一文读懂史蒂芬·霍金：先后发表黑洞理论、奇性定理等巨著

【腾讯科技综合报道】据多家外媒报道，著名天体物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）去世，享年76岁。

霍金的家人在周三凌晨发表声明，证实他已在剑桥的家中死亡。霍金的孩子 Lucy , Robert 和Tim 在一份声明中说：“我们亲爱的父亲今天去世了！我们感到深深的悲痛！”

霍金出生于1942年1月8日，是英国物理学家与宇宙学家，生前曾任职剑桥大学理论宇宙学中心研究主任。霍金做出过很多重要贡献，最主要的是他与罗杰·彭罗斯共同合作提出在广义相对论框架内的彭罗斯–霍金奇性定理，以及他关于黑洞会发射辐射的理论性预测（现称为霍金辐射）。

霍金患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症，病情会随着岁月逐渐愈加严重。生前已多年保持全身瘫痪的状态，不能发声，必须依赖语音合成器来与其他人通话。霍金曾经有过两次婚姻，育有3名子女。

霍金生前撰写了多本阐述自己理论与一般宇宙论的科普著作，广受大众欢迎。其中《时间简史：从大爆炸到黑洞》曾经破纪录地荣登英国《星期日泰晤士报》的畅销书排行榜共计237周。

怀着悲痛的心情，我们简单梳理了一代伟人史蒂芬·霍金的成长史，以及霍金对业界的主要贡献等。

一、霍金的科学成就：创立无边界宇宙理论

霍金的成就很多，其中几个著名的理论有几个。

第一，奇性定理。 爱因斯坦创立的广义相对论被科学界公认为最美丽的科学理论。但是霍金和彭罗斯一道证明了广义相对论是不完备的。他们指出，如果广义相对论是普遍有效的，而宇宙间的物质分布满足非常一般的条件，那么宇宙时空中一定存在一些奇点。在奇点处经典物理的定律失效。人们通常谈论的奇点是宇宙产生元初的大爆炸奇点和黑洞中的奇点。爱因斯坦早先否认过奇点的存在，他甚至还写过论文以论证黑洞(那时还没有这个生动的称呼)的不可能性。霍金和彭罗斯的奇性定理表明了对引力的量子化是不可避免的。

第二，黑洞理论。 人们知道，在经典引力论的框架里，黑洞只能吞噬物质，而不能吐出物质。黑洞的表面(视界)犹如地狱的入口，是一个有去无返的单向膜。霍金曾经证明视界的面积是非减的。1974年霍金发表了《黑洞在爆炸吗？》一文。这是20世纪引力物理在爱因斯坦之后的最伟大论文。在论文中，他把量子理论效应引进了黑洞研究，证明了从黑洞视界附近会蒸发出各种粒子，这种粒子的谱犹如来自黑体的辐射。随之黑洞质量降低，温度就会升高，最终导致黑洞的爆炸。在这被称为霍金辐射的场景中，量子理论、引力理论和统计物理得到了完美的统一。黑洞理论是科学史上非常罕见的例子，它首先在数学形式上被详尽的研究，后来才在天文学的许多观测上证实了它的普遍存在。现在，人们的共识是，每个星系的中心都是一颗极其巨大的黑洞。

第三，无边界宇宙理论。 霍金在80年代初，创立了量子宇宙学的无边界学说。他认为，时空是有限而无界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始时的第一推动。宇宙的演化甚至创生都单独地由物理定律所决定。这样就把上帝从宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了无所事事的“造物主”，它再也无力去创造奇迹。亚里士多德、奥古斯丁、牛顿等人曾在宇宙中为上帝杜撰的那个关于“第一推动”的神话，完全是虚幻的。量子宇宙学的主要预言之一是关于宇宙结构的起源。若干年前，宇宙背景辐射探测者对太空背景温度起伏的观察证实了这个预言。

去年，霍金还在GMIC 2017开幕式上做主题演讲《让人工智能造福人类及其赖以生存的家园》，谈及对人工智能的看法。主要观点如下：

简单来说，我认为强大的人工智能的崛起，要么是人类历史上最好的事，要么是最糟的。我不得不说，是好是坏我们仍不确定。但我们应该竭尽所能，确保其未来发展对我们和我们的环境有利。我们别无选择。我认为人工智能的发展，本身是一种存在着问题的趋势，而这些问题必须在现在和将来得到解决。

也许我们所有人都应该暂停片刻，把我们的研究重复从提升人工智能的能力转移到最大化人工智能的社会效益上面。

文明所提产生的一切都是人类智能的产物，我相信生物大脑可以达到的和计算机可以达到的，没有本质区别。

在人工智能从原始形态不断发展，并被证明非常有用的同时，我也在担忧创造一个可以等同或超越人类的事物所导致的结果：人工智能一旦脱离束缚，以不断加速的状态重新设计自身，人类由于受到漫长的生物进化的限制，无法与之竞争，将被取代，这将给我们的经济带来极大的破坏。未来，人工智能可以发展出自我意志，一个与我们冲突的意志。尽管我对人类一贯持有乐观的态度，但其他人认为，人类可以在相当长的时间里控制技术的发展，这样我们就能看到人工智能可以解决世界上大部分问题的潜力。但我并不确定。

人工智能也有可能是人类文明史的终结，除非我们学会如何避免危险。我曾经说过，人工智能的全方位发展可能招致人类的灭亡，比如最大化使用智能性自主武器。今年早些时候，我和一些来自世界各国的科学家共同在联合国会议上支持其对于核武器的禁令，我们正在焦急的等待协商结果。目前，九个核大国可以控制大约一万四千个核武器，它们中的任何一个都可以将城市夷为平地，放射性废物会大面积污染农田，而最可怕的危害是诱发核冬天，火和烟雾会导致全球的小冰河期。这一结果将使全球粮食体系崩塌，末日般动荡，很可能导致大部分人死亡。我们作为科学家，对核武器承担着特殊的责任，因为正是科学家发明了它们，并发现它们的影响比最初预想的更加可怕。

现阶段，我对灾难的探讨可能惊吓到了在座的各位，很抱歉。但是作为今天的与会者，重要的是，你们要认清自己在影响当前技术的未来研发中的位置。我相信我们会团结在一起，共同呼吁国际条约的支持或者签署呈交给各国政府的公开信，科技领袖和科学家正极尽所能避免不可控的人工智能的崛起。

霍金对地球居民提出警告，若外星人来到地球，会如同当年欧洲人哥伦布造访美洲大陆之后，美洲原生居民消失殆尽一样，不具足够对抗力量的地球人不会有好的下场。

二、霍金的另一种伟大：身患重疾依然坚持科普

霍金患有一种不寻常的早发性、慢发性肌萎缩性脊髓侧索硬化症，俗称渐冻症。由于这种疾病，他的身体在逐渐瘫痪。该疾病开始于霍金在牛津大学读书的最后一年，在那时，他发现自己动作越来越笨拙，时常不知缘由地摔跤，划船也变得力不从心。有一次，他还从楼梯上摔下来并且头先着地，造成暂时的记忆力轻微丧失。

在21岁时，医生诊断其患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症，只剩两年可活。但是，随着两年光阴飞驰而去，他仍旧活着，很奇妙地，病情的恶化渐渐缓慢下来。

在60年代后期，霍金的身体状况又开始恶化，行动走路都必须使用拐杖，不再能定期教课。由于霍金逐渐失去写字能力，他自己发展出一种替代的视觉性方法，他在脑里形成各种不同的心智图案与心智方程，他可以用这些心智元素来思考物理问题。物理学者维尔纳?以色列表示，霍金的思考过程，有如莫扎特只凭借想象就写出一整首极具特色的交响乐曲。

霍金不愿对恶疾低头，甚至不愿接受任何帮助。他最喜欢被视为是科学家，然后是科普作家，最重要的是，被视为正常人，拥有与其他人相同的欲望、干劲、梦想与抱负。

霍金的言语功能逐年退步，到了70年代后期，只剩下他的家人或密友能够听得懂他的话。 为了与其他人通话，他必须倚赖翻译。

霍金在1985年拜访欧洲核子研究组织时感染了严重的肺炎，必须使用维生系统。由于病况危急，医生询问洁恩是否应该终止维生系统的运行。洁恩的答案是“不”，替代方案是霍金必须接受气管切开术。这项手术可以帮助他呼吸，但将使他从此再也无法发声。

霍金不再能讲话，必须用特别方法传达信息，也就是语音合成器。

霍金的健康仍旧在缓慢恶化，2005年，他开始使用脸颊肌肉的运动来控制他的通讯设备，每分钟大约可以输出一个字。由于这疾病很可能引起闭锁症候群，霍金正与神经学专家研发出一套新系统，让电脑将他的脑波图样翻译为词句。2009年，他不再能独立驾驶他的轮椅，他的呼吸越加困难，时常需要使用人工呼吸器，还有几次严重到需要去医院诊疗。

三、霍金的家庭：每个人都手不释卷

史蒂芬·霍金1942年1月8日出生于英国牛津，出生当天正好是现代科学之父伽利略·伽利莱逝世300年忌日。他的父亲弗兰克与母亲伊莎贝尔都就读于牛津大学，父亲主修医学，母亲学习哲学、政治学和经济学。第二次世界大战爆发后，弗兰克在一所医学研究院的任职研究员，伊莎贝尔在这所研究院找到一份秘书工作，随后两人相遇、恋爱、结婚、生子。

弗兰克于1950年升任为国家医学研究院寄生虫学部门主任，在该学术领域享有盛名，全家搬到赫特福德郡的圣奥尔本斯。在那里，霍金一家被认为是有点古里古怪的高级知识分子，他们很喜欢阅读书籍，每个人都手不释卷，甚至在餐饮时间，来访客人时常会观察到全家默默地边吃边读书。他们生活很简朴，住屋虽然很大，但是缺乏维护，交通工具是一辆改装过的伦敦计程车。

四、身边人眼中的霍金：既果断又固执

关于身边友人和媒体对霍金的评价有不少，我们来看一部分。

霍金的妻子洁恩·怀尔德在霍金接受治疗期间曾说，“有些人称这为决断，有些人称这为固执，而我曾经在很多时候称这为既果断又固执。”60年代末期，经过不断劝说，霍金才同意使用轮椅，后来，朋友们都知道他是个危险司机，他时常会肆无忌惮地冲过街路，似乎以为自己拥有优先权。

霍金很受欢迎、很具幽默感，但是由于他的疾病与他治学时的不客气态度，有些同事选择与他保持距离。

世界级顶尖杂志《天文学》对他有这样的评价：“当20世纪物理学的成就被客观地承认时，史蒂芬·霍金的成就将被大书特书地载入科学史册。”