生命的阳光照亮宇宙（上篇）——轮椅上的科学奇才霍金

人是从哪里来的？为什么能够生存在这个浩淼无边的宇宙之中？我们的宇宙又是怎样产生的？它有开始和结束吗？这些问题，是人类产生并且能够思想以来一直在追问和企图得到解答的斯芬克司之谜。

为了解开这个千古之谜，几千年来人类的科学家和智者坚持不懈、孜孜以求地努力探索着、追寻着、思考着，然而他们始终未能给出一个比较明确的说法。在各种理论学说的矛盾之中，人们常常只好无可奈何地请出上帝。

历史到了20世纪的后半叶，有一个人出来作出了一种振聋发聩的解释。这个人就是斯蒂芬·霍金，英国剑桥大学的教授，当代的宇宙学家和理论物理学家。由于这个解释，他成了当今世界上最伟大的科学家。他甚至还被人称为——宇宙之王，当代的爱因斯坦，20 世纪后期最伟大的天才，活着的最聪明最有智慧的人；他经常到世界各国去讲他的学说，受到的欢迎超过大牌政治家和好莱坞明星，能享受到各国元首接见的最高礼遇。

不过，如果我说，这样的一位科学巨星，是一位全身完全瘫痪、只能坐在轮椅上、靠几根仅能活动的手指头按电脑语音合成器与人交流的残疾人，你的心灵会受到震撼吗？你会觉得不可思议，还是以为这是人类生命的奇迹？！

1．巨大的科学成就

在20世纪以前，人类几乎没有人去认真考虑过宇宙的起源问题。基督教关于上帝创世纪的传说，也只是说上帝创造了地球上的人类。至于地球以外的广袤的宇宙，人们一直认为是无边无际无始无终的，即使是哥白尼、布鲁诺坚持地球等行星围绕太阳在旋转运动，但人们还是将宇宙中的无数个太阳叫做恒星，它们是在宇宙中静止不动的。而17 世纪牛顿发现的万有引力，人们更是将它当作了宇宙间的普遍定律。直到20世纪初，爱因斯坦发表了他的广义相对论，才使人们对宇宙的认识有了巨大的改变。他提出了光的粒子性与波动性兼具的波粒论，指出了光速是宇宙间不变的常数，时间和空间可以在引力下发生扭曲，而运动中的物体其质量和能量是会发生变化的。他还提出了变化的具体计算公式：E=mc²  

这个发现颠覆了牛顿力学定律，开辟了宇宙学领域研究的巨大革命。随后，科学家通过详细的计算和精确的天文观测，终于确定了许多过去不可想象的天文现象：人们发现整个宇宙中的星体都是在不停地运动着的，而且它们是在不断地相互离开（也就是说宇宙在不断地膨胀）。既然在膨胀，那么如果向后推断，则宇宙星体原来必定是在空间上相互靠得更近更紧密的；可这样无限地紧密下去，会是一种什么样的情况呢？按照逻辑推理，那将达到一个最紧密最小的点，即所谓“奇点”。然而到了奇点，爱因斯坦提出的相对论还有效吗？为此，这位大科学家自己也变得犹豫起来。于是便有科学家提出了一些折中的设想：他们认为宇宙物质的质量再巨大、结合得再紧密，也不可能达到奇点的状态，最多变成一个较小的体积（即所谓“宇宙蛋”）就不能再压缩了；如果超过了临界，它就会发生爆炸；而爆炸又产生了新的宇宙。

有意思的是，20 世纪中期，天文学家果真发现了这种物质趋于极度紧密的坍缩现象。1967年一名叫贝尔的研究生在测试一台射电天文望远镜时，无意中发现了一些遥远的新的射电源，它们有规律地每秒钟发射几次脉冲信号。贝尔和他的同事们十分兴奋，以为是接收到了外星人发到地球上的联络讯号。他们因此将这种讯号叫做“小绿人”。因为许多科幻小说里都将外星人描绘成小绿人的样子。然而，经过仔细的观察和研究，天文学家终于弄清楚了发射出这些快速变化的脉冲信号的射电源是一种密度极高的星体。因为该星体中物质的原子中的电子和质子都被挤压成了中子；它们是恒星燃烧完以后爆炸坍缩而成的核。这个核由于密度太大而使自身发生自转和振动，于是便发射出了脉冲。天文学家将这种天体称为脉冲星，又叫中子星。

接着科学家又发现了类星体。尽管类星体比脉冲星离我们更加遥远，质量也大得不可思议（一个典型的类星体的质量大约有我们这个太阳的一亿倍，亮度相当于3000亿个太阳）。但是它的空间容积的直径只与我们太阳系的直径一般大。因此，我们可以想象这类星体的密度有多高。但与此同时，由于它们的巨大质量，它还在不断地将附近的恒星吸入其中。这些物质围绕着自己的核心组成了一个巨大、炽热的旋转的圆盘，发出不可估量的光能，照亮着浩瀚的宇宙星际空间。那么，这样巨大紧密的质量集合体会是一种什么样的状态呢？

根据爱因斯坦的广义相对论，一个恒星燃烧膨胀到它的体积超过自身的3倍时，就会坍缩而终结自己的寿命，而留下最后的高密度的核心部分（它的物质都被压缩成中子，即成了中子星）。由于它巨大的质量引力使其周围的时空发生极度弯曲，它就与宇宙的其他部分隔离了开来，形成了一个封闭的独立体：在这个独立体内，连光也被吸在了里面，不能逃逸。由于无法发光，因此美国的科学家惠勒给它起了个名字，叫做“黑洞”。

科学的观察和计算证实，上面讲的脉冲星和类星体，最终都会形成黑洞。

神奇的“小绿人”（脉冲星）和黑洞引起了当时剑桥大学的年轻科学家霍金的极大兴趣。于是他和他的同事罗杰·彭罗斯全身心地投入了研究之中。彭罗斯是一位杰出的数学家，他和霍金从数学的角度设计了一种新的计算方法，去理解和分析黑洞。他们分析和计算了黑洞的巨大的质量和密度——当一个质量是我们这个太阳的1.2倍的恒星死亡坍缩成中子星时，它的半径大约只有10公里，它的密度是每立方厘米100万亿克；然而，这还不是黑洞；只有当它的密度压缩到大约只有半径3 公里的球体时，黑洞才会形成。他们认为，黑洞的大质量和高密度产生了巨大的引力，使里面的时空高度弯曲，因此物质的粒子和辐射只能在引力下不断地向内旋转运行；而它们的质量，也不断地聚合，最后达到了一个无限紧密的状态。这个状态就是奇点。在这一点上，物质粒子的运动静止了，质量化为零，连时空本身也消失了。

于是他们得出了黑洞有奇点的结论。鉴于他们关于黑洞的研究成果，霍金和彭罗斯共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。

接着，霍金将自己与彭罗斯一起研究的黑洞理论成果，推广到了整个宇宙学的研究中。他认为，既然黑洞里物质达到无限紧密状态后会出现奇点，那么，上面说过，按照广义相对论，从现在正在膨胀的宇宙往后追溯，它必定也会有一个无限紧密的奇点。而这个奇点，正好与黑洞中物质坍缩而成的奇点方向相反，它是时间和空间的开始。

霍金关于宇宙有奇点的理论，在宇宙学界引起了巨大的震动。因为如果这个奇点存在，爱因斯坦的广义相对论将会在奇点上完全失效；当然，它也推翻了原先一些科学家关于宇宙起始于大爆炸但又想绕开奇点的那个关于“宇宙蛋”的理论，直截了当地宣布了宇宙大爆炸是从奇点的“无”中开始的！

诚然，任何科学理论都必须通过实践的检验。美国普林斯顿大学的一个研究小组和贝尔实验室的几个年轻人，通过射电望远镜和探测器，终于发现了宇宙间存在一种微波辐射，并且精确地测出了它们的波长和温度。这种辐射在整个宇宙中普遍地存在着，因此，被称为宇宙背景辐射。经过分析，科学家认为，这种辐射就是宇宙大爆炸时产生的！随着宇宙的不断膨胀，它的辐射温度在不断地减弱。按照现在测得的“宇宙背景辐射”的数据，科学家终于计算出这场大爆炸大约是在距今137亿年前发生的。

当然，霍金是不会在自己取得的研究成果前停步的。在确立了他的宇宙大爆炸和奇点理论之后，他又对黑洞的问题继续进行探索与研究。一天上床睡觉的时候，霍金忽然想：按照已经知道的黑洞理论，由于黑洞的巨大引力，掉进黑洞里的东西是只进不出的，连光也不例外。然而，根据热力学第二定律，只要有热量的东西，就会有辐射发生。比如一把铁钳在火中加热，它就会因热发红而放出辐射。那么，黑洞会不会也有辐射向外放出呢？这个问题使霍金一夜未能入睡。以后接连几个月，霍金一直在研究和思考这个问题，并且进行了大量的计算；最终，他终于肯定了黑洞也会有辐射的结论，并且指出随着辐射，黑洞会慢慢蒸发；黑洞的质量越变小就越热，它放出的辐射功率就越大；最终，黑洞会爆炸。总之，他得出了黑洞原来不黑的结论。

这个结论又在科学界引起了轩然大波。当霍金在牛津郊外的卢瑟福-阿普顿实验室宣布他的这个发现时，会议主席、英国理论物理学家约翰·泰勒认为这简直是胡说八道，气得拉了几个与会的科学家退出了会场；接着泰勒又在权威的科学刊物《自然》杂志上发表反驳文章。1973年，霍金访问苏联，他将这一研究成果告诉了苏联理论物理学家捷尔多维奇。这位被称为苏联氢弹之父的大科学家听了也摇头反对。几年后，在经过了大量精细的数学计算和深入研究以后，科学界终于接受了霍金“黑洞有辐射、黑洞不黑”的观点。那位苏联的大科学家带着他的研究团队在经过了仔细的研究以后，也终于承认了霍金的理论。于是人们便将霍金的这一发现称为“霍金辐射”，并将它称为黑洞物理学上的一次革命。

为此，霍金于1974年获得了英国科学家的最高荣誉、成了英国皇家学会会员。这年他32岁，是学会历史上最年轻的会员。

霍金的奇点理论也使梵蒂冈高兴起来。他们认为宇宙有奇点的理论给上帝创世纪的故事提供了科学依据。这个“奇点”就是上帝创立的。于是，1975年，教皇保罗六世在梵蒂冈亲手将一枚勋章别在了霍金胸前。1981年，教皇又在梵蒂冈接见霍金，并对他说，你研究大爆炸后的宇宙演化是可以的，但大爆炸这个创生的时刻是上帝安排的事务，你们不应该再去询问。

然而，教皇根本不知道，霍金在科学上的探索脚步是不会停止的。他又在考虑，既然物质与时间都从奇点开始，那么奇点以前有没有时间呢？于是他又提出了“虚时间”的概念。他认为，宇宙从大爆炸到大挤压，在时间上的这一条直线是实时间，实时间是会指向一个奇点。然而，从这条实时间直线的直角方向上还有一个时间的虚方向，那就是虚时间；在那里，时间和空间自己包容起来，就像我们的圆形地球一样，没有边界和边缘，因此，也不需要奇点。教皇不知道，当他兴高采烈地接见霍金的时候，霍金的关于宇宙的空间无边界、时间无开端的理论正在日趋成熟。因此，他事后调皮地说：“其实，宇宙是一个自足的整体，它自己就存在在那里，造物主没有必要去创造和启动它。”

霍金关于宇宙起源、奇点、大爆炸和黑洞性质的研究，在宇宙学和理论物理学上是革命性的。然而，有一个根本问题仍使科学家们不解：奇点和大爆炸既然是宇宙时间空间和物质的开始，那么，在这个奇点上时间、空间、物质究竟处于一种什么样的状态？爱因斯坦的广义相对论在奇点上是如何失效的？

这时霍金的同事，伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林等科学家提出了一种关于基本粒子概念的突破性理论——弦论。他们认为，基本粒子分割到了电子、光子、中微子、夸克时，实际上它们已不是“粒子”，而是以“弦”的形式存在着。这些在微观世界里极短极细的线状的弦是在不停地振动着的，它们可以互相连接起来结合成闭合的圈。许多弦的各种不同的振动着的闭合圈就构成了不同的基本粒子，而不同的基本粒子就构成了不同的物质。霍金敏感到这个理论不但可以解决量子力学微观世界中的许多矛盾，而且可以解释宇宙中的引力和对称性等根本问题。于是他提出了将量子力学和广义相对论统一起来的M理论，指出在我们的宇宙世界中，不光存在着我们平时感觉到的时间和三维空间组成的四维世界，实际上宇宙时空中还有多到11至22维的、以及在微观世界中被弯曲的时空折叠起来的维度。由此，他大胆地向人们描述了一幅全新的宇宙图景——

我们生活在一张“膜”上。膜的世界是从“无”中产生的。膜就好像是从一锅沸腾的水中升起的气泡。无数的泡泡从水中升起，多数较小的气泡会坍缩回水里，回复成“无”；一些大到超临界的泡泡会上升变成膜。一张膜便是一个宇宙。世界是由许多泡泡即多重宇宙构成的。人们也许可以通过虚时间和超维度进入另一个宇宙，但那将不是你现在的个体，可能就是你的灵魂……而我们的身体，则仍然只能留在自己的宇宙中；我们的宇宙就好像是一枚果壳，我们生活在果壳中，就好像悲剧的主角哈姆雷特，但我们依然是无限空间之王……

奇妙的宇宙中产生了奇妙的能够思想的人类。奇妙的人类中又产生了霍金这样奇妙的思想。霍金的思想站在了人类思维的科学和哲学的最前沿。他因此获得了人类给予的各种荣誉：他被授予英国剑桥大学的最高职位——卢卡逊数学教授，这也是牛顿曾担任过的职位。他还是英国爵士和皇家学会会员，美国科学院外籍院士。他还获得了英国皇家学会休斯勋章、皇家天文学会埃丁顿勋章、梵蒂冈教皇科学学会勋章，以及霍普金斯奖、丹尼欧·海涅曼奖、麦克斯威奖、阿尔伯特·爱因斯坦奖、沃尔夫基金奖等等荣誉。

2．生命的灿烂奇迹

霍金能取得如此巨大的科学成就，是源于他的超乎常人的智慧和天才，还是因为他有得天独厚的客观条件，抑或是他有坚忍不拔的意志和刻苦努力？这个问题也值得我们探讨和研究。

霍金全名：斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日生于英国牛津。据说这一天正好是大科学家伽利略逝世300周年纪念日。他的家本来居住在伦敦的海格特。因为当时德国法西斯正对伦敦进行狂轰滥炸，而牛津则是德国人不轰炸的地方（二次大战中，英德双方有协议，德国不轰炸英国的牛津和剑桥；英国不轰炸德国的海德堡和哥廷根），因此霍金的母亲在临产时避到了牛津，待小霍金出世后又搬回了海格特。霍金是家里的长子，他以后，父亲弗兰克·霍金和母亲伊莎贝尔· 霍金还给他生了一个妹妹和两个弟弟。霍金的童年和一般的英国小朋友没有什么两样。他的祖上原来是约克郡的一家农场主。由于第一次世界大战后英国农业遇到大萧条，他家的农场败落了。他父亲在牛津大学学医，学成后成了一位热带病研究专家。由于职业的需要，他经常要到非洲、印度次大陆国家去研究地方病，因此在家的时间不多。家里对孩子们的抚养教育的责任，主要落在了母亲身上。伊莎贝尔也毕业于牛津。她性格善良活泼，生活兴趣广泛。那时虽然家庭经济已经很拮据，但为了培养孩子们的兴趣爱好，让他们开阔眼界，了解社会，她还是和丈夫商量买了一辆被淘汰下来的二手出租汽车，经常带着孩子们坐车去伦敦郊外游玩，甚至有时把邻居的孩子也一起带上。在英国女皇加冕或国家重大的节庆日，当人们都在城里狂欢之时，她却不愿意跟人家一起凑热闹，而是驾驶着那辆老爷车，带孩子们去乡下的老牧场里度假。母亲与众不同的做法，对霍金和他的弟妹们影响很大。

牧场里有一辆古老而破旧的马戏车，小霍金和弟妹们、常常还有邻居的孩子，大家一起在这架车上演戏、玩牌或者捉迷藏。有时候，霍金会把弟妹们全忘了，自己爬到隔壁的农民亲戚家的拖拉机或播种机上，仔细地察看，专心地研究起机器的操作原理。

霍金的父亲虽然与孩子们在一起的时间不多，但是他一回来，也会和孩子们一起玩耍。霍金8岁时，全家迁到了伦敦以北20 英里的圣奥尔本斯市。他们的住处是一幢破旧零乱但面积很大的老式房子。弗兰克·霍金在这座房子里有一间温室，那是他作为医学研究用的地方。但是，为了培养孩子们的动手能力和创新精神，他也常常带他们一起做一些小实验。有一次他带孩子们自己制作烟火。烟火的制作需要用碘化钾等一些易燃易爆的化学品，父亲就耐心地给孩子们讲解有关的化学知识、注意事项，认真地在旁边监督着。在节日的夜晚燃放了自己亲手制成的烟火，孩子们很有成就感，当然也省了一些钱。

每逢这种时候，霍金总是最起劲。他会拿出哥哥的气派来指挥弟妹。小霍金的兴趣很广泛。他喜欢和弟妹及邻居的孩子们做游戏；有时还会自己设计一套新的游戏规则，将老游戏玩出一些新花样。他还喜欢观察自然现象，经常向大人提出一些问题。比如有一次，父亲正好在家里。晚饭后他和小霍金一同躺在自家院子里的草地上用望远镜观察星星。儿子突然问：“爸爸，天上那么多星星它们会掉下来吗？”于是父亲便耐心地给他讲解天体和星星运行的基本知识。还有一次过圣诞节，母亲带着小霍金去看话剧《阿拉丁》。剧中的宫殿在舞台上魔术般地缓缓升天而去。散场后出了戏院的大门，霍金不肯回家去。他一定要到外面去寻找那座宫殿。他对妈妈说，升上去的东西肯定会落下来的，我一定要去找到它。母亲劝他先回家去，以后再慢慢想办法找。小霍金坚决不肯。于是母亲便陪着他一面在郊外的田野里寻找，一面给他耐心地讲解舞台布景的知识。直到弄明白了演戏和真实生活的关系，儿子才高兴地和母亲一同回家。

也许，小霍金的父母并不知道，他们的这种理智、宽容和循循善诱的启发式教育，已经为儿子的成长和将来的成就，奠定了第一块基石。这样的教育方式，对于我们千千万万普通望子成龙的父母们，是很有借鉴意义的。我忽然想到，当弗兰克·霍金与自己的儿子躺在草地上数星星的时候，我们这儿的霍金的同龄人的确也在关注着星星；不过，他们关注的是“抬头望见北斗星……”；还有“星星星星我问你，敢不敢来比一比……”的十五年赶超英国的大跃进的豪迈气概；孩子们对星星的兴趣追问和思考被带进了不着边际的政治云端……

斯蒂芬·霍金8岁才开始接受学校教育。父亲本想将儿子送到威斯敏斯特学校去读书。这个学校是当时全英国教育质量一流、名气最大的私立学校之一。英国的许多上层贵族、军人和其他有钱人的子女，大都会被送到这类私立学校去受教育的。然而，这样的学校学费昂贵，家中的财力已无法承受。因此，弗兰克决定让霍金去考该校的奖学金。不巧的是，报名后待到考试的那一天，霍金病了，未能参加，失去了唯一的一次机会。于是霍金只好进入自己家乡的一所私立学校——圣奥尔本斯学校读书。

在班级里，霍金的学业是中上等的。那时他的身体显得很瘦弱，穿着又有点不修边幅；而且更重要的是，他的语言不能与思维同步，说话时频率很快却口齿不清，因此班上一些调皮的小朋友将他说的话称作“霍金语”。但是他的记忆力很好，数学的成绩也很突出。不过有人还是经常会因为他的说话而取笑他。在忍无可忍之时，他有时会不顾与人家的力量悬殊而挥拳威胁，或者干脆与之一搏。即使自己最后吃亏而伤痕累累，他也毫不在意。由于这个原因，霍金与班级里的大多数同学有一定的距离。霍金在班上也有几个好朋友。他们是贝西尔·金，约翰·马克连纳汉和麦克·丘吉尔。一天，三人和霍金一起讨论关于人是从哪里来的、生命是怎样产生的问题。三人各自说了自己的看法，而霍金则当场立下了几个数学公式，对生命的形成过程进行了计算。贝西尔见了，赞叹道：霍金这家伙就是与别人不一样，他将来会成为一个了不起的人物。但约翰·马克连纳汉却摇头说，他的成绩也不比我们强，这怎么可能呢？两人争执不下，于是就决定打赌。赌注是一袋糖。好多年以后，霍金真的成了的科学家，贝西尔在与这几位昔日的老同学聚会时，还向约翰讨这一袋糖果呢。这时，霍金说，按理，我也应该得到这一袋的。

学校除了正常的学习课程以外，并不限制孩子们的业余兴趣和爱好。三年级时，霍金和上面讲到的几位好朋友，再加上爱好艺术的罗杰·费尼豪，迈克尔·邱奇，他们几乎经常在一起读莫泊桑、艾米斯、温德姆、戈尔丁的小说、科幻作品和寓言；听莫扎特、马勒、贝多芬的乐曲，甚至也听刚流行的摇滚乐，还崇拜赫胥黎、罗素等思想家、哲学家。

在周末和假日，霍金还和自己的朋友们在他的卧室中玩各种自己设计的游戏。霍金发挥自己的数学特长，设计了一套关于第二次世界大战的军事游戏。他将它画在地板上，规模很大而且规则像迷宫一样复杂，常常几天下来还玩不出胜负。他们还制作飞机模型，摆弄各种电器，制造风筝。霍金的主意很多，但他做出来的东西，经常是飞不起来或者不能正常转动的，因为他的动手能力较弱。有一次，在改装一台旧电视机时，他遭到了高压电的电击，差一点出事故。

他们还会乘霍金家的那辆老爷车，去海边游泳，到悬崖上散步，在田野里放风筝。他们的兴趣是随意的，而且会不断地变化。当他们对棋类和室内的游戏、制作有点厌倦了的时候，忽然又对神学和当时社会上流行的意念控制物体、超感觉等神秘主义的东西来了兴趣。他们去听有关演讲，甚至还做用意念力控制掷骰子的实验。有的甚至还受洗成了基督徒，皈依了宗教。霍金也在这时得到了学校的神学奖。但是经过自己做的一些实验和分析观察，斯蒂芬对神秘主义的东西渐渐失去了信任和兴趣；不过，这在他年轻幼稚的心灵中，也培养起了信仰的幼苗。

五年级时，计算机在社会上开始应用起来。当然它只可能应用在重要的科研和国防方面；电脑的发展，还处在初级阶段。但斯蒂芬他们一伙少年朋友却决定自己动手来制作一台。他们在数学老师迪克·塔特的帮助下，从办公室里淘汰下来的电话交换机上拆下的零件，甚至还有钟表的零件，花了一个多月的时间，设计制造了一台逻辑单选择计算机。这台计算机还真的能输出正确的逻辑数据。当时的一家报纸为此还登了一篇报道，题目就是“一批学生设计家制造了一台新奇的机器”。这让霍金和他的朋友们着实兴奋和得意了一番。

受到亲手制造出电脑的鼓舞，霍金对各种设计和发明更加痴迷。他的房间里常常摆满了各种各样的工具、电器、飞机模型、电线、试管、纸张、金属片、胶水，这些东西和他的作业本、茶杯、餐具、汽水瓶，甚至啤酒瓶等等乱七八糟地杂陈在一起；他的朋友称这个房间像是“巫师的老巢”，“疯教授的实验室”。

不过这时候功课逐渐紧张起来，斯蒂芬不得不减少业余的兴趣爱好，考虑升大学的问题了。斯蒂芬遇到了两个问题：一是选择专业。父亲弗兰克一心要他像自己一样学医，因为他认为医学比较实用，将来毕业后容易找工作，也好为已经入不敷出的家庭分担一些负担。但斯蒂芬不喜欢生物学和医学，认为这些学科只是对生物（包括人体）的机能进行分析和描述，并不能解决生物的起源和物质的本质问题，因此，他坚持要学数学或者物理。第二个问题是进什么样的大学。父亲当然希望儿子能上自己的母校牛津。但是牛津大学是英国的名牌大学，能自费进去读书的学生，大都是贵族子弟，而霍金家已经是没落贵族，经济上无力承担牛津昂贵的学费了。唯一的办法是申请到奖学金。不得已，父亲弗兰克去找了牛津大学的罗伯特·伯曼博士，希望他能看在过去老关系的份上，帮儿子获得一份奖学金进入该学院学习。然而按规定，获得大学学院的奖学金是要经过严格的考试的。即便是在上世纪中期的英国，走后门仍然是不被人认可和允许的，父亲的做法差一点捅下乱子，使儿子被取消应试资格。庆幸的是，斯蒂芬的考试成绩非常优秀，使得伯曼博士和院方对这个学生产生了好感。霍金终于获得了牛津大学的奖学金。

牛津大学并不像我们普通人概念中的是一所由围墙封闭起来的学校，它是与整个牛津市融为一体的；牛津大学有近40 个学院，它们分布在城市各处的街道两旁，几乎每个学院都是一个古色古香的哥特式的大四合院，有的还院中有院，院内有河，有湖泊，有草坪。学院有宿舍，包揽了学生的日常生活，学生可以专心学习。牛津的教学方法也有特色。它实行的是导师制。每个学生按自己选择的专业，由院方选派优秀的研究人员作为他的导师。学生除了上课外，每周必须与导师见面一次，见面时学生按照导师事先的布置，要对某个问题说出自己的见解（这就是交作业）；老师要加以评论和提问，学生的答辩如果水平低，通不过，就会影响成绩甚至将来的毕业。学校还开各类辅导和讲座，学生可以自由参加；在讲座现场，无论学生的年级高低，也不管是老师还是学生，大家可以平等讨论，自由发言。这是一种启发学生独立思考和鼓励新思想、新见解的教学方式。

霍金对这样的学习方式是喜欢的。尽管在刚进入牛津的头一年，他对那里的生活并不太适应，甚至还产生过一种孤独感。原因是牛津的校园虽然风光旖旎，设施齐全，但那些贵族子弟穿着时髦，出手阔绰，他们自恃出身高贵，瞧不起像霍金这样从圣奥尔本斯那样的小型私立学校出来的学生，更何况霍金平时生活比较懒散，衣着又不修边幅。然而，在具体的学习上，霍金很快显露了头角。虽然上课时霍金不大记笔记，有时还显得有点漫不经心，但是待到要完成导师布置的作业时，常常其他学生合在一起讨论研究了好几天还摸不着头绪，他却只用一个晚上就做完了。在大学二年级时，有一次导师布置了13道关于电磁学的思考题，交给包括斯蒂芬在内的4名同学去思考。其余3人研究了整整一天，只有一个名叫高登的学生解出了其中一道。第二天早上，他们想去问霍金，可霍金在宿舍睡懒觉连早饭都没起来吃，甚至上午的课他也不去上。但到了中午，三人上完课回来时，霍金却告诉他们自己已经做出了其中的10 道，而且在面对导师提问时，霍金的回答非常完美。他得到了导师的表扬。

还有一次，导师按照教科书里的内容，布置了几道题目；交作业时霍金一道也没有做，而是向导师指出了教科书里的这几道题目的几处错误。这件事也使导师对他刮目相看。

其实，那时在牛津的学生中，像霍金这样漫不经心就轻松获得好成绩的学生，是最受崇拜的；而如果你拼命死记硬背，把所有的时间都用到背书本和笔记上，即使考试得到了A等，也是会被人看不起。大家将这类只会死读硬背的学生叫做“灰人”。而大多数学生，宁可考到三等四等（中等或者以下），也不愿被人称为“灰人”的。

按照当时牛津的规矩，老师上课只管按进度进行，学生去不去听课是自由的，只要你通过了考试和答辩就行；考试的方式也是自由的，学校方面会出好多题目，学生可以自己选择其中的一些题目自由发挥。在这样的学习风气和方法中，霍金思维敏捷，思想活跃。他用在学习上的时间不是太多，但是学习成绩却比较突出。他自己后来在回忆中说：我在牛津上大学的时期，平均每天用在学习上的 时间大约是一小时。而一个小时以外的时间，霍金便开始慢慢融入了年轻人的许许多多充满活力的各类活动中去了。霍金最爱好的活动，除了从小就养成的看书、读科幻小说和听音乐外，他还喜欢跳舞，经常参加学院内外的舞会；除此以外，他还参加了学院的赛船队。划船比赛是牛津与剑桥学生体育竞赛的重要项目，每年都要举行一次，因此学校里的一些活跃分子，大多会去参加赛船俱乐部；俱乐部人员平时要不断地进行训练，霍金个子小，瘦弱，当划船手不行，他就报名当了舵手。当舵手需要稳重，能把船的方向稳稳地掌握住，但是霍金却相反，他的性格是富有冒险精神和冲动型的，为此他经常操纵着他的船横冲直撞。不过，霍金有一副嘹亮的嗓门，在比赛中，他会大声喊着，为队友助威，这很赢得队友的喜欢。整整大学的最后三年，他都对划船十分痴迷。

在牛津大学的最后一年，一次，霍金从楼梯上下来，突然摔倒并且滚了下去，头撞在楼梯转角上，人立刻失去了知觉。同学们将他抬到宿舍的沙发上进行急救。斯蒂芬醒来的第一句话竟然是：“我是谁？我在哪里？”他暂时失去了记忆。同伴们告诉他：“你是斯蒂芬·霍金；你在牛津大学学院。”隔了好久，他才道：“哦，我知道了，我是1959年上大学学院的。”但是，一年前，一个月前，甚至昨天发生的事，他一概记不起来了，连周围朝夕相处的同学也认不出来。这样过了好长时间，慢慢地，他的记忆才逐渐恢复。事后，斯蒂芬自己也有点不放心，他特地去医院进行了一次智力测验，然而测验结果出人意料，他的智商达到了250分，比平常人还高出了许多。

这一次意外，霍金有惊无险，脑力没有受到严重损害，然而在行动上，总觉有些不协调，拿东西时感到手不太灵活，连走路也不能走在一条直线上。这些问题被细心的妹妹玛丽·霍金看出来了，她问他这是怎么回事？斯蒂芬却并不在意，他说：“这是我的习惯，我走路一向是不走直线的！”斯蒂芬并不知道，实际上，凶恶的病魔已经在他体内悄悄地开始进攻了！

但是霍金暂时顾不上这些。因为他正面临着人生道路上的又一次转折——他即将进大学攻读学位。他自己感兴趣的方向是宇宙学，因为当时爱因斯坦的广义相对论对他非常有吸引力；然而，牛津没有这门学科。斯蒂芬心仪的是当时著名的宇宙学家、剑桥大学的弗雷德·霍伊尔；但是要上剑桥，毕业考试的成绩必须是A 等（即优秀），而霍金的成绩却介于A 等和B等之间。为此，他必须面临一次口试。口试进行得较为顺利，结束时主考官问他有什么想法，霍金就直言不讳地说：“我想上剑桥，希望你们给我评A等；如果得不到A等，那我就只好继续待在牛津。”

主考官们笑了。他们满足了这位学生的愿望。

1962年秋天，斯蒂芬· 霍金去剑桥报到，但他的导师是丹尼斯·夏尔马，不是弗雷德·霍伊尔。霍金开始有点怅然失望，但他很快就发现，这正好是塞翁失马。因为霍伊尔是世界级科学家，留在学校辅导学生的时间很少；而夏尔马，不但同样是一位优秀的学者，而且能对他作许多具体的辅导与帮助。

可就在这时——1962年底，斯蒂芬家举行晚会，他与家人和亲戚朋友一起欢度圣诞节时，大家发现他的手脚十分不灵活，走路跌跌撞撞，说话时更加结巴得吐不清字音了。尤其是当他向别人倒酒时，酒倒不进杯子里，全洒在了桌布上。家人将他送进了医院。经过医生仔细检查，他被诊断为患了一种罕见的运动神经细胞疾病——肌萎缩性侧索硬化症，又称ALS病。这种病是一种基因缺损，它使大脑和脊髓内的控制与运动有关的神经细胞逐渐失去功能，这样，与这些神经细胞相关的肌肉也逐渐萎缩僵硬，失去了活动能力。于是，人便从说话不清楚到手脚不灵活，再逐渐发展到全身瘫痪，直至呼吸系统麻痹而窒息死亡。这种病又被称为“渐冻人症”，就好像一个原本活生生的人被逐渐冻住了一般。迄今为止没有治疗这种病的药物和方法。按照当时的临床经验，医生认为这类病人的生命从发病至死亡只有两三年的时间。因此，此病又被认为是世界上包括艾滋病、癌症等疾病在内的五大绝症之一。

这一年，霍金才21岁。对于这位刚刚雄心勃勃地开始向科学进军的年轻人来说，突然被诊断出这样的疾病，无疑是一声晴天霹雳。他的精神几乎被击倒了！他想，我的生命就要在短短的几年内结束了，连学位能不能读完也不一定，还去谈什么研究宇宙呢？然而正在这时，有一位姑娘走到了他的身边。这位姑娘名叫简·王尔德。就在斯蒂芬病倒的那个圣诞节晚上，她作为霍金的一位好友的朋友，被请来一同参加晚会。

简是一位聪慧而又性格坚毅的姑娘。她也是从圣奥尔本斯学校毕业的，与霍金是中学校友，但比他晚了四年。虽然只与霍金在晚会上见过一面，谈了几句话，霍金便住进了医院，但这位牛津毕业又刚刚考入剑桥攻读的年轻人略带自负但又不失热情的风度，却深深打动了她。她去医院看望霍金，并且尽力安慰他、帮助他。于是两人擦出了感情的火花。而正是这火花，终于重新燃起了霍金对生活和事业的渴望和信心。

爱情的力量是伟大的。有了简以后，霍金看问题的角度就不一样了。在医院里，与自己对面的病床上有一个生白血病的男孩，霍金眼睁睁地看着他在非常痛苦的情形下去世。于是，他就想，我比这个男孩还是幸运的，至少我还可以活几年。如果我终将死去，那么趁活着的时候，不妨享受一下生活，多做些好事。

霍金出院后就真的这样做了。他在简的帮助下投入了科学研究。简帮助他处理一些日常生活事务，还替他打印资料、文件。他的导师夏尔马手下还有三个学生——乔治·埃利斯、布兰登·卡特和马丁·里斯。他们共同组成了一个“相对论和宇宙学研究小组”。四人除了在办公室做研究以外，还经常一起上街去喝啤酒、参加音乐会和看电影，甚至还到河边去野餐或划船。到了周末，这些活动中还会增加一个人，她就是霍金的未婚妻简。

但是，这样的生活是伴随着霍金的病情发展而一同前进的。霍金自从出院后就开始拄着拐杖行走，现在除拐杖外他还常常需扶着墙壁或者野外固定的物体才能移动身子，有时仍不免摔倒撞伤，因此头上也常常会缠着纱布。然而，这些困难并未能阻挡住斯蒂芬的科研脚步。在他的办公室对面，有一位研究生叫贾扬特·纳利卡。他的导师就是霍金在大学时崇拜和心仪的那位名科学家霍伊尔。霍伊尔是主张宇宙稳定论的，他坚决反对宇宙是自发产生而且在变化的理论。因此他用嘲弄的口吻说：“难道宇宙会从一次大爆炸中产生？”他没有想到，“宇宙大爆炸”这句话会从他的讽刺本意变为科学术语。

霍伊尔让他的学生纳利卡对他的宇宙稳定论进行数学推算。在剑桥，科研项目之间是不保密的，研究人员可以在办公室、茶室、咖啡厅等处随意交流。他们连自己办公室的门也总是敞开的。就这样，霍金有时便上对面纳利卡的办公室去聊天。他对纳利卡的计算忽然来了兴致，于是他拄着拐杖经常去纳利卡的办公室，而且自己也投入了运算之中。几个月后，霍伊尔、纳利卡的运算结束，在伦敦皇家学会的会议上宣布研究结果，确认自己的宇宙稳定论。霍金也去参加了会议。会上，霍金却提出了自己的计算结果，否定了霍伊尔的结论。

这令大科学家霍伊尔十分尴尬与恼怒，并且在科学界引起了巨大震动。但是，后来经同行们仔细研究计算证实，霍金是对的。这次胜利使身患残疾的年轻人霍金一下子在深奥的宇宙学研究领域出了名。

霍金对自己的科研越来越有信心，但他的行动却越来越困难了。不过，他自己极力淡化身体的残疾，总是尽量不让别人来帮助他。1964年底，导师夏尔马带着他的四个学生去伦敦参加伦敦大学国王学院的讲座会。当去伦敦的火车即将发车时，大家才发现斯蒂芬还未上车。众人探头朝外一看，只见霍金正从远处站台上拄着拐杖艰难地往前赶，似乎为了加快速度，身体都向前倾成九十度了。情急之下，卡特和埃利斯从车窗跳出去，将斯蒂芬架上了火车。就在这次座谈会上，年轻的应用数学家罗杰·彭罗斯向他们介绍了有关在黑洞中央有时空奇点的观点。霍金听了，激动万分，在回剑桥的火车上，他向自己的导师提出了“将彭罗斯的奇点理论应用到整个宇宙研究”的设想。导师夏尔马也意识到一项不寻常的研究项目出现了，于是立刻肯定了自己学生的提议。

由此开始，斯蒂芬在宇宙大爆炸和奇点、黑洞辐射理论方面获得了突破性的成就，直至让他戴上了“宇宙之王”的桂冠。然而，如果没有斯蒂芬当时在火车站拼尽全部力量与残疾搏斗的顽强意志和奋进的毅力，他也许就会赶不上这列将他带入科学超级明星殿堂的火车了。

就这样，霍金不久（1965年）便获得了博士学位，并且与自己心仪的姑娘简结了婚。