霍金传

第1章 与牛顿为邻（2018）在过去的100年中，仅有三位科学家获得了入葬英国伦敦威斯敏斯特教堂的殊荣，他们是发现原子结构的欧内斯特·卢瑟福（1937年去世）和发现电子的约瑟夫·约翰·汤姆森（1940年去世），以及史蒂芬·霍金（2018年去世）。2018年6月15日，物理学家史蒂芬·霍金的骨灰被送大教堂，安葬在一块黑色的石板下，距离艾萨克·牛顿和查尔斯·达尔文的墓碑只有几英尺远。霍金曾公开拒绝与牛顿做任何比较，每当有人试图这样做的时候，他总是会斥责其为“媒体炒作”。然而，面对霍金这样一位当代*负盛名的物理学家，公众难免总是在二者间建立起各种联系。霍金在剑桥大学担任卢卡斯教席，300年前的牛顿也担任同一职务。像牛顿一样，霍金将大部分职业生涯都倾注于探寻引力的奥秘。即使去世之后，霍金仍然无法摆脱这种联系，当然，这一次遵从了他的意愿。这两位伟大的科学家不仅安息之所仅相距几步之遥，他们的墓志铭也是一样的。牛顿的黑色墓碑上只有一句拉丁文铭文：“HIC DEPOSITUM EST QUOD MORTALE FUIT ISAACI NEWTONI（这里安葬着艾萨克·牛顿）”。而霍金的墓碑上用英文写着同样的一句铭文：“HERE LIES WHAT WAS MORTAL OF STEPHEN HAWKING（这里安葬着史蒂芬·霍金）”。1虽然霍金的墓碑比牛顿的墓碑小，却更加精致。石板上雕刻着一组旋涡状的曲线，周围环绕着铭文，这些旋涡似乎都朝着中心的椭圆空白处移动，示意气体云正被黑洞缓缓吞噬。左边刻着一个等式，那些字母似乎是对画面中心的黑洞引力的一种公然反抗：T = 看过墓碑的人中很少有人懂得这些符号的含义。但对史蒂芬·霍金来说，这个等式就是他超越常人的关键所在。***在霍金于2018年去世之前，他一直是这个星球上*知名的人之一，同时也可能是*容易被注意到的一个人。他被限制在轮椅上，几乎无法动弹，而且必须有随行护士陪同，自己无法隐姓埋名地外出。当然，他也并不是很在乎这些。霍金是我们这个时代中*著名的科学家，令公众极度着迷，这样的盛况百年难遇。公众崇拜霍金，却不了解确切的原因。爱因斯坦有相对论，牛顿有万有引力，但绝大多数崇拜霍金的人却不知道他因何出名。他们其实也不知道，为什么媒体总把霍金与爱因斯坦或者牛顿相提并论。霍金自己总是谦虚地拒绝这种相提并论，但同时他的勤奋和努力又在不断引发类似的比较。而即便是那些对霍金的学术成就有一丝了解的人，也不能说自己全然了解霍金之所以成为霍金的原因。因为他不仅是一名物理学家、一个名人，还是一个“演员”、一位丈夫和父亲、一个象征符号。这些角色之间激烈交战，无法和谐相处。就在霍金成名的那一刻，他的婚姻破裂了，他的家庭破碎了。而对于他的学生来说，虽然身为物理学家的霍金更想把他们培养成自己的学术接班人，但是他们不得不变成看护和保姆，来照顾这个身患绝症的人。霍金也许是这个世界上*知名的物理布道者，但是他却难以被外界理解，借助于一台特制的电脑，他每分钟也只能说几个词。即使是他个人人设中*直白的部分—一流物理学家—也比初看起来复杂得多。科学家们认为霍金拥有一颗无与伦比的大脑，但同时，很多人对他的后期成果不屑一顾，将它们贬低得一文不值。真正的霍金则隐藏在这些杂乱无序又相互矛盾的故事背后。正如他所研究的黑洞一样，有一股不可思议的力量在阻止外人窥见霍金的内心。但你无法否认，去掉这些明星光环，确实存在着一个真实的人。他具有多重身份：他是一名颇有成就的科学家，但其成就几乎被普遍地误解了；他是一个饱受苦难的人，但他同时也给他人造成了痛苦；他还是一位科学名人，却打破了前人的模式，从根本上改变了“科学名人”这一概念。大多数对霍金有所了解的人都会被他生活中的一幕蒙蔽双眼。那是一个小插曲，发生在1980—1990这动荡的10年间，彼时他正从一名备受尊敬却默默无闻的科学家转变为这个星球上*知名的人之一。但是，就像超新星爆发一样，耀眼的光芒短暂遮蔽了寄主星系，既吸引了无数人的目光，又将一颗抛除一切依附物的赤裸的恒星隐藏了起来。霍金的成名也是如此，他的明星光环既引发了大众关注，又分散了人们的注意力。***演员本尼迪克特·康伯巴奇曾在2004年上映的英国电影《霍金传》中饰演霍金，他出席了在威斯敏斯特教堂举行的霍金追悼会，并朗读了《所罗门的智慧》中的一段作为致辞：“……是他把所有事物的正确知识赐给了我，使我明了世界的构造，和元素的能量，时间的始末和中心，冬至夏至的转变，和季节的变更，年岁的循环与星辰的位置……”霍金并不是全知全能的，但他试图去了解宇宙的始末，并将其作为自己的毕生事业。20世纪60年代初，当他的研究开始时，宇宙学领域还是一片沉寂，已经几十年没有取得任何实质性的进展了。但是到他去世的时候，宇宙学摇身一变，已经成为物理学中*激动人心的领域。它改变了我们对于宇宙形成的理解，也产生了一个又一个的诺贝尔奖，直到现在还是这样。霍金的**项实质性研究是关于宇宙起源的一项重要发现。回到1965年，在宇宙是如何诞生这一问题上，当时有两种互不相让的观点：一种是宇宙永恒地处于自我更新中；另一种是宇宙诞生于一次惊天动地的爆炸。其中后者就是我们现在所知的大爆炸理论。在他的博士论文中，霍金证明了如果宇宙起源于一次大爆炸，那么爆炸的起点一定是我们现在所称为的奇点。这个点在时空结构上无限小又无限瑕疵，任何已知的物理定律都不再适用于此，连数学也在这里失效。这是一项惊人的发现。如果我们相信大爆炸的存在，就必须同时接受我们已知的物理定律无法描述宇宙诞生这一事实。这个现在被称为奇点定理的发现，照亮了霍金之后的研究道路。随着霍金学术声誉和地位的提升，他成为“暴胀理论”阵营的一号关键人物，这一理论描述了极早期的宇宙是如何膨胀的，也是相关领域中的主流理论。但在霍金看来，他对宇宙学*重要的贡献是在量子力学层面试图计算“宇宙波函数”，这是一个野心勃勃激进又充满争议的理论。他不仅相信这一理论可以描述宇宙时空的起点，也确信该理论使上帝变得无关紧要。“这样一来，创世者的位置又在哪里呢？”他的问话让全世界的许多神学家，甚至一些科学家，感到非常懊恼。2事实上，霍金*重要的成果并不是关于宇宙诞生的研究，而是关于一类特别的奇点：位于黑洞中心的奇点。他一生中的大部分精力都用来研究这类神秘物体的运行方式，在他科学生涯中*重要的时刻，他意识到这类物体有一种旁人无法想象的奇异特性。黑洞是一种具有强大引力的天体，所有靠近它的物体，包括光在内，都无法逃脱它的引力。黑洞由大质量的恒星演化而来。在恒星生命的尽头，其内部的核反应停止，自身也在引力作用下坍缩。一瞬间，整个恒星的质量都压向自身，将物质压成了一团毫无差别的原子，紧接着电子被压进质子形成中子，就这样逐层压缩，*终我们得到了一个奇点。这是时空结构中的一个瑕疵，也是一个断点。然而，由于这颗恒星周围的引力太过强大，没有任何物体可以在接近它之后顺利逃脱，因此也没有什么东西可以告诉我们奇点周围是什么样子的。这就好像有一个无形的罩子罩住了之前所有的恒星。这也是一条不归路，一旦越过所谓的“视界”，就注定了无法返回，无论你怎么挣扎，都必定要掉入黑洞。正因为黑洞连光线都能吞噬，所以它的引力极其强大。它们是终极的吸收体，吞噬一切光亮，不会反射出一丝一毫。但是在20世纪70年代，霍金有了一个惊人的发现：黑洞不是真正完美的黑色，它们会向各个方向辐射粒子，包括光子。在大多数情况下，霍金辐射异常微弱，在任何合理距离上都无法被探测到。然而，仅仅是发现这种辐射的存在已足够产生深远的影响。因为一旦接受了黑洞会辐射能量的说法，就意味着黑洞必将在辐射中蒸发，或者叫爆炸。而这又意味着被黑洞吞噬掉的物质和能量*终必然会得到重新的释放。霍金早就意识到，这些物质和能量的释放导致了现代物理学的两大支柱—爱因斯坦相对论和量子理论—之间不可调和的冲突。这种冲突意味着，霍金辐射的发现不仅颠覆了我们关于黑洞的传统认知，还有可能是统一量子理论和爱因斯坦相对论的一个重要里程碑。甚至，我们可能通过霍金辐射找到一个“万有理论”来取代这两大支柱。霍金的朋友、物理学家约翰·普瑞斯基尔说：“我想说的是，回想起来，他对科学有三个伟大的贡献。一个是奇点定理……，一个是关于宇宙波函数的想法。但是到目前为止，*重要的还是霍金辐射的发现与推演。”3霍金墓碑上的方程式就是霍金辐射的主要体现，它说明了黑洞温度与其质量之间的函数关系，而黑洞的温度又决定了它所发出的辐射量和辐射类型。这一切，包括它们所属的黑洞本身，都可以由这个公式体现。***当威斯敏斯特教堂的管风琴奏起时，成千上万的声音齐声唱诵起来自英国的古老旋律：天父啊，请倾听我们的祷告：祈祷不是为了轻松，而是为了勉励我们不断勇敢地生活。21岁那年，史蒂芬·霍金被确诊患有肌萎缩侧索硬化（ALS），这是一种致命的神经系统疾病，霍金可能只剩下两三年的寿命。在接下来的55年中，他一直生活在死神的笼罩之下，不知道自己还能活多久。霍金这一生所做的一切，不管是有了新的物理学发现、写作畅销书，还是乘坐飞机环游世界，或是养育三个孩子，都是在病痛下完成的。疾病几乎剥夺了他的一切能力，使他无法行走、无法说话、无法自己进食，也无法控制身体的绝大部分肌肉。然而，每当有人把他面对病魔时所展现的这种顽强的坚持与勇敢混为一谈的时候，霍金就会大发雷霆。1990年，他曾对一个记者说：“我觉得有点儿尴尬，因为人们总是认为我很有勇气。但实际上，我并没有选择的余地。我不是主动选择了一条充满艰辛的道路，只是做了这种情况下唯一可以做的事情。”4畅销书《时间简史》让霍金在20世纪80年代末成为家喻户晓的人物。这本书出版时，霍金已经被禁锢在轮椅上，不能说话，也几乎无法移动，只能通过一台电脑与其他人交流。他用手中的摇杆控制电脑，费力地拼凑他想说的话，发送到语音合成器上，*终由语音合成器为他发声。在各种公开场合，人们簇拥着霍金，却不太知道该如何与他交流，人们总是对他抱有一种好奇的态度，既敬畏，又有一些优越感。从智力角度讲，大家都知道霍金是世界上*杰出的物理学家之一。然而，严重的残疾使得人们把他当作一个蹒跚学步的幼儿。这几乎形成了条件反射，无论他说了什么做了什么，都会引发一阵欣喜而惊奇的欢呼。2011年，演员简·方达记录下了她对霍金的探访：我跪在史蒂芬的椅子旁边，向他提起贝多芬说过的话，并且问他是否也像贝多芬一样，在病魔的鞭笞下不断前进，更深入地对宇宙起源进行研究。在等待答复的过程中，我将头靠在他的肩膀上，仔细地观察他，看着他专心致志地“写作”时脸上的细微动作。当时我一直在想，这是一个被囚禁在废墟中的人，但他竟然能够理解那些远在人类理解范围之外的事情。大约5分钟之后，屏幕上逐渐出现了字母和单词：“它……解放了……我……”啊！导演摩西·考夫曼和我欣喜地对视了一下，确信我们的猜想即将得到验证，史蒂芬一定会说出“它解放了我，让我可以自由地探索宇宙起源”之类的话。然而几分钟的等待之后，出现了这样一句话：“它解放了我，让我不用再教书了！”随后一个电子合成音大声地读出了这句话，每个人都听得清清楚楚。我看着史蒂芬，他似乎露出了一丝狡黠的微笑。曾有人告诉我，他有一种调皮的幽默感，而他刚刚就证明了这一点！我们都笑得很开心。不用再教书了！确实，这就是ALS的好处！5来访者在不自觉间不仅会被霍金深邃的智慧所折服，也会被他孩童般的纯真所感染。他逐渐成为一名精神领袖和一个象征符号，近乎一个完美的人。虽然困囿于轮椅，但是借助非凡的智力和强大的头脑，霍金仍然能够畅游宇宙，探索那些无人能及的未知区域。霍金很清楚，神话传说具有强大的力量，足以掩盖原本真实的人类行为。所以，他一直努力防止这种事情的发生。在家庭生活中，霍金拒绝讨论自己的病情，并对此毫不让步，几乎达到了病态的程度。这种固执也成为他**段婚姻的一大痛处。作为一名物理学家，霍金展示了深邃的思想，并取得了重大的科学进展，从而使自己身体上的残疾显得无足轻重。他会说：“我希望被当成一名科学家来对待，只是这名科学家身体上有残疾，而不是被当成一名残疾人科学家。”然而，究其一生，霍金一直怀疑人们因为他的残疾而给予了他特别的优待，尤其是将他与其他物理学家区别对待。更糟糕的是，人们也许会用他的残疾来定义他。他的这种担心不无道理。6残疾是“霍金”这尊神像的核心，即使这对于霍金本人来说无关紧要。尽管霍金希望在他的残疾之外，人们可以更深入地了解他，但现实令人沮丧，他的残疾正是他公众形象的核心所在。***参加霍金葬礼的除了他的家人、朋友和社会名流之外，还有从25 000余名群众中选取的1 000人，教堂里人头攒动。伴随着希腊作曲家范吉利斯特别创作的舒缓而绵延的爵士合成乐，他们惊讶地听见霍金的电子合成音*后一次在教堂中回荡。“我很清楚时间的宝贵。抓紧时间。现在就行动起来。我这一生，都在脑海中遨游宇宙……。”7与此同时，欧洲航天局位于西班牙塞夫雷罗斯的一台直径30米的射电望远镜将这段话连同配乐一起，朝向太空的方向，发往一颗编号为1A 0620–00的黑洞。在接下来的3 500年中，霍金的话语将以光速飞向它的目的地，飞向它的终点。霍金一定会对之感到欣慰。早在霍金因《时间简史》蜚声全球之前，他就已经是一个善于表现的人了，他具有一种引人注目的天赋。就连他的同行科学家也会被霍金的魔咒所迷惑。虽然物理学家列纳德·萨斯坎德多年来一直反对霍金关于黑洞运行原理的一些观点，但他也会讲述霍金是如何吸引全场注意的。在场的物理学家先是意识到霍金准备发言了，于是停止了交谈。随后是一段漫长的停顿，霍金正在电脑上斟酌字句。与此同时，气氛渐渐紧张，但是几分钟之后就松懈下来，因为大家等到的只是一个简单的“是”或者“不是”，或者是一句令人印象深刻的俏皮话。“他是一个非常非常机智的人，一句话就能戳中要点……只是一句有趣的点评，就能令你哈哈大笑起来。”而对公众来说，霍金的影响力更大。每当听完霍金的讲座，人们都会觉得受到启发，并对他充满敬畏。8霍金不仅擅长吸引注意力，还准确地知道应该如何利用它。甚至早在其读研究生的时候，他就做出了轰动之举，他公开对抗世界上*重要的天体物理学家，树立了他智力超群的形象。而一旦引起了注意，他就开始利用他那调皮而自嘲式的幽默感去赢得人们的好感，给人们留下了印象深刻的谦逊态度。这是一件令人费解的事，因为即使是他*亲密的朋友和同事，也会把他描述成一个傲慢、极端顽固的人。