当代伟大的理论物理学家——史蒂芬#183;霍金，本文主要内容关键词为：霍金论文,物理学家论文,史蒂芬论文,当代论文,理论论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
宇宙学是当代发展最神速的尖端科学前沿之一，它历来是孕育新观念和新思想的摇篮，它的每一个新成果都会对人类的传统观念产生震撼。作为当代宇宙学不可争议的权威，被全世界广泛尊为继爱因斯坦之后最伟大的理论物理学家——史蒂芬·霍金，其研究成果和生平一直备受世界人民的关注。
1 生平简介
史蒂芬·霍金于1942年诞生于英国的牛津。父亲是国立药物研究所的医生，也是一位热带生物学家。母亲曾在牛津大学研究哲学、政治和经济学。童年的史蒂芬是位活泼爱动的孩子，他喜欢读书，勤于思考，而且一旦对某种东西感兴趣，就会百分之百地投入。中学毕业后，他以优异成绩考入牛津大学物理系。在大学期间，他学习并不十分用功，但其独特的思维方式以及对物理学敏锐的领悟能力，给他的导师留下了极深的印象。他的一位导师曾这样评价他：“史蒂芬不仅仅是聪明，他甚至不能用聪明来衡量。按正常标准不能说他非常用功，因为这实在没有必要。他每周都完成辅导的作业。我想我真正的作用是监督他学习的进度，我不能自夸曾经教过他任何东西。”1962年，史蒂芬大学毕业后，到剑桥大学师承天体物理教授邓尼斯·西阿玛研究宇宙学。第二年他被确诊得了ALS病——肌肉萎缩性侧面硬化病。 该病能引起神经细胞逐渐瓦解，肌肉萎缩，除思维不受影响外，身体各部分逐渐运转不灵，最终会因呼吸肌肉失效导致肺炎或窒息而死。面对这致命的打击，史蒂芬曾经十分沮丧，但当得知自己最多只能再活两年半的时间后，他反而坚定了生活的斗志。他曾说：“当一个人面临早逝的可能，就会体验到活下去是值得的。”另一个促使他坚定信念的原因是，一位叫简·瓦尔德的女大学生走进了他的生活。他们于1965年结婚，不久他们的儿女相继出生。和睦的家庭生活更加坚定了他战胜疾病的勇气。出人意料的是疾病却随着时间的流逝缓和了下来，这时史蒂芬的研究获得了突破性的进展。
2 关于黑洞的研究
70年代，史蒂芬·霍金主要致力于黑洞的研究，揭示了黑洞种种超乎寻常的性质。黑洞一词是1969年由物理学家约翰·惠勒创造的术语，原意是指“引力完全坍缩物体”。经典物理认为，黑洞只能吸收，不能发射，因而是“漆黑一团”。1974午，史蒂芬·霍金首次发表了关于辐射黑洞的著名文章，向经典理论提出了挑战，整个物理界为之震惊。他把引力理论与量子力学结合起来考虑，指出黑洞并不是完全黑的，它允许极少量的辐射从强大的黑洞的引力陷阱中“逃”出来。黑洞辐射的机制是，根据量子力学，空间充满了虚的粒子和反粒子，它们经常成对产生、分开，然后聚到一起并相互湮灭。黑洞存在时，一对虚粒子中的一个会掉到黑洞中去，而另一个由于失去与之湮灭的伙伴而留存下来，被遗弃的粒子就是黑洞发射的辐射。量子力学允许粒子逃离黑洞，这是爱因斯坦的广义相对论所不能允许的。按史蒂芬·霍金的理论，随着黑洞的辐射，其质量将减小，黑洞越小，辐射的量越大，而且黑洞收缩越快。随着黑洞最终“蒸发”并消失，将引起一个巨大的爆炸。物理学家把这一现象叫作霍金辐射。然而黑洞的蒸发效应对它的影响是微乎其微的。一个相当于太阳质量的黑洞，其“蒸发”过程要进行10[66]年。然而对那些小黑洞，这种量子蒸发效应的影响就显著多了。就一个中子大的小黑洞（质量是10[15]克）来讲，它被“蒸发”掉的时间只有100 多亿年。
史蒂芬·霍金在黑洞研究中的另一贡献是提出了“面积不减定律”。它说的是，当两个黑洞相撞合二为一时，合成的黑洞的视界表面积一定不小于原来两个黑洞的视界表面积之和。反过来，一个黑洞一分为二是办不到的，因为按“面积不减定律”，黑洞的变化只能朝视界面积增加的方向进行，不会朝视界面积减小的方向进行。这个定律很有点类似于热力学第二定律——切自发的热力学过程只能朝熵增加的方向进行。
3 关于宇宙命运的研究。
80年代，史蒂芬·霍金开始着手宇宙命运的研究。这类问题一直是科学界争论的焦点。如今大多数科学家在宇宙的起源问题上，一致认为物质的宇宙是在大约180亿年前所发生的一次大爆炸中诞生的。 目前的观测也完全证实现在的宇宙还在不断地膨胀。史蒂芬·霍金与其合作者詹姆·哈特尔运用一种新的思维方法，把虚时间技巧用到量子宇宙论中，用宇宙的波函数来描述在一定的时刻找到宇宙的不同形状的概率的分布。按照这一理论，宇宙是从“无”中创生的。这个离奇的想法使很多人难以理解，因为人们早已习惯把空间看成无。然而，霍金则把空间看成是一种可伸缩的媒介，而不是空空如也的。关于宇宙的终结，目前存在两种观念，一种是开放宇宙的观念，它认为宇宙会继续膨胀，继续演化，并且按照热力学第二定律达到“热死”；另一种是闭合宇宙的观念，它认为宇宙会逐渐停止膨胀，然后开始向自身坍缩回去，这被称作大挤压。其过程像是大爆炸，只不过在时间上颠倒了过来。史蒂芬·霍金坚信宇宙的第二种终结方式。
在史蒂芬·霍金的无边界设想中，我们的实时间是从大爆炸起到大挤压止的一根直线。另一个与实时间成直角的称为虚时间。宇宙在实时间里各有一个开端和终结；在虚时间里，宇宙在开端处没有边界，宇宙既不创生也不毁灭，它是一个自足的整体，宇宙就是一种存在。霍金的这种理论虽然还处于争议的阶段，可一旦获得成功，将是人类认识自然的又一次重大飞跃。
4 与疾病的抗争
在史蒂芬·霍金醉心于宇宙学研究的同时，疾病也一直困绕着他。1974年以后，他逐渐失去了行走和自理的能力。1984年，他得了肺炎，并且必须进行急性气管切开术。手术后他失去了讲话能力。为了帮助他与外界沟通，加州一位电脑专家为他专门设计了一套电脑软件，它能让霍金从电脑屏幕上一系列的目次中选择词汇，既可用手控制，也可由头或者眼睛来控制开关，然后将要说的话输入语言合成器，发出声音。这大大便利了他的生活与研究。面对疾病，霍金总是泰然处之，正如他的一位学生所说的：“在某种意义上，霍金永远面临着死亡。随时死亡的可能性成了霍金事业发展中的一个重要因素，因为他意识到时间可能是短促的，他必须非常快速地工作。”也正是史蒂芬·霍金与疾病的不断抗争，才使他的生命得到了延续，创造了医学界上的一个奇迹。使他在特别适应深入思维的科学领域取得了辉煌成果，被科学界广泛誉为当代伟大的理论物理学家。至今，他仍在与疾病的顽强斗争中不断完善他的理论。
标签：霍金辐射论文; 黑洞效应论文; 物理学家论文; 黑洞宇宙论文; 科学论文; 天文论文; 科普论文; 史蒂芬-霍金论文; 蒸发论文;