史蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日—2018年3月14日，英國劍橋大學(xué)著名物理學(xué)家，現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一、20世紀(jì)享有國際盛譽的偉人之一。
我注意過，即便是那些聲稱一切都是命中注定的而且我們無力改變的人，在過馬路之前都會左右看?！返俜摇せ艚?/p>
1942年1月8日，這是霍金出生的日子，十分巧合的是，這一天恰好是偉大的物理學(xué)家伽利略逝世300周年的紀(jì)念日。他的父母都畢業(yè)于世界頂級學(xué)府——牛津大學(xué)，父親是熱帶病專家，母親側(cè)重于研究哲學(xué)、政治和經(jīng)濟(jì)。童年時霍金非常喜歡設(shè)計一些極為復(fù)雜的玩具，據(jù)說他曾經(jīng)用一些廢棄用品做出了一臺電腦。所有的這一切，都預(yù)示著霍金將有一個不凡的人生。17歲時，霍金便以優(yōu)異的成績考入牛津大學(xué)，從小就對自然充滿著好奇的他，選擇了攻讀自然科學(xué)。他很喜歡熱鬧，善于交際，相對于圖書館，校園舞會和私人派對或許更有吸引力。霍金的機智、幽默和超高的智商，很快就成為一顆顆耀眼的明星，大家都稱他為“小愛因斯坦”。
霍金在牛津大學(xué)讀書的最后一年，他發(fā)現(xiàn)自己動作越來越笨拙，時常不知緣由地摔跤。有一次，他還從樓梯上摔下來，頭先著地，造成暫時的記憶力輕微喪失。1962年，霍金以第一名的成績畢業(yè)，緊接著轉(zhuǎn)到劍橋攻讀博士學(xué)位，畢業(yè)之后選擇留校任教。也就是在劍橋工作的這段時間，狀況更加惡化，他的講話有些含糊不清。父母已經(jīng)明顯發(fā)現(xiàn)他有些不對勁，醫(yī)生診斷其患有肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥，他的神經(jīng)和肌肉會一直萎縮，直到心臟停止跳動，最多也就還能活三年。飛逝的時間對于他來說，就是生命的倒計時。1963年，他在新年派對上認(rèn)識了美麗善良的簡·懷爾德，她被霍金的風(fēng)趣幽默與獨立性格所吸引，這使霍金重新對生活燃起了希望。
1985年，當(dāng)霍金拜訪歐洲核子研究組織時，感染了嚴(yán)重的肺炎，方案是氣管切開術(shù)，這手術(shù)可以幫助他呼吸，代價是以后就再也不能發(fā)聲。后來情況越來越嚴(yán)重，也只有三根手指和兩只眼睛可以活動。起初，使用“拼寫板”用目光拼出字母來交流，后來則使用單個按鍵的鼠標(biāo)操作電腦打字，打字后通過語音合成器讀出文本。為了讓“按鍵”可以實現(xiàn)“打字”的效果，霍金電腦屏幕上的字母按字母表逐行閃現(xiàn)，用按鍵確認(rèn)后。2005年，由于病情逐漸惡化，后來已無法用手按鍵，團(tuán)隊在他眼鏡上安裝了紅外探測器，用以識別他臉頰一塊肌肉的運動，運動一次代表原來的按鍵一次。
有一次，在學(xué)術(shù)報告結(jié)束之際，一位年輕的女記者捷足躍上講壇，面對這位已在輪椅上生活了三十余年的科學(xué)巨匠，深深景仰之余，又不無悲憫地問：“霍金先生，疾病已將你永遠(yuǎn)固定在輪椅上，你不認(rèn)為命運讓你失去太多了嗎？”這個問題顯然有些突兀和尖銳，報告廳內(nèi)頓時鴉雀無聲，一片靜謐?；艚鸬哪橗媴s依然充滿恬靜的微笑，他用還能活動的手指，艱難地叩擊鍵盤。隨著合成器發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)倫敦音，寬大的投影屏上緩慢然而醒目地顯示出如下一段文字：“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?！?/strong>
我的目標(biāo)很簡單，就是把宇宙整個明白——它為何如此，它為何存在?！返俜摇せ艚?/p>
當(dāng)一顆恒星衰老時，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料，這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積小、密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。如果中子星的總質(zhì)量超過三倍太陽的質(zhì)量，科學(xué)家猜想，就會再次引發(fā)坍縮，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點進(jìn)軍，直至成為一個體積很小、密度很大的奇點，奇點質(zhì)量無限大，時空無限彎曲，巨大的引力就使得光也無法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——以“奇點”為中心的“黑洞”誕生了，黑洞的邊界我們稱之為“事件視界”，視界內(nèi)部無法觀察。
2019年4月10日21時，人類首張黑洞照片面世，該黑洞位于室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，質(zhì)量約為太陽的65億倍。它的核心區(qū)域存在一個陰影，周圍環(huán)繞一個新月狀光環(huán)。愛因斯坦廣義相對論被證明在極端條件下仍然成立。從理論上來說，只要將一個物體壓縮到它的”史瓦西半徑”之內(nèi)，就能夠形成一個黑洞。史瓦西半徑是任何具有質(zhì)量的物質(zhì)都存在的一個臨界半徑特征值。1916年卡爾·史瓦西首次發(fā)現(xiàn)了史瓦西半徑的存在。如果想要把太陽壓縮成黑洞，它的史瓦西半徑約為3千米，如果想要把地球壓縮成黑洞，它的史瓦西半徑約為9毫米。
1973年，霍金在考察黑洞附近的量子效應(yīng)的時候，發(fā)現(xiàn)黑洞會像天體一樣發(fā)出輻射。當(dāng)空間趨向絕對真空時，會憑空產(chǎn)生虛粒子對，兩個粒子對撞會消失，這樣既不會違反量子力學(xué)，也不會違反物質(zhì)守恒?；艚鸩孪耄绻摿Ｗ訉υ诤诙锤浇纬?，由于黑洞的引力場很強，導(dǎo)致配對誕生的正反粒子被扯開，有可能有一個吸入視界，而另一個逃離。逃離的粒子會吸收黑洞的質(zhì)量，并以熱輻射的形式散發(fā)出來，在外界看就像黑洞發(fā)射粒子一樣。這種輻射被命名為“霍金輻射”。黑洞的質(zhì)量會因此越來越小，直到消失。過程非常緩慢，和太陽質(zhì)量一樣的黑洞需要用大約10年才能蒸發(fā)0.0000001%的質(zhì)量。
在人類物理史上，霍金的科學(xué)成就按照道理來說，是絕對不亞于愛因斯坦的。但是為什么霍金并沒有獲得諾貝爾獎，而愛因斯坦卻得到了諾貝爾獎？重要原因就在于諾貝爾獎必須要有實證，而不能只有理論，所以只要黑洞能夠找到，或者黑洞里發(fā)出的輻射可以被探測到，霍金就會獲諾貝爾獎。人類目前所掌握的技術(shù)，還不能使我們發(fā)現(xiàn)“霍金輻射”的存在。愛因斯坦贏得諾貝爾獎的是光電效應(yīng)理論，而不是他的相對論。盡管后來的科學(xué)家通過模擬聲音黑洞，得出了與霍金輻射一致的結(jié)果。但是這仍然不是絕對的證據(jù)，因為迄今還沒有任何人能夠觀察到發(fā)生在真實黑洞中的這種現(xiàn)象。
關(guān)于時空物理的問題爭議，我不敢和我的同事們打賭，因為我怕他們就是透過蟲洞跑來的未來人，他們很清楚地明白標(biāo)準(zhǔn)答案。——史蒂芬·霍金
不論是在電影還是小說，經(jīng)常會提到時光機，可以隨意穿梭于任意的時間，這樣的時光機真的存在嗎？霍金表示，在理論上是可行的，但是需要具備兩個條件：蟲洞和接近光速的宇宙飛船。關(guān)于蟲洞，就是我們常說的時空隧道。1916年，由奧地利物理學(xué)家路德維希·弗萊姆首次提出這個概念，1930年由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設(shè)的，因此蟲洞又稱做“愛因斯坦－羅森橋”。理論上，蟲洞是連接兩個遙遠(yuǎn)時空的空間隧道，就像是大海里面的漩渦，是無處不在但轉(zhuǎn)瞬即逝的。這些時空漩渦是由星體旋轉(zhuǎn)和引力作用共同造成的。就像漩渦能夠讓局部水面跟水底離得更近一樣，能夠讓兩個相對距離很遠(yuǎn)的局部空間瞬間離得很近。
霍金強調(diào)，“蟲洞”就在我們四周，只是小到肉眼無法看見，它們存在于空間與時間的裂縫中。”他指出，宇宙萬物非平坦或固體狀，貼近觀察會發(fā)現(xiàn)一切物體均會出現(xiàn)小孔或皺紋，這就是基本的物理法則，而且適用于時間。時間也有細(xì)微的裂縫、皺紋及空隙，比分子、原子還細(xì)小的空間則被命名為“量子泡沫”，“蟲洞”就存在于其中?；艚鹬赋觯碚撋蠒r光隧道或“蟲洞”不只能帶著人類前往其他行星，如果蟲洞兩端位于同一位置，且以時間而非距離間隔，那么宇宙飛船即可飛入，飛出后仍然接近地球，只是進(jìn)入所謂“遙遠(yuǎn)的過去”。
如果科學(xué)家能夠建造速度接近光速的宇宙飛船，那么宇宙飛船必然會因為不能違反光速是最大速限的法則，而導(dǎo)致艙內(nèi)的時間變慢，就會出現(xiàn)天上一天地上一年的情況，也就相當(dāng)于飛進(jìn)未來。霍金舉人造衛(wèi)星為例，指衛(wèi)星在軌道運行時，由于受地球重力影響較小，衛(wèi)星上的時間比地上時間稍快。由此，霍金就設(shè)想出一艘大型極速宇宙船，可在1秒內(nèi)加速至?xí)r速9.7萬公里，6年內(nèi)加速至光速的99.99%，比史上最快的宇宙船阿波羅10號快2000倍。船上的乘客就是變相飛向未來，作出名副其實的時間旅行。
當(dāng)你在凝視深淵時，深淵也在凝視你?！岵?/p>
其實關(guān)于宇宙中是否有外星人這個話題，一直都是討論的熱點。其中比較具有代表性的就是費米和霍金，兩人持有相反的意見。1950年的一天，諾貝爾獎獲得者、物理學(xué)家費米在和別人討論飛碟及外星人的問題時，突然冒出一句：“他們都在哪兒呢？”就是著名的“費米悖論”。從理論上講，人類能用100萬年的時間飛往銀河系的各個星球，那么，外星人只要比人類早進(jìn)化100萬年，就應(yīng)該已經(jīng)來到地球了。換言之，“費米悖論”表明這樣的悖論：A.外星人是存在的——科學(xué)推論可以證明，外星人的進(jìn)化要遠(yuǎn)早于人類，應(yīng)該已經(jīng)來到地球并存在某處。B.外星人是不存在的——迄今，人類并未發(fā)現(xiàn)任何有關(guān)外星人存在的蛛絲馬跡。
霍金在美國探索頻道的紀(jì)錄片《跟隨斯蒂芬·霍金進(jìn)入宇宙》中說，外星人存在的可能性很大，但人類不應(yīng)主動尋找他們，應(yīng)盡一切努力避免與他們接觸，從而避免黑暗森林打擊！這也是劉慈欣《三體》中所提到的理論?！?strong>黑暗森林法則”認(rèn)為：宇宙就是一座黑暗森林，每個文明都是帶槍的獵人，如果他發(fā)現(xiàn)了別的生命，能做的只有一件事：開槍消滅之。在這片森林中，他人就是地獄，就是永恒的威脅，任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅?；艚鹫J(rèn)為，鑒于外星人可能將地球資源洗劫一空然后揚長而去，人類主動尋求與他們接觸“有些太冒險”。
