(好文)轮椅上的英国霍金一夜成为中国网红,知晓一下他到底因何而牛?

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-04-14 李尔王英国移民留学观察



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轮椅上的英国霍金一夜成为中国网红,知晓一下他到底因何而牛?


(本文来自  讲吧


大家好,我是唐长老,这可能是我迄今为止写过的最装逼的文章,会涉及到很多比较前沿而深奥的天文物理学理论,因为这篇文章要写一个叫霍金的人。

 

好,先切题。昨天微博上发生了一件大事,大科学家霍金开微博了,成为当天微博上最火爆的话题。霍金在微博上用英文发了一条问候,马上在微博上爆炸式地传开,在10小时内转发量达到27万,点赞量达到57万,更是狂吸粉160多万。有网友感叹,从霍金开微博可以看出,智商还是比颜值重要的。

 


 

霍金是当代唯一被认为称得上大科学家的人,霍金甚至经常被拿来和牛顿与爱因斯坦相提并论,有“宇宙之王”之称,他的宇宙理论佐证了爱因斯坦的相对论,提出了黑洞蒸发现象和无边界的霍金宇宙模型,进一步拓宽了人类的宇宙视野。这两大理论的详细讲解,我们留在装逼环节再细说。

 

好,切题结束,在进入正式的装逼环节之前,我们先复盘一下霍金先生的悲惨的人生经历,好让大家对他的了解更多一些。

 

霍金没获过诺贝尔奖,但中国人对霍金的关注却超过任何其他在世的科学家,至于为什么霍金在中国如此受欢迎?我想原因大概有两个,一是霍金极其悲惨的人生经历和其为科学作出的贡献产生的落差太大,使得霍金在中国人眼里成为巨人式心灵鸡汤型的人物;二是霍金提出的理论满足了人们对科学狂客的想象。心灵鸡汤式的温暖和科学狂人式的刺激,使得霍金的人气远远跨出了科学界。

 

其实在经济学领域有一个人和霍金非常像,那就是纳什。两人对其所研究的学科都开辟了新的领域,纳什很天才地开创了经济学中的博弈论,提供了一套全新的方法论,就像霍金很天才地创建了天文物理学中的黑洞理论和无边界宇宙模型,让人类对宇宙的认知向前迈出了一大步。与此同时,两个人的经历都很惨。

 

严重的精神分裂症困扰了纳什大半辈子,纳什曾在男厕所里暴露身体而被警察误认为是同性恋抓起来,因为当时同性恋还是不合法的;纳什还曾经打扮得像个婴儿一样参加新年晚会;甚至他曾经精神失常地在校园里裸奔;他妻子经常要担忧他会不会自杀。纳什的故事被改编成了电影《美丽心灵》,推荐大家去看一下这部片。

 

 
纳什是电影《美丽心灵》中主角的原型

 

而霍金就更惨,21岁被诊断出可怕的运动神经细胞疾病,被医生断定他只能活两年,尽管他最终坚强地活了下来,但也落得严重残疾,只有三根手指和两只眼睛才能稍微活动。而霍金让人敬畏之处是,他以这样的身体状况却完成了在人类认知史上具有开辟作用的理论建设。霍金的故事同样被编成了电影,叫《万物理论》,也推荐大家去看一下这部片。

 
年轻的霍金与其妻子

 

霍金出生在战火之中,时值19421月,纳粹德军轰炸英国伦敦,这迫使霍金一家迁到牛津避难,到牛津没多久,也即194218日,霍金降生,出生当天正好是物理学家伽利略逝世300周年忌日。

 

在我读这些大科学家的传记时,发现一个规律,西方著名科学家很多在童年时成绩不好,比如牛顿,爱迪生,爱因斯坦,当然还有霍金,小时候都不是学霸,尤其是爱因斯坦。爱因斯坦小时候,老师布置一个做小板凳的作业,小爱因斯坦交上去的小板凳其丑无比,老师说,这是世界上最丑的小板凳了,小爱因斯坦说,不是,我家里还有一个更丑的。

 

 
爱因斯坦小时候

 

我小时候和无数小孩一样有一个当科学家的梦想,有长辈说我成绩不好当不了科学家,我举会搬出爱迪生、爱因斯坦来,以论证成绩和能不能成为科学家没有绝对的关系。当然我现在知道这是错的,上面提到的科学家,除爱迪生之外,后来的成绩都倍儿棒,因为在科学领域,尤其是理论科学领域,还真非学霸玩不了,像霍金,17岁考入牛津大学并用很少时间得到一等荣誉学位,随后转入剑桥大学获得剑桥大学博士学位。

 

那时候,大家都看好这个天才少年,认定他将在科学领域有一番大作为。可天有不测风云,有一天,霍金同学走在校园里,突然两脚僵直,摔个脚朝天,晕倒在路上,到医院一检查,诊断患了肌肉萎缩性侧索硬化症,得病者全身肌肉硬化失去活动能力,陷入深度瘫痪,连话都不能说,形同植物人。

 

 


医生说霍金只能活2年,而当时霍金正在研究一个重要的项目,霍金问医生:这个病会影响大脑的思考不?医生说不会。霍金说,只要大脑还能思考,我就能活。果然,霍金不但活下来了,还开创了宇宙黑洞理论,使得宇宙理论往前走了关键的一大步。霍金也因此被认为是站在科学最顶端的人物,接受整个人类的膜拜。

 

好啦!霍金的人生大致上复盘完毕,终于进入装逼环节,在这个环节,我努力用正确的姿势讲明白霍金的两大天文物理学理论,以下内容逼格满满,并且会很烧脑。

 

在阐述霍金的理论之前,我们需要先讲明白什么是科学?我们最熟悉的一句话是“科技是第一生产力。”所谓科技,就是科学与技术,很多人把科学与技术混为一谈,其实科学与技术是不同的两个概念。

 

科学是什么?张五常在《经济解释》开篇即解释科学的含义,科学以构建理论的方式,致力谋求对这个世界万事万物的解释,解决是人类的认知问题,所以一个时代的科学取得了巨大的发展,这就意味某些理论性的东西出现,使得人类的认知得到了质的飞跃。而技术则是科学的运用,是人类利用科学改变生存条件的实践,所以科学永远走在技术之前,就像人的行为不可能超越认知一样。

 

牛顿的经典力学启示人类世界是有规律可循的

 

比如,牛顿发展出了物理学中的经典力学,解释了低速宏观世界的运行规律,第一次向人类展示了世界运行的规律;又比如,爱因斯坦提出的广义相对论,论述了在高速条件下质量与时空的关系。牛顿和爱因斯坦的理论解决的是人类认知领域的问题,是科学理论。但我们常说的互联网,就属于技术的范畴,因为互联网是一种应用,而非为解释某些事物而存在。

 

很明显,霍金的宇宙理论属于科学范畴,而且非常前沿,乃至目前人类没有方法证实其理论的正确性,故而他至今未获诺贝尔物理学奖,其实这也不奇怪,当年的爱因斯坦也没因其广义相对论而获诺奖,同样是因为其理论无法验证,爱因斯坦后来获得诺贝尔奖是由于发现了光电效应。不过霍金连续30年担任卢卡斯数学教授,这是英国最崇高的教授职位,这甚至是比获诺贝尔奖更牛逼的荣誉。

 



霍金主要研究的领域是宇宙和黑洞,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型。在物理学上,上世纪初出现了两大基础理论,一个是爱因斯坦的相对论,另一个是普朗克的量子力学,前者解释宏观高速物体的运动规律,后者解释微观世界的粒子的运动规律,两大理论都得到观测和实验的验证,但出现了另一个难题,就是两大基础理论无法统一起来而建立起一整套自洽的科学理论。

 

为什么这两套理论一定要统一起来?这和科学的本质有关,科学在本质是上一个共同体,而这个共同体谋求的是对万事万物最为强大的解释力,而把具有不同局限性的理论统一起来,才具更为强大的解释力。广义相对论和量子力学难以统一的难题在霍金这里取得了重要突破,这两者的结合产生了霍金的黑洞辐射理论。

 

黑洞辐射理论
黑洞

 

黑洞辐射理论是霍金最重要的理论,可以这么说,霍金的名字已经和黑洞不可分地联系在一起了。

 


什么是黑洞?物理学中有一个叫做“逃逸速度”,指的是一个物体要逃离某一星体的引力至少要具备的速度。逃逸速度的大小和星体的质量成正比,和星体的体积成反比。广义相对论推测,存在一种这样的天体,它的质量无限大而体积无限小,逃逸速度就会非常大,当大于光速时,就形成了黑洞。

 

由于连光线都无法从黑洞中逃出,所以称之为黑洞。广义相对论认为,有质量的物体会使得时空产生弯曲,质量越大造成时空的弯曲程度也越大,而当质量大到能形成黑洞的级别时,时空结构就会产生破裂。这个时空的破裂被称之为奇点。

 

黑洞还有一个可怕的特点,像吸尘器一样以越来越快的速度吞噬周围的星体,并且只吞不吐,永无止境。这是非常可怕的,这就意味着,总有一天整个宇宙都会被那些黑洞们整个吞噬掉。

 

不过霍金的黑洞辐射理论解除了人们对于黑洞的担忧,他于1973年观察研究黑洞附近的量子效应,发现尽管黑洞的能量不能以发光的方式释放,但依然像其他天体一样发生某种形式的能量辐射,这种辐射被称为霍金辐射。

 

 
霍金辐射

 

黑洞辐射理论证明黑洞并不像人们担忧的那样会越来越大,相反,由于霍金辐射的存在,黑洞会变得越来越小,而且霍金辐射的产生过程中会释放出大量的能量,使得黑洞的温度升高,温度升高到一定的极值时黑洞以一场超级大爆炸终结,重新向宇宙释放能量和物质。

 

黑洞辐射理论佐证了宇宙大爆炸理论,因为宇宙大爆炸理论认为,宇宙在137亿年前由一个密度无限大温度无限高的奇点发生爆炸而产生的。而每个黑洞实际上就是一个奇点,和宇宙大爆炸之初的状态一样,而且也发生一场超级大爆炸,所以现在最前沿的天文物理学有一个多重宇宙理论,认为我们所处的宇宙只是无数个宇宙中的一个,而宇宙中每一次黑洞发生爆炸,就又会产生一个新的宇宙。

 

霍金对天文物理学的贡献,除了提出黑洞辐射理论之外,还提出了无边界的霍金宇宙模型。


霍金宇宙模型

宇宙有大小无边界


宇宙是不是限大?宇宙有没有边界?这是一直以来困扰人类的哲学问题。如果按照大爆炸理论来说,宇宙由一个奇点爆炸产生,那么膨胀速度即使达到光速,至少说明宇宙的大小有限,那么宇宙有没有边界?霍金认为没有。

 

霍金提出一个无边界宇宙模型,认为宇宙大小是有限的,然而却没有边界,也就是说无论你以哪个方向走,走多久,都不可能到达宇宙的边界。也许很多人难以理解,大小有限为什么就没有边界?

 

霍金认为宇宙的形状就像一个克莱因瓶,克莱因瓶是一种非常奇特的闭合曲面,不用打开瓶身就可以进入瓶子内部。如下面这张图,假设一个蚂蚁在瓶身上爬,它可以从外面爬到里面,也可以从里面爬到外面,但永远不可能爬到曲面的边界的,这就是克莱因瓶的特点,而正是这个特点,使得在三维空间中无法完美地展现克莱恩瓶的形状。

 


  克莱恩瓶:一种非常奇特的闭合曲面


霍金认为宇宙就是一个超级大的克莱因瓶,人处在宇宙之中,就像超级小的蚂蚁爬在克莱因瓶之上,受维度的束缚,我们根本认识不清宇宙的整体轮廓,我们只有站在四维空间之上,才能够看清宇宙的轮廓。

 

所以霍金预测,人类永远不可能搞明白宇宙是怎样的一个形状的,这和科学技术的先进程度无关,是根本性束缚了我们的视野,因为受维度的限制,人类不可能进入四维空间,那么就永远不可能搞明白宇宙的形状。唯一能确定的是宇宙是有大小而没有边界的。


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