科学家霍金的故事（霍金,的故事）

　霍金出生于1942年1月8日，正是伽利略逝世300周年的那一天。中小学时期，霍金的学习成绩并不十分突出，作业不整洁，字也写得不好。但也许是由于他喜欢独立思考的缘故，同学们给他起了个外号叫爱因斯坦。霍金喜欢与要好的同学探讨和争论问题，内容从宗教、神学到无线电、天文、物理无所不谈。他们讨论过宇宙起源是否需要上帝帮助，也讨论过宇宙中遥远星系发生红移的原因。少年时代的霍金不相信宇宙膨胀的说法，认为红移必定是由于其他原因造成的，例如光线在长途跋涉中累了以至于变红。霍金从小就对宇宙表现出极大的兴趣，但学校里的物理课却一点未能吸引他，他觉得物理课十分枯燥，远比不上化学那么有趣，化学课经常发生一些意想不到的事情，例如爆炸之类。霍金的父亲则极力主张他学医，或者学生物。但年轻的霍金有自己的主意。他认为物理学比化学、医学、生物学更基本，是最基础的科学。物理学和天文学涉及他感兴趣的那些关于宇宙的基本问题，所以他最终选择了物理作为自己一生的研究领域。　　霍金17岁考入牛津大学。他觉得理论物理有两个方向可供他选择:一个是宏观的、大尺度时空的宇宙学，另一个是微观的、小尺度的基本粒子物理。他认为基本粒子缺乏合适的理论，虽然科学家发现了许多粒子，但他们做的只不过是和植物学一样把粒子进行分类。霍金对这样的研究不感兴趣。他认为宇宙学已经有了一个很好的理论，即爱因斯坦的广义相对论，因此他选择了这个方向。当时，牛津大学没有人研究宇宙学，于是霍金在牛津毕业后，就到剑桥大学去做研究生。　　不幸的是，在牛津毕业的前一年,20岁的霍金，患了严重的疾病——进行性肌肉萎缩。起初此病发展很快，霍金23岁结婚时，已不得不拄拐杖。　　报考研究生时，霍金原本想追随著名相对论天体物理学家霍伊尔。霍伊尔当时正在研究稳恒态宇宙模型。该模型认为，宇宙膨胀过程中，不断有物质从真空中产生，宇宙中物质的密度始终保持恒定。霍金对这个模型非常感兴趣。但是，霍伊尔不要他，他只好跟了原来未曾听说过的西阿玛教授。西阿玛有一个特点，就是不主动管研究生，你愿意做什么研究就做什么。但西阿玛总是在办公室坐着，学生可以随时找到他。对于学生提的问题，西阿玛会给他介绍有关的专家，有关的书籍，也会提一些富有启发性的建议。霍金一开始看不起西阿玛，后来逐渐认识到西阿玛是一位非常适合自己的好老师。他给了霍金充分的时间，充分的选题自由，并给了他最需要的帮助——介绍别的专家。事实表明，西阿玛的确是极好的导师。当前世界上最优秀的相对论专家，几乎有三分之一是他的学生，除霍金外，还有卡特、瑞斯、艾利斯等。轮椅上的物理学大师　　刚做西阿玛的研究生时，霍金仍对霍伊尔的稳恒态宇宙模型感兴趣，常跑到霍伊尔研究生纳里卡的办公室去，帮他计算。在计算中他发现霍伊尔的稳恒态模型有难以克服的内在困难，应该否定。霍金博士论文的前一部分，就是证明稳恒态模型不对。博士论文的后一部分是关于奇性定理的。西阿玛把牛津大学的数学教授彭若斯（或译作“彭罗斯”）拉过来研究相对论，又介绍霍金认识了他，霍金从彭若斯那里学到了现代微分几何。　　当时彭若斯已经给出了奇性定理的第一个证明。该定理是说，任何一个物理时空都一定存在时间有开始或有结束的过程。时间有没有开始和结束，原本是哲学家和神学家讨论的问题，现在数学家和物理学家站出来说时间有开始和结束，其意义之重大可想而知。看了彭若斯的证明后，霍金给出了奇性定理的第二种证明。不过霍金最初的证明有漏洞，后来他又重新给出了完美的证明。霍金从此展开了他的研究生涯。　　糟糕的是，霍金的病发展很快，不久就不能行走了。他坐在特制的小车上，用手按动小车上的按钮前后行走。他把书和杂志复印后在一个长条桌上一张张铺开，然后驱动小车慢慢移动，边移边看。他说话越来越困难，只有他的妻子、学生、私人医生和护士可以听懂他的讲话，后来不得不给他装了个电子发声器。唯一健全的是他的大脑,不仅健全，而且超常。他不好利用纸笔，于是把所有的知识都储存在大脑中，并在那里思考计算，然后口述，让助手写在黑板上，与别人讨论。霍金以超常的毅力对理论物理作出了极其杰出的贡献。1972年，霍金提出黑洞“面积定理”。这个定理指出，黑洞的表面积随时间变化只能增加,不能减少。物质落入黑洞、两个黑洞相撞等导致黑洞面积增加的过程,是可以发生的。而一个黑洞分裂为两个黑洞的情况，由于会导致黑洞总面积减少，因而是不可能发生的过程。面积定理不禁使人想起热力学中的“熵”。熵是物质混乱度的量度。热力学第二定律指出,自然过程(孤立或绝热系统)中，熵只能随时间增加，不可能减少。但是黑洞面积与熵是风马牛不相及的两种东西，这样去联想它们,是不是太荒唐了呢？　　热力学告诉人们，如果黑洞有熵，就同时应该有温度。难道黑洞真的有温度吗？为此人们进行了热烈的争论。1973年霍金、巴丁、卡特等卓有成就的黑洞专家联名发表了一篇论文，声称:可以模仿热力学定律给黑洞定义一个温度，但黑洞的温度不能看做真实温度，因为黑洞没有热辐射(不可能有任何物质跑出黑洞!)，而有真实温度的物体，应该有热辐射。但是几个月后，霍金就宣称，他已证明黑洞有热辐射，黑洞的温度是真实的。　　黑洞热辐射的发现，是黑洞研究的重大突破，也是时空理论的重大突破。这种辐射，后来被称为霍金辐射。霍金的老师西阿玛声称，霍金的重大发现，使他成为20世纪最伟大的物理学家之一。西阿玛还说,自己对广义相对论研究有两个重大贡献，第一是培养了霍金这个学生，第二是动员了数学家彭若斯来研究相对论。　　霍金在生活上非常乐观。他患病初期，还参加划船比赛，他已无力划浆，但坚持掌舵。全身瘫痪后，仍去参加舞会，他把电钮一按，小车高速旋转，不小心压了别人的脚趾。有一次，他从一个山坡下来，故意开玩笑让小车往下冲，“结果我们的这位引力专家，被万有引力一下子抛进了路边的花丛里”。1985年霍金第一次来中国访问，曾到中国科技大学和北京师范大学讲学。他坚持要看举世闻名的长城，几个中国学生把他连人带车抬上了居庸关。后来，他又两次访问中国，并先后在中国科技会堂和人民大会堂向公众发表科普演讲，深受中国人民的敬仰。　　乐观的霍金早已突破了医生预言的寿命界限，他的思想仍然在爱因斯坦的弯曲时空中遨翔。　　不过，霍金不赞同爱因斯坦对量子力学的看法。针对爱因斯坦“上帝不掷骰子”的说法，他反驳道：“上帝不仅掷骰子，而且有时掷到我们看不见的地方去了。”那看不见的地方，就是黑洞。在科学前沿写成的科幻小说　　霍金，这位当代杰出的物理学家，不仅走在科学研究的最前列，而且写出了许多引人入胜的科普读物。例如《时间简史》、《时间简史续编》、《霍金讲演录》、《果壳中的宇宙》等，向广大读者通俗地介绍了相对论、量子论和宇宙学的前沿。最近，这位童心未泯的学者，又和他的女儿露西等一起，合写了《乔治开启宇宙的秘密钥匙》。这本科学幻想小说是献给少年儿童的一件珍贵礼物。　　它描写两个普通的孩子，如何走出平凡的家庭生活，在科学家埃利克的指导下，借助一台叫做“Cosmos”的超级电脑畅游宇宙。而“Cosmos”正是现实生活中霍金进行研究的一台真实电脑的名字。　　他们游历了太阳系中的木星、土星等行星，并在小行星带中经历了险境。然而最为惊险的事情是埃利克落入了“黑洞”。黑洞是任何物体都逃不出来的天体。就在他陷入绝境的时候，霍金运用自己的最新研究成果，让“Cosmos”这台超级电脑扮演救星的角色。“Cosmos”从太空中收集落入黑洞的埃利克的信息，并用这些信息重新构建了他，让他从黑洞中逃出。　　霍金是一位充满幽默、爱开玩笑的学者。他经常为学术问题与其他学者“打赌”，他的办公室保留着不少打赌的证书。我们的这位科学大师在打赌中却未必会是赢家。近年来比较出名的一次打赌是关于落入黑洞的信息能否跑出来的争论。最初，霍金与另一位相对论专家索恩（以研究时空隧道与时间机器而闻名）认为落入黑洞的信息不可能逃出来，会随着黑洞的蒸发而消失，因此宇宙中的信息不守恒。另一位物理学家普瑞斯基则认为宇宙中的信息应该守恒，落入黑洞的信息一定有某种机制泄露出来，或者在黑洞中保持到永远。2004年，霍金突然改变态度，认为信息应该守恒，落入黑洞的信息可以逃出来，主要原因是以往把黑洞想得太理想化了，真实的黑洞不会把信息锁死。在爱尔兰召开的相对论研讨会上，霍金公开承认自己输了，并按赌约当场送给了普瑞斯基一年的杂志。不过，索恩不承认输了，他坚持认为落入黑洞的信息跑不出来，会随着黑洞的蒸发而消失，信息不会守恒。索恩认为这个问题不能由霍金一个人说了算。今天，有关争论仍在继续中。　　霍金在《乔治开启宇宙的秘密钥匙》一书中描写的从黑洞中提取信息的情节，其科学依据就是霍金近来对黑洞的认识。　　如果真的任何信息都逃不出黑洞，那么这本书的故事就要另写了。　　这本书的译者杜欣欣女士是吴忠超先生的夫人。他们夫妇与霍金一家有着亲密的友谊。吴忠超先生专门研究广义相对论、黑洞和宇宙学。霍金早在上世纪80年代初就指导他完成关于极早期宇宙的博士论文，霍金和他还共同撰写了一篇论文于1985年发表在《物理学通讯》上。吴忠超先生是最早把《时间简史》等著名科普读物介绍给中国读者的人。后来，吴忠超、杜欣欣夫妇曾一起翻译过霍金的著作《时空本性》、《霍金讲演录》等，编著了《无中生有》等书，在国内有不小影响。　　这本书的作者和翻译者，都想通过这本书让孩子们产生对科学的向往与兴趣。现在，这本书由湖南科技出版社出版了，愿它给少年朋友们带来知识与欢乐。