《走进霍金的宇宙世界》系列专辑

斯蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 是国际著名数学家、理论物理学家,英国剑桥大学应用数学和理论物理系终身教授。这位生于1942年的当代享有盛誉的杰出学者,被称为在世的最伟大的科学家之一。[attach]1783[/attach]霍金先后毕业于牛津大学和剑桥大学三一学院,并获剑桥大学哲学博士学位。在大学学习后期,开始患“肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症”(简称ALS,运动神经元疾病),半身不遂。他克服身患残疾的种种困难,于1965年进入剑桥大学冈维尔和凯厄斯学院任研究员。这个时期,他在研究宇宙起源问题上,创立了宇宙之始是“无限密度的一点”的著名理论。1969年任冈维尔和凯厄斯学院科学杰出成就研究员。

1972年后在剑桥大学天文研究所、应用数学和理论物理学部进行研究工作,1975年任重力物理学高级讲师,1977年任教授,1979年任卢卡斯讲座数学教授。其间,1974年当选为皇家学会最年轻的会员。
霍金的成名始于对黑洞的研究成果。他在统一20世纪物理学的两大基础理论--爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。他的不朽名著《时间简史:从大爆炸到黑洞》,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿。他于1978年和1988年先后获得物理学界两项大奖,即阿尔伯特·爱因斯坦奖和沃尔夫奖。1989年霍金获英国爵士荣誉称号,他还是英国皇家学会会员和美国科学院外籍院士。
1985年霍金丧失语言能力,表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。

他用仅能活动的几个手指操纵一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句,然后通过电脑播放声音,通常制造一个句子要5、6分钟,为了合成一个小时的录音演讲要准备10天。
著有《空间-时间的大比例结构》(1973,合著)、《广义相对论:爱因斯坦百年评论》(1979,合编)、《超空间和超重力》(1981,合编)、《宇宙之始》(1983,合编)、《时间简史》(1988年)、《果壳中的宇宙》、《霍金讲演录》、《乔治开启宇宙的秘密钥匙》等。
1990年与结婚25年之久的妻子简·怀尔德离婚。1995年9月16日,霍金与他的护士伊莱恩·梅森结婚。

霍金有三个孩子。
1985年5月应邀访问中国。2002年8月来华出席国际数学家大会。2006年6月15日,霍金在香港科技大学主持以“宇宙的起源”为题的公开讲座。6月19日,霍金在北京人民大会堂参加2006年国际弦理论大会开幕式并作学术报告。
2009年8月,霍金获得代表美国平民最高荣誉的总统自由勋章。
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[tudou]123724355$《走进霍金的宇宙世界》第1集:探索外星生命#123724353$《走进霍金的宇宙世界》第2集:时间旅行#123724354$《走进霍金的宇宙世界》第3集:揭开万物之迷(上)#123725276$《走进霍金的宇宙世界》第4集:揭开万物之迷(下)[/tudou]
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The story of everything —— 揭开万物之谜
霍金要解说的是:我们——人类,生命,宇宙——从何而来?为何在此?往何处去?
这是一个古老的问题。

霍金说人类正接近回答这古老的问题:
宇宙的起源:如果爱因斯坦的广义相对论和普朗克的量子论相合并,就可能预言宇宙是如何起始的。宇宙产生于大爆炸,它以不断增大的速率膨胀。

这两个理论的结合预言,在这个称作暴胀的时期,微小的起伏会发展,导致星系、恒星以及宇宙中所有其它结构的形成。
宇宙的未来:我们观察到,宇宙的膨胀在长期的变缓之后,再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解,对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗?或者宇宙最终会再次坍缩吗?
以下是对这部记录片中的有关内容整理并勘误后的一个复述。
不过,有几处没有听清或是觉得有疑问,就空那儿了。
宇宙形成于混沌之中。宇宙存在了137亿年之久,将继续存在280亿年。
宇宙大爆炸
137亿年前,宇宙中所有事物都汇集在一个点(奇点?一个单独的无维度的点,即一个无所谓时间和空间的概念、包含了宇宙全部事物质的奇点),一个“无限密度的一点”,聚集了强大的能量。

在一片黑暗中——之所以黑暗因为那时光还不存在——发生了宇宙大爆炸。
宇宙急剧膨胀,体积越来越大,100秒便达到了现在太阳系那么大。同时,能量冷却,形成了物质即亚原子微粒,一部分的亚原子微粒后来成为了构成人类的基础。
万有引力在大爆炸中产生。所有事物因万有引力聚集在一起。亚原子微粒和反物质(?反物质,没听清反物质从何来)相遇,互相破坏,并产生能量。物质在数量上胜于反物质,一部分亚原子微粒存活了下来,成为构成我们今天的宇宙的基础。所有的一切都是由原子拼凑而成的。
宇宙在形成的数十分钟内,直径就达到了数千光年(1光年=近似10万亿公里)。

这时宇宙只是一块气体,几乎均匀地散布在太空中。接下来的二千多万年中,万有引力把这些气体汇聚在一起,创造出最原始的结构,而繁衍出世间万物。
确切地说,是宇宙的不规则、不完美和一些无序性导致了进一步发展的可能。若是宇宙只是一些均匀分布的气体,那可能什么都不会发生了。但宇宙中没有任何事物是完美的,早期宇宙存在细微的不均衡,有一部分气体比其它部分要稀薄很多,另有一些部分气体密度很大互相,万有引力把它们聚集在一起,就在这些密度大的区域形成了恒星和星系。至此,宇宙向今天的美景迈进了第一步。
恒星产生
135亿年前,宇宙里几乎被氢气占据。

万有引力作用下,氢气聚集,气体中的原子相互碰撞,温度升高,当氢气温度达到1000万摄氏度时,原子剧烈的碰撞,导致核聚变,氢原子融合成为氦(CCTV9在这里似乎把“氦”误译成了“氮”),一些物质转变成了纯粹的能量(?纯粹的能量,不懂),第一颗恒星产生了,这是一颗深蓝色的星球,其它恒星也相继产生,为宇宙带来光和热。
恒星爆炸和超新星
恒星的发展过程中,氢聚变成氦,氦位于恒星中央,后来还产生了碳,也位于恒星中央,诸如此类,中心元素重。直到产生铁元素,这时不再产生能量,恒星的核心不断被压缩,温度升高,最终导致恒星爆炸,这就是超新星。
一颗恒星的终结意味着新事物的开始。

仅仅数秒种,一股重大冲击波穿过恒星,迫使部分铁融合成更重的元素,金铂铅就是在爆炸内核中产生的。
星系,银河系
宇宙大爆炸发生3000万年后,早期恒星便开始在万有引力作用下组成星系。星系有各种形状和大小。
银河系是其中之一,产生于137亿年前,直径约为10万光年。
银河系的中央有黑洞。一颗比太阳系大20倍的恒星终结之时,便是黑洞产生之时,因为这样的恒星和太阳不同,它极不稳定,它急剧收缩、密度变大、温度升高,温度能达到1000亿(?有资料说100亿)摄氏度,内部塌缩,形成引力井,产生黑洞。黑洞其实不黑,它有辐射。黑洞越小,辐射越大。很多星系围绕这样的黑洞旋转。
星云,太阳系和地球
恒星存在时生成的物质和消亡时产生的重金属,以云状向外扩散,这就是星云。

太阳系产生于60亿年前一颗恒星的爆炸。一团巨大的星云,中央氢气团的压力和温度达到了原子能融合的温度,发生了爆炸,这颗老恒星的终结产生了星云。我们的星云,是一个巨大的元素工厂,含有氢、氦、氧、碳、氮、铁、硅,以及其它元素。
太阳风,是一种具有辐射性的能量,把星云里的气体和尘埃吹到太阳系边缘。
之后一亿年,在1.49亿公里之外,地球,一个由星际碎片构成的庞大球体,在万有引力作用下,聚合成一个岩态行星。
太阳直径有一万九千 ,足够燃烧很长一段时间,让下一步的发展成为可能。
生命的起源
生命是奇特的。

生命如何起源?生命的起源纯属一种巧合,粒子的碰撞、可以复制的 、进化。宇宙中到处存在着生命。
?45亿年之后,人类登场了。
有人认为,生命产生不是巧合,是有什么力量在操纵。确实,表面看来,生命的出现决不是巧合,需要具备以下条件:
1 地球距离太阳的位置适中—地球表面能够有液态水;
2 太阳的体积使其自身能够持续燃烧数十亿年时间—地球上的生命有足够时间来进化;
3太阳系拥有生命所需的足够元素,这些元素一般只有在年老恒星消亡后才能够出现,同时,这些年老恒星只有早期原始气体出现些微不平衡下才得以存在,要知道,这种原始恒星来自大爆炸遗留粒子出现不平衡的几率只有十亿分之一。

有些宇宙也发生了大爆炸,但没有产生重力,氢不能与其它元素聚合。
地球上的生命只是宇宙众多产物之一,是一种简单而又古老的自然规律的产物。
人类面临的挑战
在浩瀚无垠的宇宙中,人类只是沧海一粟。
我们赖以为生存的蓝色地球,不可能永远都是人类的庇护所。
风险来自于:
1 大陆漂移。大陆在漂移,7500万年后,大陆将聚集在南极。
2小行星撞击地球。太阳系内遍布数十亿颗小行星,小行星有可能撞击地球,例如2004年发现的阿波菲斯,直径有100层摩天大楼那么长,是子弹飞行速度的十倍多,预计它将于2029年4月13日在三万七千公里高度(低于人造卫星飞行高度)与地球擦肩而过。

人们现在猜测6500万年前,恐龙的灭绝,可能就是由于小行星撞击地球。
3自我毁灭。过去一万年,人类主宰了地球。人类高估了自己的智慧。智慧对于一个物种的延续,不一定是件好事,例如没有智慧的细菌已经存在了三十多亿年。智慧引领科技进步,但人类走向灭亡也可能来自于科技发展,例如核武器的使用。
4其它强大事物。诸如,恒星的出现和消亡,超新星爆发,伽马射线暴。例如,4.5亿年前,一半生命消失,一种解释就是伽马射线暴。
人类可能的出路
人类必须探索地球以外的宇宙世界。
出路可能是:
1 月球。阿波罗11号的发射,人类第一次离开了地球。

2火星。人们已经发射了火星探测器。火星的问题是:火星距离太阳远——寒冷,且气温波动大;火星只有地球一半大,引力只有地球上38%——低重力环境——人变得虚弱;大气层稀薄,气压低;没有磁场,也没有臭氧层——直接暴露于各种有害射线中——人类或许只能呆在地下。
3类地行星。例如,葛利斯581d行星,2007年发现的,是目前发现的距地球最近的类地行星。它的质量是地球八倍,围绕一颗比太阳稍小但更耀眼的恒星运转,它距离恒星的距离使得它可能有液态水。问题是;距离地球太远,20光年(近似200万亿公里,?CCTV9说20万亿公里)。1977年发射的旅行者1号天空探测器,现在的速度达到了每秒18公里,那么它到达葛利斯581d行星需要三十五万年。

因此,要使人类永恒存在,人类必须开发新技术,找到长距离飞行的方法。其实,技术不是问题,关键是资金,因为这种项目投资巨大,并且没有回报。还有一个问题,即使探测器速度快上1000倍,达到每秒18000公里(?CCTV9说1800公里),到达最近的星系也需要73年时间,人类的寿命就成了一个问题。接下来的1000年,借助各种技术,人体体能将得到很大发展,比如基因工程改造人的皮肤和呼吸系统使得人类能够暴露于辐射中或者在有毒气体中存活,或者利用DNA重组来人工制造复杂生命体去完成远距离飞行任务。人类在未来有可能移居到银河系其它星球上。
宇宙的未来
宇宙为什么会存在?宇宙是否会终结?如何终结?何时终结?
137亿岁高龄的宇宙,其实还很年轻,它要近300亿年后才会消亡。

在太阳消亡以后,新恒星的行星上有可能有构成人类的物质。或者,人类在消亡之后,成为构成某个外星星系的物质。即使这种可能性很小。
事实上,由各种粒子构成的人类,只不过是这些粒子的临时产物。它还将继续在浩瀚无垠的宇宙中,构成其它形态的生命体。
万有引力还存在并工作,不知疲倦地塑造着众多庞大的星系团。
30亿年后,银河系将和仙女系碰撞,这个过程会持续20亿年,它们会重组。
自宇宙大爆炸以来,万有引力就主宰着宇宙的运作。
这些携带着质量、能量、空间和时间的宇宙旋涡,能不能持续下去?宇宙开始于大爆炸,从开始到终结的过程中,万有引力使物质聚集,同时,存在一种暗能量,又称暗物质,使得物质分开。
如果暗能量减弱,引力起主要作用,则物质聚集在一起,形成黑洞,最终成为一个点,宇宙空间向内坍塌,宇宙倒退回到最初。这就是宇宙大收缩理论。
如果暗能量膨胀,引力弱于暗能量,则物质分散开来,温度越来越低,这就是宇宙大冷却。
霍金认为宇宙的未来是宇宙大冷却。