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他曾资质平平,一度深陷绝望,却最终成为“宇宙之王”

|· 本文来自“我是科学家”·|

因为“宇宙之王”,大家应该只凭题目就能猜到今天故事的主角是谁。这位2018年去世的物理学家名气如此之大,以至于很多时候我们会在不经意间忽略一个事实,即除了黑洞、轮椅和《时间简史》,我们可能对他知之甚少。

宇宙之王——霍金。

红移只是因为光线累了

1942年1月8日,是第二次世界大战中普通的一天。而对于科学界来说,这一天有两件事不那么普通。

一件是伽利略逝世300周年,另一件,是霍金诞生。

现在很多人会觉得霍金出生在这一天是冥冥之中的安排,不过霍金本人并不这样想,他曾说过:不要忘了,这一天里大约有20万个婴儿出生。我们不知道有没有其他孩子长大后成为物理学家或者天文学家[1]

霍金幼时家在伦敦,但他却在牛津降生。这是由于二战时,英国和德国相互之间承诺,不会轰炸对方大学城(英国的牛津和剑桥,德国的海德堡和哥廷根,四座城市分别有世界著名的大学)。

后来,霍金回到伦敦上学,但由于所在学校的教学方法激进且失当,直到8岁他才学会阅读。1950年,全家因为他父亲的工作变动而搬家。他被送进“女子中学”(High School for Girls)读书(虽然叫这个名字,那所学生也招收10岁以下的男生就读[2])。

此后,他进入圣奥尔本斯学校(St Albans School)读书。在当时英国的教育体制中,学生会被分成A、B、C三组,只有在A组的学生才有希望在未来从事学术工作。

霍金入学时被分在A组,但是一年之后,班级排名20位之后的学生会被降到B组。在第一年,霍金前2个学期在班里的排名分别是第24和第23,但最后一个学期他考到了18名,幸运地没有被降级(英国一年有3个学期)。

实际上,霍金从未排在班级前一半。但不知同学们是看出了什么端倪还是只是出于无心,给成绩平平的他起了一个“爱因斯坦”的外号[2]

霍金回到圣奥尔本斯学校(图片来源:参考资料[3])

在圣奥尔本斯学校期间,霍金知道了哈勃发现的红移,而这暗示了宇宙在膨胀。但他觉得红移肯定还有别的原因:遥远星系发出的光线在宇宙中经过长距离的旅行到达地球,因此会非常疲劳,所以变红了,就像我们跑步跑累了脸会变红一样。

然而这样红移和宇宙膨胀就没什么关系。直到他开始读博士之后,听说有人发现了宇宙微波背景辐射,才知道自己当年的想法完全错了。

霍金,一生都在探索宇宙、探索星空。图片来源:Pixabay

比脱欧谈判更难的事情

霍金的父亲曾经在牛津大学学院读书,因此建议他也去申请牛津大学。霍金尽管成绩并不出众,仍进入了牛津大学并且拿到了奖学金。1962年到了快毕业的时候,他在考试前一晚因为紧张没有睡好觉,在考场上发挥不佳。

年轻时的霍金和他的妈妈。

霍金的考试成绩介于一等学位和二等学位之间,需要通过一个面试来决定最后的结果。在被考官问到他以后的打算时,霍金说他想做研究,如果是一等学位的话,他就去剑桥接着读书,如果是二等的话,他就会留在牛津。最终考官们给了他一等学位,他也如愿以偿前往剑桥大学攻读博士学位[1]

在剑桥,他本来想跟随著名天文学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)读博士,但是霍伊尔的学生已经招满了,所以他被分给丹尼斯·西阿玛(Dennis Sciama),虽然霍金此前从未听说过他,但后来却为此感到很庆幸。

因为霍伊尔是描述宇宙性质的稳态理论(steady-state theory)的创立者和维护者。这个理论后来因为无法描述观测到的结果而风光不再。如果读了霍伊尔的博士,霍金大概就需要为稳态理论辩护了——这对他来说,是个比脱欧谈判更困难的任务[1,4]

由于不擅长动手,他选择了理论研究

学生时期的霍金发现自己不适合一些需要较强动手能力的研究,尽管他的父亲曾经很希望他去学生物学,但霍金觉得也许理论研究更适合自己。

现在看来,他的直觉也许没错。

在当时的理论物理研究中,霍金认为粒子物理发展迅速且成果很多,但是有些繁杂,他的想法可以用理查德·费曼的一句名言来说明:“如果我记得那么多粒子的名字,我就成为一名植物学家了。”

选择研究方向时,霍金敏锐地发现,虽然广义相对论研究遭到冷遇,但却提供很多施展才华的空间,而这其中听起来匪夷所思的黑洞吸引了他的目光。爱因斯坦曾经在1939年的一篇论文中试图论证恒星不可能在自身的引力作用下塌缩,但在霍金开始进行研究之时,已经有科学家相信这类奇异天体的存在。

1974年,霍金对黑洞的思考越来越深入,也发现了不可思议的地方——他通过计算发现,黑洞能够辐射出粒子,但理论上不应该有任何东西能从黑洞中逃出来,即使光都不可以。

霍金对黑洞的思考越来越深入,也发现了不可思议的地方。图片来源:图虫创意。

开始他觉得自己肯定算错了,但是越想越不对劲儿,因为反复的计算证明自己的想法没什么疏漏。所以,他觉得黑洞可能就是这么离奇,于是他公布了自己的计算结果,也就是此后以他的名字命名的“霍金辐射”。他的好朋友、诺贝尔物理学奖获得者基普·索恩认为,这可能是20世纪下半叶最令人惊诧的理论发现。

因为爱情他重新振作,写下《时间简史》

霍金在21岁的时候被查出患有卢伽雷氏症,等于被医生判了死刑,对此他一度感到非常沮丧,整日借酒消愁。但当他遇到后来第一任妻子简·王尔德(婚后改名简·霍金),爱情又重新给了他生活下去的力量。

霍金和他的第一任妻子简。

霍金的身体状况并未像医生预计的那样迅速恶化,他开始和简规划未来的婚姻生活,并由此鼓起勇气,重新投入到研究中,顺利拿到博士学位。

1982年,霍金产生了写本书的想法,一来为了给女儿准备学费,二来是希望通过这本书让公众了解到我们究竟对宇宙知晓多少。霍金最初为这本书拟的书名是《从大爆炸到黑洞:时间短史》。不过这本书的编辑彼德·古查迪把正副书名调换了一下,并且把“短史”(short history)改成了“简史”(brief history)。这就是后来大名鼎鼎的《时间简史》。

1988年4月1日,这本书在愚人节当天正式出版。此后,各类“简史”层出不穷,成为出版界的一个热门品类,应该都是拜霍金所赐。一篇在伦敦《独立报》上发表的文章曾把《时间简史》与《禅与摩托维修技术》相提并论,令霍金感到非常高兴[2,5]

《时间简史》封面。图片来源:Wikimedia Commons

他们很幸运,还不知道美国总统是谁

2014年,以霍金为原型的传记电影《万物理论》上映。观影前,霍金对饰演自己的埃迪·雷德梅恩(Eddie Redmayne)说:“看完我会告诉你我的想法,很好,或者别的。”看完电影后,他说自己很喜欢这部电影,只是觉得电影里应该有更多物理的知识和更少的感情戏[1]

《万物理论》海报。图片来源:Wikimedia Commons

在雷德梅恩看来,除了具有深邃的思想和坚毅的品格,幽默感也是霍金醒目的特质之一。

霍金曾经多次批评以美国总统特朗普为代表的政治家对气候变化问题的忽视,认为这将给人类带来灾难。

而在谈到星际旅行时,他也不忘调侃一下特朗普。半人马座α星距离地球4.37光年,地球上的信息传到那里需要4.37年的时间。霍金觉得那里如果有智慧生命的话,现在一定很幸福,这是因为他们不必为知晓特朗普当选美国总统以及之后的所作所为而感到困扰[1]

霍金把自己出生于伽利略逝世300周年纪念日归为一个巧合,而他逝世于爱因斯坦的生日这一天,也只是一个偶然。但毫无疑问,霍金曾经沿着伽利略和爱因斯坦开拓的道路,帮助我们更加深刻地洞察了宇宙的秘密。

这位差点被“降级”普通学生,摆脱身体的束缚,在适合自己的理论研究中发出璀璨的光芒。在他去世后,他被安葬于伦敦的威斯敏斯特教堂,居于牛顿和达尔文之间。在属于他的那块纪念地砖上,就刻着他的名字、他的生卒年和“霍金辐射”的方程。

纪念霍金的地砖。图片来源:威斯敏斯特教堂官方推特

一个没有早早展现出天分的少年,最终却与群星同在。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. Stephen Hawking. Brief Answers to theBig Questions, 2018.
  2. 史蒂芬·霍金. 我的简史. 长沙:湖南科学技术出版社,2014.
  3. https://www.st-albans.herts.sch.uk/2018/03/14/professor-stephen-hawking-ch-cbe-frs-frsak/
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Dennis_W._Sciama
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/A_Brief_History_of_Time

作者名片

The End

发布于2019-01-02, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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鞠强

英国杜伦大学粒子物理与宇宙学硕士

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