今天，物理學(xué)的一代大師斯蒂芬·霍金離我們而去，巧合的是，今天也是愛因斯坦的生日，而霍金的生日，是伽利略去世的紀念日。
似乎，冥冥之中，有某種傳承。
在物理學(xué)的領(lǐng)域，正是這些大師，一代代地傳遞著科學(xué)的薪火。今天眠眠就來講一講霍金的一生，科普下這位大師的傳奇。
本文還將展示一些關(guān)于霍金的罕見照片。
01
1942年1月8日這一天，霍金出生在一個英國知識分子家庭。他的父親弗蘭克是畢業(yè)于牛津大學(xué)的熱帶病專家，母親伊莎貝爾也是牛津大學(xué)畢業(yè)。弗蘭克的興趣非常廣泛，并專心于科學(xué)研究，他經(jīng)常帶小霍金去他的實驗室玩耍。
正是在弗蘭克的實驗室里，霍金第一次學(xué)會使用顯微鏡觀察微生物．弗蘭克還常常帶霍金進行勘察測量，他們常常邊走邊測量，并記下各種數(shù)據(jù)。
幼年時代的霍金
霍金的母親伊莎貝爾是一位性格堅強的女性，對政治也十分關(guān)心。另外，她還是核裁軍運動的積極支持者，并常常參加示威游行。由于母親的影響，霍金終身都十分關(guān)注社會活動，具有強烈的社會責(zé)任感。
在霍金的少年時期，他的父母常常帶著他和弟弟妹妹，一大家子躺在戶外的草地上，用雙筒望遠鏡觀看奇妙而神秘的星空，在這里，孩子們最容易發(fā)揮自己無盡的想象力。
值得一提的是，霍金的父母從不刻意追求物質(zhì)生活，在他們看來，這種追求會妨礙他們對知識的熱愛。相比之下，他們特別喜歡看書，甚至在餐桌上，每個人都邊吃飯邊看書。正是在這樣的家庭環(huán)境下，霍金成為了一個熱衷于追求知識，并且十分理性和公正的人。
而作為家庭的長子，霍金被父母寄予了殷切的希望，他的父親希望他能去倫敦最好的私立學(xué)校上學(xué)。
學(xué)生時代的霍金
然而不幸的是，恰好在入學(xué)考試那天，霍金得了一場病。就這樣，他與英國最好的學(xué)校失之交臂，但好在他最終還是去了一所以優(yōu)秀的教學(xué)質(zhì)量而著稱的教會學(xué)校：圣奧爾本。
霍金的學(xué)生時代，可以說是相當(dāng)苦逼的。因為在不少教師和學(xué)生的眼中，霍金是一個“傻瓜”，大家都覺得他將來不可能有什么出息。這是因為霍金總是笨手笨腳，字寫得也一塌糊涂，作業(yè)更是亂七八糟。而且，霍金跟他父親一樣，患有先天的口吃。
但有一位教師卻認為霍金非常聰明，還曾給他取了一個很了不起的外號，叫“愛因斯坦”。眠眠認為，這位老師一定是一個好伯樂，他可能自己也沒有想到，真的一語成讖。
受父親的影響，霍金是一個愛動手、勤思考的孩子，他喜歡探究事物是如何運行的。14歲那年，他開始迷上了制作模型飛機和輪船，希望做出一個由他控制的玩具，插句嘴，牛頓和盧瑟福從小也有這種愛好。
后來，他喜歡發(fā)明一些新的棋類游戲，并設(shè)計復(fù)雜的游戲規(guī)則，以此達到由他控制游戲的愿望?；艚鹪貞浾f：“我想這些游戲以及火車、輪船和飛機都來自于探究事物并且要求控制它們的欲望。從我開始攻讀博士之后，這種渴求在宇宙論研究中才得到滿足。”
在圣奧爾本讀書期間，最使霍金驕傲的要數(shù)他和同學(xué)一起制造的計算機。這臺計算機是用一部舊的電話交換機和鐘表的內(nèi)部零件制成的，不僅能運行，而且還能計算簡單的數(shù)學(xué)題。
霍金和他的妻子簡·懷爾德
青年時代的霍金是一個很有主見的人．在大學(xué)讀什么專業(yè)的問題上，他與父親曾經(jīng)討論過很多次?；艚鹱约合Ｍ麑W(xué)習(xí)物理學(xué)和數(shù)學(xué)，因為這兩門學(xué)科可以幫助他探索宇宙的奧秘。而父親弗蘭克則希望霍金能像他一樣進入牛津大學(xué)學(xué)醫(yī)，他認為學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)畢業(yè)后不好找工作，只能去教書。
但是，霍金很清楚自己的愛好。無奈之下，雙方都作出了讓步，霍金決定報考牛津大學(xué)的大學(xué)學(xué)院，學(xué)習(xí)物理和化學(xué)。說到做到，一年之后，年僅17歲的霍金憑借自己的努力成為了牛津大學(xué)的一員，并獲得了全額獎學(xué)金。
02
然而，剛剛進入牛津這座著名學(xué)府不久，霍金就有些失望，因為他覺得課堂上教學(xué)的內(nèi)容，有些過于簡單了……
然而他并不知道的是，并不是牛津的教材真的很LOW，而是他霍金，實在太聰明了……有一個例子，可以證明霍金的天才。某堂課上，霍金的老師伯曼教授在講完《電磁學(xué)》第10章后，讓霍金和另外名學(xué)生做書上的13道高難度練習(xí)題。
霍金的同學(xué)理查德和德瑞克一起合作，在一個星期里解出了一道半題，另一個同學(xué)高登拒絕了霍金的幫助，努力解出了其中的一道。
霍金在牛津大學(xué)的賽艇上
而霍金呢？他甚至根本沒有把這些題目放在心上，直到再一次上電磁學(xué)課時，其他同學(xué)都按時去上課了，只留下霍金一個人繼續(xù)看科幻小說。等他們上完課回來，詢問霍金完成了幾道題的時候，霍金呵呵：哦，我時間不夠，只來得及做前面10道。”
那一瞬間，他們以為霍金是在吹牛逼，但是從霍金認真的表情上，他們知道他確實做完了前面的10道。這時他們才意識到，他們和霍金不僅不在同一個水平上，甚至可說是云泥之別。
曾經(jīng)風(fēng)華正茂的霍金
伯曼教授就曾說過，霍金是他教過的最聰明的學(xué)生。他還說：大學(xué)物理課程對霍金來說，根本不算一回事。
天才的霍金覺得牛津不過如此，又想去劍橋大學(xué)念博士，然后，在1962年的秋天，他就真的進入了劍橋大學(xué)念博士，繼續(xù)深造的他，選擇的專業(yè)是宇宙學(xué)。
03
就在霍金在劍橋大學(xué)刻苦攻讀時，他發(fā)現(xiàn)自己的身體似乎出了些詭異的問題?；艚鸶杏X到，自己的手腳越來越不靈活，走路時甚至無法走直線，到后來連系鞋帶都無法自己完成。
寒假回家期間，他的父母也察覺了他嚴重的疾病，并帶他去見了家庭醫(yī)生。1963年1月，剛過完21歲生日不久，霍金就到醫(yī)院接受了一系列的檢查。
經(jīng)過一段時間的等待，檢查結(jié)果出來了，他患的是非常罕見的肌萎縮性側(cè)索硬化癥，也叫運動神經(jīng)癥（ALS）。當(dāng)時，醫(yī)生估計霍金只能活兩年半的時間。這種病由于肌肉萎縮引起運動功能減退，可能導(dǎo)致癱瘓，并且患者說話會日益困難，最終喪失語言能力。
是的，這種病還有另一個俗稱，叫做“漸凍癥“。前幾年火爆的”冰桶挑戰(zhàn)“，就是為了宣傳它的危害。
漸凍癥病情發(fā)展到最后，會出現(xiàn)呼吸肌受到感染，引起肺炎和窒息，此時，死神也就降臨了。但是，這種疾病并不一定會如阿茲海默病般影響病人的高級神經(jīng)活動。相反，晚期疾病病人可一直保持清晰的思維、保留發(fā)病前的記憶、人格和智力。
即便以今天醫(yī)學(xué)界的發(fā)展?fàn)顩r，依然有90%至95%的ALS發(fā)病原因不明，只知道大約有一半的病例是由兩個特定基因引起的，會導(dǎo)致控制隨意肌的神經(jīng)元死亡。該病的診斷基于個人癥狀和體征測試，以排除其他致病的可能。
得知自己的兒子患上了這種病之后，弗蘭克不惜一切代價為兒子尋求治療方法。但是所有的努力都無濟于事，幾乎所有的醫(yī)生都斷定ALS是不治之癥。
像所有得知自己得了不治之癥的病人一樣，此時的霍金受到了致命的打擊。他始終不明白為什么這種事情會發(fā)生在他的身上，因此感到十分絕望，有時甚至?xí)杈茲渤?，覺得自己的人生就是一部悲劇。
然而，最終霍金還是戰(zhàn)勝了自己的絕望情緒，他回到了學(xué)校中。此時的他，覺得自己既然只能活短短的一段時間，然后默默無聞地死去，那么不如留下一些有意義的東西。
并且，絕望之中的霍金在醫(yī)院接受檢查期間遇到了一件對他觸動很深的事情：他住院的時候，臨床的一個患白血病的小男孩得肺炎死了。小男孩的死使霍金突然意識到，有人的命運比他還糟．每次他難過的時候就會想起那個小男孩。
霍金出院后不久，經(jīng)常做噩夢，有時會夢見自己被刑罰處死?；艚鹪诨貞浿姓f：醒來之后我突然意識到，如果我的生命還可以延續(xù)一段時間的話，那我還可以做許多有價值的事情。我有一個深刻的體會，當(dāng)一個人面臨早逝的危險時，就會體驗到活下去是值得的。
終于，霍金決定振作起來，盡自己所能去做一些有意義的事情。疾病使霍金面臨著隨時夭折的可能，這也使他更加珍惜生命，再加上他與簡·懷爾德的感情不斷升溫，最終，霍金改變了他的絕望和沮喪，恢復(fù)了對生活的信心。
為了自己的理想和兩個人的將來，霍金決心要獲得博士學(xué)位，努力在宇宙學(xué)方面做出一些成就。于是，霍金有生以來第一次全身心地投入到學(xué)習(xí)中。
04
事實證明，全力以赴的霍金就是一個科學(xué)奇才。
1974年，32歲的斯蒂芬·霍金研究了一顆塌縮星正在形成黑洞的過程，通過用波戈留波夫變換給出漸近平直區(qū)的出射和入射真空的產(chǎn)生、湮滅算符之間的關(guān)系，他發(fā)現(xiàn)在出射區(qū)觀察入射真空態(tài)會有粒子產(chǎn)生。
之后，他又通過解析延拓和幾何光學(xué)近似可以精確得出出射粒子譜為黑體譜的結(jié)論。
這一重要理論的發(fā)現(xiàn)不僅解決了黑洞熱力學(xué)中存在的矛盾，而且深入地揭示了量子論、熱力學(xué)和引力論之間的內(nèi)在聯(lián)系。
當(dāng)黑洞放射能量時，會漸漸縮小，質(zhì)量與能量都會減小．當(dāng)它縮到核大小時，其溫度上升，最后以爆炸而告終。霍金把自己的觀點融入論文之中，發(fā)表在《自然》雜志上。
著名物理學(xué)家丹尼斯·西阿瑪稱贊霍金的這篇論文是“物理學(xué)史上最漂亮的論文之一”。霍金所發(fā)現(xiàn)的黑洞的輻射，也被命名為“霍金輻射”。
后來，人們進一步發(fā)現(xiàn)不僅正在塌縮中的黑洞, 而且完全塌縮后的黑洞, 以及任何具有未來事件視界時空都具有完全相同霍金輻射譜形式。之后, 大量的方法也證實了黑洞霍金輻射的理論正確性。
霍金輻射示意圖
霍金還認為黑洞不是完全黑的，超微黑洞在輻射中體積變小，最終會因為溫度過高而爆炸消失。
當(dāng)霍金公布這一消息的時候，整個科學(xué)界為之震動，因為科學(xué)家們曾認為沒有什么可以逃出黑洞，黑洞吞噬一切氣體和星球，它的質(zhì)量會增大，體積會增大。而霍金把量子力學(xué)中的虛粒子的概念引進他的研究之中，得出了完全顛覆物理學(xué)界與天文學(xué)界對于黑洞的原有理念的結(jié)論。
此外，在當(dāng)時，關(guān)于宇宙的形成和存在有兩種看法，一種叫做穩(wěn)恒態(tài)宇宙學(xué)說。這種學(xué)說認為，宇宙在時間和空間上都是無限的，并認為宇宙從未有過開始，而是處于連續(xù)的創(chuàng)造過程之中。
霍金關(guān)于黑洞的理論示意圖
當(dāng)宇宙膨脹之時，總密度減少，但會創(chuàng)造出更多的物質(zhì)來使密度升高。因此當(dāng)宇宙不斷地膨脹時，新的物質(zhì)便連續(xù)地在星體中創(chuàng)造出來以填補空隙。
而霍金并不支持這種理論，相反，他贊成另一種理論，也就是如今廣為人知的“大爆炸理論”。
大爆炸理論認為，宇宙在膨脹，并且在很久以前宇宙中的物質(zhì)彼此靠得很近，密度比現(xiàn)在大得多。在很久以前的某一時刻，宇宙間所有的物質(zhì)聚集在一起，構(gòu)成一個密度為無窮大的點，而大爆炸就開始于這一點。
霍金和美劇《生活大爆炸》的主角謝耳朵
當(dāng)霍金博士期間深入研究此問題之后，大爆炸理論開始得到一些觀測的證實，接受此理論的人開始變得越來越多，那部著名的美劇《Big bang》也由此而命名。
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然而此時，病魔使霍金的身體嚴重變形，讓他的頭部只能朝右邊傾斜，左肩低右肩高。雙手緊緊并在當(dāng)中，握著手掌大小的擬聲器鍵盤。兩只腳朝內(nèi)扭曲著，嘴已經(jīng)幾乎歪成S 型。只要略帶微笑，馬上就會現(xiàn)出“呲牙咧嘴”的樣子。
吃飯時，霍金要用很大努力才能把頭舉起來。失聲之前只能用非常微弱的變了形的語言交談，旁人只有在陪他工作和生活幾個月后才能通曉這種語言?；艚鸩荒軐懽?，看書必須依賴于一種翻書頁的機器。
1985 年，他因患肺炎做了氣管造口手術(shù)，從而失去語言能力?；艚鹬荒芾醚矍虻纳舷伦笥乙苿影l(fā)出指令，通過電腦語言合成器，發(fā)出獨具特色的“電腦聲”。
此時的霍金，只能通過電腦系統(tǒng)每分鐘能講出15個英語單詞。后來因為臉部肌肉惡性萎縮，他衰弱到每分鐘只能講出一個英語單詞。即便這樣，霍金依然從未停止過對宇宙的探索，并堅持不懈地把這些研究傳遞給大眾。
相比于霍金的理論高度，他畢生一直堅持不懈地把高深的理論通俗易懂地介紹給普通人，是更加了不起的成就。
霍金在體驗失重的感覺
在他發(fā)表的眾多著作中，1988年時所撰寫的《時間簡史》尤其引人注目，在全世界引起巨大反響?；艚鹣胂筘S富，構(gòu)思奇妙，語言優(yōu)美，使這部有關(guān)宇宙學(xué)的著作成為全球科學(xué)著作的里程碑，被出版界稱為將高深的理論物理通俗化的科普范本。
《時間簡史》自首版以來，被翻譯成40種文字，銷售了近1000萬冊，成為科普類圖書出版史上的現(xiàn)象級作品。
在《時間簡史》中，霍金深入淺出地介紹了遙遠星系、黑洞、夸克、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質(zhì)和“時間箭頭”等，用非常客觀的視角來闡述時間在何處開始、于何處終結(jié)、宇宙的無限性和有限性依據(jù)何在等古老的問題。
這部書領(lǐng)著讀者遨游外層空間奇異領(lǐng)域，使他們對狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學(xué)的奧妙有一個初步的了解。
為了使人們加深理解，《時間簡史》還通過包括衛(wèi)星圖像和照片在內(nèi)的大量彩色插圖，把許多觀測揭示的新知識和霍金最新的研究納入其中，將艱深晦澀、十分難懂的科學(xué)理論通俗化，變成了一部暢銷讀物。
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除了科普之外，霍金還曾經(jīng)給人類很多忠告，比如他曾經(jīng)警告說，人類創(chuàng)造智能機器的努力威脅自身生存，表示徹底開發(fā)人工智能可能導(dǎo)致人類滅亡。
霍金的說法，其實是回應(yīng)對他使用的通訊科技的改良，其中就包括了基本的人工智能?；艚鹫f：在目前的初步階段，人工智能已經(jīng)證明非常有用，但必須擔(dān)心創(chuàng)造出媲美人類甚至超過人類的東西將要面對的后果。
他還指出：人工智能可能自行啟動， 以不斷加快的速度重新設(shè)計自己。而人類局限于緩慢的生物進化過程，根本無法與之競爭，最終必將被超越。
而霍金的另一大著名警告，就是關(guān)于外星人的警告。
在一個科學(xué)節(jié)目中，他特意提到了一點，幾乎可以肯定，外星生命存在在宇宙中許多別的地方，不僅僅只是行星上，也可能在恒星的中央，甚至是星際太空的漂浮物質(zhì)上。
按照霍金給出的邏輯，宇宙有1000億個銀河系，每個星系都包含幾千萬顆星體。在如此大的空間中，地球不可能是唯一進化出生命的行星。
霍金由此提出一個嚴肅的告誡：一些生命形式可能是有智慧的，并且還具有威脅性，和這樣的物種接觸可能會為人類帶來災(zāi)難性的后果?；艚鹫J為，參照我們?nèi)祟愖约壕蜁l(fā)現(xiàn)，智慧生命有可能會發(fā)展到我們不愿意遇見的階段。
霍金的原話是：我想像他們已經(jīng)耗光了他們母星上的資源，可能棲居在一艘巨型太空飛船上。這樣先進的外星文明可能已經(jīng)變成宇宙游民，正在伺機征服和殖民他們到達的行星。
至于這些警告的正確性，我們只能在遙遠的未來去驗證了。
如今，霍金走了。
他留給世人最后的模樣，就是一個人歪著腦袋，縮在那個高科技輪椅之中。然而，盡管霍金那么無助地坐在輪椅上，他的思想依然在廣袤的時空中遨游，令他堅持不懈地攻克相對論、量子力學(xué)、大爆炸等理論，并將它們科普給全世界，令人了解到科學(xué)的魅力。
正如莎士比亞的《哈姆雷特》中那句著名的臺詞：“即便我身處果殼之中，仍自以為是無限宇宙之王?！?/span>
向你致敬，屬于我們時代的偉大科學(xué)家，斯蒂芬·霍金。
