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霍金：想像黑洞 |
| 08月20日 10:54 |
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中國青年報消息 2002年8月18日下午，霍金教授在北京國際會議中心做公眾演講，將人們帶入他思想探險的“膜的新奇世界”。在這個新奇世界裏，無限大的宇宙和無限小的粒子和諧地統一在一起。
40年前，20歲的霍金在申請攻讀劍橋大學博士學位時，面臨一個十字路口。一條道路通往微觀世界的基本粒子，小得不能再小；另一條則遙指浩渺無窮的宇宙，大得不能再大。
40年後的今天，在霍金看來，這個十字路也許只指向同一個方向。但在當時，霍金的選擇還頗費了一番週折。他自己回憶説：“研究基本粒子對我的吸引力較小，因為儘管人們發現了許多新的粒子，但還沒有適宜的基本粒子理論。只是像研究植物學一樣，把粒子分類而已。相反，在宇宙學方面，已經有了一個明確的理論———愛因斯坦的廣義相對論。”
於是，他做出了自己人生最有決定性影響的選擇，沿著愛因斯坦的足跡繼續前進。如今，由於在理論物理學上的卓越貢獻，那個曾經迷茫的霍金已經成為世界當代享有盛譽的偉大科學家。引領他進入宇宙學殿堂，取得豐碩成果的，正是人類歷史上最偉大的科學家之一———愛因斯坦。
不過，霍金很快就在攻讀宇宙學方向的博士學位過程中遇到麻煩。由於在牛津上大學期間沒有認真學數學，他在做廣義相對論的複雜計算時碰到障礙，研究迷失了方向。而他也在這個時候被診斷患上了肌萎縮性硬化症，一種罕見而且難以治愈的疾病。
這種疾病會影響控制運動功能的那部分大腦，當肌萎縮蔓延到全身後，就會引起癱瘓。不過，大腦的思維和記憶等高級功能不會受到影響。幸運的是，霍金研究理論物理學，真正需要的工具就是大腦。
霍金的博士學位也面臨威脅。以他前兩年多的研究進展，他很可能通不過博士學位的審定。而一次偶然的機遇，他的命運發生了新的轉折。這使得他將可以成為霍金博士，而且從此走上超級科學明星的道路。
這本來可能只是一念之差。在參加完倫敦一個學術會議返回劍橋的列車上，霍金的同事們正在熱烈討論會議中的一個數學問題。而沉默的霍金將視線離開車窗，突然一個念頭閃過：“如果將會議中的奇點理論應用於整個宇宙，不知道會發生什麼情況？”
這個故事似乎在牛頓和愛因斯坦的身上都發生過。牛頓在想：“為什麼蘋果不會拋向空中，而是落向地面？”愛因斯坦則在思考：“如果人騎在光上飛行，將會看到怎樣一個世界呢？”
進入21世紀的今天，“黑洞”已經成為融入大眾詞典的科學名詞之一。但在20世紀60年代，了解並研究黑洞的科學家也並不是很多。愛因斯坦的廣義相對論認為，宇宙不可能是穩定的，它不是在擴展就是在收縮。天文觀測證實我們所處的宇宙正在膨脹，那麼很久以前的宇宙一定緊密地挨在一起。更早的時候又是什麼樣子呢？愛因斯坦的方程式顯示，宇宙必定産生於150億年前一個密度無限大的點———奇點。它又被稱為“宇宙蛋”，實際上也相當於一個黑洞。
在那時，全世界只有少數幾個人相信黑洞或許真的存在，也只有幾個人相信宇宙起源於一個奇點。黑洞成為霍金第一項真正的研究課題，這使他的博士論文得以通過。而進一步的突破，樹立了他具有世界影響的聲譽。
1973年初，霍金和那位在倫敦會議上提出奇點理論的物理學家一起，研究黑洞內部發生的事情。1974年3月1日，霍金在《自然》雜誌上發表論文，闡述自己的新發現——黑洞是有輻射的。幾個星期內，全世界的物理學家都在討論霍金的研究工作。黑洞輻射被稱為霍金輻射，這個新發現被認為是理論物理學多年以來最重要的進展。
在霍金輻射發表幾個星期後，年僅32歲的他獲得了作為科學家的極高榮譽，成為英國皇家學會的成員。這是皇家學會悠久歷史上最為年輕的科學家之一。
然而，霍金在黑洞研究的基礎上繼續追根溯源。他在思考另一個問題：僅運用廣義相對論，可以預言宇宙必定産生於150億年前一個密度無限、體積為零的的奇點。如果將微觀世界的量子規則加進來，這個預言將會發生什麼變化？
這正是愛因斯坦後半生所追求的夢想———把量子理論和相對論統一成一個理論。愛因斯坦渴望清晰地揭示宇宙活動的奧秘，展示自然界的美麗和優雅。由於他所處的時代沒有後來的一系列重大發現，結果沒有找到統一的理論。
霍金髮現，假如宇宙有一個特別簡單的形式，那麼就有一種方法簡化計算。他提出一個模型，描述宇宙整個歷史是一個完全彎曲的時空。1978年，由於這項工作他獲得物理學界最有威望的大獎———愛因斯坦獎。嘉獎詞稱，霍金的研究將可能導致建立統一場論。
在《時間簡史》的最後，霍金附上了伽利略、牛頓和愛因斯坦的傳略。有人認為，這是霍金自命不凡，暗示他的名字將列入未來的“時間簡史”中。而另一些人認為，霍金完全可以將自己和這3位偉大科學家並列。
霍金本人仍然在量子宇宙科學的世界裏遨遊———這也是愛因斯坦所夢想的地方。正如有人評論的那樣：儘管他那麼無助地坐在輪椅上，他的思想卻出色地遨遊到廣袤的時空，去揭開宇宙之謎。 （記者 張東操）
由此進入“2002國際數學大會”專題
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責編:揚國 來源:中國青年報
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