一文讀懂史蒂芬·霍金：先後發表黑洞理論、奇性定理等相關巨著

【騰訊科技綜合報道】英國當地時間2018年3月14日凌晨3時46分，著名天體物理學家史蒂芬·霍金去世，享年76歲。

霍金的家人在周三凌晨發表聲明，證實他已在劍橋的家中死亡。霍金的孩子 Lucy , Robert 和Tim 在一份聲明中說：「我們親愛的父親今天去世了！我們感到深深的悲痛！」

霍金出生於1942年1月8日，是英國物理學家與宇宙學家，生前曾任職劍橋大學理論宇宙學中心研究主任。霍金做出過很多重要貢獻，最主要的是他與羅傑·彭羅斯共同合作提出在廣義相對論框架內的彭羅斯–霍金奇性定理，以及他關於黑洞會發射輻射的理論性預測（現稱為霍金輻射）。

霍金患有肌萎縮性脊髓側索硬化症，病情會隨著歲月逐漸愈加嚴重。生前已多年保持全身癱瘓的狀態，不能發聲，必須依賴語音合成器來與其他人通話。霍金曾經有過兩次婚姻，育有3名子女。

霍金生前撰寫了多本闡述自己理論與一般宇宙論的科普著作，廣受大眾歡迎。其中《時間簡史：從大爆炸到黑洞》曾經破紀錄地榮登英國《星期日泰晤士報》的暢銷書排行榜共計237周。

霍金曾經談起過死亡：在過去的 49 年裡，我一直生活在過早死亡的預期中。我不害怕死亡，但我並不急於這樣做。我還有太多的事情想先做。

懷著悲痛的心情，我們簡單梳理了一代偉人史蒂芬·霍金的成長史，以及霍金對業界的主要貢獻等。

一、霍金的科學成就：創立無邊界宇宙理論

1985年，第一次來到中國，到中國科技大學和北京師範大學訪問。在科大水上講演廳做天體物理的學術報告。

1988年，霍金的科普著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》發行，從研究黑洞出發，探索了宇宙的起源和歸宿，該書被譯成40餘種文字，出版逾1000餘萬冊，但因書中內容極其艱深，在西方被戲稱為「讀不來的暢銷書」，有學者曾指這種書之所以仍可以如此暢銷，是因為書本嘗試解答過去只有神學才能觸及的題材：時間有沒有開端，空間有沒有邊界。

2001年10月，又一部作品《果殼中的宇宙》 出版發行。該書是《時間簡史》的姐妹篇，以相對簡化的手法及大量圖解，訴說宇宙起源。

2002年，第二次來中國，在北京、杭州作主題為《膜的新奇世界》科普報告，向公眾闡釋他的關於天體演化的「M理論」。

霍金亦試圖通過通俗演講，將自己的思想與整個世界交流，除了常在英國及美國發表演說，他90年代曾兩次到訪日本。

霍金曾指，大眾會好奇一位殘障人士，為何會想到這麼多宇宙論，令他成了大眾媒體的寵兒。事實上，他在《星際迷航（Star Trek）》中的電視系列劇《星際迷航：下一代》中飾演過自己，與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌；他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中「演出」，拯救劇中的女孩。

2006年，他在香港透露正與女兒合撰寫一套類似於《哈利波特》、但主題是理論物理學而非魔法的小說。

2006年6月，第三次來中國，他帶來的仍然是自己關於宇宙學最新的研究，在香港科技大學體育館主持一個題為"宇宙的起源"的演講時，轟動一時，被戲稱為受到「搖滾巨星」級的接待。2006年6月19日上午，在人民大會堂向北京的公眾講述《宇宙的起源》。

2012年4月6日播出的熱播美劇《生活大爆炸》第五季第21集中，史蒂芬·霍金本色出演參與了客串。

約兩周前，霍金參加節目，被問，「每個人都想知道，大爆炸前宇宙是什麼樣的？」他給出答案：「宇宙的邊界就是它沒有邊界，大爆炸前宇宙什麼都沒有。」

霍金的成就很多，其中幾個著名的理論有幾個。

第一，奇性定理。愛因斯坦創立的廣義相對論被科學界公認為最美麗的科學理論。但是霍金和彭羅斯一道證明了廣義相對論是不完備的。他們指出，如果廣義相對論是普遍有效的，而宇宙間的物質分布滿足非常一般的條件，那麼宇宙時空中一定存在一些奇點。在奇點處經典物理的定律失效。人們通常談論的奇點是宇宙產生元初的大爆炸奇點和黑洞中的奇點。愛因斯坦早先否認過奇點的存在，他甚至還寫過論文以論證黑洞(那時還沒有這個生動的稱呼)的不可能性。霍金和彭羅斯的奇性定理表明了對引力的量子化是不可避免的。

第二，黑洞理論。人們知道，在經典引力論的框架里，黑洞只能吞噬物質，而不能吐出物質。黑洞的表面(視界)猶如地獄的入口，是一個有去無返的單向膜。霍金曾經證明視界的面積是非減的。1974年霍金髮表了《黑洞在爆炸嗎？》一文。這是20世紀引力物理在愛因斯坦之後的最偉大論文。在論文中，他把量子理論效應引進了黑洞研究，證明了從黑洞視界附近會蒸發出各種粒子，這種粒子的譜猶如來自黑體的輻射。隨之黑洞質量降低，溫度就會升高，最終導致黑洞的爆炸。在這被稱為霍金輻射的場景中，量子理論、引力理論和統計物理得到了完美的統一。黑洞理論是科學史上非常罕見的例子，它首先在數學形式上被詳盡的研究，後來才在天文學的許多觀測上證實了它的普遍存在。現在，人們的共識是，每個星系的中心都是一顆極其巨大的黑洞。

第三，無邊界宇宙理論。霍金在80年代初，創立了量子宇宙學的無邊界學說。他認為，時空是有限而無界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。宇宙的演化甚至創生都單獨地由物理定律所決定。這樣就把上帝從宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了無所事事的「造物主」，它再也無力去創造奇蹟。亞里士多德、奧古斯丁、牛頓等人曾在宇宙中為上帝杜撰的那個關於「第一推動」的神話，完全是虛幻的。量子宇宙學的主要預言之一是關於宇宙結構的起源。若干年前，宇宙背景輻射探測者對太空背景溫度起伏的觀察證實了這個預言。

霍金的外星人論

斯蒂芬·霍金在美國探索頻道2010年4月25日播出的紀錄片《跟隨斯蒂芬·霍金進入宇宙》中說，外星人存在的可能性很大，但人類不應主動尋找他們，應盡一切努力避免與他們接觸，從而避免黑暗森林打擊！（劉慈欣三體中所提到的理論）

霍金認為，鑒於外星人可能將地球資源洗劫一空然後揚長而去，人類主動尋求與他們接觸「有些太冒險」。「如果外星人拜訪我們，我認為結果可能與克里斯托弗·哥倫布當年踏足美洲大陸類似。那對當地印第安人來說不是什麼好事。」

霍金的星際移民論

霍金在2010年8月接受美國知識分子視頻共享網站BigThink訪談時，再曝驚人言論，稱地球200年內會毀滅，而人類要想繼續存活只有一條路：移民外星球。

霍金表示，人類如果想一直延續下去，就必須移民火星或其他的星球，而地球遲早會滅亡。霍金說：「人類已經步入越來越危險的時期，我們已經歷了多次事關生死的事件。由於人類基因中攜帶的『自私、貪婪』的遺傳密碼，人類正在一點點掠奪地球資源，人類不能把所有的雞蛋都放在一個籃子里，所以不能將賭注放在一個星球上。」

去年，霍金還在GMIC 2017開幕式上做主題演講《讓人工智慧造福人類及其賴以生存的家園》，談及對人工智慧的看法。主要觀點如下：

簡單來說，我認為強大的人工智慧的崛起，要麼是人類歷史上最好的事，要麼是最糟的。我不得不說，是好是壞我們仍不確定。但我們應該竭盡所能，確保其未來發展對我們和我們的環境有利。我們別無選擇。我認為人工智慧的發展，本身是一種存在著問題的趨勢，而這些問題必須在現在和將來得到解決。

也許我們所有人都應該暫停片刻，把我們的研究重複從提升人工智慧的能力轉移到最大化人工智慧的社會效益上面。

文明所提產生的一切都是人類智能的產物，我相信生物大腦可以達到的和計算機可以達到的，沒有本質區別。

在人工智慧從原始形態不斷發展，並被證明非常有用的同時，我也在擔憂創造一個可以等同或超越人類的事物所導致的結果：人工智慧一旦脫離束縛，以不斷加速的狀態重新設計自身，人類由於受到漫長的生物進化的限制，無法與之競爭，將被取代，這將給我們的經濟帶來極大的破壞。未來，人工智慧可以發展出自我意志，一個與我們衝突的意志。儘管我對人類一貫持有樂觀的態度，但其他人認為，人類可以在相當長的時間裡控制技術的發展，這樣我們就能看到人工智慧可以解決世界上大部分問題的潛力。但我並不確定。

人工智慧也有可能是人類文明史的終結，除非我們學會如何避免危險。我曾經說過，人工智慧的全方位發展可能招致人類的滅亡，比如最大化使用智能性自主武器。今年早些時候，我和一些來自世界各國的科學家共同在聯合國會議上支持其對於核武器的禁令，我們正在焦急的等待協商結果。目前，九個核大國可以控制大約一萬四千個核武器，它們中的任何一個都可以將城市夷為平地，放射性廢物會大面積污染農田，而最可怕的危害是誘發核冬天，火和煙霧會導致全球的小冰河期。這一結果將使全球糧食體系崩塌，末日般動蕩，很可能導致大部分人死亡。我們作為科學家，對核武器承擔著特殊的責任，因為正是科學家發明了它們，並發現它們的影響比最初預想的更加可怕。

現階段，我對災難的探討可能驚嚇到了在座的各位，很抱歉。但是作為今天的與會者，重要的是，你們要認清自己在影響當前技術的未來研發中的位置。我相信我們會團結在一起，共同呼籲國際條約的支持或者簽署呈交給各國政府的公開信，科技領袖和科學家正極盡所能避免不可控的人工智慧的崛起。

二、霍金的另一種偉大：身患重疾依然堅持科普

霍金患有一種不尋常的早發性、慢發性肌萎縮性脊髓側索硬化症，俗稱漸凍症。由於這種疾病，他的身體在逐漸癱瘓。該疾病開始於霍金在牛津大學讀書的最後一年，在那時，他發現自己動作越來越笨拙，時常不知緣由地摔跤，划船也變得力不從心。有一次，他還從樓梯上摔下來並且頭先著地，造成暫時的記憶力輕微喪失。

在21歲時，醫生診斷其患有肌萎縮性脊髓側索硬化症，只剩兩年可活。但是，隨著兩年光陰飛馳而去，他仍舊活著，很奇妙地，病情的惡化漸漸緩慢下來。

在60年代後期，霍金的身體狀況又開始惡化，行動走路都必須使用拐杖，不再能定期教課。由於霍金逐漸失去寫字能力，他自己發展出一種替代的視覺性方法，他在腦里形成各種不同的心智圖案與心智方程，他可以用這些心智元素來思考物理問題。物理學者維爾納?以色列表示，霍金的思考過程，有如莫扎特只憑藉想像就寫出一整首極具特色的交響樂曲。

霍金不願對惡疾低頭，甚至不願接受任何幫助。他最喜歡被視為是科學家，然後是科普作家，最重要的是，被視為正常人，擁有與其他人相同的慾望、幹勁、夢想與抱負。

霍金的言語功能逐年退步，到了70年代後期，只剩下他的家人或密友能夠聽得懂他的話。 為了與其他人通話，他必須倚賴翻譯。

霍金在1985年拜訪歐洲核子研究組織時感染了嚴重的肺炎，必須使用維生系統。由於病況危急，醫生詢問潔恩是否應該終止維生系統的運行。潔恩的答案是「不」，替代方案是霍金必須接受氣管切開術。這項手術可以幫助他呼吸，但將使他從此再也無法發聲。

霍金不再能講話，必須用特別方法傳達信息，也就是語音合成器。每一次演講前，他會事先準備好講義，然後用語音合成器把內容發表出來。有些人覺得語音合成器給出的聲音具有美國或斯堪地那維亞口音。霍金原本希望換成英國口音，但後來習慣了，反而覺得那就是他的聲音。

霍金的健康仍舊在緩慢惡化，2005年，他開始使用臉頰肌肉的運動來控制他的通訊設備，每分鐘大約可以輸出一個字。由於這疾病很可能引起閉鎖症候群，霍金正與神經學專家研發出一套新系統，讓電腦將他的腦波圖樣翻譯為詞句。2009年，他不再能獨立駕駛他的輪椅，他的呼吸越加困難，時常需要使用人工呼吸器，還有幾次嚴重到需要去醫院診療。

三、霍金的家庭：每個人都手不釋卷

史蒂芬·霍金1942年1月8日出生於英國牛津，出生當天正好是現代科學之父伽利略·伽利萊逝世300年忌日。他的父親弗蘭克與母親伊莎貝爾都就讀於牛津大學，父親主修醫學，母親學習哲學、政治學和經濟學。第二次世界大戰爆發後，弗蘭克在一所醫學研究院的任職研究員，伊莎貝爾在這所研究院找到一份秘書工作，隨後兩人相遇、戀愛、結婚、生子。

弗蘭克於1950年升任為國家醫學研究院寄生蟲學部門主任，在該學術領域享有盛名，全家搬到赫特福德郡的聖奧爾本斯。在那裡，霍金一家被認為是有點古里古怪的高級知識分子，他們很喜歡閱讀書籍，每個人都手不釋卷，甚至在餐飲時間，來訪客人時常會觀察到全家默默地邊吃邊讀書。他們生活很簡樸，住屋雖然很大，但是缺乏維護，交通工具是一輛改裝過的倫敦計程車。

霍金跟母親關係很好，其母住在莎士比亞的故鄉斯特拉特福，霍金經常去探望她。霍金還跟自己的女兒合著了幾本宇宙探險的科普書，他女兒已成為著名作家。

四、身邊人眼中的霍金：既果斷又固執

關於身邊友人和媒體對霍金的評價有不少，我們來看一部分。

霍金的妻子潔恩·懷爾德在霍金接受治療期間曾說，「有些人稱這為決斷，有些人稱這為固執，而我曾經在很多時候稱這為既果斷又固執。」60年代末期，經過不斷勸說，霍金才同意使用輪椅，後來，朋友們都知道他是個危險司機，他時常會肆無忌憚地衝過街路，似乎以為自己擁有優先權。

霍金很受歡迎、很具幽默感，但是由於他的疾病與他治學時的不客氣態度，有些同事選擇與他保持距離。

世界級頂尖雜誌《天文學》對他有這樣的評價：「當20世紀物理學的成就被客觀地承認時，史蒂芬·霍金的成就將被大書特書地載入科學史冊。」

五、霍金的部分經典言論

為什麼要研究黑洞呢？ ——因為它就在那裡。

當你面臨著夭折的可能性，你就會意識到生命是寶貴的，你有大量的事情要做。

我注意過，即使是那些聲稱一切都是命中注定的，而且我們無力改變的人，在過馬路前都會左右看。

在我 21 歲時，我的期望值變成了零。自那以後，一切都變成了額外津貼。

永恆是很長的時間，特別是對盡頭而言。

是先有雞還是先有蛋？

宇宙有開端嗎？如果有的話在此之前發生過什麼？

宇宙從何處來又往何處去？

我的目標很簡單，就是把宇宙整個明白——它為何如此，為何存在。

科學家和娼妓都是做他們喜歡的事賺錢。

當愛因斯坦說到「上帝不擲骰子」的時候，他錯了。鑒於黑洞給予我們的暗示，上帝不僅擲篩子，而且往往將骰子擲到我們看不見的地方以迷惑我們。

我不認為我們能夠繼續在地球上存在1000年，除非逃離這顆脆弱的星球。我們要仰望星辰，而不是始終盯著自己的腳。

我的手指還能活動，我的大腦還能思考，我有終身追求的理想，有我愛和愛我的親人和朋友，對了我還有一顆感恩的心。

雖然我行動不便，說話需要機器的幫助，但是我的思想是自由的。

我們一世為人被教導很多常識，但常識往往只是偏見的代名詞。

就像霍金曾經評價自己的那樣：我是一個樂觀的、浪漫的，並且頑固不化的人。我們也祝這位樂觀的、浪漫的、頑固不化的巨人，一路走好。斯人雖已逝，但永遠活在人們心中。

返回騰訊網首頁>>
推薦閱讀：