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天文学14

Chapter 14: 史蒂芬·霍金——轮椅上的宇宙之王

"小明!你看这个视频了吗?"

Astronomy

Chapter 14: 史蒂芬·霍金——轮椅上的宇宙之王

"小明!你看这个视频了吗?"

小明的好朋友小强举着手机冲过来,眼睛里闪着光。

"什么视频?"

"霍金!史蒂芬·霍金!他在轮椅上用三根手指写出了《时间简史》,改变了整个物理学!"

小明接过手机,看到一个坐在轮椅上、头歪向一边的男人。旁边配的字幕写着:"我即使被关在果壳之中,仍自以为无限空间之王。"

"这个人好厉害……"小明喃喃道,"但他为什么坐在轮椅上?"

"听说他得了一种叫'渐冻症'的病,身体不能动了。但他的大脑超级厉害,想出了很多惊人的理论!"

小明盯着屏幕上那张变形的脸和那双依然明亮的眼睛,心里涌起一种奇怪的感觉——敬佩,又有点心疼。

晚上回到家,小明第一时间打开电脑搜索霍金的故事。越看越觉得不可思议:医生说他只能活两年,他却活了76年;身体被关在轮椅上,思想却漫游在整个宇宙。

"我要把这些讲给小天听!"小明自言自语,"他一定知道更多!"

霍金的童年

第二天晚上,小明迫不及待地去找小天。

"小天!我今天看了霍金的故事,他太厉害了!"

小天正在星光下整理自己的小本子,听到这话抬起头来。

"哦?霍金啊,那可是我的老朋友。"

"老朋友?"小明瞪大眼睛,"你认识霍金?"

"当然,我在很久很久以前就见过他。"小天眨眨眼,"那时候他已经只能靠语音合成器说话了。"

"你能给我讲讲他的故事吗?"

"当然!"小天飘到小明身边坐下,"你想从哪里听起?"

"从他小时候开始!"

小天清了清嗓子,开始讲述。

"霍金1942年1月8日出生在英国牛津。你知道这一天是什么日子吗?"

"不知道。"

"是伽利略逝世300周年忌日。伽利略是意大利的科学家,他用望远镜观测星空,是第一个支持哥白尼日心说的人。三百年后,霍金出生了,仿佛冥冥中的传承。"

"哇,这么巧!"小明惊叹。

"霍金的父母都是知识分子,爸爸是牛津大学的热带病学专家,妈妈是哲学家。在这样的家庭长大,小霍金从小就喜欢研究东西——他把家里的电器拆得七零八落,研究它们是怎么工作的。"

"这不就是我吗?!"小明兴奋地叫起来,"我也喜欢拆东西!"

"但霍金的父母比你爸妈更开明。"小天笑着说,"他们不仅不生气,还和儿子一起探讨科学。这种自由探索的氛围,让霍金从小就培养了坚毅、勇敢、乐观的性格。"

命运的开玩笑

"那他后来怎么……怎么变成那样的?"小明的声音变小了,"我在视频里看到他坐在轮椅上,头歪着,好像动不了。"

小天的表情变得严肃起来。

"霍金21岁那年,正在剑桥大学攻读宇宙学博士。他在牛津大学完成本科学业后,随即转入剑桥深造。有一天,他发现自己开始莫名其妙地摔倒,手指麻木,肢体不受控制。"

"然后呢?"小明紧张地问。

"医院的检查结果如同晴天霹雳:肌萎缩侧索硬化症,俗称'渐冻症'。"

"渐冻症?那是什么?"

"你可以这样理解:想象你的身体慢慢被冻住,从手指开始,到手臂,到腿,最后全身都不能动。但你的大脑是完全清醒的,就像被关在自己身体里的监狱。"

小明想象了一下,打了个寒颤:"这太可怕了……"

"医生说,霍金最多还能活两年。"

"两年?!"小明惊得跳起来,"那他后来怎么活了那么久?"

"谁也不知道。也许是他乐观的性格,也许是他对科学的热爱,也许是他不想向命运低头。"

小明沉默了。过了一会儿,他轻声问:"小天,如果是我……我会怎么做?"

"这个没人能回答。"小天认真地看着小明,"但我知道霍金说过一句话:'在我21岁时,我的期望值变成了零。从那之后,一切都变成了额外津贴。'"

"这是什么意思?"

"意思是,他已经做好了最坏的打算,所以之后的每一天都是赚到的。这种心态,让他活出了远超预期的精彩人生。"

"但是,小天!"小明突然想到什么,"视频里说他还参加了赛艇队?那不是要很多体力吗?"

"问得好!"小天点点头,"霍金的大学生活并非只有阴霾。恰恰相反,他成为了牛津赛艇队的舵手!"

"舵手?是干什么的?"

"赛艇是牛津最传统的运动。舵手是整艘船的灵魂,负责指挥划桨手和控制节奏。霍金虽然身体已经开始出问题,但因为头脑敏捷、领导能力强,被选为舵手,成了校园里的风云人物!"

"太酷了!"小明眼睛发亮。

"还有更酷的!"小天继续说,"在一次舞会上,霍金遇到了简·怀尔德——一位美丽而善良的姑娘。两人一见如故,仿佛有说不完的话。"

"那后来呢?"

"尽管霍金此时已被确诊患病,简仍然毫不犹豫地站到了他身边。1965年,23岁的霍金与简结婚,后来还生了三个健康的孩子。"

霍金的三大贡献

"小天,霍金到底做出了什么贡献?为什么大家都说他很伟大?"

"他一生最重要的贡献有三个,每一个都足以载入科学史册。"

小天竖起三根手指。

"第一个:奇点定理。"

"奇点?那是什么?"小明歪着头。

"想象一下,任何故事都有一个开始,对吧?宇宙大爆炸就是时间这部电影的开始。在那一刻,所有的物质和能量都被压缩在一个无限小、无限密的点里。这就是奇点。"

"等等,"小明举起手,"小天,这个是什么意思?无限小?无限密?"

"对,这有点难理解。你知道原子吗?原子的中心有一个核,周围是电子。如果把原子放大到体育场那么大,原子核只有一颗绿豆那么小。"

"那奇点比原子核还小?"

"小得多!小到无法形容。但它的密度是无限的——就像把整个地球压缩成一颗米粒大小,然后继续压缩,压缩到数学上的极限。"

小明皱起眉头:"这个太抽象了……"

"没关系,因为霍金自己也觉得这个理论很难懂。但关键是,他和彭罗斯证明了:如果广义相对论是正确的,宇宙大爆炸必然始于一个奇点。这意味着,时间是有开端的!"

"哦!原来如此!"小明好像有点懂了。

"第二个贡献更重要——霍金辐射。"

"霍金辐射?那是什么?"小明问道。

"你还记得黑洞吗?黑洞连光都逃不出来。"

"记得!上次的课!"

"霍金发现了一个惊人的事实:黑洞并不是完全黑的!"

"不是黑的?可是我们看到的黑洞不是黑的吗?"

"外观是黑的,但黑洞会发射出一种特殊的辐射——后来被称为'霍金辐射'。"

"这怎么可能?"小明挠挠头,"不是说光都逃不出来吗?"

"好问题!"小天赞许道,"这就要用到量子力学的知识了。根据量子力学,真空中会不断产生虚粒子对——一个正粒子和一个负粒子,它们像调皮的双胞胎一样,瞬间出现又瞬间湮灭。"

"虚粒子?"

"你可以这样理解:就像大海里偶尔会冒出一对气泡,正粒子是气泡,负粒子是气泡的'影子'。它们成对出现,又很快湮灭消失。"

"那和黑洞有什么关系?"

"在黑洞的事件视界附近,这些虚粒子对可能会被分离:如果负粒子落入黑洞,而正粒子逃逸到外部,外部观察者就会看到黑洞在发射粒子!"

"所以黑洞不是真的在发射粒子,而是把负粒子吃进去,让正粒子跑出来?"

"聪明!"小天拍拍小明的头,"这个过程就像黑洞在'蒸发'。随着时间推移,黑洞会因失去能量而逐渐变小,最终可能完全消失。"

"完全消失?那之前被黑洞吃进去的东西呢?"

"这个问题困扰了物理学家几十年。2004年,霍金在一次国际学术会议上宣布,他改变了原来的观点,认为信息应该是守恒的。他当着数百位同行的面,承认自己30年前的理论可能有问题。"

"他承认自己错了?"小明惊讶地说。

"是啊。这种承认错误的勇气,和他在科学上的成就同样令人敬佩。科学就是这样,再伟大的科学家也会犯错,但最重要的是愿意承认和改正。"

"第三个贡献:无边界宇宙模型。"

"无边界?那宇宙不是无限大的吗?"小明问。

"这个问题很深奥。"小天说,"霍金提出,宇宙可能没有边界,也没有开端。他和詹姆斯·哈特尔教授共同提出,在宇宙大爆炸之前,'时间'这个概念可能根本没有意义。"

"在宇宙大爆炸之前没有时间?"小明皱起眉头,"那之前是什么?"

"没有'之前'。因为时间是随着宇宙大爆炸一起产生的。"

"这……这太难想象了……"小明摇摇头。

"确实很难。"小天理解地点点头,"这个理论试图将广义相对论与量子力学统一起来,为解释宇宙起源提供了一种全新的思路。"

"小天,你说霍金写了《时间简史》?"小明问道,"这本书讲的是什么?"

"《时间简史》于1988年出版,是霍金写给普通人的科普书。在这本书里,他用通俗易懂的语言,解释了宇宙的起源、时间的本质、黑洞的奥秘等深奥概念。"

"那我能看懂吗?"小明有点担心。

"你应该可以。"小天笑着说,"霍金的目标是写一本能在地铁上阅读的书。他做到了——这本书成为全球畅销书,被翻译成40多种文字,累计销售超过2500万册!"

"2500万册?!"小明瞪大眼睛,"那可是好多好多人看过!"

"是啊。霍金说,他希望通过这本书,让更多人了解宇宙的奥秘。科学不应该是少数人的专利,每个人都应该有机会去探索宇宙的奇妙。"

"2018年3月14日,霍金在剑桥家中安详离世,享年76岁。"小天的声音变轻了,"这一天恰好是爱因斯坦的诞辰纪念日。"

"两位最伟大的物理学家,在生死问题上也有某种联系……"小明喃喃道。

宇宙思想家徽章

"小明,今天的课就到这里。"小天站起身。

"等等!"小明急忙说,"霍金的故事还没讲完呢!他还说了很多话,我还想听!"

"今天你已经学到了很多。"小天笑着说,"让我来考考你:霍金辐射是什么?"

"霍金辐射就是……黑洞会发射粒子,看起来像是在蒸发!"小明答道,"所以黑洞不是真的完全黑!"

"很好很好!"小天满意地点头,"看来你今天收获很大。"

小天从口袋里掏出一枚闪闪发光的徽章,上面刻着一个轮椅上的身影,周围是星辰和宇宙。

"恭喜你获得了'宇宙思想家'徽章!"

小明接过徽章,仔细端详。

"这个徽章代表着你对霍金科学成就的理解,也象征着人类智慧在面对困境时的无限可能。霍金用一生告诉我们:身体可以被困在轮椅,但思想可以遨游整个宇宙。"

"我会记住的!"小明郑重地说。

霍金用一生探索黑洞的奥秘,而天文学家则在茫茫宇宙中寻找另一颗地球。在浩瀚的星海里,是否存在着像我们一样的生命?是否有另一颗行星,正围绕着一颗遥远的恒星运转?

下一章,我们要聊一个令人无限遐想的话题——系外行星。准备好了吗?让我们一起踏上寻找"第二个地球"的旅程!


(本章完)

本章小测

霍金最著名的科学贡献之一是什么?

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