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)學研究員，母親伊索貝拉·霍金是一位物理學家的女兒�；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，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40年代末，霍金的父親成為英國國家醫(yī)學研究院寄生蟲研究部學科帶頭人，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。
    1952—1957年，霍金在圣奧爾本斯上學，3門學科的成績都是最優(yōu)秀的。他表現(xiàn)出對數(shù)學的見解和天賦，對課堂所學游刃有余。他對化學也產(chǎn)生了興趣，還寫出了獲獎的神學論文。1958年，他與同學和數(shù)學老師一起，設計和制造了一種原始的計算機，名叫邏輯旋轉(zhuǎn)式計算器（LUCE）。校外，他很喜歡做飛機模型，制造電子設備。他還發(fā)明了規(guī)則復雜、相當成熟的游戲。
    1959年，霍金獲得了在牛津大學學習的獎學金。雖然父親希望他學習醫(yī)學和生物，但他作為自然科學的學生，學習的是物理和數(shù)學。第一年他只聽了數(shù)學課和研究班，然后通過了數(shù)學學院的考試。第二年結束，他獲得了牛津大學的物理獎，獲得了布萊克威爾·布克（Blackwell Book）物理學習優(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)生獲得自然科學學士學位，成績優(yōu)異。
    離開牛津后，霍金繼續(xù)在劍橋大學應用數(shù)學和理論物理系進行4年的研究生學習。在丹尼斯·希亞馬（Dennis Sciama）教授的指導下，他開始宇宙學和廣義相對論的研究。宇宙學作為研究宇宙起源和演化的學科，是物理學中與數(shù)學聯(lián)系很緊密的學科。廣義相對論是20世紀初在德國出生的物理學家愛因斯坦提出的。它解釋了重力的規(guī)律和宇宙的普遍行為。量子力學是物理學的另一個分支，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)代物理兩個相互獨立的主要分支，它們和艾薩克·牛頓的經(jīng)典物理學構成了物理教學的基礎。
    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)學檢查。醫(yī)生診斷他患有運動神經(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。
    霍金沒有因為健康狀況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）結婚。簡是在倫敦維斯特費爾德學院學習現(xiàn)代語言的本科學生，后來獲得了中世紀葡萄牙文學的博士學位。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去學習。
    對黑洞的研究
    霍金很快成為宇宙學研究圈子的活躍分子。1965年，在倫敦舉行的皇家學會會議上，劍橋大學宇宙學教授弗雷德·霍伊勒爵士（Fred Hoyle）和他的研究生雅揚特·納爾利卡（Jayant Narlikar）作了關于宇宙穩(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)學量是離散的，不能相加進最后的有限總量中。他在論文《論霍伊勒一納爾利卡重力理論》（On the hoyle-Narlikar theory ofGravitation）中，總結了他提出質(zhì)疑的數(shù)學發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《倫敦皇家學會報告》（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，霍金獲得了物理學博士學位。他的博士論文《宇宙學中異常值的出現(xiàn)》（Occurrence of Singularities in Cosmology），在次年分3部分發(fā)表在《倫敦皇家學會報告》上。他的博士研究是以別克貝克學院應用數(shù)學教授羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）對黑洞的研究為基礎的。美國物理學家約翰·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，是當時間一空間曲率無限大時的點。在霍金的論文中，他把彭羅斯的異常點理論擴大到解釋整個宇宙。他未發(fā)表的論文《異常點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年劍橋大學亞當斯獎。
    取得博士學位后，霍金獲得了在劍橋大學貢威爾和凱伍思理論物理學院任研究員的職位。1968年，他加入了大學天文研究所，和彭羅斯一起合作，繼續(xù)研究宇宙的異常點和起源。他們拓展了拓撲學和幾何學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�；艚鹨慌砹_斯理論用數(shù)學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《重力塌陷和宇宙學的異常點》（The Sigularities of Gravivitational Collapse and Cosmology）中解釋了他們的研究，發(fā)表在《倫敦皇家學會報告》上，是對黑洞理論的重大貢獻。
    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都不會減少。1973年，題為《黑洞機制的四個定律》（The Four Laws of B1ack Hole Mechanics）的論文發(fā)表在《數(shù)學物理通訊））（Communications in Mathematical Physics）上。在這篇論文中，他和美國物理學家詹姆士·巴爾蒂恩（James Bardeen），英國理論物理學家布蘭登·卡爾特（Brandon Carter）試圖解釋為什么黑洞不遵循熱動力學（研究熱和運動的學科）的規(guī)律。兩年內(nèi)，霍金否定TNN個觀點，用相反的觀點來進一步發(fā)展理論。
    1973年，霍金離開了天文研究所，成為劍橋大學應用數(shù)學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，他和南非的宇宙學家喬治·伊利斯（George E1lis）一起完成了著作《大規(guī)�？臻g一時間的結構》（The Large-ScaleStructure of Space-Time）。雖然這本書是向相關專家介紹古典宇宙學理論，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，成為劍橋大學出版社歷史上銷售量最高的專著之一。
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