史蒂芬·霍金
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史蒂芬·威廉·霍金，CH，CBE，FRS，FRSA（Stephen William Hawking，1942年1月8日—），英國著名物理學家，在公众评价中，被譽為是繼愛因斯坦之後最杰出的理論物理學家之一。他提出宇宙大爆炸自奇點開始，時間由此刻開始，黑洞最終會蒸發，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。
患有肌肉萎縮症的他，近乎全身癱瘓，不能發音，但1988年仍出版《时间简史》，至今已出售逾1000萬冊，成為全球最暢銷的科普著作之一。
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[编辑] 生平
[编辑] 早期
霍金1942年出生於英國牛津，這天正好是伽利略的300年忌日，父親法蘭克是畢業於牛津大學的熱帶病專家，母親伊莎貝爾1930年代於牛津研究哲學、政治和經濟。
1942年1月，納粹德軍轟濫炸英格蘭，倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲。這迫使霍金一家搬離海格特的家園，遷到牛津避難。他們在霍金誕生後又回到了倫敦。童年時的霍金，學業成績並不突出，但喜歡設計極為複雜的玩具，據說他們曾做出一台簡單的電腦。
1959年，17歲的霍金入讀牛津大學的大學學院攻讀自然科學，自稱用了很少時間而得到一等榮譽學位，隨後轉讀劍橋大學研究宇宙學，1963年被診斷患有肌肉萎縮症，即運動神經病，當時醫生診斷他只能活兩年，他雖然活下來，但在往後數十年逐渐全身癱瘓并失去了說話能力。
霍金曾澄清自己當時並無酗酒，只感到自己有「悲劇性格」，並使自己沉醉於瓦格纳的音樂裡。直至他遇上了首任妻子简·王尔德(Jane Wilde)，兩人結婚後育有3名子女。23歲時，他取得了博士學位，留在劍橋大學進行研究工作。
[编辑] 學術之路
就在霍金攻讀博士學位前後，倫敦伯碧克大學(Birkbeck College)教授罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)在1960年代初開始發展奇點理論，引起劍橋大學的研究小組注意，霍金聽畢彭羅斯的研究後，回程途中向他的老師說：「不知道如果把彭羅斯的奇點理論，運用到整個宇宙會得到甚麼結果？」
1970年代初，霍金與彭羅斯合作發表論文，指出如果廣義相對論是正確，宇宙大爆炸前必然有奇點存在，成為首篇重要文章，隨後成為少數認真看待黑洞的學者，他結合了量子力學及廣義相對論，於1974年3月1日，霍金在《自然》提出黑洞發出一種能量，最終導致黑洞蒸發，該能量被命名為霍金輻射，引起全球物理學家重視。霍金的新發現，被認為是多年來理論物理學最重要的進展。該論文被稱為「物理學史上最深刻的論文之一」。
這數年的研究，令他迅速斐聲學術界。1975至1976年間，先後獲得倫敦皇家天文學會的埃丁頓勳章、梵蒂岡教皇科學學會十一世勳章、霍普金斯獎、 美國丹尼歐海涅曼獎、馬克斯韋獎和英國皇家學會的休斯勳章，1978年再獲阿爾伯特·愛因斯坦獎。自1979年他被聘用為劍橋大學應用數學和理論物理學院的卢卡斯教授（Lucasian Professor)，牛頓於1663年亦曾出任這榮譽職位。2006年11月底更將獲英國皇家學會(Royal Society)頒授科普利獎章（Copley Medal），與愛因斯坦及達爾文齊名。
1983年，霍金和吉姆·和特勒(Jim Hurtle)進一步提出「宇宙無邊界」（No Boundary Proposal），改變了當時科學家對宇宙的看法。
[编辑] 大眾明星
1988年，霍金的科普著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》發行，從研究黑洞出發，探索了宇宙的起源和歸宿，該書被譯成40餘種文字，出版逾1000餘萬冊，但因書中內容極其艱深，在西方被戲稱為「讀不來的暢銷書」(Unread Bestseller)，有學者曾指這種書之所以仍可以如此暢銷，是因為書本嘗試解答過去只有神學才能觸及的題材：時間有沒有開端，空間有沒有邊界。[1]2001年10月又一部作品《果壳中的宇宙》（The Universe in a Nutshell）出版發行。該書是《時間簡史》的姐妹篇，以相對簡化的手法及大量圖解，訴說宇宙起源。2006年，他在香港透露正與女兒合撰一套類似《哈利波特》，但主題是理論物理學而非魔法的小說。
霍金亦試圖通過通俗演講，將自己的思想與整個世界交流，除了常在英國及美國發表演說，他90年代曾兩次到訪日本，2002年8月曾到訪杭州發表《膜的新奇世界》（Brane New World），2006年6月在香港科技大學發表《宇宙的起源》時，哄動一時，被戲稱受到「搖滾巨星」級的接待。霍金的聲望，令他多次獲邀到外地演說，常獲國家元首接見。
霍金曾指，大眾會好奇一位殘障人士，為何會想到這麼多宇宙論，令他成了大眾媒體的寵兒。事實上，他在「星艦奇航記」中的電視影集「銀河飛龍」飾演過自己，與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌；他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中演出，拯救劇中的女孩。
[编辑] 殘障及高科技輪椅
近乎全身癱瘓的霍金，除了四肢不能移動，1980年代他因肺炎而接受手術後，亦失去說話能力，但憑一張高科技輪椅，他仍可能發音合成語音、通電話，以及寫下一條條艱深方程式。據報霍金正嘗試一套新系統，讓電腦直接閱讀他腦內的信息，做到「我腦寫我口」。[2]
他說話時，會先抽動右面頰肌肉，當眼鏡上的紅外線感應器收到信息後，電腦就會自動打字。霍金每抽動一下，浮標即可選定目標。電腦由英特爾度身訂造；語音系統於1980年代中由美國公司Words-Plus撰寫，該公司為令霍金可以使用新的視窗XP系統，特意為他重寫整套程式。當霍金突然發笑，面頰肌肉抽動太大，屏幕便會出現一堆垃圾字。
- 電腦：由英特爾度身訂造的手提電腦，內置Pentium M1.5GHz中央處理器，有無線寬頻上網功能。在沒有無線上網網絡的地方，則可透過諾基亞電話上網卡，直撥劍橋大學的系統
- 發音：霍金使用Words-Plus公司開發的Equalizer發音程式，發音時有點像電子字典，帶有美國口音（又有說像北歐口音），他2006年在香港說，原本系統仍有法國口音的英文，但要是用了這套口音，恐怕太太要跟他離婚。
- 電話：有無線電話系統，可直接用電腦撥出或收線
- 萬能遙控：輪椅備萬用紅外線遙控器，可控制電視、錄影機、聽音樂、鎖門、開關燈
- 儲存：霍金習慣將所有演講、論文儲入記憶碟內，理論上任何說話亦可加以儲存
- 電源：電池藏於輪椅之下，可同時支援輪椅及電腦運作
- 打字：霍金眼鏡右上方裝了紅外線發放及偵測器，只要他移動眼球，紅外線偵測到可從屏幕選出基本字母，再在屏幕下半部選字。輸入複雜公式時，他會用一個被視為毫無漏洞的程式TeX，若他輸入${-b\pm\sqrt{b^2-4ac} \over {2a}}$，則可得到一個二次公式（quadratic formula）
[编辑] 與妻子的關係
1990年，霍金與前妻珍（Jane）離婚，1995年迎娶私人看護伊萊恩。2004年初，英國有媒體指霍金遭到第二任妻子虐打，消息哄動全球。2004年1月，霍金透過劍橋大學兩度發表聲明，指責有關消息失實，並表示「我全心堅決駁斥說我遭到虐待的說法。媒體的報導純屬虛構，有人散播這樣不實的消息，令我感到失望。」珍（Jane）寫有《霍金：前妻回憶錄》（上）（下）。
然而，外界傳出霍金身上出現多處神秘傷痕，手腕骨折，臉部和嘴唇有很深的切口，同年3月，英國警方正式向霍金問詢，了解有關情況，並查問部分霍金前護士索取資料，但由於霍金並未合作，英國警方最終未能起訴任何人。
早在2000年，警方亦曾對霍金的意外受傷感到懷疑，但霍金當時拒絕配合，令調查終止。霍金的女兒露西·霍金在訪問中曾說[3]，約2000年已發現父親身上有傷痕，但是父親說是他不小心自己弄傷的，她未有在意。
2006年10月19日，64岁的斯蒂芬·霍金正在与第二任妻子伊莱恩办理离婚手续，他们已经共同生活了11年。
[编辑] 霍金宇宙論
自1970年代，霍金先後與不同學者，提出多項學說，改變人類對宇宙誕生的看法。其中由他與另一名學者彭羅斯(Roger Penrose)合著的奇點定理，提出時間及宇宙是有起點和終點，肯定了同時代其他人開創的宇宙大爆炸學說，推翻古典物理學有關時空是永恒存在的學說；按照該項定理，他進一步提出具有革命意義的「宇宙無邊論」（No Boundary Proposal)，該論說指出，在擴張中的宇宙外，並沒有任何人類認知的「空間」存在。
在黑洞研究上，他亦提出多重創見，認為黑洞並非完全漆黑一片，相反，黑洞會發出一種輻射（後來被稱為霍金輻射），這種輻射（能量）以極緩慢的速度離開黑洞後，亦即意味黑洞能量會耗盡，造成黑洞蒸發現象。
[编辑] 學說背景
在古典物理學中，一般相信時間和空間，是一個獨立於自然界的概念，可以永久存在，但1915年，愛因斯坦發表廣義相對論中提出，時間和空間並非絕對，不再是獨立於事件的背景，人類對時間的看法出現革命性的轉變。
1920年代，埃德溫·哈勃利用100英寸的望遠鏡觀天時，發現恒星並非均勻分佈於整個空間，而是聚集在稱為星系的集團之中。他同時發現幾乎所有星系，都出現紅移現象，即它們即飛離我們，而星系離開我們越遠，飛離的速度亦越快。這項發現帶來新的問題，在更早的時候，所有星系是否離我們更近，甚至有一個宇宙的開端。
當時科學家曾嘗試解釋這種現象。1948年英國學者邦迪、高爾德和霍伊爾提出的穩恒態理論，提出宇宙會穿梭於擴張和收縮兩種狀態，但並沒有開端；俄國學者利弗席茲和哈拉尼科夫則提出，物質若沒有嚴格對稱的收縮，最終會引起反彈，而密度保持有限，這亦避免了宇宙有開端的說法。這理論提出時，霍金當時21歲，正在攻讀博士學位。
[编辑] 奇點定理
霍金當時並不相信這些學者的證明，於是聯同當時已研究奇點的彭羅斯發展一套數學公式，證明宇宙不能反彈。該學說認為，如果廣義相對論正確，宇宙起源將在存在一個奇點。當時，奇點一般被視作黑洞的中心，內裡有密度無限強、引力無限重、限時空曲率無限大，霍金當時設想，若重新走回宇宙誕生之時，全部物質聚成一點，這亦即為奇點。
1965年10月，人類發現一種散佈於空間的的微波背景輻射。這些能量極度微弱，能量值遠低於一台微波爐，但科學家發現，要合理解釋這種輻射，宇宙早期必定非常熱，隨著宇宙膨脹，輻射持續冷卻，最終才會有出現微波背景。這一學說，進一步確認宇宙早期曾經出現大爆炸。
不過，霍金因應廣義相對論，雖然解釋了宇宙源自一個「奇點」，這些定理未能說明宇宙如何開始。霍金認為，這代表廣義相對論在「奇點」中失效，該理論只能預測宇宙如何演化，未能預言它如何起始，霍金於是試圖合併量子理論及廣義相對論，期望能解釋整個宇宙從誕生、以至演化的過程。
簡而言之，廣義相對論是處理極大的物理現象，而量子力學則處理極小尺度的結構。直至今日，科學家相信，若有人成功合併兩套理論，則有可能成為一套更具一般性的理論，解釋空間中任何物理現象，這亦即物理學界一直追求的所謂大一統理論。霍金至今仍未能發展出這套理論，但科學界一般認為他的研究，為人類邁向大一統理論踏出重要一步。
[编辑] 黑洞蒸發
1970 年中以前，科學家一直相信黑洞只會吸進物質，四周「漆黑」一片，當吸引更多物質時，黑洞的質量亦隨之上升，霍金另一創見是指出，黑洞不是真的很黑（Black Hole ain't so black），而且黑洞內存在溫度。有溫度的物質自然會釋放輻射，由於輻射是一種能量，黑洞最終因耗盡能量而消失，即所謂「黑洞蒸發論」。
霍金這次發現，拜量子力學所賜。過去科學家以為黑洞內的「真空狀態」，代表內裡沒有任何物質，但霍金約 1974～1976 年指出，如果量子力學正確，人類從極度微觀中觀看宇宙的「真空」時，會發現一對對的光子不斷產生，但能量在真空中無法保持固定值，令這些成相成對的光子不斷搖晃，最終消滅。他相信，當黑洞質量越少，釋放光子的速度越快，加速黑洞的消失。
這種從黑洞中釋出的能量，被稱為霍金輻射，但由於這種輻射極其微弱，科學界至今雖然公認它在理論上可行，仍未能從觀察中發現它的存在。這亦說明，即使霍金輻射是真實存在，但其能量過弱，意味黑洞要經過極長時間後，才能耗盡能量，造成蒸發。
[编辑] 應用性未確立
若比照相對論及霍金的學說，前者對重力及能量的描述，為人類帶來核電、核彈，但霍金的宇宙論，仍未能直接應用於現代科技。霍金亦曾自言，雖然近年宇宙論有長足發展，但仍有多個宇宙謎團並未解開：「我們觀察到，宇宙的膨脹在長期的變緩之後，再次加速。對此理論還不能理解清楚。缺乏這種理解，對宇宙的未來還無法確定。它會繼續地無限地膨脹下去嗎？暴脹是一個自然定律嗎？或者宇宙最終會再次坍縮嗎？新的觀測結果，理論的進步正迅速湧來。」[4]
[编辑] 霍金三大學術賭注
霍金除了喜愛看脫衣舞表演（據說是為了研究），他亦喜歡就一些科學命題，與其他學者開賭，一時成為科學界美談。[5]
[编辑] 黑洞是否存在?
窮一生精力研究黑洞的霍金，曾擔心黑洞可能理論上的概念，現實中根本不存在。他為免到時自己變得一無所有，1975年他與另一名物理學家索恩（Kip Thorne）開賭：究竟黑洞是否存在。
為了進行「對沖」，霍金押注黑洞不存在。如果他「不幸」贏了，霍金雖然一生心血被毀，但索恩要向他贈上專門踼爆英國皇室醜聞的《Private Eye》雜誌4年訂閱，如果霍金「幸運」輸了，他就要向索恩送贈色情雜誌《Penthouse》的一年贈閱。
霍金在《時間簡史》(1988年）曾說：「當我們1975年打賭時，我們80%肯定天鵝座X-1是黑洞，現在我會說有95%肯定，但這場賭局仍未有結果。」
[编辑] 裸奇點是否存在?
1991年，霍金又要求開賭，今次索恩與他站在同一陣線，對賭一方是物理學家裴士基(John Preskill)。當時的命題是，奇點應該被黑洞圍繞，但沒有被黑洞包圍的「裸奇點」(naked singularities)是否存在。
霍金與索恩押注：裸奇點並不存在，隨即與裴士基立下賭據，誰輸了要向對方送上一件用來「遮蔽裸體」的T恤衫，寫上適當的服輸字眼。霍金於1997年修正他的理論，指出裸點有可能存在。
[编辑] 信息會否在黑洞消失?
霍金在裸奇點的賭局輸了，但這位好賭成癮的物理學家即時要求再開賭。物理學家相信所有信息一經出現，雖然會改變成不同形態，但本質上會「永恆」存在。
霍金及索恩當時指出，任何物質掉進黑洞後將會消失，黑洞中產生的輻射是「全新製造」的，與掉進黑洞中的物質無關；這一項命題，違反了量子力學，若命題正確，量子力學或要重寫。裴士基反駁這項命題，雙方於是開賭。[6]
2004年，霍金出席研究會時，承認賭輸了，要向對方賠上棒球百科全書《Total Baseball: the Ultimate Baseball Encyclopedia》。勝出的裴士基親身在學術會議上，高舉這本著作，霍金在台上只顧著笑。被問到為何挑選這套百科全書做戰利品時，裴士基事後說：「這本書重得像黑洞，亦要更長時間才可以趕走書中的資料，有如黑洞一樣。」
[编辑] 霍金觀點
霍金過去曾在多個公開場合，發表對人類、生命、神的看法，節錄如下：
- 移民外太空：「在20年內，我們可能已經在月球建造永久基地，40年內可能已經在火星建基地。但月球和火星都很細小，而且缺乏或完全沒有大氣層。我們不會找到像地球一樣美好的地方，除非我們離開太陽系。往太空擴展生存空間，對人類的生存很重要。地球上的生命受到災難滅絕的危機愈來愈大，如突然的全球溫室效應、核武戰爭、基因改造病毒、以及一些我們想像不到的災難。不過，如果人類能避免在未來數百年內自我毀滅，我們應該會在地球以外找到生存的居所。」(2006訪問香港)
- 基礎研究：「基礎科學研究應從科學考慮出發，並非由經濟主導，但基礎科學研究發展經常帶來經濟效益。如我的前輩、劍橋大學保罗·狄拉克的研究令電晶體的發展變成可能,而電晶體正是現代電子和電腦工業的基礎﹔另一位來自劍橋大學的佛朗西斯·克里克發現 DNA（脱氧核糖核酸）的結構，亦成為生物科技工業的基礎。」(2006訪問香港)
- 回應香港一名叫斌仔(鄧紹斌)的癱瘓病人，公開要求安樂死合法化：「我認為他（斌仔）應該有權決定結束自己的生命，但這會是一個很大的錯誤。不論命運看似有多糟，你依然可以有所作為、有所成就。生命尚存，總有希望。」(2006訪問香港)
- 出版大眾文章: 「有人告訴我，如果我在时间简史之中每加入一條數學公式，這本書的銷量便會減半。」(1993 都柏林)
- 所謂「常識」: 「我們一世人被教導很多常識，但常識往往只是偏見的代名詞。」
- 對於外界將東方哲學與「黑洞」學說及「奇點定理」扯上關係：「這是趕時髦的胡扯。人們跌進了東方神秘主義，只因這是他們以前從未遇到過的東西。但是如果當做現實的描述，它們完全不能產生任何結果...如你熟悉東方神秘主義，會發現它們似乎使人聯想到近代物理或宇宙學，但我並不認為它們具有任何意義...假如當初俄文的「冷凍恆星」（黑洞最早的叫法）這個術語被廣泛接受，那麼這一部分東方神話就根本沒有意義。它們被命名為「黑洞」，是因為它們使人聯想到毀滅與被吞食的恐懼，所以在這層意義上就存在著一種聯繫。我沒有被拋進黑洞的恐懼，因為我了解它們。在某程意義上，我覺得我是它們的主人。」[7]
[编辑] 作品列表
[编辑] 科普作品
- 1988年：《时间简史》(A brief History of Time)
- 1993年：《黑洞、嬰兒宇宙及其他》（Black Holes and Baby Universes and Other Essays)
- 2005年：《時間簡史（普及版）》(A briefer History of Time)
- 2001年：《果實中的宇宙》（The Universe in a Nutshell)
- 2002年：《在巨人的肩膊上》(On The Shoulders of Giants. The Great Works of Physics and Astronomy)
[编辑] 論文
- The Large Scale Structure of Spacetime with George Ellis
- The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Roger Penrose), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 (hardback), ISBN 0-521-65538-2 (paperback), Canto edition: ISBN 0-521-78572-3
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[编辑] 公開演說
霍金出版《時間簡史》後，多年來曾在英國、美國、日本、香港等地，向一般大眾發表多場公開演說，敍述時間起源、宇宙終結、時光旅行，演說時其受歡迎程度猶如「搖滾巨星」。茲錄部分演說：
[编辑] 參考
- ↑ 霍金領港人 追尋宇宙起源 2006年6月15日 香港經濟日報
- ↑ 人腦駁電腦 盼「我腦寫我口」 2006-06-14 香港經濟日報
- ↑ 霍金女兒訪問 《每日電訊報》 2004年4月12日
- ↑ The Origin of the Universe講辭 香港科技大學 2006年6月16日
- ↑ 《霍金與黑洞》公開演講 香港科技大學物理學系副教授王國彝
- ↑ 賭局當事人裴士基（Preskill)評論霍金賭輸
- ↑ 霍金傳 藝文印書館 P.151
