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霍金与黑洞

霍金与黑洞 运动光学
2019-03-14
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导读:他,出生于伽利略逝世纪念日,离开于爱因斯坦诞辰纪念日。

2018年的今天,3月14日,史蒂芬·霍金在剑桥的家中去世,享年76岁。


巧合的是,这一天是已故科学家爱因斯坦的诞辰。更巧合的是,霍金出生的那天,1942年1月8日,是伽利略逝世300周年的日子。一切像是机缘巧合,却又像是冥冥之中早已注定。


有人称霍金为当代的爱因斯坦。确实,自从爱因斯坦以来,从未有科学家像霍金那样能激发公众的想象力,并为全世界数以千万计的人所喜爱。他的一生,无论是在学术上,或是在个人生活中,都经历和战胜了无数的挑战,最终成为了探索引力和黑洞的引领者。

                                 

生在战争年代,父母均为高知分子


霍金出生在牛津,当时正值二战时期,英国和德国交战双方达成默契,德国不轰炸牛津与剑桥,英国不轰炸海德堡和格丁根。所以,霍金父母迁到牛津,生下霍金。霍金的父母均为牛津大学毕业生,父亲主修医学,母亲学习哲学、政治学和经济学。


图:年轻时的霍金和妈妈


霍金在读中学的时候,功课很一般,但是同学们都很看好他,经常称呼他爱因斯坦,因为他经常会跟同学们讨论一些有趣的科学问题,比如:宇宙中为什么会有红移啊,是不是光子在路上走累了,就变红了呢?


1959年,年仅17岁的他考入牛津大学,并获取了奖学金。此时他就表现出了不同寻常的洞察力,比如,有一次,老师要求同学们自学并完成课后十一道作业题,同宿舍的三名同学都只做出了一两道题就卡住了,而霍金等到交作业的前一天才打开作业本,等同学们上课回来问他做得怎么样了?他说:“这些题确实不太好做,我还没做完,刚刚做了十道......。”


学业优异,但身体跟他开了一个玩笑


霍金21岁时,被诊断出患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症(“渐冻症”)。医生预计他只能活两年。这种疾病使他的身体控制减弱到只有手指和眼睛能动,但他的智力没有受到影响。


他受到了致命的打击,感到绝望,觉得自己的人生就像一场悲剧。“为什么这种事情会发生在自己身上?”他也曾这样问自己。住院的时候,他遇到一件事情,他临床的一个患白血病的男孩死了。这给他带来很大的触动,他意识到,如果自己的生命还能延续一段时间,他还可以做很多有价值的事。


那个时候,简·怀尔德的出现和他们之间的爱情给了霍金新的希望,霍金重新恢复信心。为了自己,为了两个人的未来,霍金决定要努力拿到博士学位,在宇宙学方面做一些工作。


图:霍金和简的婚礼照


那些生活在死亡阴影中的人往往是那些体验到最多生活的人。对霍金来说,一早就被诊断出致命疾病,带给了他一种全新的使命感。


“尽管我的未来笼罩着一片乌云,但令我惊讶的是,我发现我比以前更享受现在的生活。”他有一次这么说。


他开始认真地考虑自己的职业生涯,他宣称:“我的目标很简单,就是得到一个对宇宙的完整理解。为什么宇宙是现在的样子,以及为什么宇宙会一直存在。”


开始宇宙学的研究

                              

大学毕业后,霍金进入剑桥大学,并选择宇宙学作为自己的研究方向。


刚开始他想选择霍伊尔作为导师,霍伊尔当时是稳恒态宇宙理论的拥护者,这个理论假设宇宙在时间和空间上是无限的,并且通过一种尚不可知的机制不断产生新物质,形成新的恒星和星系,这样使宇宙在整体上仍保持着均衡和稳定。霍伊尔反对当时伽莫夫提出的火球模型,还嘲笑其就是“BIG BANG“(大爆炸)模型。


霍伊尔当时并没有选择拄着拐杖的霍金作为自己的学生。霍金只好选择了另一位老师Sciama,后来事实证明这是一个很好的选择。因为Sciama老师的风格是给学生很大的发展空间,可以自由地去研究自己感兴趣的方向,这一点很适合霍金。



有一次,霍金去霍伊尔的一个学生的房间聊天,发现他正在研究霍伊尔老师给他的一个关于稳恒态宇宙的课题,霍金非常感兴趣,就开始帮这个同学一起计算,结果他发现霍伊尔这个稳恒态宇宙模型有个很大的问题,其中有一个系数是无穷大。后来在一次霍伊尔的学术报告中,当着很多同学的面,霍金指出了这个问题。从此这个稳恒态宇宙模型逐渐就没人提起了,宇宙大爆炸模型开始占了上风。


丰富的学术成就

                          

霍金的第一次重大突破发生在1970年,当时他和罗杰•彭罗斯将黑洞的数学方法运用到了整个宇宙中,并表明在我们遥远的过去存在一个奇点,一个无限弯曲的时空区域:大爆炸的起点。


他关于黑洞辐射热量的提出引发了现代宇宙学当中最有争议的讨论之一。霍金提出如果黑洞可以消散成放射池,那么在它存在时所有进入其中的信息将会全部永久消失。这与量子力学的一个最基本的定律相矛盾,许多物理学家都不认可。霍金开始寻求更常见的、不难理解的解释——信息被存储在黑洞的事件视界中,并在黑洞辐射时被编码回辐射。


霍金的一系列发现让他在1974年的时候入选英国皇家学会,那时候他才32岁。五年之后,他担任了剑桥大学的卢卡斯数学教授,这是英国最受人尊敬的职位,坐上此位的还有艾萨克·牛顿、查尔斯·巴贝奇和保罗·狄拉克,后者是量子力学的奠基人之一。霍金在此职位三十年,后来成为理论宇宙学中心的研究主任。


图:2011年12月,霍金位于剑桥大学办公室


1974年,霍金继续发展了他的“黑洞”理论,认为黑洞不断释放质量并且蒸发。对于一个太阳大小的正常黑洞来说,它蒸发需要的时间比宇宙的年龄还要长。 但在它们生命的尽头,会以惊人的速度释放热量,最终以百万吨级氢弹的能量爆炸。 霍金说,宇宙中的微型黑洞,每个重达10亿吨,但大小不超过质子。


霍金的开创性贡献一直持续到20世纪80年代。宇宙膨胀理论认为,刚诞生的宇宙经历了一段惊人的扩张时期。 1982年,霍金率先证明了物质分布的微小变化如何引起星系在宇宙中的扩散。在这些微小的涟漪中,诞生了我们所知道的恒星、行星和生命的种子。麻省理工学院物理学教授马克斯•泰格马克说:“这是科学史上最美丽的想法之一。”


除了科研,他还致力于科普事业


霍金为全球公众所知,还有一个主要原因是他卓越的科普成就。他积极开展科普,创作了《时间简史》、《黑洞、婴儿宇宙及其他》、《在巨人的肩膀上》和《果壳中的宇宙》等优秀科普书籍,还和他的女儿一起创作了一套乔治系列的科普书,生动有趣地介绍了宇宙的奥秘。


霍金的代表作《时间简史》(1988),探索着宇宙的起源,凭借丰富的想象,精妙的构思,字字珠玑,阐释宇宙未来之变,神奇而美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册,被译成近40种语言。



从事科研之余,他也积极从事科普书籍创作、科普演讲等,为公众带去了知识。为了促进人与人之间的交流,他也是各种科学和社会活动的常客。


图:2006年6月19日,霍金参观天坛


仰望星空的一生


霍金的一生是与病魔抗争的一生,是仰望星空的一生。在人类认识宇宙的历史上,霍金还称不上是站得最高、望得最远的那一群科学巨人。但他的科学贡献是如此之重要,虽然几十年过去了,理论物理工作者们还是要沿着他开拓的方向继续摸索前进。从这个意义上讲,霍金是这一代理论物理学家中不可忽略的大师。


还记得霍金去世时,网友是怎么说的吗?“我唯一能叫出名字的现代科学家竟然就这么没了。" “其实他是给爱因斯坦过生日去了, 大家不要伤心。”


以上部分信息及图片来源于网络

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沈阳七斗星光电科技有限公司,创办于2000年5月.是一家专业销售各种双筒望远镜、单筒望远镜、观鸟侦察镜、天文望远镜、激光测距仪、微光夜视仪、显微镜、放大镜、水准仪、GPS、眼视光学、照相器材、检测仪器等光电仪器的公司。
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