霍金生平及學術貢獻簡介

 三月十四日,被譽為繼愛因斯坦後最偉大的科學家霍金不幸逝世,是人類科學領域的重大損失。是他以獨特的創見,道出了過去很多學者都不敢觸及的觀點和論述,尤其是宇宙起源,時空概念和黑洞等,以下簡介他的生平和在學術上的貢獻。

 史蒂芬·霍金一九四二年一月八日出生於英國牛津,父親法蘭克霍金,母親伊莎貝爾霍金。二戰時結婚後居於倫敦附近郊區海格特,當時正值納粹德軍轟炸英格蘭,倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲。夫妻二人被迫作決定,伊莎貝爾應該搬遷到較為安全的牛津把孩子生下來。霍金出生當天剛好是「現代科學之父」伽利略·伽利萊逝世三百周年的忌日。

 霍金中學時期己經露出他的科學天才,十五歲時學習到宇宙正在膨脹,他那時感覺非常驚訝。他認為這概念不正確。靜態宇宙似乎那麼合乎自然,永遠持續地存在,而膨脹宇宙會隨着時間流易而擴張,最後形同真空,這狀況實在令人難以想像。在數學老師迪克嵐‧撻塔的指導下,他們利用時鐘零件、老舊電話部件及其他回收零件,製成了一部簡單的電腦。

 霍金於一九五九年十月以十七歲之齡入讀牛津大學的大學學院就讀。在最初的十多個月裏,他感到無聊與寂寞,原因是他發現大學的功課「簡單到令人發笑的程度」。他的物理學導師羅拔‧柏爾曼稱讚霍金是他所教導的學生中最具有聰明才智的一位,他後來說:「他只需要知道有甚麼事可做,他就能夠做到,而不需要去看別人怎樣做。」

 不幸的是,他的健康出現問題。醫生診斷他患有肌萎縮性脊髓側索硬化症。霍金的情緒因此變得很抑鬱,雖然醫生建議他繼續學業,他覺得繼續攻讀博士已不具任何意義。但由於病情的惡化逐漸趨緩,雖然他走路時需要倚靠拐杖,他的講話也幾乎難以聽懂,但是先前醫生對於他只能再活兩年的預測被證實並不正確,完全失去運動能力似乎離他尚遠。在指導教授夏瑪的鼓勵下,他重拾先前已放棄的學業。

 學術領域的各樣點滴

 潘洛斯研究奇點時所發展出來的數學技巧,霍金團隊獲得很多關於大爆炸的存在與物理行為的重要結果。霍金與喬治·艾利斯於一九六八年發現,宇宙背景輻射的存在證實宇宙的確曾經發生過大爆炸。

 一九七零年,霍金與潘洛斯共同發表論文證明,假若宇宙遵守廣義相對論,並且含有足夠多的物質(如同現今觀察到的數量),則它必定起始於大爆炸奇點。

 一九七一年,他發表了三篇重要論文。第一篇論文指出,宇宙可能存在一種嶄新種類的物體,稱為「原生黑洞」,是在大爆炸的最早時刻經過高溫與高壓製成的微觀黑洞。第二篇論文部份證明了無毛定理,不論黑洞是怎樣形成的,它只具有三種性質:質量、角動量、電荷。第三篇論文闡明,黑洞的事件視界表面面積永不會減少,兩個黑洞合併後的表面面積不會小於原先兩個表面面積之和,這發現後來被命名為黑洞熱力學第二定律。

 一九八一年,一場物理會議在批評思想家維爾納·艾哈德位於三藩市的豪宅舉行。霍金在會議中提出黑洞悖論:由於黑洞發射霍金輻射的頻譜如同理想熱輻射,當黑洞因霍金輻射而最終消失之時,所有資訊也會不可逆地遺失。在黑洞學裏,資訊指的是粒子的種類、性質與組態等等。霍金嚴重警告,資訊的遺失是物理學的一大危機,因為這意味着無法按照物理學的理論來預測未來。黑洞悖論違反了量子力學的基本原則,即「資訊守恆定律」:宇宙不會遺失任何資訊。黑洞悖論引起了延續多年的激烈辯論,霍金與李奧納特·蘇士侃、傑拉德·特·胡夫特之間因此開啟了名為「黑洞大戰」的論戰。

 為了籌措孩子教育與家庭生活所需的費用,霍金決定撰寫一本大眾讀者可以看得懂,解釋宇宙奧秘的科普書籍。他並沒有找學術出版社承擔發行的工作,而是與商業出版社簽約,因此,得到一大筆預付款。這本書的書名為《時間簡史》,首稿於一九八四年完成。經過多次編綴,該書於一九八八年出版發行。這本書快速飆升至美國與英國的暢銷書排行榜第一名,並且佔據那位置好多個月,很快地就賣出一百萬本。

 霍金曾經與加州理工學院的教授索恩、約翰·裴斯基於一九九一年打賭,命題是,奇點通常應該會出現在黑洞內部,無法從事件視界之外觀察到,但出現在事件視界之外的「裸奇點」是否存在?霍金支持潘洛斯提出的宇宙審查假說,他認為裸奇點並不存在,而索恩與裴斯基對此則持相反意見。一九九七年,普林斯頓大學教授德米特里·克理斯特德勒的理論計算與瑪修·喬土奕克的電腦模擬建議,在非常特別狀況下,可能會出現裸奇點,霍金只好因這技術細節認輸。

 美國總統奧巴馬頒予霍金美國最高的平民榮譽總統自由勳章,表彰他克服身體殘障、拓展科學疆界。又過四年,霍金獲頒基礎物理學特別突破獎,獎金三百萬美元,為了獎勵他「發現黑洞的霍金輻射,和他對於量子引力學與早期宇宙量子學的深度貢獻。」

 霍金與俄國科技界億萬富翁尤里·米爾納於二零一五年七月二十日共同發起突破倡議,其目標是在探尋外星生命,嘗試回答命題:「我們是否孤獨地生存在這浩瀚宇宙之中?」霍金曾在紀錄片《霍金的宇宙大探索》中對地球居民提出警告,若外星人來到地球,會如同當年歐洲人哥倫布造訪美洲大陸之後,美洲原生居民消失殆盡一樣,不具足夠對抗力量的地球人不會有好的下場。◇