霍金怎么做研究

从古到今，无数人都在思考一个问题，我们来自哪里？是谁创造了我们？如果有人创造了我们，那么又是谁创造了他们和我们这个宇宙？这样的问题似乎无穷无尽，而且已经超出了人类所能理解的范畴，至今也没有一个明确答案。 对于研究宇宙论和黑洞的物理学家霍金，他其实也思考过这个问题，并且还给出了自己的解释。 这个问题在他的最后一本注重巨大问题的简要回答之中给出了解答。今天我们就来看看霍金是如何解释宇宙起源问题的。需要说明的是，本期视频的制作难度很大，因为这涉及到一个终极命题，我会使用自己的理解尽可能还原霍金的观点。 让我们开始这趟神奇的旅程吧！ 在我们对这个世界和宇宙知之甚少的 时候，人们无法理解世界的由来。宗教则充当了回答这些问题的主要角色。不论是东方还是西方的宗教，他们都认为宇宙的至高无上者是一位人格化的神，是他创造了我们的世界及所有的一切，并且这位造物主还时时刻刻关注着我们每一个人。 对于研究天体物理和宇宙论的物理学家们，他们显然有另一套解释，霍金就是其中的一位。二零一零年，英国的太武施暴头版头条刊登了一篇报道，上面配了一张米开朗基罗的名画创造亚当，标题是霍金说上帝并未创造宇宙， 并说了一个霍金的著名观点，就是现代物理学在宇宙的诞生中没有给上帝留下任何位置，以此来批判霍金对上帝论的不屑，因为当时正值教皇访问英国的前夕。对此，霍金解释说， 他对于宇宙起源的研究，其实并不是为了证明或者是反驳上帝的存在，而是要找到解释我们宇宙产生的合理框架，并从科学上自圆其说。在古代，人们对于天空中的奇观不理解时，往往将其归功于神迹。 比如当时的日史现象，人们对太阳被突然遮住感到困惑，认为是神圣的时刻，是天神显灵。 但古希腊的一位天文学家阿里斯塔克，他通过天文测算发现，日时不过是太阳、地球和月亮运行到一定角度形成的现象。这就说明，很多我们不理解的宇宙现象，其实都可以通过物理定律或数学公式去推导出来。之后他又想，整个宇宙是不是也是一个受物理原理和定律制约的机器呢？ 只是他的想法过于超前，不被人理解。随着物理学的大爆发，地球上的很多现象都得以用物理定律来 解释。而且人们发现一个物体在地球上的运动，其定律还适用于宇宙中的一切运动，这说明这些物理定律具有朴实性，人们不必前往到一个遥远的星系，或者是亲眼看到某个天体，也可以准确测算出他的运动轨迹。 所以这就出现了一个问题，如果宇宙之中的所有事情都可以用定律来解释，那么上帝或者是造物主有什么用？霍金认为，我们完全可以把上帝定义为自然定律的化身，但是这就违背了很多人的意愿，因为这并不是他们心目中的上帝，他们认为上帝必须要像人一样存在， 至少具备人格化的特征，而且还要和他们产生联系。因为当你仰望星空，感叹到人的一生对于整个宇宙来说是多么的微不足道，地球生命及所有的一切是多么的偶然和难以置信，这样我们很难不认 有一位至高无上的神创造了这一切。但是对于研究宇宙论的霍金，他认为宇宙是自发的，从无中创生出来的，而这个推断是根据科学定律得出的。 有人觉得你又没有看到宇宙的开端，你凭什么认为他之前是什么样的？现代物理学和天文学的发展让我们知晓，只要得知某一时刻宇宙的状态，就可以反推出宇宙最早的状态。 这就是为什么很早的时候我们并没有发现冥王星，但是根据观测其他行星的运动轨迹推算出那里必然有一颗星球的存在。 还有很早的时候就有人计算后得出宇宙应该有一个类似于黑洞一样的质量和密度到极限的天体，经过了几百年，我们最终证实了黑洞的存在，而后来人们提出了暗物质，暗能量虽然尚未被证实，但他们都有被证实的一天。这些都说明了 物理定律在整个宇宙中是普遍发生作用的，只要我们掌握了，我们就可以发现我们不知道的东西，宇宙的起源也是一样。所以如果我们能够推导出早期宇宙，甚至是宇宙之前的样子，那么就会知道宇宙是否需要一位上帝来推动这一切的发生。

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霍金对于我们来说并不会感到陌生，他于一九四二年出生于英国牛津的一个小镇，在他二十一岁时患上了渐动症，导致全身瘫痪，也丧失了语言功能，只有三根手指可以活动。谁也没有想到，几十年后的他 成为了现代最伟大的科学家之一。霍金的一生都奉献于探索宇宙的奥秘，他的学术研究和理论成果都被世人所关注。 不幸的是，与病魔抗争了半个世纪的他，最终在二零一八年三月十四日永远地离开了这个世界。霍金生前说过很多寓言，其中的六大寓言一直广为流传， 并且有四个预言正在上演。预言一，人类正面临着严重的生存危机，一千 年内人类必须移居其他星球，否则可能导致文明终结。或金寓言，未来千年或许是人类文明的极限。 随着地球人口不断增加，人类对地球的掠夺日盛，地球资源正在一点点地被掏空，到时地球将难以承受人类的消耗，而人类只能选择移民其他星球，进行文明的延续。 霍金相信，随着科学技术的发展和进步，人类一定会冲出太阳系，在宇宙中寻找新的家园。人类社会在未来灾难中得以逃脱的唯一机会并不在地球，而是在宇宙之中。 预言二，气候变化霍金认为，随着人类社会的发展，未来我们会消耗更多化石燃料，释放 更多温室气体。预计到两千六百年，地球可能会变成火球，不再适宜居住。我们人类唯一的出路是移民外星球。 在现阶段，我们看这些预言还是会觉得不切实际，天方夜谭，但是地球现在面临的一些情况向我们说明，这些预言并非空穴来风，在未来可能会发生。预言三，人工智能可能终结人类 霍金曾多次表示，太过于依赖人工智能会使人类灭亡。在未来一百年中，人类将面临更聪明的人工智能的挑战。人工智能的普及 会导致人类大规模失业，造成社会混乱。如果智能机器无法保障安全，人类就会受制于生物净化的速度，无法与他们 竞争，最终被超越和替代。预言四，基因科技将改良人种霍金提出，人类在未来数百年内，必定会有人在某处设计出改良品种的。人类将会在子宫以外的地方培育胚胎，也就是所说的人造子宫。 这也是有些国家研究的领域，也包括我国。二零二零年，我国首次人造子宫胎养体外培育，在郑州大学第一附属医院成功。预言五，外星人可能存在 霍金十分确信，在浩瀚宇宙中，地球不是唯一拥有生命的星球，但他警告人类，不要轻易接触这些外星文明，因为你根本无法判断他是敌视友。而人类不断地向宇宙中发射地球文明信号， 从某一角度来讲，这是否是一种极度危险的行为？预言六，人类会实现时间旅行霍金认为，宇宙万物都存在小孔或裂缝，时间也是如此。 它将宇宙中存在的连接两个不同时空的狭窄隧道称为虫洞或是空洞。在未来某一天，人类或许能够捕获到某一个虫洞，就可以进行时空穿梭。 但霍金警告，即使未来可实现时间旅行，也不要轻易尝试，否则会扰乱时间的结构，后果不堪设想。 虽然霍金的许多言论都十分令人惊意，但我们目前不得不承认，有四个预言正在上演，而我们人类能做的就是在事情没有爆发之前，保护好我们的地球家 元，保护自然生态资源，爱护环境，在科技领域方面，加大科技投入，找到其他适合人类生存的星球。

五里天的霍金竟从量子力学出发，论证黑洞辐射，惊艳四方。一九七零年，二十八岁的霍金发现黑洞热力学第二定律一跃成为各种翘楚，一 起风发。然而没过多久，他就遇到了个棘手的难题，他难以置信的发现，哪怕是在稳定的状态下，黑洞也会创造并辐射粒子，这几乎与霍金当时的理论完全相背，也就是霍金自己把自己给坑了。而且辐射的例子表现出来的拼搏居然和任何热源辐射出来的一模一样。那么问题就来了，既然在黑洞中，任何物质 都逃不出世界，世界黑洞怎么可能有温度，怎么可能向外浮上粒子呢？这时，霍金竟然选择不按常理出牌，居然从量子力学出发，找到了问题的答案。这个答案就是太 太空并非真空，可以用一个巧妙的理论来论证，那就是海森堡的不确定性原理。不确定性原理是指在同一时刻，我们永远无法准确的同时测出例子的位置和动量，他们就像是一种跷跷板的关系，位置的值越精确，动量的值就越模糊。在物理学中，像这种其他的量被称为 共恶量。我们都知道，太空中是有场存在的，比如电磁场或者引力场，刚好场有一对共恶量，也就是场的值和场变化的速率。那么根据不确定性原理，场的值越精确，变化速率就越不精确，反之亦然。由此就可以得出结论，场的值永远都不可能等于零，因为零是一个精确的值，而不确定性原理是不允许这种情况发生的，而只有当所有场的值都为 喂您时，才能算真空，不喂您就不是真空，由此可得太空不是真空。也就是说，太空中的场值是有点不确定性的，其波动会在正负之间摇摆。可以这样理解，一对 弟子反复出现，一开始两个弟子在一起，后来分开，在短到无法想象的一瞬间，他们又到了一起，互相掩灭，终结一生。霍金就此推断黑洞的 世界，世界会出现很多粒子，罪他做了一个大胆的设想，一对虚粒子出现在碰撞掩灭之前，带有负能量的粒子穿过世界世界进入黑洞，正能量的粒子则不进入黑洞，从而逃离掉了。而对远处的观测者来说，这个粒子就像从黑洞里面出来的。黑洞在这种情况下发出的辐射就被称为霍金辐射，刚好证明了黑洞力学第二定律，惊艳四方。

became clear something was not quite right with me， i fell over and had great difficulty getting up again my mother realized something was wrong and took me to the doctor， i spent weeks in bart's hospital and had many tests they never actually told me what was wrong？ but i guessed enough to know it was pretty bad in fact， the doctor who diagnosed me lost his hands of me and i never saw him again she felt that there was nothing that goodly done at first i became depressed i seem to be getting worse ready rapidly there didn't seem any point working on my phd because i didn't know if i would live long enough to finish it i had come to cambridge to do christology and christology i was determined to do and the condition developed more slowly and i began to make progress in my work after my expectations had been reduced to zero every new day became a bonus and i began to appreciate everything i did have and there was also a young woman called chain when i had met at a party getting engaged lifted my spirits and i realized while their life there is hope there are many ambitious experiments land for the future we will map the positions of billions of galaxies， and we will better understand our place in the universe， but we must all also continue to go into space for the future of humanity i don't think we will survive another thousand years without escaping beyond our fragile planet it has been a glorious time to be alive doing research and theoretical physics the fact that we humans who are ourselves mere collections of fundamental particles of nature have been able to come this close to an understanding of the lost revering us and our universe is a great triumph and i'm happy if i have made a small contribution， i want to share my excitement and enthusiasm about this west so remember to look up at the stairs and not down at your feet try to make sense of what you see and wonder about what makes the lunar success be curious and however difficult life may seem there is always something you can do and succeed at it matters that you don't just give up while there is life， there is hope。

世上最贵重的黄金、白金也比不上霍金。霍金的走红源于他那发红的大脑，加上易聚衰败的躯体，这也正好符合人类对内种叫科学家的异类同胞的想象。一些人说， 这个大脑比这个星球上大部分同类更了解宇宙，却不能在这个星球表面上随意走动。另一些人则认为，他根本不可能是我们的同类，他应该是个外星人。 这个大脑做了什么？同行们说他提出了大爆炸，可能开始于一个起点，还发现了黑洞，不黑，并且有辐射。前者为霍金捧得了一九八八年的物理学沃尔夫脚， 而对于后者，连线杂志认为那是足以获得诺贝尔奖的研究成果。普通公众也许只知道这个人写过时间监视以本可能是世界上最难看懂的畅销书，全球 销量几乎达到一百万册。以物理的名义，霍金卖出的书超过了麦当娜的写真即兴。霍金的传奇人生可以追溯到他的出生日，一九四二年一月八日，佳丽烈士是三百周年纪念日。 霍金出生于一个典型的英国中产家庭，父母均为牛津大学毕业生，父亲是医生，母亲婚后做家庭主妇。小时候的霍金从未表现出什么惊人的天赋，不过因为分班测试时超常发挥，霍金去了一个很好的班级， 结果他的成绩在班级从未排名上游。小时候的霍金还有个比较像小天才的癖好，喜欢玩具、火车、轮船和飞机，尤其喜欢把他们拆开，探究他们是怎样运行的。十二岁时，两位朋友用一袋糖果打赌，说，我金永远不可能成才，当然，他们错了。不过打赌 正好也是霍金的爱好，但他经常输掉。他曾与某位科学家打赌，如果对方赢了，霍金替他订阅一年的阁楼。如果霍金赢了，对方替他订阅一年的侦探。十六年后结果出来了。霍金输了，他却很开心，因为打败他的是自己的心理论。

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霍金和彭洛斯一起证明了起点定理之后，几乎所有的科学家都承认宇宙是诞生于一个起点之中的，宇宙诞生的那一刻被称为大爆炸，这个起点就叫大爆炸起点。宇宙大爆炸理论 是目前最主流的描述宇宙起源的模型。先来看看宇宙大爆炸模型是怎么回事。在大爆炸模型中，大爆炸的那一刻，宇宙的体积被认为是零，温度无限高之后，宇宙开始迅速膨胀， 温度开始降低。在大爆炸一秒钟之后，宇宙的温度降低到了一百亿度，这大概是氢弹爆炸时能达到的温度。一百秒之后，温度继续降低到十亿度，质子和中子开始结合到了一起组成原子核之后宇宙的温度继续降低，持续膨胀。在 一百万年之后，宇宙温度降低到了几千度，原子开始形成。随着宇宙温度继续降低，星系、恒星这些物质开始形成。到了一百五十亿年后的现在，宇宙已经膨胀了很多很多倍，温度也已经很低了， 只比绝对凌度高上一点点。但是宇宙的各个地方还是残留着当初大爆炸的能量，而且我们还能观测到科学家们叫他微波背景辐射，就好像是充满宇宙的背景噪音。宇宙大爆炸的理论虽然听上去很不可思议， 但的确是跟我们今天的观测证据相符合的，所以已经被科学家们广泛接受了。但是这个理论还是让不少科学家觉得有点尴尬。你看啊，从刚才的描述中你就能感受到，大爆炸就是宇宙的起点， 一切的物质，甚至是空间和时间都是大爆炸之后才出现的，大爆炸之前的任何事件对我们来说都没有任何意义，或者说根本就不存在。也就是说宇宙时空并不是无限的， 而是有一个很特别的边界和开端，这个开端就是大爆炸起点。但问题是，就像我们在第一个问题中讲到的那样，大爆炸起点是一个非常特别的存在，在这里 一切的物理定律都失效了，人们根本不知道从这个起点里会冒出来些什么东西。那么宇宙现在所遵循的那些规律 到底是怎么出现的呢？是谁规定了这些规律呢？难道真的是上帝吗？对于这个问题，科学家们目前还没有很好的解释，这也给宗教界保留了一丝希 望。霍金说，一九八一年的时候，梵蒂冈的天主教会邀请了很多科学家召开了一场宇宙学会议。在科学家们演讲结束之后，教皇说，宇宙大爆炸之后的各种历史各种规律啊， 你们都是可以研究的，但是呢，大爆炸的那一刻，你们科学家就不要去研究了，因为那是万物诞生的时刻，那是上帝的事，你们不应该去掺和。霍金当时也在这场会议上发表了演讲，演讲的主题就是无边界宇宙模型， 他听到教皇的话之后，就在心里嘀咕说，看来教皇没有理解我讲的内容吗？因为他提出的无边界宇宙模型就意味着宇宙没有开端，也没有诞生的时刻，所以也没有上帝的位置。霍金，为什么这么说呢？我们来看看他提出的这个 无边接宇宙模型是怎么回事？我们之前在提到起点定理以及宇宙大爆炸模型的时候，一直有一个前提，就是假如广一相对论是正确的，但这个前提其实未必站得住脚，这不是说广一相对论错了，而是说他是一个不完全的理论， 没有跟量子力学结合起来。霍金认为起点定理其实已经证明了广义相对论在大爆炸起点这种极端的情况下，已经不能很好的去描述宇宙了，在这个时候就必须考虑到量子效应。在广义相对论的基础上，宇宙只有两种可能， 要么是存在无限长的时间，要么呢就有一个大爆炸起点这样的开端。但如果把量子力学引进来之后，就会出现一种新的可能，也就是一个有限无界的宇宙。有限无 界的意思就是说宇宙是空，是有限大的，但却是没有边界的，什么意思呢？霍金用地球来做了一个类比，我们的地球就是一个有限大的星球， 我们知道他的直径和大小，但是呢，地球是没有边界和开端的，你在地球上一直走一直走，也不可能找到一个边界，不可能掉到地球外面去。