一、霍金在人类历史上最大的贡献
用一句话来概括就是“他努力地完成了爱因斯坦未竟的事业”，就是霍金是爱因斯坦理论的真正的继承者。
“如今，狭义相对论被应用于物理学的许多领域，但是只有在有限的情景下，我们才需要使用广义相对论来解释。”
爱因斯坦当年提出广义相对论的时候，很多人就告诉他这个东西没有用。
因为大部分的人根本就看不懂，也不知道该怎么用它。
其中最重要的两个情景是关于黑洞和宇宙的起源。
几十年来，这些理论似乎都遥不可及，根本无法进行实验来验证。
在爱因斯坦1915年发表广义相对论论文以后的半个世纪里，这些观点基本上都无人问津，广义相对论被淹没在科学的死水里。
霍金的第一部著作是一部与他人合著的专业书，题为《时空的大尺度结构》，主要是关于弯曲空间以及描述它的数学的。
黑洞和早期宇宙这些内容都令史蒂芬着迷，于是他把有关的物理学作为自己的主要研究领域。
他早期的工作对其他一些研究者产生了巨大的影响，并引领了沉睡的广义相对论的复兴。
他后来的发现涉及相对论和量子理论之间的相互作用，这些发现帮助创立了量子引力这一研究领域。
相当于是霍金继承了广义相对论，并且把广义相对论和量子力学相结合，产生了量子引力这么一个新的研究范畴，这就是霍金对于人类最大的贡献。
二、霍金的疾病
霍金是怎么说话的呢？
是通过他的面部肌肉，操纵那个电脑屏幕上的鼠标来选字母，一个字母、一个字母地选，选出来拼成一个词，那个电脑有一个发声器，就会把那个词说出来。
我们普通人都会同情这样一个残疾人，但是当作者跟霍金一起工作了这么多年以后，他发现，根本不需要同情霍金。
因为霍金非常伟大，他的头脑中所蕴含的力量是我们普通人根本无法企及的，他的疾病全部出在肌肉上，大脑没有任何问题。
有一次，有个医院用他的肌肉做了一个组织切片，然后去做测试，综合诊断，才给他确诊为ALS（学术名称叫作肌萎缩侧索硬化症）。
霍金有一次讲过：“我觉得自己像是悲剧中的角色。”
那是1963年初，史蒂芬·霍金刚满21岁。
ALS一旦发作（通常在下肢开始），就会逐渐扩散，直到影响全身。
它会破坏运动神经元，并最终致人死亡。
运动神经元从大脑延伸到脊髓，从脊髓延伸到全身的肌肉。
运动神经元一旦死亡，大脑就丧失了启动和控制肌肉运动的能力。
只有随意肌的活动会受到这种病症的影响。
心脏没有受到影响，因为心脏不是随意肌，但是肌肉（骨骼肌，诸如腿、胳膊上的肌肉），属于随意肌。
在史蒂芬身上，他的病是从腿上开始的，然后逐渐往上蔓延。
当他的大腿失去控制时，就无法站立了。
而在失去了对躯干肌肉的控制之后，就不能在没有支撑的情况下坐着了，他坐都坐不了了。
当病扩散到他的胸部时，呼吸也开始变得困难。
1985年，他40多岁，此时已经患病20年，不得不做气管造口手术，这样一来，他就没法说话了。
如果不把气管切开，他就没法呼吸。
但把气管一切开，他就没法说话。
所以，史蒂芬后来丧失了说话的能力。
他的大脑仍运转良好，但承载大脑的身体却不能动了。
绝大多数ALS患者会在确诊后2到5年内死亡。
每20个病例中才有一个能活20年或更长时间，史蒂芬则带病活了50年。
然而当他第一次被确诊时，他认为自己过不了多久就会死去。
他有一年多的时间都在经历激烈的情感斗争。
他觉得自己21岁竟然得了这么一个不治之症，所以他终日把自己关在房间里边，听瓦格纳的音乐，因为瓦格纳的音乐能够给他带来力量。
史蒂芬经历了大约一年的激烈情感斗争，才重新接受并把握自己的命运。
在定义他自己的不断膨胀的宇宙时，虽然身在其中的他无法活动，但疾病放大了他能做的脑力活动的价值。
他所面临的选择是，要么在精神和身体上都消沉下去，要么找到一个他仍能发挥作用的精神世界。
有的人，如果陷入他这样的情形，可能会寻求宗教的慰藉，但史蒂芬却投身到了物理学之中。
他决定完成自己的博士学位，而且令他惊讶的是，他发现自己喜欢做这件事。
他以前不是个优秀的学生，他的物理学甚至学得不那么好，差点被剑桥大学退学了。
但是当他知道自己大概只有5年的寿命能活的时候，他决定好好做个物理学家。
然后他开始对物理学进行深入的思考，抓紧一切时间努力研究问题。
所以，霍金有一次跟别人讲过，说正是因为得了这个疾病，才让他在物理学上有了更伟大的成就。
否则的话，他跟一个普通的剑桥毕业生一样，可能就是找一份工作就去做了，他之前没觉得研究物理学是一件如此有意思的事情。
所以，他正确地看待了自己的疾病。
三、当他喜欢上了物理学以后，他跟别人讲：“我之前的大脑在休眠。”
他以前在牛津的那段生活，虽然也在学物理学，但他根本就没动脑子，之前他的大脑在休眠。
如果没有好好地使用大脑，可能是因为你没有遇到这样紧迫的状况。
当看到史蒂芬·霍金的样子，我们就要问问自己：“我有没有意识到自己的潜力？”
四、万物至理：基础物理研究者的目标是找到不存在例外情形的理论。
就是找到一个能够解释万物的理论，不存在例外的情形。
但是如果一个曾经被公认为具有基本属性的理论被发现有缺陷，比如牛顿的引力说，解释了整个世界，我们觉得这是一个公理性的、很厉害的东西。
但是到了宇宙这个尺度的时候，我们会发现这个引力说不对了。
如果这个宇宙按照牛顿的那个方程，也有引力的话，那么宇宙里的物质应该是都吸在一块儿，变成一大团，但实际上宇宙并不是这个样子。
当理论物理学家们发现理论有缺陷的时候，理论物理学家们的反应不是悲伤难过，而是感到莫名兴奋。
他们会马上着手寻找下一个理论，这个理论应该能够解释前一个理论所能解释的一切，同时又能通过旧理论无法通过的检验。
就像爱因斯坦用狭义相对论和广义相对论替代了牛顿的引力说，相对论能够解释牛顿关于引力的问题，并且还能够解释更多关于宇宙尺度的问题，这就是人类迈出的一大步。
无论如何，至少从原则上讲，如果我们能找到所谓的“万物至理”，寻找不断完善的理论的工作也就终结了。
然而关于是否真的存在万物至理，以及如果存在，它可能是什么形式的，物理学家还没有定论。
就是物理学发展到最后，都要面临着你的理论会被证伪这个情况。
所以，爱因斯坦一辈子在努力地研究“统一场论”，但最后依然没有做出结论。
如果用世俗的眼光来看，咱们这些普通人就会觉得他这样是被“打脸”了，会认为“你看，你做的这些研究都不对，一个个被验证是错误的。
但这正是物理学家们的伟大之处，每一个有问题的物理学原理，哪怕回到更早以前的哥白尼、牛顿、爱因斯坦等人的时代，这些原理也都是伟大的。
虽然他们的理论都有缺陷，但他们都是伟大的。
这些理论一次一次地被证伪，就是科学性的体现。
这就是霍金他们所做的这份工作，就是怎么样去成为一个理论物理学家。
作者说：“要想获得理论物理学博士学位，你必须提出自己的理论构想，或是为一个现有的理论添加一些东西，或者找到该理论需要修正的地方，然后提出修正的方法。只有当你成功地这样做了一次或十次以后，你才能成为一名真正的理论物理学家，并且明白成为一名理论物理学家意味着什么。”
五、对基本定律的研究只建立在两大支柱上，也就是理论物理学有两大支柱。
第一大支柱是广义相对论，这是一个关于引力的理论，以及物质在引力的影响下如何运动。
但除了引力，自然界还有其他的3种力，即电磁力、强核力和弱核力，这些力在广义相对论中没有自己的位置。
第二个支柱是这些力以及它们的作用，是用所谓的标准模理论来描述的。
标准模型是量子理论中的一种，建立在马克斯·普朗克1900年提出的量子假设上。
这两个理论在霍金之前是泾渭分明的，一边是广义相对论，一边是量子理论。
由于广义相对论是一个经典理论，它和量子理论——比如标准模型——是不相容的。
目前的物理学很分裂，一边是经典的引力理论，另一边是关于其他3种力的量子理论。
这二者似乎是相矛盾的，但通常情况下，这些理论各自适用于不同的情况。
宇宙这么大的尺度，广义相对论就适用。
原子、电子那么小的尺度，量子力学就适用。
它们各自在不同的场景下适用。
大多数情况下二者井水不犯河水，这种“精神分裂症”尚可控制。
然而，这显然远未达到理想的境界。
理想的境界就是，一个理论既能适用于大的尺度，又能适用于小的尺度，各种尺度下都能用，这才是好的理论。
所以在当今世界上，许多物理学家都在孜孜以求，想发明广义相对论的量子版本，即“量子引力理论”。
他们的最终目标是建立一个包含量子引力和标准模型的单一量子理论。
这个尚未被发现的理论将能描述所有4种自然力。
因此，爱因斯坦当年将这个尚未建立的理论称为“统一场论”，而现今的物理学家称之为“万物理论”。
霍金这一辈子就在研究万物理论这件事，他特别兴奋于研究万物理论。
有一个很重要的原因就是研究这个理论只需要推导就行了，这特别适合他。
因为不需要做太多的记忆，只需要在大脑中不断地演化、推导，这对于他的身体来讲是非常合适的。
六、宇宙起源
1、直到1964年，人们发现了大爆炸的微弱余晖
这个余晖被称作宇宙微波背景辐射，这时候宇宙学才成为一门真正值得研究的物理学的学科。
关于宇宙起源的问题总是走入死胡同，因为很难研究。
这时候，有一个划时代的发现，是20世纪最非凡的科学发现之一，叫哈勃望远镜。
在威尔逊山天文台工作的时候，哈勃注意到，与我们在地球上观察到的原子发出的光的光谱相比，其他星系发出的光谱会向频率较低的一端偏移，即朝光谱的红端偏移，这就是所谓的“红移”。
他还指出，星系距离我们越远，“红移”的程度就越大。
这个星系发出来的光，向光谱红端的那一边偏移的这个现象，代表着这些星星在离我们越来越远。
所以，那个时候有一句话说得特别对，就是“我们不知道宇宙到底有多大，但是我们知道宇宙在不断地扩张”，宇宙在不断地变得越来越大。
2、黑洞理论
有一个数学家兼天文学家叫彭罗斯，他通过爱因斯坦的公式进行计算（因为大家默认爱因斯坦的公式是有效的），他发现，“恒星的物质都被吸引到它的正中心，在那里物质被压成一个单一的点，在这个点上物质的密度是无限的。”
这就是我们说的那个黑洞理论的开始。
1969年，物理学家约翰·惠勒将这种中心有一个无限密度点的死亡恒星称为“黑洞”。
但在1965年的时候，人们还没有对它们产生足够的兴趣，没有人针对它们提出一个得到大家一致认可的名字。
3、物理学家把物理量无穷大的点称为奇点
物理学家之所以要避免奇点出现，是因为我们想避开无穷大。
而之所以要回避无穷大，因为尽管它们可能出现在数学中，但却不会出现在现实世界中。
我们测量的任何东西都不是无限的，所以我们断定，任何预测奇点发生的理论都是错误的。
而史蒂芬却有自己不同的看法。
他认为，恒星在引力的作用下会发生坍缩，这让人想起大爆炸，只不过是反向的。
大爆炸是往外，坍缩是往里，这是一个反向的过程。
如果宇宙本身就像一个巨大的黑洞，如果你让时间倒流，它就会像彭罗斯描述的一颗恒星那样坍缩，这种情况该如何描述？
史蒂芬此次是利用彭罗斯的数学来研究宇宙。
他证明大爆炸以及奇点是广义相对论的一个不可避免的解。
不存在什么膨胀和收缩的循环，而是只有一个开端，在那一刻——尽管物理学家不喜欢这一点，宇宙被塞进了一个零体积的空间。
至少，这些结论是爱因斯坦方程式的必然结果。
4、我们今天读科普书，都会说宇宙的历史是140亿年
140亿年以前大爆炸开始于那一个点，这个是逐渐地被观测到的现象证明的。
人们可以观测到大爆炸之后几秒钟所剩下的宇宙的余晖。
霍金当年是用数学推导出了这一切，这个东西和爱因斯坦的公式是吻合的。
指出大爆炸是爱因斯坦的方程式推导出来的必然结果。
相关的数学证明是史蒂芬做出的，而且这一丰功伟绩在他进入物理世界之后的第一次重大尝试中就完成了。
一个身体越来越糟糕的年轻人，他觉得自己只有5年的时间能够存活，结果用了3年的时间就为物理学做出了如此重大的一个贡献。
七、霍金又发现了黑洞辐射
黑洞辐射的发现是霍金在物理学界做出的一个非常重要的贡献。
史蒂芬对黑洞物理学的第一个贡献与黑洞视界（event horizon）有关，这是定义那些奇异天体的一个关键概念。
通俗一点来说，物理学家一直认为黑洞是空间的一个区域，在它巨大的引力作用下，没有什么东西能从中逃逸。
这也是我们大家想象黑洞的样子，这个区域可以看成是由黑洞视界所界定的，黑洞是有一个边界来界定的。
1971年的头几个月里，史蒂芬开始意识到，思考黑洞视界的一个更有效的方式是把它看成“时空”里的一个区域。
就是你不能只认为它是一个空间，它还有时间范畴。
而不是像彭罗斯那样，把它看成某个既定时刻的空间区域。
所以史蒂芬把视界重新定义为时空领域的边界，进入它范围的信号（比如光线），无法发射到外面的宇宙空间。
他从数学上证明了这个定义弥补了彭罗斯方法的两个弱点，表明黑洞视界对所有观察者来说都是一样的，而且它总是平稳地变化，不会发生跳跃式的变化。
随着时间流逝，史蒂芬的定义后来被证明是一个巨大的进步，并被学者广泛引用。
它引导了这些人的思考，塑造了他们头脑中黑洞的演变过程。
史蒂芬将他定义的视界概念起名为绝对视界（absolute horizon）。
彭罗斯的视界起名为表观视界（apparent horizon），以此来区分它们。
史蒂芬重新定义的不仅仅是视界，还有理论家对于黑洞的认知方式。
经过一年半的努力，在与两位同事的合作之下，史蒂芬取得了第二个重大突破，提出了黑洞力学定律。
这条定律创立于1972年8月——那时候史蒂芬30岁，这一套定律描述了当物质坠入黑洞时，黑洞是如何膨胀的，以及当两个黑洞相撞时会发生什么。
直到2015年，人类才第一次直接观测到黑洞碰撞的标志产物。
这种标志是一种特定类型的引力波，是时空的扰动。
基普·索恩凭借LIGO（激光干涉引力波天文台的缩写）的实验和他人共同获得了诺贝尔奖。直到2019年，史蒂芬去世后的第二年，人类才第一次（算是）直接“看”到了黑洞。
什么叫作黑洞辐射呢？
简而言之，“一个发光的黑洞，会慢慢地将它的质量转化成电磁能量（根据爱因斯坦的公式E=mc²）并把它辐射出去。在某种意义上，它会‘蒸发’，其内部的一切最终会以辐射的形式散发出去”。
八、诺贝尔物理学奖不是颁发给伟大的思想，而是颁发给那些被验证了的思想。
所以只有找到了证据，才能够颁发诺贝尔奖。
在霍金在世的时候，并没有找到霍金辐射的证据。
霍金去世以后，人们才找到了相关的证据。
但是诺贝尔物理学奖不会颁发给已经去世的人，所以霍金和诺贝尔奖擦身而过，但他的贡献足以担当诺贝尔物理学奖。
九、《时间简史》是霍金人生中非常重要的一个里程碑。
没有《时间简史》，霍金就活不到2018年。
因为他需要大笔的钱养病，而作为一个理论物理学家是没有多少钱的。
理论物理学家就算研究出了最好的东西，无非就是大学给你一个终身教职，终身教职的那份工资养活不了9个服务人员，而且他还没得诺贝尔奖，所以也没有这笔奖金。
如果物理学家真的都只靠做研究，物理学不会成为大众所关注的科学。
但是因为有了霍金这么一个了不起的全民偶像级的物理学家，才使得我们这样的普通老百姓也会关注黑洞，也会关注引力波，也会关注这些物理学的前沿话题。
所以他在物理学营销上所做出的贡献是很大的。
十、人们有时会问我，对于史蒂芬来说，似乎每时每刻死亡都近在咫尺，但这么多年来，他是如何在这场看似绝望的战斗中获胜的？
我回答说，信仰是他最强大的武器。
他可能不信上帝，但他相信自己。
他相信，当他每晚上床睡觉时，他会在次日的早晨醒来。
他相信，每次进医院，他还会活着出来，而且不管医生怎么嘱咐，他仍然可以去世界各地旅行、讲学，并且活下来。
他相信，那些爱他的人所爱的是他这个人，而不是他的金钱或名声。
他相信，只要他继续活下去，他每天获得的回报，将抵消并超过他每晚必须忍受的无休止的痛苦睡眠的惩罚，以及被迫让别人用勺子喂他吃饭，或是给他洗澡的羞耻感。
人的潜力到底有多大，我们的身体就算像史蒂芬·霍金一样毫无抵抗外在力量的能力，我们的头脑依然可以创造出金子般发光的思想。
