纪念史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking):霍金的求学生涯

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中小学时期

霍金启蒙于海格特的拜伦贵族学校,然而,霍金并没有在这所学校里学会如何阅读,他归咎于这学校提倡使用的“进步教学法”。

举家搬到圣奥尔本斯后,年仅8岁霍金转学到圣奥尔本斯女子中学。这学校的校名很奇怪,虽然是女子中学,但是它招收了很多低于中学年龄的学生,它的麦可堂会还可以招收男性学生。读了几个月以后,他又转学到拉德雷特公校读了一年书,获得很好的成绩,让他足以进入精英学校圣奥尔本斯公校。刚进入新学校,他的成绩很差,第一年排名倒数第三。渐渐地,他开始展露出他的才智,同学们称他为“爱因斯坦”,觉得他似乎才智出众,他自己也开始对科学发生兴趣,想要成为科学家。霍金一家很重视教育,在他13岁那年,他的父亲要他申请西敏公学,但是霍金在奖学金考试之日染病,无法参加考试。那所学校学费昂贵,因为无法参加奖学金考试,霍金只好仍旧留在圣奥尔本斯公校。

不能就读西敏公学对于霍金而言或许益处良多,霍金在圣奥尔本斯公校有很多从小就在一起成长的挚友,他们共同分享对方的嗜好,比赛图版游戏。制造爆竹、模型飞机、模型船艇,互相切磋学问。霍金15岁时学习到宇宙正在膨胀,他那时感觉非常惊讶,他认为这概念不正确。静态宇宙似乎那么合乎自然,永远持续地存在;而膨胀宇宙会随着时间流易而扩张,最后形同真空,这状况实在令人难以想像。

在数学老师迪克岚‧挞塔的指导下,他利用时钟零件、旧电话交换机与其它回收零件,和老师一起制成了一个简单电脑。由于老师的鼓励,他决定他要研究“数学,更多的数学,还有物理”。霍金的父亲忧虑数学系学生毕业后很难找到工作,建议霍金主修医学,他要霍金去他的母校牛津大学就读。在那时,牛津大学不让学生主修数学,霍金因此决定主修物理与化学。由于他在入学考试的物理部分几乎获得满分,面试也进行的很顺利,他获准在牛津大学主修物理,并且得到奖学金。

大学时期

霍金于1959年进入牛津大学的大学学院就读,也是他父亲读大学时的学院。他那时年仅17岁,比大多数其它学生都年轻。最初18个月,他觉得无聊与寂寞,学校功课“简单到令人发笑的程度”。物理导师罗柏特‧柏尔曼后来称赞霍金是他所教导的学生中最具有聪明才智的一位,“他只需要知道某个问题有答案,不需要查看其他人怎样解答,他都可以给出答案”。

在大二与大三两年,霍金的态度有很大的改变,他变得很活泼,很受欢迎,同学们都知道他很幽默风趣,他很喜欢聆听经典音乐与阅读科幻小说。霍金努力培养自己与同学之间的关系,如果有人不知道他在物理方面能力,他绝不会想要让这人知道。促成这改变的主要因素是他参加了划艇会,成为一支划艇队的舵手。教练注意到霍金具有冒险犯难的精神,他喜欢带领队友航行危险便捷的路线,因此时常导致快艇遭到损坏。

在牛津大学主修物理需要念完三年课程,在这期间没有任何考试,只有在最后有个毕业考,必须通过毕业考,才可获得学士学位。霍金估算他大约平均每天读书一小时,在牛津的三年间一共读书一千小时。这样懒散的读书习惯的确让人怀疑他怎能通过毕业考的严格挑战。

霍金完全明白自己的状况,由于毕业考不需要每一个问题都给出答案,他计划只回答理论物理学问题,而忽略那些需要实际知识的问题。那时期,在理论物理学里,有两个尖端研究领域,一个是宇宙学,另一个是粒子物理学。霍金觉得宇宙学比较具有挑战性,涉及到很多深邃奥妙的大问题,例如,宇宙是从哪里来的?那时在英国最具盛名的宇宙学者是剑桥大学教授弗雷德·霍伊尔,而牛津大学没有任何教授专注于宇宙学。霍金很想跟霍伊尔学习,他申请并且获准毕业后在剑桥大学研究院读宇宙学,唯一条件是他必须以第一级荣誉的成绩毕业。在毕业考的前一晚,霍金异常紧张,辗转难眠。考试后,他的成绩只在第一级荣誉与第二级荣誉之间的边界,因此,还必须加考口试。霍金担心自己被视为很懒惰与难教的学生,在考口试时,考试官询问他的未来计划,他巧妙回答,“假若您奖励我第一级荣誉,我会进入剑桥深造,假若我获得第二级荣誉,则我会留在牛津,因此我认为您会给我第一级荣誉。”他如愿得到了第一级荣誉学士学位。柏尔曼表意,那些考试官拥有足够智慧,他们知道询问的对象比他们聪明很多。1962年10月,他开始在剑桥大学三一学堂的研究生学业。

研究院时期

霍金在剑桥大学的第一年遇到了很多困难。

他的指导老师被指派为丹尼斯·夏玛。虽然夏玛对学生很热诚,也乐意花时间与学生讨论,把学生的需要放在优先位置,但是他在那时只是讲师,在学术界名气不高,而霍金很想成为霍伊尔的学生,因此他最初觉得很失望。此外,他还发觉自己的数学学识水平难以应付广义相对论与宇宙学里的计算。

更严重的是,他的健康出现状况,医生诊断他患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症。霍金的情绪因此变得很抑郁,虽然医生建议他继续学业,他觉得继续攻读博士已不具任何意义。但由于病情的恶化逐渐趋缓,虽然他走路时需要倚靠拐杖,他的讲话也几乎难以听懂,但是先前医生对于他只能再活两年的预测被证实并不正确,完全失去运动能力似乎离他尚远。在指导教授夏玛的鼓励下,他重拾先前已放弃的学业。对于霍金,生命是那么的珍贵,还有很多有意思的事值得完成。

在那时期,关于宇宙初始有两种主流理论,大爆炸理论与稳恒态理论。

60年代,稳恒态理论的预测被发现与天文观测结果不符合,例如,通过数算分布于宇宙的无线电波源,无线电天文学大师马丁·赖尔于1962年发现,宇宙似乎不像稳恒态理论所预测的那么均匀。为此,霍伊尔与他的学生必须修改稳恒态理论来弥补差别。

霍金察觉他们的结果有瑕疵,因此发表论文修正他们的论述。霍金觉得稳恒态理论的未来可能相当坎坷,于是他开始投身研究大爆炸理论。果真,贝尔实验室的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊于1965年测量到宇宙背景辐射,彻底摧毁了稳恒态理论。

罗杰·彭罗斯于1965年提出理论阐明,假设恒星在生命末期坍缩成黑洞,则不论恒星原本状况为何,不论它怎样坍缩,它会在黑洞中心坍缩成一个密度无穷大、曲率无穷大的时空奇点。霍金从这最早的奇性定理得到启发,将同样的想法应用于整个宇宙,并且逆转时间方向,设想从一个密度无穷大、曲率无穷大的时空奇点向外爆炸,会发生什么样的状况,他撰写的博士论文《宇宙膨胀的性质》研讨的就是这论题。同年,他获得了冈维尔与凯斯学院研究生奖学金。

隔年,他被授予博士学位。霍金发表的论文《奇点与时空几何》与彭罗斯的论文共同赢得了那年的亚当斯奖。夏玛骄傲地表示,霍金的学术成果堪与艾萨克·牛顿相提并论。


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