宙,让人们对于宇宙的开端与终结有了更多的想象。


幼年霍金

   这个外形独特、逐渐丧失活动能力的宇宙学家与理论物理学家,不仅成为英国皇家学会最年轻的会员之一,同时也因为从1979年开始坐上了剑桥大学卢卡斯数学教授的位置而被大众所熟知。这个剑桥大学最值得骄傲的位置曾经属于牛顿,因此霍金也开始被认为是牛顿的继承人。

   霍金真正走进大众的视野不仅是由于他奇怪的疾病,更源于他的科普著作和让常人听来感觉玄而又玄的研究领域。他希望以简单易懂的科普著作让人们了解他的研究成果,其中以1988年出版的《时间简史》(A Brief History of Time)最为著名。尽管他希望让大多数人都能读懂而尽量使用了通俗的语句,不引用太多公式,这部“大众科普读物”仍然让大多数人摸不着头脑,但这却并不影响书的销量,它在英国《星期天泰晤士报》的畅销书排行榜里连续出现4年,总共销量超过1000万册。就连霍金本人也感到惊奇,他很难理解一本描述宇宙的书会比麦当娜以性为主题的书更能吸引读者。

   之后,他2001年出版的《果壳里的宇宙》(The Universe in a Nutshell)略显艰深,仍然让读者趋之若鹜,而2010年出版的新书《大设计》(The Grand Design)则又在全世界掀起一波大众讨论宇宙奥秘的高潮。这本书中并没有太多新鲜的论调,行文却更加直接。开篇一句“哲学已死”似乎在宣称物理学在人类知识体系中将取代哲学的位置。而后,霍金仍然难以抛却所有一流物理学家的情怀,希望发现一个大统一理论来描述整个宇宙的方方面面——霍金称之为M理论。这一点,作为科学家的霍金从来没有改变过,正如他在1985年曾经说过的:“我的目标非常简单,我希望对于宇宙有一个全面的理解,为什么宇宙是现在这个样子,还有宇宙到底为什么存在。”

   一个失去生活能力与日常快乐的人,可能更容易感受到智力带来的快乐与尊严。霍金说,我们只不过是一种生活在一颗小行星上的高度发达的猴子,但是我们却可以理解整个宇宙,正是这样使我们特别。


霍金与第一任妻子简的婚礼

   霍金对于宇宙学的研究始于20世纪60年代,当时与他在牛津大学的好朋友罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)一起研究利用广义相对论构造的宇宙数学模型。从70年代开始,他专注研究引力奇点问题,通过数学手段证明,黑洞只是一个通过广义相对论得出的一个自然而然的结论,宇宙中遍布着黑洞。同时,他又通过高超的数学手段证明,只需要3个变量就可以完备地描述一个黑洞的性质。在1974年,他更是得出了一个令人吃惊的结果,黑洞不仅吸收一切进入它周边的物质,同时由于量子效应,它也在向外辐射亚原子粒子,就是说,黑洞有一天终将因为向外辐射而消失——尽管这个过程将极其缓慢,人们将它命名为“霍金蒸发”。

   曾经有一个读者问霍金,如果你有机会问爱因斯坦一个问题,你会问什么?霍金回答说,我会问爱因斯坦为什么不相信黑洞的存在。作为大众心目中爱因斯坦的“继承人”,霍金在很多问题上与爱因斯坦并不一致,甚至是背道而驰。尽管霍金的宇宙学研究发端于爱因斯坦的广义相对论,但是他却一直希望可以通过数学手段统一量子力学与相对论而得出大统一理论,对此,想必爱因斯坦不能认同。

   爱因斯坦始终认为量子理论不完备,并且留下了一句名言——“上帝不是在掷骰子”,对此,霍金专门写了一篇文章来回应,题目简单直接:《上帝在掷骰子吗?》(Does Godplay Dice?)。霍金的结论是,是的,上帝是在掷骰子,也就是说物理学在很大程度上是由概率来决定的,也因此我们无法确知未来。在此事上,霍金倒是不乏英国式的幽默,他说:“我注意到,即使是那些声称世界上一切事情都已经事先注定而无法改变的人,他们在过马路前也会仔细地往两边看。”



   作为一个英国人,霍金喜欢打赌也就一点都不稀奇,只是他的赌运一直都不怎么好。霍金曾经打赌说,欧洲的大型重子对撞机(LHC)找不到希格斯玻色子,最近却从瑞士传来了疑似发现希格斯玻色子踪迹的消息。他最著名的一次打赌是在1997年与美国理论物理学家约翰·普瑞斯基尔(John Preskill),霍金认为黑洞会吞没并摧毁它周边的一切,包括信息,信息一旦进入黑洞,就将彻底消失。但是到了2004年,霍金承认,根据霍金蒸发和量子扰动理论,他解决了黑洞信息悖论,也改变了自己之前的看法,被黑洞吸收的信息最终会回到宇宙中。霍金承认这是他一生中最大的错误,“起码是在科学上最大的错误”。

   因为霍金教授独特的研究领域,他被越来越多的人当做人类的先知,很多人向他请教人类和宇宙的未来。霍金教授看上去很乐意回答这个问题,他也说出过很多惊人之语,其中最引人注目的就是呼吁人类要尽早移民外星,这样才能躲避地球上的危险,使人类更安全和迅速地发展。这个建议固然值得考虑,但是移民外星毕竟不等同于科学理论研究,在很长一段时间内,人类恐怕依然只能生活在危险的地球上。

   如今,霍金已离我们而去,但无论如何,这位在轮椅上度过了大半生的老人已经用他独特的人生经历为我们讲解了人生的意义和思想的价值。

- 谨以此篇 -

纪念伟大的物理学家霍金


(本文以下的故事部分纯属虚构)


“嘿,史蒂芬,抱歉通知你,根据宇宙航行的规定,你的轮椅和肉体都不能参与传输,我们只能带走你的精神物质,这趟旅行,你还想继续吗?”

霍金轮椅上的电脑弹出了一个窗口,合成语音不急不缓地询问他。


霍金如何说话?


很多年前,霍金并没有使用单词联想系统,而是一直习惯逐个字母打字,只通过手里的一个按键来著书立说、上网冲浪、巡回演讲……每分钟能打15个单词左右。

霍金的按键类似上图


不但如此,由于电脑上装有语音合成系统(Speech synthesizer),霍金在打字后不用张嘴就可以“说话”,不过电脑的美音着实让这位剑桥教授苦恼。


由于霍金患有肌萎缩侧索硬化症,导致全身肌肉萎缩,并且病情逐渐恶化(因此该病也被称为“渐冻症”),后来已无法用手按键、用眼打字,后来他的眼镜上被装上了红外线探测器,用以探测脸颊一块肌肉的抽动,一次抽动等于一次点击。



“那地球上的人会......”

“会以为你死了,这对他们来说是一个巨大的损失。”

“别瞎说,如果我死了,他们只会在社交媒体上悼念我三两天,之后再归于平静——我敢保证,那些转发讣闻的人好一部分都没看过《时间简史》,隔一会他们又会去转发明星们的家事。”

但你在全人类中的地位是无可取代的,就像一颗巨大的发光天体,没人可以无视你的光芒。”

“我的假死就像引力波,虽然是由巨大的天体引起,但之后却只剩下微小的信号,造不成多大的波澜。”

“但是引力波只有庞大到难以想象的天体进行轰天动地的天文现象才能被十数亿光年外的我们捕捉到。

“而且人们捕捉到了一点细小的引力波,就是一次巨大的胜利。”


引力波是什么?


从科学意义上而言,证实引力波确实存在,将彻底改变物理学对宇宙的认知。科学家将能够由此来研究大爆炸事件的后续影响,还能够更精确地来观察宇宙中遥远的角落。源自大爆炸的引力波,还能帮助科学家更好地理解宇宙的构成。



引力被认为是时空弯曲的一种效应,这种弯曲是因为质量的存在而导致。引力波产生在物体加速过程中,即物质的分布发生改变时。比如恒星爆炸、黑洞碰撞,都会产生引力波。引力波会引起时空的伸缩、影响时空的结构。


爱因斯坦在1916年发表广义相对论时,就预言了引力波的存在。与声波、光波(电磁波)不同的是,引力波在宇宙中的传播不会受到任何阻挡。


“好吧,在恭维我这件事上,你赢了。不过你恭维的人却身处‘果壳’之中,你知道的,虽然我现在并不以病痛自卑,但这件事的确限制了我的科研。”

“ ‘即使我身处果壳之中,仍自以为是无限宇宙之王。’”

“《哈姆雷特》,第二章第二幕。”

“没错。”

“一千个人眼里有一千个哈姆雷特。”

“没错。”

“但是只有我一个霍金。”

“没错。”

“可是我‘假死’以后,就说不准会有‘千百个霍金了’,毕竟我不能为后人言论辩解了。”

果壳中的宇宙


《果壳中的宇宙》是一本图文并茂的科普著作,主题是宇宙学,涉及广义相对论、量子论、黑洞、暴胀、时间旅行、弦论、超引力等诸多前沿概念


霍金的宇宙学科普著作《时间简史》在全世界大受欢迎,销量超过千万册。但有不少人评论说,这本书的内容过于艰深,许多读者都没有读完。与之相比,《果壳中的宇宙》大量使用图形来解释宇宙学概念,给读者一种直观印象。



霍金因疾病被困于轮椅上,只能靠语音合成器讲话,却思考着宇宙学最前沿的问题。《果壳中的宇宙》书名源自莎士比亚戏剧《哈姆雷特》的台词:“我即使被关在果壳之中,仍自以为无限空间之王。”对霍金来说,这句话再合适不过了。



“你是研究宇宙物理的大拿,我很不解你为什么要对他人的言论那么在意。时间会证明一切,更何况你说过‘六百年后地球将亡’,就算是‘六百年’的风言风语在宇宙中也不过是海上一瓢罢了。”

“这回轮到我说没错了,我根本不在意他们怎么说,说什么,我只在意真相。

“自然派哲学家认为一切都是流动的,没有任何事物是不变的。我一开始认为这是错的,总有一些东西是永远不变的,这就是宇宙的基石,万物运行的准则,永远不会出错的定理。他就像1+1=2一样简洁美观却蕴含深刻。

“但是我突然间意识到我的这个想法可能是错的,你知道,现在的主流观点是宇宙由大爆炸得来,宇宙的边界再久远亘古以前开始膨胀,在遥遥无期的以后开始收缩。那么,宇宙爆炸之前是什么呢?宇宙边界外的世界又是怎样呢?现行的理论又是否成立呢?你知道,残破的身子禁锢着我在轮椅中,而有限的科技技术仍然把探索的脚步禁锢在太阳系内。”

“但是人类从来没有停止过探索宇宙的脚步,很多探测器都飞向了宇宙深处,还记得那张‘唱片’嘛?”

“旅行者号”和“唱片”


那是人类太空探索的黄金时代。1977年的夏末初秋,NASA史上最著名的项目之一——两架“旅行者”号空间探测器分别发射升空,无数人在卡纳维尔发射角和电视上见证了这历史性的一刻。


然而,它们之所以能够成为传奇,并不仅仅在于“旅行者1号”已经成为至今唯一一个飞出太阳系的人造物,还在于一项宇宙级浪漫的壮举:两架探测器上都携带了一张“金唱片(GoldenRecord)”,一张为外星生命准备的,收录了各种地球信息的镀金铜制密纹唱片,而它们能在宇宙中存在10亿年之久。也就是说,如果“旅行者”号有机会被外星文明拦截,它们将有可能通过这张唱片了解我们所居住的星球,认识地球上存在的各种文明。



把金唱片装上“旅行者”号。这样一张意义非凡的唱片,如何选择它所储备的内容就变成了一项浩大而又艰巨的任务。唱片的策划人是当时康奈尔大学教授,也是地球上最伟大的天文学家之一卡尔·萨根。他召集了各个领域的翘楚,尝试从宇宙的尺度上筛选人类的信息,并制作出各种各样外星生命形态都能够读懂的信息形式。最终,唱片收录了55种人类语言以及一种鲸的歌声向外星生命发出的问候、90分钟的来自世界各地最伟大的音乐、一部关于进化历史的音频“地球之声”,以及118张表现地球与人类的照片。


“倒是你问我这个问题,我活的可比你长。不过谁知道外太空有什么,我倒是害怕人类与外界智慧联系起来会发生什么不好的事情。”

“所以你准备好出发了吗?”

“不过也到这个时候了,我期待探索,一想到可以摆脱这个束缚的身子,精神可以自由地探索,我就心潮澎湃。

“我可得亲自去看看那些黑洞,谁知道我会不会自己打自己的脸。哦,艾尔伯特那糟老头子一定早就知道,他就等着看我的笑话,毕竟‘文人相轻’!记得给他也准备一副轮椅,比飙车我还没怕过谁,赌注是——你懂的。”


霍金好“赌”


虽然在禁锢在轮椅上,但霍金仍然使自己成为一位世界最著名的科学家,而且他还出奇地喜欢打赌。


最著名的一次是也是第一次打赌是在1974年12月,打赌的原因是:在天鹅星座中的X-1双星是否包含一个黑洞。索恩说有,霍金说没有。他们为此还写了一个赌状,一定按赌状上说的条件兑现:如果真有黑洞,那索恩就赢了,霍金就给他订一年的《阁楼》杂志;如果没有,霍金就赢了,那索恩就要为霍金订4年的《私家侦探》杂志。


PS:《阁楼》杂志以大量“性感内容”出名,《私家侦探》则充满了八卦和丑闻。


科学家也爱看“杂书”

后来,霍金曾解释他为什么要打这个赌,他说这是一种“保险策略”。其实,他们两人都相信在天鹅座X-1中肯定有一个黑洞,霍金只不过由于喜欢热闹,热衷于恶作剧,才打这个赌以缓和研究的紧张。他还装模作样地说:“如果索恩输了,那我的关于黑洞的研究整个就是浪费时间,毫无价值,但却可以得到4年的《私家侦探》杂志,聊以自慰;如果索恩赢了,那我的研究就获得了成功,并且是一件激动人心的成就,这时我也乐于给索恩一些安慰。”


“希望那群人可以从肥皂剧里抬头多看一眼物理吧。”

史蒂芬·霍金的眼球转动,看向“Yes”按钮,并且微微抽动一下肌肉。

一个时代结束了,

一个时代正在开启。




 #致读者#

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图文来源:网络综合

编辑排版:戴浩

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