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一篇致“全世界所有人”的博士論文,帶你走進年輕霍金的思想世界

昨天,劍橋大學將著名物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的博士論文《膨脹宇宙的屬性》(Properties of Expanding Universe)放在學校的開放獲取機構知識庫上,

任何人都可以免費下載查閱。

論文一經開放就引來了大家的紛紛下載,劍橋大學的網站甚至一度幾近崩潰。對此,霍金說:“每一代人都是站在巨人的肩膀上前行,正如當我還只是劍橋的一名年輕博士生時,受到牛頓、麥克斯韋和愛因斯坦的啟發一樣。聽到有這麼多人對我的論文表現出興趣真的很棒,希望最終看到它時不會覺得失望。

這篇論文提交於1966年,那時的霍金還只是劍橋的一個鮮有人知的年輕博士。24歲的他已經開始遭受運動神經元病症的折磨,這是一種終將使他全身癱瘓的疾病。但那時他仍然可以握筆寫字,除了論文開頭的聲明是用手寫的,

文中的公式也全部都是手寫。

翻看這篇論文的感覺很奇妙,因為它與現代博士論文在整體風格有些不同,除了公式和符號幾乎都要靠手寫之外,我們還能看見像下圖顯示的那種被大段劃掉的內容,也是相當率真了。

論文長度為119頁,正文內容只有四個章節,分別是:

霍伊爾-納裡卡的引力理論(The Hoyle-Narlikar Theory of Gravitation)

微擾(Perturbations)

膨脹宇宙中的引力輻射(Gravitational radiation in an expanding Universe)

奇點(Singularities)

在第一章裡,霍金描述了宇宙的膨脹對適用於穩恒態宇宙模型的霍伊爾-納裡卡的引力理論造成的問題。第二章則討論了在均勻且各向同性的膨脹宇宙中的微擾(一個大品質天體在運動時,

受到一個以上的天體的吸引或其他影響,導致運動軌道發生偏差),得到的結論是星系不能由初始微小的微擾的增長而形成,並研究了在這種情況下,引力輻射的傳播和吸收是怎樣的。在第三章中,霍金使用漸進展開的數學方法來研究膨脹宇宙中的引力輻射。在論文的最後一章中,霍金探討了了奇點在宇宙模型中的產生,他認為在滿足一些普通條件的情況下,
奇點的產生就能是無法避免的。

剛要打開這篇論文時,我不禁有些小激動。作為世界上最負盛名的物理學家,大多數人其實對他的科學貢獻並不是很瞭解。由於他較高的曝光率,許多人只當他是一位身殘志堅的醫學奇跡加高智商科學家而已,並時常會有“學術貢獻比不上聲望”的評價。但事實真的如此嗎?

霍金於1942年出生於牛津,在牛津完成本科物理的學習後,才去往劍橋大學攻讀宇宙學博士學位,在劍橋,他優秀的學術水準吸引了眾多關注,但與此同時不幸的是,他被診斷為患有運動神經元疾病,那時人們認為只有剩下不到兩年的壽命。他的博士論文借鑒了羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)的定理,一個用於描述存在於黑洞中心的“時空奇點”理論,並將這個理論更進一步的運用到對整個宇宙的思考上。這一成果讓他順利地拿到了博士學位,並且獲得了劍橋大學的亞當斯獎(Adams Prize)。

結束博士生涯的學習後,霍金繼續留在劍橋,先後在劍橋大學的天文系和數學系從事研究工作。霍金繼續與彭羅斯合作來進一步發展他的奇點理論,認為宇宙的起源或許源自於一個奇點。他們的研究結果表明,根據愛因斯坦的相對論,我們的時空可能從奇點大爆炸開始,而以黑洞的形式結束。這些結果預示了廣義相對論與量子理論統一的重要性,而霍金發現,這種統一會帶來的其中之一個結果就是:黑洞並不黑,而是會發射輻射——霍金輻射——直至最終消失殆盡。這一理論在當時產生了極大的爭議,但現已被廣泛接受,它標誌著的是物理學的一大突破。

霍金卓越的科學生涯成就還不只這些,他有18篇學術論文被引用次數超過500次,其中包括著名的《黑洞機制的四大定律》(The Four Laws of Black Hole Mechanics)、《黑洞和熱力學》(Black hole and thermodynamics)和《宇宙的波函數》(Wave function of Universe)等等影響深遠的學術論文。除此以外,霍金積極參與了許多優秀科普書籍的創作,例如最有名的《時間簡史》(A Brief History of Time)和《果殼中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)等等。

霍金無疑是偉大的,他不僅有眾多響噹噹的學術貢獻,還為科學的傳播與普及不斷地付出努力。他認為科學是一件可以被所有人理解的事,而不僅僅屬於專業從事科學工作的人,這種態度值得我們每一個人去尊敬。霍金說:“通過開放我的博士論文,我希望能激勵世界各地的人,都能抬頭去仰望星空、而不只是低頭注意自己的腳下,希望我們能更多地去思考我們在宇宙中的位置,並試著去理解宇宙。因此不僅僅只是我的論文,世界上任何地方的任何人,都應該享有不受阻礙的接觸人類思想瑰寶的自由。”

霍金博士論文連結:http://schema.lib.cam.ac.uk/PR-PHD-05437_CUDL2017-reduced.pdf?nsukey=n%2B2RBNHzcZ3TzXC9LoAaPYRqCjeX8XspOTjEE2XZnoHBtIGKgFjZLLwZHJHyMUPw5a8p6FPStCPQ8MPZMwKTYzuKz%2BxD3vsYfirDtDM9vRTOEI7iN0sBl0Zs3D5PxO4kqzT%2FlPi4ZrzHN1Xf4ryJZ6Negle3gIVm7wB1dNmT76J73Wgm3k8nCuGFtLZugUpv

參考連結:

[1] http://www.cam.ac.uk/research/news/step-inside-the-mind-of-the-young-stephen-hawking-as-his-phd-thesis-goes-online-for-first-time

[2] http://uk.businessinsider.com/stephen-hawkings-phd-thesis-published-2017-10?r=US&IR=T

[3] http://inspirehep.net/search?p=author%3AS.W.Hawking.1%20AND%20collection%3Aciteable%20AND%20cited%3A500-%3E1000000

[4] http://www.hawking.org.uk/about-stephen.html

並時常會有“學術貢獻比不上聲望”的評價。但事實真的如此嗎?

霍金於1942年出生於牛津,在牛津完成本科物理的學習後,才去往劍橋大學攻讀宇宙學博士學位,在劍橋,他優秀的學術水準吸引了眾多關注,但與此同時不幸的是,他被診斷為患有運動神經元疾病,那時人們認為只有剩下不到兩年的壽命。他的博士論文借鑒了羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)的定理,一個用於描述存在於黑洞中心的“時空奇點”理論,並將這個理論更進一步的運用到對整個宇宙的思考上。這一成果讓他順利地拿到了博士學位,並且獲得了劍橋大學的亞當斯獎(Adams Prize)。

結束博士生涯的學習後,霍金繼續留在劍橋,先後在劍橋大學的天文系和數學系從事研究工作。霍金繼續與彭羅斯合作來進一步發展他的奇點理論,認為宇宙的起源或許源自於一個奇點。他們的研究結果表明,根據愛因斯坦的相對論,我們的時空可能從奇點大爆炸開始,而以黑洞的形式結束。這些結果預示了廣義相對論與量子理論統一的重要性,而霍金發現,這種統一會帶來的其中之一個結果就是:黑洞並不黑,而是會發射輻射——霍金輻射——直至最終消失殆盡。這一理論在當時產生了極大的爭議,但現已被廣泛接受,它標誌著的是物理學的一大突破。

霍金卓越的科學生涯成就還不只這些,他有18篇學術論文被引用次數超過500次,其中包括著名的《黑洞機制的四大定律》(The Four Laws of Black Hole Mechanics)、《黑洞和熱力學》(Black hole and thermodynamics)和《宇宙的波函數》(Wave function of Universe)等等影響深遠的學術論文。除此以外,霍金積極參與了許多優秀科普書籍的創作,例如最有名的《時間簡史》(A Brief History of Time)和《果殼中的宇宙》(The Universe in a Nutshell)等等。

霍金無疑是偉大的,他不僅有眾多響噹噹的學術貢獻,還為科學的傳播與普及不斷地付出努力。他認為科學是一件可以被所有人理解的事,而不僅僅屬於專業從事科學工作的人,這種態度值得我們每一個人去尊敬。霍金說:“通過開放我的博士論文,我希望能激勵世界各地的人,都能抬頭去仰望星空、而不只是低頭注意自己的腳下,希望我們能更多地去思考我們在宇宙中的位置,並試著去理解宇宙。因此不僅僅只是我的論文,世界上任何地方的任何人,都應該享有不受阻礙的接觸人類思想瑰寶的自由。”

霍金博士論文連結:http://schema.lib.cam.ac.uk/PR-PHD-05437_CUDL2017-reduced.pdf?nsukey=n%2B2RBNHzcZ3TzXC9LoAaPYRqCjeX8XspOTjEE2XZnoHBtIGKgFjZLLwZHJHyMUPw5a8p6FPStCPQ8MPZMwKTYzuKz%2BxD3vsYfirDtDM9vRTOEI7iN0sBl0Zs3D5PxO4kqzT%2FlPi4ZrzHN1Xf4ryJZ6Negle3gIVm7wB1dNmT76J73Wgm3k8nCuGFtLZugUpv

參考連結:

[1] http://www.cam.ac.uk/research/news/step-inside-the-mind-of-the-young-stephen-hawking-as-his-phd-thesis-goes-online-for-first-time

[2] http://uk.businessinsider.com/stephen-hawkings-phd-thesis-published-2017-10?r=US&IR=T

[3] http://inspirehep.net/search?p=author%3AS.W.Hawking.1%20AND%20collection%3Aciteable%20AND%20cited%3A500-%3E1000000

[4] http://www.hawking.org.uk/about-stephen.html