關於霍金的一切看這篇就夠了
今天，物理學的一代大師斯蒂芬·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。
在物理學的領域，正是這些大師，一代代地傳遞著科學的薪火。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於霍金的罕見照片。
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於牛津大學的熱帶病專家，母親伊莎貝爾也是牛津大學畢業。弗蘭克的興趣非常廣泛，並專心於科學研究，他經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，並記下各種數據。
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，對政治也十分關心。另外，她還是核裁軍運動的積極支持者，並常常參加示威遊行。由於母親的影響，霍金終身都十分關注社會活動，具有強烈的社會責任感。
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，在這裡，孩子們最容易發揮自己無盡的想像力。
值得一提的是，霍金的父母從不刻意追求物質生活，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境下，霍金成為了一個熱衷於追求知識，並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校上學。
學生時代的霍金
然而不幸的是，恰好在入學考試那天，霍金得了一場病。就這樣，他與英國最好的學校失之交臂，但好在他最終還是去了一所以優秀的教學質量而著稱的教會學校：聖奧爾本。
霍金的學生時代，可以說是相當苦逼的。因為在不少教師和學生的眼中，霍金是一個「傻瓜」，大家都覺得他將來不可能有什麼出息。這是因為霍金總是笨手笨腳，字寫得也一塌糊塗，作業更是亂七八糟。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，他開始迷上了製作模型飛機和輪船，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。
後來，他喜歡發明一些新的棋類遊戲，並設計複雜的遊戲規則，以此達到由他控制遊戲的願望。霍金曾回憶說：「我想這些遊戲以及火車、輪船和飛機都來自於探究事物並且要求控制它們的慾望。從我開始攻讀博士之後，這種渴求在宇宙論研究中才得到滿足。」
在聖奧爾本讀書期間，最使霍金驕傲的要數他和同學一起製造的計算機。這台計算機是用一部舊的電話交換機和鐘錶的內部零件製成的，不僅能運行，而且還能計算簡單的數學題。
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．在大學讀什麼專業的問題上，他與父親曾經討論過很多次。霍金自己希望學習物理學和數學，因為這兩門學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學醫，他認為學習數學畢業後不好找工作，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的大學學院，學習物理和化學。說到做到，一年之後，年僅17歲的霍金憑藉自己的努力成為了牛津大學的一員，並獲得了全額獎學金。
02
然而，剛剛進入牛津這座著名學府不久，霍金就有些失望，因為他覺得課堂上教學的內容，有些過於簡單了……
然而他並不知道的是，並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》第10章後，讓霍金和另外名學生做書上的13道高難度練習題。
霍金的同學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課時，其他同學都按時去上課了，只留下霍金一個人繼續看科幻小說。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，甚至可說是雲泥之別。
曾經風華正茂的霍金
伯曼教授就曾說過，霍金是他教過的最聰明的學生。他還說：大學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，又想去劍橋大學念博士，然後，在1962年的秋天，他就真的進入了劍橋大學念博士，繼續深造的他，選擇的專業是宇宙學。
03
就在霍金在劍橋大學刻苦攻讀時，他發現自己的身體似乎出了些詭異的問題。霍金感覺到，自己的手腳越來越不靈活，走路時甚至無法走直線，到後來連繫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，並帶他去見了家庭醫生。1963年1月，剛過完21歲生日不久，霍金就到醫院接受了一系列的檢查。
經過一段時間的等待，檢查結果出來了，他患的是非常罕見的肌萎縮性側索硬化症，也叫運動神經症（ALS）。當時，醫生估計霍金只能活兩年半的時間。這種病由於肌肉萎縮引起運動功能減退，可能導致癱瘓，並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「漸凍症「。前幾年火爆的」冰桶挑戰「，就是為了宣傳它的危害。
漸凍症病情發展到最後，會出現呼吸肌受到感染，引起肺炎和窒息，此時，死神也就降臨了。但是，這種疾病並不一定會如阿茲海默病般影響病人的高級神經活動。相反，晚期疾病病人可一直保持清晰的思維、保留髮病前的記憶、人格和智力。
即便以今天醫學界的發展狀況，依然有90%至95%的ALS發病原因不明，只知道大約有一半的病例是由兩個特定基因引起的，會導致控制隨意肌的神經元死亡。該病的診斷基於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後，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於事，幾乎所有的醫生都斷定ALS是不治之症。
像所有得知自己得了不治之症的病人一樣，此時的霍金受到了致命的打擊。他始終不明白為什麼這種事情會發生在他的身上，因此感到十分絕望，有時甚至會借酒澆愁，覺得自己的人生就是一部悲劇。
然而，最終霍金還是戰勝了自己的絕望情緒，他回到了學校中。此時的他，覺得自己既然只能活短短的一段時間，然後默默無聞地死去，那麼不如留下一些有意義的東西。
並且，絕望之中的霍金在醫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。
霍金出院後不久，經常做噩夢，有時會夢見自己被刑罰處死。霍金曾在回憶中說：醒來之後我突然意識到，如果我的生命還可以延續一段時間的話，那我還可以做許多有價值的事情。我有一個深刻的體會，當一個人面臨早逝的危險時，就會體驗到活下去是值得的。
終於，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位，努力在宇宙學方面做出一些成就。於是，霍金有生以來第一次全身心地投入到學習中。
04
事實證明，全力以赴的霍金就是一個科學奇才。
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的出射和入射真空的產生、湮滅算符之間的關係，他發現在出射區觀察入射真空態會有粒子產生。
之後，他又通過解析延拓和幾何光學近似可以精確得出出射粒子譜為黑體譜的結論。
這一重要理論的發現不僅解決了黑洞熱力學中存在的矛盾，而且深入地揭示了量子論、熱力學和引力論之間的內在聯繫。
當黑洞放射能量時，會漸漸縮小，質量與能量都會減小．當它縮到核大小時，其溫度上升，最後以爆炸而告終。霍金把自己的觀點融入論文之中，發表在《自然》雜誌上。
著名物理學家丹尼斯·西阿瑪稱讚霍金的這篇論文是「物理學史上最漂亮的論文之一」。霍金所發現的黑洞的輻射，也被命名為「霍金輻射」。
後來，人們進一步發現不僅正在塌縮中的黑洞, 而且完全塌縮後的黑洞, 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。之後, 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。
當霍金公布這一消息的時候，整個科學界為之震動，因為科學家們曾認為沒有什麼可以逃出黑洞，黑洞吞噬一切氣體和星球，它的質量會增大，體積會增大。而霍金把量子力學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界與天文學界對於黑洞的原有理念的結論。
此外，在當時，關於宇宙的形成和存在有兩種看法，一種叫做穩恆態宇宙學說。這種學說認為，宇宙在時間和空間上都是無限的，並認為宇宙從未有過開始，而是處於連續的創造過程之中。
霍金關於黑洞的理論示意圖
當宇宙膨脹之時，總密度減少，但會創造出更多的物質來使密度升高。因此當宇宙不斷地膨脹時，新的物質便連續地在星體中創造出來以填補空隙。
而霍金並不支持這種理論，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，並且在很久以前宇宙中的物質彼此靠得很近，密度比現在大得多。在很久以前的某一時刻，宇宙間所有的物質聚集在一起，構成一個密度為無窮大的點，而大爆炸就開始於這一點。
霍金和美劇《生活大爆炸》的主角謝耳朵
當霍金博士期間深入研究此問題之後，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。
05
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。雙手緊緊並在當中，握著手掌大小的擬聲器鍵盤。兩隻腳朝內扭曲著，嘴已經幾乎歪成S 型。只要略帶微笑，馬上就會現出「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後才能通曉這種語言。霍金不能寫字，看書必須依賴於一種翻書頁的機器。
1985 年，他因患肺炎做了氣管造口手術，從而失去語言能力。霍金只能利用眼球的上下左右移動發出指令，通過電腦語言合成器，發出獨具特色的「電腦聲」。
此時的霍金，只能通過電腦系統每分鐘能講出15個英語單詞。後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，並堅持不懈地把這些研究傳遞給大眾。
相比於霍金的理論高度，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。霍金想像豐富，構思奇妙，語言優美，使這部有關宇宙學的著作成為全球科學著作的里程碑，被出版界稱為將高深的理論物理通俗化的科普範本。
《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、反物質和「時間箭頭」等，用非常客觀的視角來闡述時間在何處開始、於何處終結、宇宙的無限性和有限性依據何在等古老的問題。
這部書領著讀者遨遊外層空間奇異領域，使他們對狹義相對論以及時間、宇宙的起源等宇宙學的奧妙有一個初步的了解。
為了使人們加深理解，《時間簡史》還通過包括衛星圖像和照片在內的大量彩色插圖，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、十分難懂的科學理論通俗化，變成了一部暢銷讀物。
06
除了科普之外，霍金還曾經給人類很多忠告，比如他曾經警告說，人類創造智能機器的努力威脅自身生存，表示徹底開發人工智慧可能導致人類滅亡。
霍金的說法，其實是回應對他使用的通訊科技的改良，其中就包括了基本的人工智慧。霍金說：在目前的初步階段，人工智慧已經證明非常有用，但必須擔心創造出媲美人類甚至超過人類的東西將要面對的後果。
他還指出：人工智慧可能自行啟動， 以不斷加快的速度重新設計自己。而人類局限於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，就是關於外星人的警告。
在一個科學節目中，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，也可能在恆星的中央，甚至是星際太空的漂浮物質上。
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，並且還具有威脅性，和這樣的物種接觸可能會為人類帶來災難性的後果。霍金認為，參照我們人類自己就會發現，智慧生命有可能會發展到我們不願意遇見的階段。
霍金的原話是：我想像他們已經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變成宇宙遊民，正在伺機征服和殖民他們到達的行星。
至於這些警告的正確性，我們只能在遙遠的未來去驗證了。
如今，霍金走了。
他留給世人最後的模樣，就是一個人歪著腦袋，縮在那個高科技輪椅之中。然而，儘管霍金那麼無助地坐在輪椅上，他的思想依然在廣袤的時空中遨遊，令他堅持不懈地攻克相對論、量子力學、大爆炸等理論，並將它們科普給全世界，令人了解到科學的魅力。
正如莎士比亞的《哈姆雷特》中那句著名的台詞：「即便我身處果殼之中，仍自以為是無限宇宙之王。」
向你致敬，屬於我們時代的偉大科學家，斯蒂芬·霍金。
