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霍金,回到星辰大海

2018-04-23 07:52余馳疆
環(huán)球人物 2018年6期
關(guān)鍵詞:霍金的奇點霍金

余馳疆

人物簡介:斯蒂芬·威廉·霍金

著名物理學家。1942年出生于英國牛津。1963年患上肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥,全身癱瘓。病中,他在劍橋大學證明了奇點存在和黑洞蒸發(fā),獲得巨大聲譽。1988年,出版《時間簡史》,累計銷量達2500萬冊。2018年3月14日去世。

霍金喜歡打賭,可惜運氣都不大好。從1991年到1997年,他與物理學家基普·索恩有兩次著名賭局,賭天鵝座X-1是否為黑洞,以及裸奇點是否存在。結(jié)果都以霍金慘敗告終。

2002年,他又下注100美元和“上帝粒子”之父彼得·希格斯打賭,斷言希格斯粒子不會在任何對撞機上被發(fā)現(xiàn),讓希格斯一度惱羞成怒,對記者發(fā)牢騷:“霍金由于其特殊性獲得了本不該有的、信手拈來的權(quán)威性?!?/p>

賭局的結(jié)果是2012年7月,歐洲核子研究中心宣布在大型強子對撞機上發(fā)現(xiàn)了一個很有可能是“上帝粒子”的新粒子,霍金爽快地給希格斯寄去100美元支票——又輸了。

不僅和同行賭,霍金還和世界賭。2009年6月28日,他舉辦了一場無人派對,以驗證“時間旅行是不可能的”。

那晚,他請家人擺好美食香檳,掛上“歡迎時間旅行者”的條幅,在輪椅上靜靜等待。按照霍金的計劃,他會在6月29日0點過后發(fā)出邀請函,寫明時間、地點——如果真有時間旅行者,應(yīng)該會在看到邀請后穿越而來。

然而等到12點,沒有人出現(xiàn),霍金默默把派對視頻上傳至網(wǎng)絡(luò),并發(fā)出邀請函,寫道:“我等了很長時間,但沒有一個人露面?!?/p>

這算是個無解的賭局。

在人生的最后階段,霍金和未來賭。從2011年到2017年11月最后一次公開演講,他多次預(yù)言:人類40年后就能進駐火星,人工智能可能毀滅人類,地球在2600年會變成熾熱的火球……這些預(yù)言在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳,但霍金的輸贏只能等到百年后才能揭曉了。

然而,賭了那么多回,霍金印象最深的是12歲那一次。

他的同學麥克萊納漢跟他打賭說:“霍金,你將來必定一事無成?!辟€注是一包糖?;艚鸷髞砘貞浲抡f:“不知道這個賭結(jié)束了沒,也不知道何時會有結(jié)果?!?/p>

2018年3月14日,霍金去世,全世界以刷屏之勢悼念,被引用最多的詞是“偉大”——12歲的那場賭局,霍金贏了。

最后半年已無法做表情,但仍想著新論文

作為霍金唯一的中國學生,吳忠超最后一次見到老師,是在去年7月3日。當時,霍金在劍橋大學舉辦生日慶祝會,邀請了全球100多位物理學家和200多位好友?!八纳帐窃?月,但那時的劍橋太冷了,于是就把生日會挪到7月,因此許多參會者稱這是霍金75又1/2歲的生日?!眳侵页瑢Α董h(huán)球人物》記者說。

生日會分三部分,第一部分是霍金和其他3位科學家作報告?;艚鹧葜v的題目是《我的物理學生涯》,依然是熟悉的美國口音——他靠運動右臉頰肌肉在顯示屏上打字,但發(fā)聲系統(tǒng)由美國人打造,因此帶著明顯的美音。霍金講述了自己的研究經(jīng)歷,對現(xiàn)場所有人說:“記住仰望星空,不要低頭只管腳下。保持好奇心,無論生活似乎多艱難,總有能勝任的事情?!?/p>

第二部分是“引力和黑洞物理”的科學會議,物理學家們各抒己見,探討最新宇宙發(fā)現(xiàn)?;艚痦槺恪皯弧绷艘煌ㄌ乩势眨骸拔覀儸F(xiàn)在正在接近全球變暖不可逆轉(zhuǎn)的臨界點。特朗普的決定(退出《巴黎協(xié)定》)可能把地球推過這個臨界點,讓地球變得像金星一樣,溫度達到250攝氏度(事實上,金星表面溫度超過400攝氏度),天上下硫酸雨?!?/p>

之后便是宴會,在劍橋大學三一學院的餐廳內(nèi)舉行。餐廳兩側(cè)的墻上掛滿學院名人的畫像,包括牛頓、拜倫、培根、麥克斯韋、湯姆遜、盧瑟福等,霍金就坐在英王亨利八世畫像下的高桌中央。吳忠超記得,那天所有人都開心地給他唱生日快樂歌,但霍金已經(jīng)做不出任何表情了。“以前見他,他臉上還能表現(xiàn)出喜怒,但那一次,我看不到這些了。”

2018年1月,霍金76歲生日,家人為他燃放了煙花以示慶祝。末了,他將輪椅開到院子草坪上,在燃盡的煙花筒前停駐許久。

左圖為霍金12歲時照片,右圖為1962年霍金從牛津大學畢業(yè)。

身體已經(jīng)嚴重衰竭,但頭腦依然飛速運轉(zhuǎn)。即便是去世前兩周,霍金依然在與同事探討新論文的撰寫。劍橋大學應(yīng)用數(shù)學與理論物理學系教授馬爾科姆·佩里對記者說,2月底時,他還在與霍金探討“黑洞信息悖論”問題,準備合著新的課題。當時霍金的臉部肌肉已經(jīng)完全無法動彈了,一小時只能打出零星幾個單詞,“但他的每一句話,都是有思考價值的”。

吳忠超和佩里都想到霍金可能要離去,但都沒想到這一天來得如此突然。佩里回憶,霍金生前說希望能與家人一起,欣賞瓦格納的音樂,在夏日的烈陽下喝著香檳度過人生的最后一天?!氨M管最后一天并不是這樣,但至少這顆瘋狂運動的大腦,可以去太空度假了?!彼f。

愛因斯坦之后最有社會影響力的科學家

霍金去世的消息刷屏后,中山大學天文與空間科學研究院院長李淼電話一直沒停過。他與霍金有過4次接觸,第一次是1985年霍金到中國科技大學訪問,李淼是中科大的研究生。第二次是1986年,李淼去劍橋大學作報告,霍金是臺下觀眾。最后兩次是上世紀90年代,李淼在美國加州大學任教,與霍金進行學術(shù)上的探討。

李淼評價霍金是“愛因斯坦之后最有社會影響力的科學家”。在他看來,霍金的影響力是多方面相加而來的——科學成就、個人經(jīng)歷以及社會活動,共同打造了人們眼中的“偉大”。

李淼認為,作為物理學家霍金的科學成就主要有三個方面?!暗谝?,他證明了所謂奇點定理;第二大貢獻是發(fā)現(xiàn)黑洞不黑,也就是霍金蒸發(fā);第三是關(guān)于宇宙的量子起源的研究,雖然目前尚未得到物理學界普遍認可,但影響力很大?!?/p>

“這三大成果,都是霍金在40歲之前的成就?!崩铐祵Α董h(huán)球人物》記者說,“在理論物理界,45歲以后依然想有所突破,是很難的。愛因斯坦、霍金都是如此?!?/p>

而這三大成果的誕生,既是霍金的科研史,也是他與命運纏斗的歷史。1962年,牛津大學物理學資優(yōu)生霍金在理論粒子物理和宇宙學之間選擇了后者,因為他覺得粒子物理只有粒子,沒有理論,研究起來像植物學;但宇宙學有廣義相對論,這種著重于思考和計算的研究方式更得霍金青睞。很快,他以本科畢業(yè)第一等的成績,進入宇宙學的領(lǐng)軍院?!獎虼髮W。

1965年,患病的霍金與簡·王爾德結(jié)婚。右圖為電影《萬物理論》劇照,電影中,英國演員埃迪-雷德梅恩飾演霍金,并獲得第八十七屆奧斯卡金像獎最

盡管到了劍橋,但霍金并沒能被當時最好的宇宙學老師霍伊爾選中,而是被分配給沒什么名氣的講師西阿瑪。今天看來,這也許是霍金的一大幸運?;粢翣柺谴竺θ耍瑓⒓痈鞣N會議、活動,還是大爆炸宇宙學(認為宇宙起源于一次大爆炸)的堅定反對者——當時穩(wěn)恒態(tài)宇宙學(認為宇宙一直存在)和大爆炸宇宙學是兩個吵得不可開交的理論。而西阿瑪是循循善誘的導師,他總是待在學校,隨時為學生提供各種幫助,對兩種理論沒有偏好,鼓勵學生自己去尋找答案。正因此,霍金才會逐漸深入研究宇宙大爆炸理論,才有了后來的奇點定理。若當年師從名家,可能霍金的人生軌跡便會有所改變了。

眾所周知,也是在當時,霍金患上了肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥,俗稱“漸凍癥”。1963年,醫(yī)生對21歲的霍金說:“不幸的是,吃飯、走路、說話,都會漸漸不行,平均壽命是發(fā)病兩年后;幸運的是,大腦不受影響?!?/p>

關(guān)于霍金病后如何消沉,又如何遇到好女孩簡·王爾德后重新振作的故事,我們已經(jīng)在各種報道和電影《萬物理論》里看過無數(shù)遍了。但對于霍金在病后與羅杰·彭羅斯共同計算出的奇點定理,很少有人能說得清楚,許多人甚至都不知道這個“奇”是讀“qí”還是“jī”。

“奇點,英文是‘singularity,奇異點的意思,所以應(yīng)該讀‘qí?!崩铐祵τ浾哒f,“這個理論基于愛因斯坦的廣義相對論,認為宇宙起源于一個點,在這個點上,空間和時間消失,物質(zhì)密度無限大。在奇點附近,物理學定律不再適用,包括廣義相對論?!?/p>

當時許多物理學家不認可奇點,因為這個點無法用物理學解釋,也無法闡明宇宙的由來。但霍金不這樣想,他想做的就是證明奇點的存在。李淼解釋:“如果你把宇宙想象成一個球,它在不斷膨脹,那么在過去一定有個時刻,它是一個無限小的球面,這個無限小,就是奇點??雌饋砗芎米C明,但霍金要面對的是一個棘手的問題,因為宇宙的膨脹不是一個簡單的球面,它是個非常復雜的過程,有行星,有恒星,有時間,有空間,甚至有黑洞,它需要龐大的數(shù)學計算和思考能力?!?/p>

在身體開始萎縮的那些年,霍金用強大的意志力完成了這個工程巨大的驗證工作,以極其復雜的運算過程,證明了奇點的存在。在這個過程中,他的人生有了許多改變:他愛上了瓦格納的音樂,“因為那樂符里的末日意味令人平和”;與簡結(jié)婚、生子,愛情讓他學著扼住命運的喉嚨,“我要證明醫(yī)生是錯的,我要挑戰(zhàn)未來”;他也成名了,成為物理學界的神童,克服運動神經(jīng)元疾病,坐在輪椅上讓全世界為之震撼,贏得無數(shù)榮譽和獎杯……

1970年,霍金又提出黑洞視界面積不減定理,認為黑洞的視界(視界是指黑洞外的一個邊界,在此之內(nèi),任何東西都不可能越過到此邊界外)面積不會減小。接著以此為第二定律提出黑洞動力學四定律,表明黑洞視界面積與熱力學熵的類似。1973年,他天才地將量子力學用于黑洞,證明黑洞會輻射粒子,因此黑洞質(zhì)量不斷減小,會導致黑洞蒸發(fā)——之前,人們認為“黑洞沒有毛”,僅僅只是一個看不見的區(qū)域,任何東西都無法“逃”出黑洞。但霍金的發(fā)現(xiàn),完全顛覆了舊認知,他認為“黑洞不黑”,且黑洞是攜帶信息最多的天體。

上世紀80年代,吳忠超在劍橋大學做訪問學者,其博士論文指導就是霍金。

“黑洞不黑”成為震驚世界的理論,霍金聲名鵲起,人們將他的發(fā)現(xiàn)稱為“霍金輻射”。1975年,霍金成為英國皇家學會會員,1979年又成為劍橋大學盧卡遜講座教授——這個職位,牛頓和狄拉克也曾擔任過。

兩次登上長城

1979年,中科大教員吳忠超受邀到劍橋大學作為高級訪問學者并攻讀博士,導師便是鼎鼎有名的霍金。

和《環(huán)球人物》記者說起與霍金的第一次見面,吳忠超記憶猶新。“我們在開小組會,聽見后面有震動的聲音,一看是霍金坐著電動輪椅過來了。那是我第一次看到電動輪椅,也是第一次見到霍金,非常震撼。”

那時的霍金還能說話,但說的都是“霍金語”,是為了節(jié)省力氣而縮減的英語。吳忠超適應(yīng)了很久,才能逐漸聽懂他究竟在說什么。

霍金的小組是當時世界上最權(quán)威的相對論研究團隊,一共只有五六位導師,剩下的全是學生,小巧精悍。小組在劍橋大學應(yīng)用數(shù)學系和理論物理系所在的小樓,霍金只在一層活動,一個人一間辦公室,大概15平方米,早上10點多上班,晚上7點下班,只要他身體沒問題,基本就是這樣的作息。

在吳忠超看來,霍金的研究水平自不必說,但更令人印象深刻的是貼心。在霍金的小組,每到下午都會有一個茶會,霍金組織導師、學生一起討論,其間還會講一些笑話。一次,霍金得知吳忠超家人要來英國,主動說要寫信給英國大使館,幫忙早點通過簽證。后來吳忠超博士畢業(yè),霍金也親自為他寫了推薦信。

由于霍金的第一任妻子簡擁有1/8的中國血統(tǒng),霍金很早就對中國產(chǎn)生了興趣。在與吳忠超的交往中,他不止一次提到要去中國看看?!拔耶敃r就推薦了我的母校中科大,1985年,霍金來到中國,第一站訪問的學校就是位于合肥的中科大?!?/p>

那一次,霍金還去了北京。他希望能登上長城看看,當時身邊人考慮到他身體原因,沒有同意,誰知霍金以“自殺”威脅,大家只能抬著他登上長城。2002年,霍金再次訪華,同樣要求登長城,八達嶺管理處就為他特意改裝了登城纜車。

到達山頂后,霍金要求所有工作人員和他保持一定距離,一個人在長城上眺望了許久。

不能說話,反而讓他更會說話

在被問到“霍金為何偉大”時,李淼和吳忠超給出了相似的答案:除了科學研究,霍金通過科普,讓全世界認識了理論物理,看到了宇宙的魅力。李淼說:“霍金身上,有物理學家罕見的希望公眾聽到他的聲音的個性。不論歐美、中國,極少有理論物理學家愿意去影響公眾,去做科普。從某些方面來說,霍金是很卓越的社會活動家和作家,他通過這些方式讓一門艱澀的學科,成為被關(guān)注的焦點?!?/p>

1988年,《時間簡史》出版,霍金深入淺出地向世人解釋了宇宙的起源,何為黑洞,宇宙怎樣膨脹。通過這本書,許多人第一次了解到遙遠星河里的世界。自1988年首版以來,這本書已被翻譯成40種文字,累計銷售量達2500萬冊,是史上最受歡迎的科學巨著。

為什么人們愛《時間簡史》?李淼說:“因為霍金寫得尤為直觀?!睂τ诨艚饋碚f,寫作、講話都是艱難的事情,所以他沒有辦法長篇累牘地表述抽象的理論,他必須學著用最簡單、清楚的詞來表達自己的思想。

這種特點,造就了霍金文字里的幽默和親切。在提到“黑洞不黑”理論時,霍金說:“物質(zhì)不但可以從黑洞逃脫,而且可能可以穿越到另外一個宇宙?!彼又忉專骸八院诙床⒉皇撬雌饋淼哪敲春?,并不是像我們曾經(jīng)想象的那樣是一個終極地獄。就像抑郁癥,如果你覺得你在黑洞中,不要放棄——總會有出去的路的?!?/p>

“客觀地說,霍金的學術(shù)成就與愛因斯坦、牛頓比不在一個級別上,‘霍金輻射作為霍金一生最大的科學成就,因為效應(yīng)非常小,還不能得到實驗證實,因此也遲遲得不到諾貝爾獎。但霍金的科普貢獻和社會影響力,足以擔當‘偉大二字?!崩铐嫡f。

不論是與人打賭,還是錄制唱片,出演美劇,霍金在“好玩”的同時,也打造出了人們心中樂觀、勵志的精神標桿。

因此,英國皇家學會前主席、天體物理學家馬丁·里斯這樣評論:“我們稱頌霍金,稱頌他杰出的學術(shù)成就,稱頌他最受歡迎的著作《時間簡史》。而在這一切之上,我們贊頌他戰(zhàn)勝軀體這副囚牢的壯舉?!?/p>

霍金去世后,他的勵志名言被頻頻提起:“在我21歲時,我的期望值變成了零,自那以后,一切都變成了額外津貼”“一個人如果身體有了殘疾,絕不能讓心靈也有殘疾”“我的手指還能活動,我的大腦還能思維;我有終身追求的理想,我有愛和愛我的親人朋友;對了,我還有一顆感恩的心”……

在最禁錮的身體里,霍金自由地思考,堅定地活著,并且始終善良。他用天才的智慧和“地才”的勤奮,賭贏了自己的一生。

還有什么,能比這些更值得我們銘記呢?

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