史蒂芬·霍金的科普書(shū)《時(shí)間簡(jiǎn)史》幽默地介紹，牛頓出生在伽利略逝世的那一年，霍金出生在伽利略逝世的那天（1942年1月8日，正好是伽利略逝世300周年）。 牛頓曾擔(dān)任劍橋大學(xué)盧卡森講座教授，被廣泛認(rèn)為是繼愛(ài)因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家。 顯然霍金對(duì)此感到自豪。 不知道霍金臨終時(shí)是否幽默地回憶起自己去世的那一天是愛(ài)因斯坦139歲生日（3月14日）。 如果他想一想，他可能會(huì)感到有些自豪。
霍金是引力物理學(xué)的杰出繼承者，從伽利略到牛頓再到愛(ài)因斯坦，他的引力物理學(xué)經(jīng)歷了數(shù)次升級(jí)。 他對(duì)廣義相對(duì)論和宇宙學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn)。 雖然很難說(shuō)霍金是“愛(ài)因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家”，但他可以說(shuō)是最杰出的之一。 “理論物理學(xué)”的含義有時(shí)并不明確。 例如，霍金曾經(jīng)發(fā)表過(guò)題為“理論物理學(xué)的終結(jié)已經(jīng)到來(lái)嗎？”的演講。 這里的“理論物理”特指廣義相對(duì)論和量子力學(xué)的統(tǒng)一。 如果他是愛(ài)因斯坦之后最著名的科學(xué)家，那就太好了。
1962年，牛津大學(xué)本科生霍金在知道自己只對(duì)理論感興趣后，在理論粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)之間選擇了后者。 因?yàn)樗X(jué)得粒子物理學(xué)就像植物學(xué)，只有粒子，沒(méi)有理論，而宇宙學(xué)有很好的理論（廣義相對(duì)論）。 這僅僅反映了他當(dāng)時(shí)作為學(xué)生的品味。 事實(shí)上，當(dāng)時(shí)粒子物理正處于建立標(biāo)準(zhǔn)模型的過(guò)程中，“無(wú)理論”也是一個(gè)機(jī)會(huì)。 對(duì)于霍金來(lái)說(shuō)幸運(yùn)的是，宇宙學(xué)和天體物理學(xué)當(dāng)時(shí)也即將得到巨大發(fā)展。 牛津大學(xué)沒(méi)有宇宙學(xué)家，但劍橋大學(xué)有著名的霍伊爾教授。 于是霍金申請(qǐng)了劍橋大學(xué)，并被有條件錄取，要求畢業(yè)成績(jī)一流。 結(jié)果是他告訴牛津的面試官，如果他考了一流，他就去劍橋，否則他就留在牛津。 這種風(fēng)格后來(lái)頻繁出現(xiàn)在霍金的演講和賭注中。
20歲的霍金雖然以一流的畢業(yè)成績(jī)來(lái)到劍橋，但他并沒(méi)有如愿成為霍伊爾的學(xué)生，因?yàn)榛粢翣柕膶W(xué)生太多，而且是個(gè)大忙人，經(jīng)常去美國(guó)的天文臺(tái)。 霍金被指派了一位他從未聽(tīng)說(shuō)過(guò)的西阿瑪講師。 這就是霍金的幸運(yùn)。 一方面，與著名的霍伊爾教授相反，西阿瑪?shù)闹v師始終留在學(xué)校，隨時(shí)為學(xué)生提供各種幫助，讓學(xué)生自由成長(zhǎng)。 運(yùn)氣還有另外一個(gè)方面。 當(dāng)時(shí)，穩(wěn)態(tài)宇宙學(xué)（相信宇宙一直存在）和大爆炸宇宙學(xué)（相信宇宙起源于大爆炸）還沒(méi)有定論。 霍伊爾是穩(wěn)態(tài)宇宙學(xué)的領(lǐng)軍人物。 在BBC廣播節(jié)目中，他以諷刺的語(yǔ)氣給出了“大爆炸宇宙學(xué)”這個(gè)名字。 另一方面，西亞馬對(duì)這兩種理論沒(méi)有偏好，對(duì)大爆炸宇宙學(xué)也沒(méi)有偏見(jiàn)。 導(dǎo)師的這種態(tài)度顯然也非常重要。 霍金的經(jīng)歷值得青年學(xué)生借鑒。
霍金剛過(guò)21歲生日，就被診斷出患有肌萎縮側(cè)索硬化癥，又稱運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病、盧伽雷氏病，俗稱肌萎縮側(cè)索硬化癥。 霍金經(jīng)歷了一段抑郁癥時(shí)期，并迷上了瓦格納的歌劇。 后來(lái)，在父親的建議下，他回到劍橋繼續(xù)學(xué)業(yè)。 在劍橋火車(chē)站，我遇到了簡(jiǎn)·沃爾德，我對(duì)她有些了解。 兩人相愛(ài)，這給了霍金支持。
霍金的研究工作逐漸完善。 他的首要工作之一是修改霍伊爾和他的學(xué)生提出的理論。 當(dāng)時(shí)在倫敦伯克貝克學(xué)院任教的彭羅斯在非常廣泛的條件下證明了奇點(diǎn)（密度和時(shí)空曲率無(wú)窮大的點(diǎn)，從而使廣義相對(duì)論失效）在引力坍縮中普遍存在。 霍金將其應(yīng)用于宇宙的膨脹，并證明宇宙的膨脹是從奇點(diǎn)開(kāi)始的。 這成為他博士論文的另一部分。
1965年，大爆炸宇宙學(xué)基本上擊敗了穩(wěn)態(tài)宇宙學(xué)。 夏馬和他的學(xué)生選擇了大爆炸陣營(yíng)，霍金很慶幸自己沒(méi)有成為霍伊爾的學(xué)生。 夏天，霍金博士畢業(yè)，被劍橋凱斯學(xué)院錄取為研究員，李約瑟任院長(zhǎng)（劍橋的一個(gè)職位，學(xué)院提供薪水，并在系里做研究，相當(dāng)于一名沒(méi)有固定導(dǎo)師的博士后）物理學(xué)家霍金的貢獻(xiàn)，與簡(jiǎn)結(jié)婚，后來(lái)育有3個(gè)孩子。 我在劍橋工作的時(shí)候，有一次去朋友家做客，得知那房子曾經(jīng)是新婚不久的霍金夫婦租的。
霍金逐漸在同行中出名。 他和彭羅斯證明，在廣義相對(duì)論描述的一大類弗里德曼宇宙學(xué)模型中，奇點(diǎn)是不可避免的，因此在經(jīng)典理論中，大爆炸起源于奇點(diǎn)。 然后他轉(zhuǎn)向黑洞。 霍金表明，具有平滑視界的愛(ài)因斯坦方程的平穩(wěn)解必須是軸對(duì)稱的。 1970年，霍金提出了黑洞事件視界面積不減定理，這意味著黑洞的事件視界面積不會(huì)減少（事件視界是指黑洞外部的一個(gè)邊界，在這個(gè)邊界之內(nèi)任何東西都不能越過(guò)這個(gè)邊界）邊界）。 然后以此為第二定律，巴丁（James）和卡特（）提出了黑洞動(dòng)力學(xué)四定律，表明黑洞視界面積類似于熱力學(xué)熵。 霍金還與卡特、以色列（David C.）和羅賓遜（David C.）合作，在一定前提下證明了惠勒（John）猜想的“黑洞定理”：黑洞只需由質(zhì)量、電荷和旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量組成描述。 這些都是霍金對(duì)經(jīng)典引力理論的杰出貢獻(xiàn)。 1973年，霍金和他的同學(xué)埃利斯出版了專著《時(shí)空的大尺度結(jié)構(gòu)》。
20世紀(jì)70年代，霍金走上了統(tǒng)一量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的道路。 1973年，他天才地將量子力學(xué)應(yīng)用于黑洞（經(jīng)典廣義相對(duì)論中的概念），并證明黑洞輻射粒子，即所謂的霍金輻射。 因此，黑洞質(zhì)量的不斷減少會(huì)導(dǎo)致黑洞蒸發(fā)。 這表明黑洞是有溫度的，證實(shí)了貝肯斯坦（Jacob）提出的黑洞面積和熱力學(xué)熵不僅相似，而且確實(shí)成正比，霍金給出的比例因子為1/4。 這超越了經(jīng)典引力理論，因?yàn)榛艚鸨救嗽趲啄昵熬突诖颂岢隽撕诙吹氖录暯缑娣e無(wú)法減小。
霍金輻射是霍金一生最偉大的科學(xué)成就。 由于效果很小，無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但到20世紀(jì)70年代末已被科學(xué)界普遍接受。 由此造成的黑洞信息丟失至今仍是物理學(xué)家爭(zhēng)論的熱點(diǎn)話題，也曾是霍金和同事之間的一個(gè)賭注。 內(nèi)容。 霍金也聲名鵲起，32歲時(shí)成為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1979年，他成為牛頓和狄拉克曾任職的劍橋大學(xué)盧卡森講座教授。
提出霍金輻射的理論被稱為彎曲時(shí)空量子場(chǎng)論，其中物質(zhì)是量子的，但引力本身仍然是經(jīng)典的。 此后，霍金進(jìn)一步走向量子引力（引力本身的量子化）和量子宇宙學(xué)（利用量子力學(xué)波函數(shù)來(lái)描述早期宇宙）。 宇宙暴脹理論由古斯等人提出，霍金是研究“新暴脹”的人之一。 這種膨脹并不??是通過(guò)古斯最初提出的贗真空的隧道效應(yīng)而發(fā)生的，而是通過(guò)標(biāo)量場(chǎng)勢(shì)能的減少而發(fā)生的，并引起量子漲落，成為宇宙結(jié)構(gòu)形成的種子。 霍金和哈特爾（詹姆斯）提出了宇宙無(wú)邊界條件，聲稱在普朗克時(shí)間階段，宇宙在時(shí)空上沒(méi)有邊界。 因此，大爆炸之前，是不存在時(shí)間概念的，所以“大爆炸之前”的問(wèn)題也不存在。 意義。 霍金提出歐幾里得量子引力，用虛擬時(shí)間代替時(shí)間，將時(shí)空從偽黎曼幾何轉(zhuǎn)變?yōu)槔杪鼛缀巍?他一直在發(fā)表論文，直到最近，2016年與佩里一起提出了所謂的“黑洞軟毛”。
霍金的科學(xué)貢獻(xiàn)超過(guò)了許多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。 然而，長(zhǎng)期以來(lái)，他的理論研究工作并沒(méi)有得到實(shí)驗(yàn)或觀察的證實(shí)，而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的研究成果必須得到實(shí)驗(yàn)或觀察的支持。 所以霍金從未獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
但事實(shí)上，這種情況不久前就發(fā)生了變化。 2016年2月，美國(guó)激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）宣布，他們于2015年9月14日直接探測(cè)到了引力波。這個(gè)引力波來(lái)自兩個(gè)黑洞，并合并成一個(gè)大黑洞。 比較合并前后黑洞的總質(zhì)量可以發(fā)現(xiàn)，大黑洞的質(zhì)量平方大于原來(lái)兩個(gè)黑洞質(zhì)量的平方和。 黑洞的事件視界面積與其質(zhì)量的平方成正比。 所以這證實(shí)了黑洞合并前后事件視界總面積并沒(méi)有減少。 隨后，LIGO和意大利引力波觀測(cè)站VIRGO又檢測(cè)到了數(shù)個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波。 結(jié)果與霍金黑洞面積不減定理一致。 去年諾貝爾獎(jiǎng)揭曉前，我曾“預(yù)測(cè)”（實(shí)際上是希望）霍金將分享2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
從廣義上講，霍金一生中最偉大的成就也許就是，作為一個(gè)患有ALS的人，他在物理學(xué)上取得了巨大的成就，并激勵(lì)了全世界的人們！ 他的家人在他去世時(shí)的一份聲明中強(qiáng)調(diào)，“他的勇氣、堅(jiān)持、卓越和幽默激勵(lì)了全世界的人們”！
霍金的一生是偉大的一生。 1963年，當(dāng)霍金首次被診斷出患有ALS時(shí)，醫(yī)生表示他活不過(guò)兩三年。 但之后他獲得了博士學(xué)位，成為英國(guó)皇家科學(xué)院院士，并擔(dān)任劍橋大學(xué)盧卡斯講座教授，成為世界著名的科學(xué)家。 霍金用巨大的勇氣戰(zhàn)勝了可怕的疾病，成為了一位為人類做出巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家。 霍金去年在慶祝他75歲生日的研討會(huì)上說(shuō)：“記住抬頭仰望星空，不要低頭看腳下。保持好奇心。無(wú)論生活看起來(lái)多么困難，總有你能做的事情。”
1985年，霍金在瑞士日內(nèi)瓦患上肺炎。這實(shí)際上與他訪華有關(guān)，因?yàn)樗谥袊?guó)期間感染了感冒，患上肺炎。 手術(shù)過(guò)程中，氣管被割斷，霍金完全無(wú)法說(shuō)話。 在此之前物理學(xué)家霍金的貢獻(xiàn)，醫(yī)生曾詢問(wèn)簡(jiǎn)是否愿意讓霍金脫離生命維持系統(tǒng)。 簡(jiǎn)堅(jiān)決反對(duì)。 但隨后霍金的 ALS 停止了進(jìn)展。 當(dāng)時(shí)他們的婚姻已經(jīng)出現(xiàn)了問(wèn)題，但直到1995年他們才正式離婚。 同年，霍金正式與照顧他的護(hù)士梅森結(jié)婚（他的前夫?yàn)榛艚鸢惭b了電腦和語(yǔ)音合成器）輪椅）。 他們于2006年離婚。簡(jiǎn)于1997年正式結(jié)婚。她后來(lái)說(shuō)：“除了我們的孩子之外，我仍然認(rèn)為讓霍金活著是我最大的成就。”
2002年，霍金再次訪華。 當(dāng)時(shí)我在劍橋大學(xué)理論物理與應(yīng)用數(shù)學(xué)系工作，霍金也在那里。 我的辦公室在一樓，經(jīng)常看到他上下班經(jīng)過(guò)我的窗子。 沒(méi)過(guò)多久，我就知道他要來(lái)中國(guó)訪問(wèn)了。 霍金和系里的其他人一樣正常上班和聽(tīng)課。 在其他人報(bào)告后，他會(huì)使用語(yǔ)音合成器提問(wèn)。 還記得有一次彭羅斯做報(bào)告，會(huì)后茶歇時(shí)霍金來(lái)了。 彭羅斯向他揮手。 提交人還幫忙推輪椅。
霍金也是著名的科普作家和傳播家。 他的《時(shí)間簡(jiǎn)史》是世界上最暢銷的科普書(shū)籍，后來(lái)他還寫(xiě)了其他幾本科普書(shū)籍。 雖然他寫(xiě)《時(shí)間簡(jiǎn)史》的初衷很大程度上是為了賺錢(qián)來(lái)支撐巨額開(kāi)支，雖然據(jù)說(shuō)很多人只是買(mǎi)了它就放在書(shū)架上，但作者還是仔細(xì)閱讀了英文原版單詞并認(rèn)為它寫(xiě)得很好。 。 霍金的殘疾與他所思考的浩瀚宇宙形成鮮明對(duì)比。 霍金坐在輪椅上，用語(yǔ)音發(fā)生器和合成聲音談?wù)撚钪娴膴W秘，已成為人們熟悉的文化景象。 霍金已經(jīng)成為當(dāng)代世界的科學(xué)偶像，所到之處都有無(wú)數(shù)“粉絲”追隨。 他還就許多國(guó)際公共事務(wù)和人類未來(lái)發(fā)表了看法。
霍金的科學(xué)工作的主線很像交響樂(lè)的旋律。 黑洞和宇宙定下了基調(diào)，經(jīng)典廣義相對(duì)論的變體與量子力學(xué)交織在一起。 然而，作為一個(gè)“無(wú)助”的ALS患者，他卻能夠深入洞察宇宙的奧秘。 這讓我們感受到人類在宇宙中的重要性。
2002年，霍金在為他60歲生日舉辦的研討會(huì)上表示希望將霍金輻射公式刻在他的墓碑上。 霍金得到的霍金輻射溫度與黑洞的質(zhì)量成反比，系數(shù)由光速、萬(wàn)有引力常數(shù)和普朗克常數(shù)組成。 由此可以得到貝肯斯坦-霍金黑洞熵公式，表明黑洞熵與事件視界面積成正比。 除了 1/4 之外，該系數(shù)是玻爾茲曼常數(shù)除以普朗克長(zhǎng)度的平方。 普朗克長(zhǎng)度由光速?zèng)Q定，它由萬(wàn)有引力常數(shù)和普朗克常數(shù)組成。 張首晟教授在微信朋友圈指出，黑洞熵公式統(tǒng)一了這三個(gè)基本常數(shù)。 萬(wàn)有引力常數(shù)代表引力，普朗克常數(shù)代表量子效應(yīng)，普朗克長(zhǎng)度代表引力的量子效應(yīng)。 這讓人想起量子理論的早期發(fā)展，當(dāng)時(shí)普朗克和愛(ài)因斯坦提出光量子能量與頻率成正比，比例系數(shù)就是普朗克常數(shù)。 我們還沒(méi)有成功的量子引力理論。 如今的各種量子引力理論或許無(wú)法存續(xù)，但可以預(yù)見(jiàn)的是，霍金的輻射溫度公式和黑洞熵公式將會(huì)存續(xù)，就像光量子能量公式在量子力學(xué)中仍然正確一樣。 的。 這么多年過(guò)去了，霍金的名字仍然被人們銘記。 直到2018年，霍金會(huì)在數(shù)百年后被物理學(xué)家視為繼愛(ài)因斯坦之后最杰出的理論物理學(xué)家嗎？
