2018年3月14日，英国物理学家、当代科学界的传奇人物斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。

作为科学工作者，我在这里不打算重复那些经常被传来传去的老生常谈或者以讹传讹，而是希望向公众尽量清楚准确地介绍一下霍金的实际成就。

第一个问题，也是最基础的问题

霍金在科学上的成果有多大？

基本的回答是：霍金是一位卓越的科学家。你如果说他是一位伟大的科学家，我也不会反对。

不过，经常有媒体把他称为爱因斯坦之后最伟大的科学家、当世最伟大的科学家之类，这就说过头了。曾经有人问我：“为什么科学界公认霍金是爱因斯坦之后最伟大的科学家？”我的内心是崩溃的，不禁要反问他：“谁跟你说这是科学界公认的？科学界完全没有这样认为，好不好！”

实际上，从一个明显的指标就可以看出来：霍金连诺贝尔奖都没有得，怎么可能是当世最伟大的科学家呢？

这就引出第二个问题，也是一个经常被问起的问题：

霍金为什么没有得诺贝尔奖？

回答其实很简单：因为他的成果没有达到诺贝尔奖的级别。并不是因为诺贝尔奖委员会有偏见或者搞什么政治，而是因为单纯科学上的原因。

霍金最重要的科研成果是什么？

对于这个问题的回答，就必不可免要讲一些科学术语了。正如霍金在《时间简史》里提到的，每一个公式都会吓跑一半的读者。不过，如果你真的想知道这个问题的答案，我希望你耐心地看下面的解释，我相信你肯定可以从中了解一个基本的图景。

霍金的研究领域主要是宇宙学，这是一门科学，而不是哲学。是的，研究宇宙现在不是哲学家的事，而是科学家的事。人们不再是通过像“两小儿辩日”这样的哲学辩论去思考“宇宙是有限的还是无限的”这种问题了，而是通过观测和理论，去实证地、定量地研究宇宙。

宇宙学里用到的理论，首先是爱因斯坦提出的广义相对论，霍金应用广义相对论做出了许多贡献。后来人们发现，跟广义相对论并列的另外一个基础物理学理论“量子力学”也需要用到，在这方面霍金也有很多贡献，而且更加重要。

霍金的科学成果很多，如果一定要在其中挑一个最突出的，那应该就是“霍金辐射”了。霍金辐射说的是个什么事呢？

我们知道，广义相对论预言了一种天体，叫做“黑洞”。黑洞的质量是如此之大，在它周围的引力是如此之强，以至于连光都跑不出去，其他比光慢的物质自然就更跑不出去了。黑洞外部的物质，倒是有可能被黑洞吸进去。由此可见，黑洞就像传说中的貔貅一样只进不出，可以说是“绝对的黑”。

在日常生活中，大家都经常用生态黑洞、财务黑洞这样的说法，可见黑洞这个概念是多么深入人心了。作为一个现代科学术语，黑洞真是创造了一个传播学上的奇迹。

但是，霍金却提出：黑洞并不是只进不出的，黑洞不是绝对的黑！

他的道理是这样的：传统上对黑洞的研究，都只考虑了广义相对论。但当你加上量子力学的时候，你就会发现，在空间的任何地方，都有许多的粒子和反粒子的对在瞬间产生，又瞬间湮灭。看似真空的东西，其实是暗流汹涌，无数粒子反粒子方生方灭，流动不息。在黑洞的边界上，也是如此。

好，也许现在黑洞把边界上一个瞬间产生的粒子吸进去了。与此同时，原本应该跟那个粒子湮灭的反粒子现在就不会湮灭了，它作为一个持续存在的真实的粒子出现在了世界上。从外界观察者的视角看来，就相当于黑洞发射出了一个反粒子！

按照这个理论，黑洞确实会发出物质。这种效应，就叫做霍金辐射。黑洞并不是必然会长大的，也可能越变越小，最后消失。这对人们的思想观念，确实是个很大的震撼！

你肯定会问第四个问题了：

为什么霍金辐射没有得诺贝尔奖？

回答是：这只是个理论预测，还没有被实验验证。诺贝尔奖的评选非常慎重，一定要选那些经过验证、得到公认的成果。这就是为什么屠呦呦要在发现青蒿素几十年后才得奖，因为要等到青蒿素大规模使用、成为世界首选的抗疟疾特效药之后。即使这么慎重，还不时有发错的，诺贝尔奖委员会也是压力山大。

实际上，不要说霍金辐射这样的对黑洞理论的修正了，就连黑洞本身的存在，还没有直接的实验证据呢！当然，绝大多数科学家都相信黑洞的存在，因为间接的证据已经很多了。这种情况就像引力波，在2015年首次直接探测到引力波以前，大多数科学家早就相信了引力波的存在，因为间接的证据已经很充分了。

即使霍金辐射得到了实验验证，霍金得到了诺贝尔奖，我们还是可以指出：霍金的成果主要是在已有的框架内改进，这固然很好，但比起那些提出新的框架的，还是要低至少一个层次。

哪些人提出了新的框架？例如牛顿，提出牛顿力学。麦克斯韦，提出电磁理论。爱因斯坦，提出狭义和广义相对论。普朗克、海森堡、薛定谔、狄拉克，提出量子力学。杨振宁，提出规范场论。是的，在专业人士看来，杨振宁的科学成就比霍金至少高一个层次。这当然没有任何不敬的意思，只是做一个客观分析，反映一个业内共识。

既然霍金的科学成就并不像很多媒体说的那么伟大，那么他为什么这么出名？

回答是：霍金的崇高名望，一方面固然来自他对科学的卓越贡献，但更多的还是来自其他三个因素。

第一个因素，是他的这个专业领域，宇宙学。虽然大多数人都缺乏宇宙学的专业知识，但几乎所有人都天然地对宇宙学感兴趣，人人都喜欢评论几句。在这方面，只能说有些学科是“自带流量”的，而有些学科就没有这么幸运。例如我的专业，理论与计算化学，大多数人都没听说过这么个学科，公众即使想问问题，也不知道该问什么。

第二个因素，是霍金传奇的病情和身残志坚的精神。霍金得的病，叫做“肌肉萎缩性侧索硬化症”，常被称为“渐冻人症”。2014年流行的活动“冰桶挑战”，初始目的就是提起大家对于渐冻人症的注意。

许多人在第一次见到霍金的时候，虽然早有思想准备，还是被他残疾的程度震惊得说不出话来。霍金的中国学生、《时间简史》的中文翻译者吴忠超就是如此，而霍金对此已经习以为常。

在身体如此极端的禁锢之下，霍金的心灵却是如此的自由，一直关心着整个宇宙的基本问题，这是多么感人的英雄形象！《哈姆雷特》里有一句台词：“即使把我关在一个果壳里，我也会把自己当作一个拥有着无限空间的君王。”这种精神，在霍金身上正得到了充分的体现。事实上，霍金在《时间简史》之后，还写了一部科普著作，就叫做《果壳中的宇宙》。

第三个因素最有意思，是霍金的科普工作。如果说在科研方面，霍金的成就只是卓越，还有许多人在他之上的话，那么在科普方面，他的成就就属于神级了。《时间简史》在全世界的销量以千万计，创造了科普史上的神话。这对全世界的科普作家来说，也是一个巨大的鼓舞。

《时间简史》这本书，究竟怎么样？

回答是：我非常欣赏这部著作，从中学到了很多东西。实际上，虽然霍金已经尽力把这么多深奥的话题写得通俗易懂，但这些东西本身的难度在那里放着。大多数读者看这书，恐怕都无法通顺地从头看到尾。我有一个笑谈：对于大多数读者来说，最值得问的问题大概就是：“你是从哪一章开始看不懂的？”

虽然如此，但最奇妙的就是，即使看不懂，大多数人也还是硬着头皮看下去了，即使不看，也还是买了一本放在书架上。即使是装点门面，但用科学来装点门面，说明读者是知道科学的伟大的。能达到这个效果，科普的作用就已经实现一大半了。正如一句格言所说：伪善，是恶对善最高的致敬！

从写作的角度来分析，霍金的写法是经过精心选择的，达到了准确性和通俗性之间一种难得的平衡，竟然把这样一本非常硬的科普著作写得很有魅力。我国文学家有许多炼字炼句的故事，例如“推敲”，霍金想必也做了很多这样的推敲。这是值得全世界的科普作者细心体会，认真学习的。

《时间简史》当中有一个要点，大概是非专业的读者难以察觉的。最后几章介绍宇宙学的最新进展和霍金自己的工作时，我可以看出，驱动霍金的一个基础性的理念就是他对有神论的极度厌恶。对于有神还是无神这个问题，霍金不像许多科学家那样，认为这个问题不重要，或者只是泛泛而言自己支持无神论者或者支持不可知论，而是非常明确地支持无神论，反对有神论。明确到什么程度呢？他的许多研究，就是以把上帝的观念更加彻底地驱逐出去作为动机的。在这个意义上，霍金不仅是一个无神论者，而且是一个战斗的无神论者，就像历史上的范缜、狄德罗、现在的理查德·道金斯等人一样。

一个典型的例子，就是他晚年的一个重要工作，“无边界的边界条件”，即认为宇宙的边界条件就是“没有边界”。由此就可以自然地解答“大爆炸之前有什么”的问题，因为时空是一个四维的球面，就好比地球的表面，其中没有任何一个点是边界，没有任何一个点是特殊的。大爆炸就好比地球的南极，你觉得它特殊，只不过因为你用的坐标系把它作为最南端而已，其实这完全是人为的。如果你换一套坐标系，你就会发现这个点跟其他点的地位都一样。所以大爆炸之前没有东西，因为大爆炸没有“之前”，就像从南极出发不能再向南走一样。很抱歉，由于篇幅所限，在这里不能对这个问题做更详细的说明，例如“时空”这个词是什么意思。有兴趣的读者，可以参考我的相关文章，例如《听三位诺贝尔奖得主讲引力波》。

霍金近年来经常发表一些离奇的或者不靠谱的说法，是不是他已经变成神棍了？或者被背后的某个集团控制了，成了这些人的傀儡？

那些所谓霍金的不靠谱言论，一大半是媒体胡编乱造的，霍金从来没有说过。这些造谣媒体实在是太卑劣了，这种愚蠢的炒作只能反映这些人知识水平和道德水平的低下。

还有一些确实是霍金说的，即使不见得完全正确，至少也是严肃的发言。有些人不赞同这些发言，这很正常，但认为跟自己意见不一致的就是神棍或者傀儡，这也脑补得太厉害。

对于霍金或者对于任何的著名科学家，都应该既不要神化，也不要丑化，客观冷静地看待就是了。他说的观点，如果你觉得有道理，就参考一下。如果你觉得没道理，不听就是了，何必要脑补一通阴谋论呢？毕竟，一个伟大人物之所以成为伟大人物，不是因为他做错了什么，而是因为他做对了什么。

毫无疑问，霍金已经成为了当代的一位伟大人物。

刘慈欣有一部短篇小说，叫做《朝闻道》，里面就出现了霍金。这部小说说的是，人类建好了一座环绕整个地球的超级加速器，叫做“爱因斯坦赤道”。正要启动这台加速器的时候，一个外星人突然出现来阻止我们。外星人告诉地球人，这部加速器能量太大，可能会导致真空衰变，毁灭整个宇宙，他的任务就是监视全宇宙的智慧生命，排除这种危险。

地球人问：你们是从什么时候开始注意到地球的？

排险者的回答是：37万年前，当有10个原始人仰望星空的时间超过了预警的阈值，对宇宙表现出了充分的好奇的时候。

地球人问：不是说，只有当有能力产生创世能级能量过程的文明出现时，预警系统才会报警吗？

排险者的回答是：当生命意识到宇宙奥秘的存在时，距它最终解开这个奥秘就只有一步之遥了。比如地球生命，用了四十多亿年时间才第一次意识到宇宙奥秘的存在，但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到四十万年时间，而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对字宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石，其后你们所谓的整个人类文明，不过是弯腰去拾它罢了。

刘慈欣在这里讲的道理，发人深思。好奇心是人类的一种天性，而且不可遏止。通过科学这项人类最伟大的事业，即使被禁锢在果壳之内，人也仍然可以享有精神的自由。

帕斯卡的这段名言，正是我们对霍金最恰当的纪念：

“思想形成人的伟大。人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西；但他是一根会思想的苇草。用不着整个宇宙都拿起武器来才能毁灭他；一口气、一滴水就足以致他死命了。然而，纵使宇宙毁灭了他，人却仍然要比致他于死命的东西更高贵得多；因为他知道自己要死亡，以及宇宙对他所具有的优势，而宇宙对此却是一无所知。

因而，我们全部的尊严就在于思想。正是由于它，而不是由于我们所无法填充的空间和时间，我们才必须提高自己。因此，我们要努力好好地思想；这就是道德的原则。”

薛定谔尝试着用一个理想实验来检验量子理论隐含的不确之处。

设想在一个封闭的匣子里，有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时，药瓶被打破，猫将被毒死。按照常识，猫可能死了也可能还活着。量子力学告诉我们，存在一个中间态，猫既不死也不活，直到进行观察看看发生了什么。

薛定谔的猫哥本哈根诠释

哥本哈根诠释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。格利宾在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们，哥本哈根诠释在哪儿失败？以及用什么诠释可以替代它？

格利宾在书中写道：“埃弗莱特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。当我们向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。区别只是在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。”

这个诠释的优点：薛定谔方程始终成立，波函数从不坍缩，由此它简化了基本理论。它的问题：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上，多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”

美国科学家宣布，他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态，也就是量子力学理论中的“薛定谔猫”态。

“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

科学家称，“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义，也有实际应用的潜力。比如，多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件，也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。

薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界，现在量子的奇特性质牵涉到我们的日常生活了，牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。然而对于宏观世界来说，薛定谔的实验理论是不存在的：半衰期是宏观上的概念，而具体到某一个原子，他的衰减期是固定的（即使你无法测量）。所以当这个被选出来的原子放进箱子里的时候，猫能活的时间就已经被确定了。所以说，你“不知道”，不代表它“没有发生”。

所谓的量子理论其实也不一定是真理，微观世界与宏观世界的显著差异客观存在，而作为宏观生物我们难以精确的认识微观，量子理论很多是围绕现象提出假设，而不是数学上的严格证明。假设究竟是对是错没有经过证明我们不得而知，但是只要假设逻辑上自洽，并且能够解释的通一些现象，那就不妨它当作真的。量子物理在对与错中曲折前行，但是我们不能全面肯定也不能全面否定。也许就像相对论推翻了经典力学，量子力学也可能推翻相对论，未来究竟怎样，谁也不清楚。

量子派后来有一个被哄传得很广的论调说

“当我们不观察时，月亮是不存在的”，这稍稍偏离了本意，准确来说，因为月亮也是由不确定的粒子组成的，所以如果我们转过头不去看月亮，那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎，月亮的边缘开始显得模糊而不确定，它逐渐“融化”，变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长很长时间的，不过问题的实质是：要是不观察月亮，它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时，一个确定的，客观的月亮是不存在的。但只要一回头，一轮明月便又高悬空中，似乎什么事也没发生过一样。但其实，量子力学定律将月亮这种巨大质量的物体的波函数限制在很小的区域中，所以即使月亮弥散开去，弥散的程度也不是人眼能看出来的。

究竟是必然还是偶然决定了宇宙的命运？或者说：‘上帝’玩骰子吗？这个是量子力学和相对论最大的争议。量子力学主张：世界是由不确定的、随机的事件决定，这个不确定（后者叫波动）其实就是辩证法主张的矛盾运作；而相对论则认为：世界应该是由固定的、机械的规律统治，任何看似偶然的事件背后，其实都有必然在支撑。

在一套设备里，利用原子衰变来控制扣动一把枪的扳机，我们就可以观测当一个人被打死了（如果衰变-->开枪）或者没有（没有衰变）。他迟早被打死，因为随着原子衰变概率的增加，枪的扳机迟早会扣动。但对当事人本身的角度来说完全不是这样。因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”。永远都会有一个他活在某个世界！如果平行宇宙理论是正确的，那么对于某人来说，他无论如何试图去自杀都不会死！要是他拿刀抹脖子，那么因为组成刀的是一群符合 ，所以总有一个非常非常小的可能性，以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子，从而保持该人不死！当然这个概率极小极小，但按照MWI，一切可能发生的都实际发生了，所以这个现象总会发生在某个宇宙！其实不管换什么方式自杀都一样，跳楼也好，卧轨也好，上吊也好，总存在那么一些宇宙，让他还活着。从该人自身的视角来看，他怎么死都死不掉！当然在其他无穷个宇宙里，他的亲朋好友却要为他哀悼了。这实际上也是薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里，如果原子衰变，猫就被毒死，反之则存活。对此，哥本哈根派的解释：在我们没有观测它之前，猫是“又死又活”的，而观测后猫的波函数发生坍缩，猫要么死要么活。MWI则声称：每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫，只不过它们存在于两个平行的世界中。

这样一来，薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰。只不过是宇宙分裂成了两个，一个有活猫，一个有死猫罢了。对于那个活猫的宇宙，猫是一直活着的，不存在死活叠加的问题。对于死猫的宇宙，猫在分裂的那一刻就实实在在地死了，不要等人们打开箱子才“坍缩”，从而盖棺定论。

从宇宙诞生以来，已经进行过无数次这样的分裂，它的数量以几何级数增长，很快趋于无穷。我们现在处于的这个宇宙只不过是其中的一个，在它之外，还有非常多的其他的宇宙。有些和我们很接近，那是在家谱树上最近刚刚分离出来的，而那些从遥远的古代就同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同。也许在某个宇宙中，小行星并未撞击地球，恐龙仍是世界主宰。在某个宇宙中，埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点，没有叫凯撒和安东尼怦然心动。那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一定会对后来的发展大感兴趣，看看是不是真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中，格鲁希没有在滑铁卢迟到，而希特勒没有在敦刻尔克前下达停止进攻的命令。而在更多的宇宙里，因为物理常数的不适合，根本就没有生命和行星的存在。

似乎这个结论是可以将整个量子力学和相对论联系起来，或者说，是用相对论取代了量子力学。

且慢！仔细考虑一下：每一个电子的跳跃，每一个光子的衍射，我在键盘上敲打的每一个字符，都可以创造一个宇宙？那么，自大爆炸以来，究竟有多少个宇宙被创造出来了？宇宙的数量每秒钟都在以骇人听闻的速度增长？这个理论似乎是要为了解释一个小小的电子的衍射而兴师动众的创造一个庞大的宇宙呀！也没有任何证据能够证明这个理论，这个理论的成本太高了。

量子力学作为20世纪最有突破的科学成就之一，也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好的阐述了这一现状。人们不能接受量子力学是因为它的不确定性。对于传统的物理学来说，只要找到了事物之间相关的联系，就能在每时每刻确定，事物之间相关的物理数据，比如说，物体运行距离等于物体的速度乘以物体运行的时间，只要知道物体的速度，你每时每刻都能计算出物体运行了多远，然而海森堡提出的量子不确定性原理使得你无法预知一个微观粒子未来的状态。正如爱因斯坦所说的：上帝不玩骰子，但是量子力学让我们不得不相信，上帝似乎是玩骰子的。

• 1. ．凤凰网．[引用日期]
• 2. ．凤凰网．[引用日期]
• 3. ．凤凰网．[引用日期]

　　物理学专业是自然学科的基础，大到宇宙，小到细小的粒子。在美国，物理专业是中国留学生最有优势，最容易获得奖学金的学科，因此，每年都会有大批的中国学生赴美深造物理学，不过，在申请前，必须清楚美国物理学的分支，接下来，就随小编来看看美国留学研究生物理学专业分支简介，希望对大家有所帮助：

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　　将宇宙作为一个整体来研究的科学分支统称为宇宙学。对于宇宙学家来说，有关宇宙的构造和历史方面的问题

　　其实就是有关万有引力作用的问题。由于万有引力能相隔很远发生作用，所以它是对宇宙整体性质影响最大的力。我们现有的关于万有引力的最好理论仍是爱因斯坦的“相对论”，因此，大部分宇宙学都在努力探索如何将爱因斯坦的理论应用于整个宇宙。

　　高能物理学又称粒子物理学或基本粒子物理学，它是物理学的一个分支学科，研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质，和在很高的能量下这些物质相互转化的现象，以及产生这些现象的原因和规律。它是一门基础学科，是当代物理学发展的前沿之一。粒子物理学是以实验为基础，而又基于实验和理论密切结合发展的。

　　计算物理是计算机科学、计算数学与物理之间的新兴边缘学科，是公认的与理论物理、实验物理并列的物理学第三大支柱。

　　7.天体物理和天文学

　　天体物理学就是运用物理、数学、化学等方面的理论和方法研究宇宙中天体的起源、演化和死亡。主要包括天体的形态，内部结构，物理状态，化学成 分，相互关系等。一般可以分为两个方面：实测天体物理：天体的观测方法和观测手段，观测结果的处理和分析等;理论天体物理：对观测结果进行物理解释，研究天体目标的物理、化学和运动特性。

　　包括量子光学，非线型光学，高分辨率光谱学等方向。这些领域的突破已经成为激光和光纤通讯产业的重要依托。中科大在这个领域的实力非常强，这个方向也是中国物理申请者主要申请的一个方向之一。

　　应用物理专业突出了物理学在光通信与光信息科学、物理电子学与光电子领域内的应用，以纳米材料和器件、光电子器件，微电子，物理电子学以及电子 技术为主。目前，这个方向在很多大学被合并到EE中去了，有的独自成为一个系，还有的应用物理专业被并入工程和应用科学学院。这个研究方向对于开发新一代 的微电子材料和器件以及量子器件都起着非常重要的作用。

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