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1、霍金霍金宇宙的未来课外拓展文章今天，物理学的一代大师斯蒂芬霍金离我们而去，巧合的是，今天也是爱因斯坦的生日，而霍金的生日，是伽利略去世的纪念日。似乎，冥冥之中，有某种传承。在物理学的领域，正是这些大师，一代代地传递着科学的薪火。今天眠眠就来讲一讲霍金的一生，科普下这位大师的传奇。本文还将展示一些关于霍金的罕见照片。011942年1月8日这一天，霍金出生在一个英国知识分子家庭。他的父亲弗兰克是毕业于牛津大学的热带病专家，母亲伊莎贝尔也是牛津大学毕业。弗兰克的兴趣非常广泛，并专心于科学研究，他经常带小霍金去他的实验室玩耍。正是在弗兰克的实验室里，霍金第一次学会使用显微镜观察微生物弗兰克还常常带霍金
2、进行勘察测量，他们常常边走边测量，并记下各种数据。霍金的母亲伊莎贝尔是一位性格坚强的女性，对政治也十分关心。另外，她还是核裁军运动的积极支持者，并常常参加示威游行。由于母亲的影响，霍金终身都十分关注社会活动，具有强烈的社会责任感。在霍金的少年时期，他的父母常常带着他和弟弟妹妹，一大家子躺在户外的草地上，用双筒望远镜观看奇妙而神秘的星空，在这里，孩子们最容易发挥自己无尽的想象力。值得一提的是，霍金的父母从不刻意追求物质生活，在他们看来，这种追求会妨碍他们对知识的热爱。相比之下，他们特别喜欢看书，甚至在餐桌上，每个人都边吃饭边看书。正是在这样的家庭环境下，霍金成为了一个热衷于追求知识，并且十分理性
3、和公正的人。而作为家庭的长子，霍金被父母寄予了殷切的希望，他的父亲希望他能去伦敦最好的私立学校上学。然而不幸的是，恰好在入学考试那天，霍金得了一场病。就这样，他与英国最好的学校失之交臂，但好在他最终还是去了一所以优秀的教学质量而著称的教会学校：圣奥尔本。霍金的学生时代，可以说是相当苦逼的。因为在不少教师和学生的眼中，霍金是一个“傻瓜”，大家都觉得他将来不可能有什么出息。这是因为霍金总是笨手笨脚，字写得也一塌糊涂，作业更是乱七八糟。而且，霍金跟他父亲一样，患有先天的口吃。但有一位教师却认为霍金非常聪明，还曾给他取了一个很了不起的外号，叫“爱因斯坦”。眠眠认为，这位老师一定是一个好伯乐，他可能自己
4、也没有想到，真的一语成谶。受父亲的影响，霍金是一个爱动手、勤思考的孩子，他喜欢探究事物是如何运行的。14岁那年，他开始迷上了制作模型飞机和轮船，希望做出一个由他控制的玩具，插句嘴，牛顿和卢瑟福从小也有这种爱好。后来，他喜欢发明一些新的棋类游戏，并设计复杂的游戏规则，以此达到由他控制游戏的愿望。霍金曾回忆说：“我想这些游戏以及火车、轮船和飞机都来自于探究事物并且要求控制它们的欲望。从我开始攻读博士之后，这种渴求在宇宙论研究中才得到满足。”在圣奥尔本读书期间，最使霍金骄傲的要数他和同学一起制造的计算机。这台计算机是用一部旧的电话交换机和钟表的内部零件制成的，不仅能运行，而且还能计算简单的数学题。霍
5、金和他的妻子简怀尔德青年时代的霍金是一个很有主见的人在大学读什么专业的问题上，他与父亲曾经讨论过很多次。霍金自己希望学习物理学和数学，因为这两门学科可以帮助他探索宇宙的奥秘。而父亲弗兰克则希望霍金能像他一样进入牛津大学学医，他认为学习数学毕业后不好找工作，只能去教书。但是，霍金很清楚自己的爱好。无奈之下，双方都作出了让步，霍金决定报考牛津大学的大学学院，学习物理和化学。说到做到，一年之后，年仅17岁的霍金凭借自己的努力成为了牛津大学的一员，并获得了全额奖学金。02然而，刚刚进入牛津这座著名学府不久，霍金就有些失望，因为他觉得课堂上教学的内容，有些过于简单了然而他并不知道的是，并不是牛津的教材真
6、的很LOW，而是他霍金，实在太聪明了有一个例子，可以证明霍金的天才。某堂课上，霍金的老师伯曼教授在讲完电磁学第10章后，让霍金和另外名学生做书上的13道高难度练习题。霍金的同学理查德和德瑞克一起合作，在一个星期里解出了一道半题，另一个同学高登拒绝了霍金的帮助，努力解出了其中的一道。而霍金呢？他甚至根本没有把这些题目放在心上，直到再一次上电磁学课时，其他同学都按时去上课了，只留下霍金一个人继续看科幻小说。等他们上完课回来，询问霍金完成了几道题的时候，霍金呵呵：哦，我时间不够，只来得及做前面10道。”那一瞬间，他们以为霍金是在吹牛逼，但是从霍金认真的表情上，他们知道他确实做完了前面的10道。这时他
7、们才意识到，他们和霍金不仅不在同一个水平上，甚至可说是云泥之别。曾经风华正茂的霍金伯曼教授就曾说过，霍金是他教过的最聪明的学生。他还说：大学物理课程对霍金来说，根本不算一回事。天才的霍金觉得牛津不过如此，又想去剑桥大学念博士，然后，在1962年的秋天，他就真的进入了剑桥大学念博士，继续深造的他，选择的专业是宇宙学。03就在霍金在剑桥大学刻苦攻读时，他发现自己的身体似乎出了些诡异的问题。霍金感觉到，自己的手脚越来越不灵活，走路时甚至无法走直线，到后来连系鞋带都无法自己完成。寒假回家期间，他的父母也察觉了他严重的疾病，并带他去见了家庭医生。1963年1月，刚过完21岁生日不久，霍金就到医院接受了一
8、系列的检查。经过一段时间的等待，检查结果出来了，他患的是非常罕见的肌萎缩性侧索硬化症，也叫运动神经症（ALS）。当时，医生估计霍金只能活两年半的时间。这种病由于肌肉萎缩引起运动功能减退，可能导致瘫痪，并且患者说话会日益困难，最终丧失语言能力。是的，这种病还有另一个俗称，叫做“渐冻症“。前几年火爆的”冰桶挑战“，就是为了宣传它的危害。渐冻症病情发展到最后，会出现呼吸肌受到感染，引起肺炎和窒息，此时，死神也就降临了。但是，这种疾病并不一定会如阿兹海默病般影响病人的高级神经活动。相反，晚期疾病病人可一直保持清晰的思维、保留发病前的记忆、人格和智力。即便以今天医学界的发展状况，依然有90%至95%的A
9、LS发病原因不明，只知道大约有一半的病例是由两个特定基因引起的，会导致控制随意肌的神经元死亡。该病的诊断基于个人症状和体征测试，以排除其他致病的可能。得知自己的儿子患上了这种病之后，弗兰克不惜一切代价为儿子寻求治疗方法。但是所有的努力都无济于事，几乎所有的医生都断定ALS是不治之症。像所有得知自己得了不治之症的病人一样，此时的霍金受到了致命的打击。他始终不明白为什么这种事情会发生在他的身上，因此感到十分绝望，有时甚至会借酒浇愁，觉得自己的人生就是一部悲剧。然而，最终霍金还是战胜了自己的绝望情绪，他回到了学校中。此时的他，觉得自己既然只能活短短的一段时间，然后默默无闻地死去，那么不如留下一些有意
10、义的东西。并且，绝望之中的霍金在医院接受检查期间遇到了一件对他触动很深的事情：他住院的时候，临床的一个患白血病的小男孩得肺炎死了。小男孩的死使霍金突然意识到，有人的命运比他还糟每次他难过的时候就会想起那个小男孩。霍金出院后不久，经常做噩梦，有时会梦见自己被刑罚处死。霍金曾在回忆中说：醒来之后我突然意识到，如果我的生命还可以延续一段时间的话，那我还可以做许多有价值的事情。我有一个深刻的体会，当一个人面临早逝的危险时，就会体验到活下去是值得的。终于，霍金决定振作起来，尽自己所能去做一些有意义的事情。疾病使霍金面临着随时夭折的可能，这也使他更加珍惜生命，再加上他与简怀尔德的感情不断升温，最终，霍金改
11、变了他的绝望和沮丧，恢复了对生活的信心。为了自己的理想和两个人的将来，霍金决心要获得博士学位，努力在宇宙学方面做出一些成就。于是，霍金有生以来第一次全身心地投入到学习中。04事实证明，全力以赴的霍金就是一个科学奇才。1974年，32岁的斯蒂芬霍金研究了一颗塌缩星正在形成黑洞的过程，通过用波戈留波夫变换给出渐近平直区的出射和入射真空的产生、湮灭算符之间的关系，他发现在出射区观察入射真空态会有粒子产生。之后，他又通过解析延拓和几何光学近似可以精确得出出射粒子谱为黑体谱的结论。这一重要理论的发现不仅解决了黑洞热力学中存在的矛盾，而且深入地揭示了量子论、热力学和引力论之间的内在联系。当黑洞放射能量时，
12、会渐渐缩小，质量与能量都会减小当它缩到核大小时，其温度上升，最后以爆炸而告终。霍金把自己的观点融入论文之中，发表在自然杂志上。著名物理学家丹尼斯西阿玛称赞霍金的这篇论文是“物理学史上最漂亮的论文之一”。霍金所发现的黑洞的辐射，也被命名为“霍金辐射”。后来，人们进一步发现不仅正在塌缩中的黑洞, 而且完全塌缩后的黑洞, 以及任何具有未来事件视界时空都具有完全相同霍金辐射谱形式。之后, 大量的方法也证实了黑洞霍金辐射的理论正确性。霍金还认为黑洞不是完全黑的，超微黑洞在辐射中体积变小，最终会因为温度过高而爆炸消失。当霍金公布这一消息的时候，整个科学界为之震动，因为科学家们曾认为没有什么可以逃出黑洞，黑
13、洞吞噬一切气体和星球，它的质量会增大，体积会增大。而霍金把量子力学中的虚粒子的概念引进他的研究之中，得出了完全颠覆物理学界与天文学界对于黑洞的原有理念的结论。此外，在当时，关于宇宙的形成和存在有两种看法，一种叫做稳恒态宇宙学说。这种学说认为，宇宙在时间和空间上都是无限的，并认为宇宙从未有过开始，而是处于连续的创造过程之中。霍金关于黑洞的理论示意图当宇宙膨胀之时，总密度减少，但会创造出更多的物质来使密度升高。因此当宇宙不断地膨胀时，新的物质便连续地在星体中创造出来以填补空隙。而霍金并不支持这种理论，相反，他赞成另一种理论，也就是如今广为人知的“大爆炸理论”。大爆炸理论认为，宇宙在膨胀，并且在很久
14、以前宇宙中的物质彼此靠得很近，密度比现在大得多。在很久以前的某一时刻，宇宙间所有的物质聚集在一起，构成一个密度为无穷大的点，而大爆炸就开始于这一点。霍金和美剧生活大爆炸的主角谢耳朵当霍金博士期间深入研究此问题之后，大爆炸理论开始得到一些观测的证实，接受此理论的人开始变得越来越多，那部著名的美剧Big bang也由此而命名。05然而此时，病魔使霍金的身体严重变形，让他的头部只能朝右边倾斜，左肩低右肩高。双手紧紧并在当中，握着手掌大小的拟声器键盘。两只脚朝内扭曲着，嘴已经几乎歪成S 型。只要略带微笑，马上就会现出“呲牙咧嘴”的样子。吃饭时，霍金要用很大努力才能把头举起来。失声之前只能用非常微弱的变
15、了形的语言交谈，旁人只有在陪他工作和生活几个月后才能通晓这种语言。霍金不能写字，看书必须依赖于一种翻书页的机器。1985 年，他因患肺炎做了气管造口手术，从而失去语言能力。霍金只能利用眼球的上下左右移动发出指令，通过电脑语言合成器，发出独具特色的“电脑声”。此时的霍金，只能通过电脑系统每分钟能讲出15个英语单词。后来因为脸部肌肉恶性萎缩，他衰弱到每分钟只能讲出一个英语单词。即便这样，霍金依然从未停止过对宇宙的探索，并坚持不懈地把这些研究传递给大众。相比于霍金的理论高度，他毕生一直坚持不懈地把高深的理论通俗易懂地介绍给普通人，是更加了不起的成就。霍金在体验失重的感觉在他发表的众多著作中，1988
16、年时所撰写的时间简史尤其引人注目，在全世界引起巨大反响。霍金想象丰富，构思奇妙，语言优美，使这部有关宇宙学的著作成为全球科学著作的里程碑，被出版界称为将高深的理论物理通俗化的科普范本。时间简史自首版以来，被翻译成40种文字，销售了近1000万册，成为科普类图书出版史上的现象级作品。在时间简史中，霍金深入浅出地介绍了遥远星系、黑洞、夸克、“带味”粒子和“自旋”粒子、反物质和“时间箭头”等，用非常客观的视角来阐述时间在何处开始、于何处终结、宇宙的无限性和有限性依据何在等古老的问题。这部书领着读者遨游外层空间奇异领域，使他们对狭义相对论以及时间、宇宙的起源等宇宙学的奥妙有一个初步的了解。为了使人们加深理解，时间简史还通过包括卫星图像
