5. 斯蒂芬·霍金（1942-）
    早期教育
    1942年1月8日，斯蒂芬·威廉·霍金出生在英國一個叫做海埂特（Highgate）郊區(qū)的家庭。他的父親弗朗克·霍金是一位研究熱帶疾病的醫(yī)學(xué)研究員，母親伊索貝拉·霍金是一位物理學(xué)家的女兒�；艚疬�有3個兄妹，瑪麗、菲利巴和愛德華。父母親都畢業(yè)于牛津大學(xué)，為霍金和他的兄妹提供了發(fā)展智力的良好環(huán)境。20世紀(jì)40年代末，霍金的父親成為英國國家醫(yī)學(xué)研究院寄生蟲研究部學(xué)科帶頭人，霍金一家隨父親遷離了倫敦，搬到赫特福德郡的圣奧爾本斯居住，離父親上班的地方密爾山不遠(yuǎn)。
    1952—1957年，霍金在圣奧爾本斯上學(xué)，3門學(xué)科的成績都是最優(yōu)秀的。他表現(xiàn)出對數(shù)學(xué)的見解和天賦，對課堂所學(xué)游刃有余。他對化學(xué)也產(chǎn)生了興趣，還寫出了獲獎的神學(xué)論文。1958年，他與同學(xué)和數(shù)學(xué)老師一起，設(shè)計和制造了一種原始的計算機(jī)，名叫邏輯旋轉(zhuǎn)式計算器（LUCE）。校外，他很喜歡做飛機(jī)模型，制造電子設(shè)備。他還發(fā)明了規(guī)則復(fù)雜、相當(dāng)成熟的游戲。
    1959年，霍金獲得了在牛津大學(xué)學(xué)習(xí)的獎學(xué)金。雖然父親希望他學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和生物，但他作為自然科學(xué)的學(xué)生，學(xué)習(xí)的是物理和數(shù)學(xué)。第一年他只聽了數(shù)學(xué)課和研究班，然后通過了數(shù)學(xué)學(xué)院的考試。第二年結(jié)束，他獲得了牛津大學(xué)的物理獎，獲得了布萊克威爾·布克（Blackwell Book）物理學(xué)習(xí)優(yōu)秀獎。他作為舵手參加了院系間的劃船比賽。1962年，他作為優(yōu)秀畢業(yè)生獲得自然科學(xué)學(xué)士學(xué)位，成績優(yōu)異。
    離開牛津后，霍金繼續(xù)在劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系進(jìn)行4年的研究生學(xué)習(xí)。在丹尼斯·希亞馬（Dennis Sciama）教授的指導(dǎo)下，他開始宇宙學(xué)和廣義相對論的研究。宇宙學(xué)作為研究宇宙起源和演化的學(xué)科，是物理學(xué)中與數(shù)學(xué)聯(lián)系很緊密的學(xué)科。廣義相對論是20世紀(jì)初在德國出生的物理學(xué)家愛因斯坦提出的。它解釋了重力的規(guī)律和宇宙的普遍行為。量子力學(xué)是物理學(xué)的另一個分支，解釋原子、分子、光的性質(zhì)和小微粒放射�；艚疬M(jìn)人研究生院的時候，相對論和量子理論是現(xiàn)代物理兩個相互獨(dú)立的主要分支，它們和艾薩克·牛頓的經(jīng)典物理學(xué)構(gòu)成了物理教學(xué)的基礎(chǔ)。
    1963年1月，霍金出現(xiàn)了說話和行走困難的情形，接受了兩個星期的醫(yī)學(xué)檢查。醫(yī)生診斷他患有運(yùn)動神經(jīng)疾病，是肌肉系統(tǒng)退化的紊亂狀態(tài)，也被稱為肌萎縮性（脊髓）側(cè)索硬化（ALS）癥。醫(yī)生認(rèn)為，他的健康狀況會讓身體迅速退化，但是大腦不會受到影響。醫(yī)生估計他活不過兩年半。
    霍金沒有因?yàn)榻】禒顩r而停止對個人興趣的不懈求索。1965年7月，他和簡·王爾德（Jane Wilde）結(jié)婚。簡是在倫敦維斯特費(fèi)爾德學(xué)院學(xué)習(xí)現(xiàn)代語言的本科學(xué)生，后來獲得了中世紀(jì)葡萄牙文學(xué)的博士學(xué)位。1967—1979年間，他們生下3個孩子，羅伯特、露西和提莫緹。雖然患病5年內(nèi)，霍金的活動就只能限制在輪椅上，說話的能力也不斷退化，但是他還是每天從劍橋校園附近租的房子到大學(xué)去學(xué)習(xí)。
    對黑洞的研究
    霍金很快成為宇宙學(xué)研究圈子的活躍分子。1965年，在倫敦舉行的皇家學(xué)會會議上，劍橋大學(xué)宇宙學(xué)教授弗雷德·霍伊勒爵士（Fred Hoyle）和他的研究生雅揚(yáng)特·納爾利卡（Jayant Narlikar）作了關(guān)于宇宙穩(wěn)定狀態(tài)理論的報告，霍金對此提出了質(zhì)疑�；艚鹩^察到，有一個等式的數(shù)學(xué)量是離散的，不能相加進(jìn)最后的有限總量中。他在論文《論霍伊勒一納爾利卡重力理論》（On the hoyle-Narlikar theory ofGravitation）中，總結(jié)了他提出質(zhì)疑的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《倫敦皇家學(xué)會報告》（the Royol Society）上。這篇文章受到同仁的好評，使他成為被大家看好的年輕研究員。
    1966年，霍金獲得了物理學(xué)博士學(xué)位。他的博士論文《宇宙學(xué)中異常值的出現(xiàn)》（Occurrence of Singularities in Cosmology），在次年分3部分發(fā)表在《倫敦皇家學(xué)會報告》上。他的博士研究是以別克貝克學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)教授羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）對黑洞的研究為基礎(chǔ)的。美國物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）用“黑洞”“這個詞來描述高密度聚集的質(zhì)量，其重力場如此巨大，使得重力或能量，包括光，都無法逃逸。彭羅斯用數(shù)學(xué)理論來解釋空間一時問的異常值，這些異常值位于黑洞的中心，是當(dāng)時間一空間曲率無限大時的點(diǎn)。在霍金的論文中，他把彭羅斯的異常點(diǎn)理論擴(kuò)大到解釋整個宇宙。他未發(fā)表的論文《異常點(diǎn)和空間一時間的幾何》（Sigularities and the Geometry of Space-Time）是對博士論文的繼續(xù)研究，該論文獲得了1966年劍橋大學(xué)亞當(dāng)斯獎。
    取得博士學(xué)位后，霍金獲得了在劍橋大學(xué)貢威爾和凱伍思理論物理學(xué)院任研究員的職位。1968年，他加入了大學(xué)天文研究所，和彭羅斯一起合作，繼續(xù)研究宇宙的異常點(diǎn)和起源。他們拓展了拓?fù)鋵W(xué)和幾何學(xué)的方法來計算廣義相對論。在他們的共同研究中，他們證明了，如果廣義相對論是對宇宙的精確描述，那么在時間開始的時候就必然有一個異常點(diǎn)。霍金一彭羅斯理論用數(shù)學(xué)方法證明了大爆炸理論，即宇宙開始于一個黑洞的爆炸。在他們1970年的論文《重力塌陷和宇宙學(xué)的異常點(diǎn)》（The Sigularities of Gravivitational Collapse and Cosmology）中解釋了他們的研究，發(fā)表在《倫敦皇家學(xué)會報告》上，是對黑洞理論的重大貢獻(xiàn)。
    在研究黑洞理論的過程中，霍金還發(fā)表了一些不完整的想法，后來被他自己否定了。其中一項是關(guān)于對平滑水平線的研究。平滑水平線是黑洞的界限，沒有電磁能量能夠達(dá)到這個界限之外。1971年，他的論文《塌陷黑洞的引力輻射》（Gravitational Radiation from Colliding Black Holes）發(fā)表在《物理學(xué)評論》（Proceedings of the Royal Society of London）上，提出了黑洞平滑水平線的表面積永遠(yuǎn)都不會減少。1973年，題為《黑洞機(jī)制的四個定律》（The Four Laws of B1ack Hole Mechanics）的論文發(fā)表在《數(shù)學(xué)物理通訊））（Communications in Mathematical Physics）上。在這篇論文中，他和美國物理學(xué)家詹姆士·巴爾蒂恩（James Bardeen），英國理論物理學(xué)家布蘭登·卡爾特（Brandon Carter）試圖解釋為什么黑洞不遵循熱動力學(xué)（研究熱和運(yùn)動的學(xué)科）的規(guī)律。兩年內(nèi)，霍金否定TNN個觀點(diǎn)，用相反的觀點(diǎn)來進(jìn)一步發(fā)展理論。
    1973年，霍金離開了天文研究所，成為劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的研究工作人員。同年，也就是他參加工作后的第六年，他和南非的宇宙學(xué)家喬治·伊利斯（George E1lis）一起完成了著作《大規(guī)模空間一時間的結(jié)構(gòu)》（The Large-ScaleStructure of Space-Time）。雖然這本書是向相關(guān)專家介紹古典宇宙學(xué)理論，而且也沒有包括黑洞理論的最新發(fā)現(xiàn)，但是卻售出了1.6萬本，成為劍橋大學(xué)出版社歷史上銷售量最高的專著之一。
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