英國物理學家史蒂芬·霍金
史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),1942年1月8日出生于英國牛津,英國劍橋大學應用數學與理論物理學系物理學家,著名物理學家、宇宙學家、數學家。下面小編給大家介紹英國物理學家史蒂芬·霍金。
人物簡介
史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking) ,1942年1月8日出生于英國牛津。畢業于牛津大學(University of Oxford)和劍橋大學(University of Cambridge),并獲劍橋大學博士學位。他在21歲時不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥,因此被禁錮在輪椅上,只有三根手指可以活動,疾病已經使他的身體嚴重變形,頭只能朝右邊傾斜,肩膀左低右高,雙手緊緊并在當中,握著手掌大小的擬聲器鍵盤,兩腳則朝內扭曲著,嘴已經歪成S型,只要略帶微笑,馬上就會現出“呲牙咧嘴”的樣子。這已經成為他的標志性形象。
1985年,因患肺炎做了穿氣管手術,被徹底剝奪了說話的能力,演講和問答只能通過語音合成器來完成。當時醫生預測他最多活兩年,但他依然頑強的活著。1973年,他考察黑洞附近的量子效應,發現黑洞會像天體一樣發出輻射,其輻射的溫度和黑洞質量成反比,這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小,而溫度卻越變越高,最后以爆炸而告終。黑洞輻射或霍金輻射的發現具有極其基本的意義,它將廣義相對論、量子場論和熱力學統一在一起。
1973年以后,他的研究轉向了量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論,但它的一些特征已被發現。例如,空間-時間在普朗克尺度下不是平坦的,而是處于一種粉末的狀態。在量子引力中不存在純態,因果性受到破壞,因此使不可知性從經典統計物理學、量子統計物理提高到了量子引力的第三個層次。1980年以后,霍金的興趣轉向了量子宇宙論,提出了能解決宇宙第一推動問題的無邊界條件。
2004年7月,他承認了自己原來的“黑洞悖論”觀點。《時間簡史》的副題是從大爆炸到黑洞。史蒂芬·威廉·霍金認為他一生的貢獻是在經典物理的框架里,證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性,黑洞越變越大,但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因輻射而越變越小,大爆炸的奇點不斷被量子效應所抹平,而且整個宇宙正是起始于此。理論物理學的細節在未來的20年中還會有變化,但就觀念而言,已經相當完備了。
史蒂芬·威廉·霍金的生平是非常富有傳奇性的,在科學成就上,他是有史以來最杰出的科學家之一,他的貢獻是在他被盧伽雷氏癥禁錮在輪椅上20年之久的情況下做出的。他的貢獻對于人類的觀念有深遠的影響,所以媒體早已有許多關于他如何與全身癱瘓作搏斗的描述。吳忠超(霍金的學生)于1979年第一回見到他時的情景至今還歷歷在目。那是第一次參加劍橋霍金廣義相對論小組的討論班時,身后門一打開,腦后忽然響起一種非常微弱的電器的聲音,回頭一看,只見一個骨瘦如柴的人斜躺在電動輪椅上,他自己驅動著電開關。譯者盡量保持禮貌而不顯出過分吃驚,但是他對首次見到他的人對其殘疾程度的吃驚早已習慣。吃飯他要用很大努力才能舉起頭來。在失聲之前,只能用非常微弱的變形的語言交談,這種語言只有在陪他工作、生活幾個月后才能通曉。他不能寫字,看書必須依賴于一種翻書頁的機器,讀文獻時必須讓人將每一頁攤平在一張大辦公桌上,然后他驅動輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁閱讀。人們不得不對人類中居然有以這般堅強意志追求終極真理的靈魂從內心產生深深的敬意。從他對譯者私事的幫助可以體會到,他是一位富有人情味的人。每天他必須驅動輪椅從他的家——劍橋西路5號,經過美麗的劍河、古老的國王學院駛到銀街的應用數學和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。霍金雖然身殘但志不殘,非常樂觀。
他還證明了黑洞的面積定理。在富有學術傳統的劍橋大學里他擁有幾個榮譽學位,是最年輕的英國皇家學會會員。在公眾評價中,被譽為是繼阿爾伯特·愛因斯坦之后最杰出的理論物理學家。他提出宇宙大爆炸自奇點開始,時間由此刻開始,黑洞最終會蒸發,在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦的相對論和普朗克的量子論方面走出了重要一步。
他因患“漸凍癥”(肌肉萎縮性側索硬化癥盧伽雷氏癥),禁錮在輪椅上達50年之久,他卻身殘志不殘,克服了殘廢之患而成為國際物理界的超新星。他不能寫,甚至口齒不清,但他超越了相對論、量子力學、大爆炸等理論而邁入創造宇宙的“幾何之舞”——無邊界條件。盡管他那么無助地坐在輪椅上,他的思想卻使人們遨游到廣袤的時空,解開了宇宙之謎。
霍金的魅力不僅在于他是一個充滿傳奇色彩的物理天才,也因為他是一個令人折服的生活強者。他不斷求索的科學精神和勇敢頑強的人格力量深深地吸引了每一個知道他的人。患有肌肉萎縮性側索硬化癥的他,幾乎全身癱瘓,后來又因為實行氣管造口手術,從而失去語言能力,但1988年仍出版《時間簡史》,至今已出售逾2500萬冊,成為全球最暢銷的科普著作之一。
霍金1942年出生于英國牛津,出生當天正好是伽利略逝世300周年忌日,父親法蘭克是畢業于牛津大學的熱帶病專家,母親伊莎貝爾1930年于牛津研究哲學、政治和經濟。
1942年1月,納粹德軍狂轟濫炸英格蘭,倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲。這迫使霍金一家搬離海格特的家園,遷到牛津避難。他們在霍金誕生后又回到了倫敦。童年時的霍金,學業成績并不突出,但喜歡設計極為復雜的玩具,據說他曾做出一臺簡單的電腦。
1959年,17歲的霍金入讀牛津大學的大學學院攻讀自然科學,自稱用了很少時間而得到一等榮譽學位,隨后轉讀劍橋大學研究宇宙學,1963年被診斷患有肌肉萎縮性側索硬化癥,即運動神經元疾病,當時醫生診斷他只能活兩年,但他卻奇跡的活了下來,雖然他喪失了活動能力,但其堅強的意志卻促使其成為了科學領域的偉人。
霍金曾澄清自己當時并未酗酒,只感到自己有“悲劇性格”,并使自己沉醉于瓦格納的音樂里。直至他遇上了首任妻子簡·王爾德(Jane ·Wilde),兩人結婚后育有3名子女。23歲時,他獲劍橋大學哲學博士學位,留在劍橋大學進行研究工作。
個人成就
據英國媒體2014年1月24日報道,英國著名科學家斯蒂芬·霍金教授再次以其與黑洞有關的理論震驚物理學界。他在日前發表的一篇論文中承認,黑洞其實是不存在的,不過“灰洞”的確存在。
在這篇名為《黑洞的信息保存與氣象預報》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的論文中,霍金指出,由于找不到黑洞的邊界,因此黑洞是不存在的。黑洞的邊界又稱“視界”。經典黑洞理論認為,黑洞外的物質和輻射可以通過視界進入黑洞內部,而黑洞內的任何物質和輻射均不能穿出視界。
霍金的最新“灰洞”理論認為,物質和能量在被黑洞困住一段時間以后,又會被重新釋放到宇宙中。他在論文中承認,自己最初有關視界的認識是有缺陷的,光線其實是可以穿越視界的。當光線逃離黑洞核心時,它的運動就像人在跑步機上奔跑一樣,慢慢地通過向外輻射而收縮。
“經典黑洞理論認為,任何物質和輻射都不能逃離黑洞,而量子力學理論表明,能量和信息是可以從黑洞中逃離出來的。”
霍金同時指出,對于這種逃離過程的解釋需要一個能夠將重力和其他基本力成功融合的理論。在過去近一百年間,物理學界沒有人曾試圖解釋這一過程。
對于霍金的“灰洞”理論,一些科學家表示認可,但也有人持懷疑態度。美國卡夫立理論物理研究所的理論物理學家約瑟夫·波爾欽斯基 (Joseph Polchinski)指出,根據愛因斯坦的重力理論,黑洞的邊界是存在的,只是它與宇宙其他部分的區別并不明顯。
其實,早在2004年霍金就曾做出過類似表示。當年7月21日,霍金在“第17屆國際廣義相對論和萬有引力大會”上指出,黑洞并非如他和其他大多數物理學家以前認為的那樣,對其周遭的一切“完全吞噬”,事實上被吸入黑洞深處的物質的某些信息可能會在某個時候釋放出來。
1973年,霍金稱自己通過計算得出結論,黑洞在形成過程中其質量減少的同時,還不斷在以能量的形式向外界發出輻射。這就是著名的“霍金輻射”理論。但是,該理論提到的黑洞輻射中并不包括黑洞內部物質的任何信息,一旦這個黑洞濃縮并蒸發消失后,其中的所有信息就都隨之消失了。這便是所謂的“黑洞悖論”。
這種說法與量子力學的相關理論出現相互矛盾之處。因為現代量子物理學認定這種物質信息是永遠不會完全消失的。30多年來,霍金試圖以各種推測來解釋這一自相矛盾的觀點。霍金曾表示,黑洞中量子運動是一種特殊情況,由于黑洞中的引力非常強烈,量子力學在此時已經不再適用了。但是霍金的這種說法并沒有讓科學界眾多持懷疑態度學者信服。
現在看來,霍金終于給了這個當年自相矛盾的觀點一個更具有說服力的答案。霍金稱,黑洞從來都不會完全關閉自身——霍金輻射,它們在一段漫長的時間里逐步向外界輻射出越來越多的熱量,隨后黑洞將最終開放自己并釋放出其中包含的物質信息。