霍金簡史

榮智慧

我們星球偉大的物理學(xué)家史蒂夫·霍金逝世了。

霍金出生于1942年1月8日，那一天正好是伽利略300周年忌辰。

3月14日，他逝世的日子，是愛因斯坦的誕辰。在39年前，他成為劍橋大學(xué)“盧卡斯數(shù)學(xué)教授”，那曾經(jīng)是艾薩克·牛頓的教席。

400年前由伽利略創(chuàng)始、牛頓發(fā)揚光大、再任愛因斯坦改寫的科學(xué)革命，經(jīng)由霍金之手進一步揭開謎底—別再說宇宙神秘如萬古長夜，因為霍金證明“我們有能力理解宇宙”。

“愛因斯坦”

霍金曾對和伽利略的奇異巧合表示驚訝。同一天也許有20萬個嬰兒誕生，但到底有多少人長大后會對天文學(xué)產(chǎn)生興趣？而出生在牛津的霍金是幸運的—1942年的牛津和劍橋并沒有受到德國空軍的轟炸，那是德國對英國不轟炸海德堡和哥廷根的回報；而且，也許只有他走上了天文學(xué)之路，并在人們眼中和伽利略比肩。

小時候的霍金對火車模型愛不釋手，玩膩了發(fā)條火車之后，電動火車成了霍金夢寐以求的玩具。他花好幾個鐘頭去觀看克勞奇巷子盡頭一家模型鐵路俱樂部的展覽，最后，趁父母不在，霍金把存在郵局銀行的錢全都取了出來，那是他受洗時拿到的“壓歲錢”，雖然也不多。然而買到的電動火車竟然是壞的，霍金不得不再花錢來修理電動馬達。

制作飛機模型和輪船模型時，霍金從來不在乎外觀如何。無論是交通工具的模型制作，還是經(jīng)營對戰(zhàn)的模擬游戲，對于霍金來說，探究事物運行的本質(zhì)并控制它們的渴望，直到他攻讀博士、沉浸在宇宙學(xué)研究中才最終得到滿足。

霍金還在西班牙的馬約嘉待過一陣子。有一位老師被請來教導(dǎo)霍金和小伙伴，他每天布置孩子們閱讀一章《圣經(jīng)》并寫一篇作文，體會英國語言之美?；艚饘W(xué)到的主要教誨是造句時不要用“還有”開頭。他發(fā)現(xiàn)里面多數(shù)文章打頭都是“還有”—事實是，自從1611年英王詹姆士一世推行“欽定版”之后，《圣經(jīng)》的文本已經(jīng)大為不同。因此霍金提出抗議，既然文本已經(jīng)不再古雅，為何還要學(xué)它？抗議石沉大海。

就讀于圣阿爾班斯學(xué)校時，霍金的成績從來沒上過班里的前半數(shù)之列。他的字亂七八糟，紙面也涂涂改改，任何老師都大為頭痛。自從17歲離開圣阿爾班斯學(xué)校，霍金就再也沒正式上過數(shù)學(xué)課。這并不妨礙他后來成了一名數(shù)學(xué)教授。在劍橋大學(xué)指導(dǎo)數(shù)學(xué)系本科生時，霍金承認自己只要提前一個禮拜學(xué)一下要教的東西就行了。

同學(xué)們給霍金起的外號叫“愛因斯坦”，他們可能才是有史以來最獨具慧眼的預(yù)言家。在很小的時候，霍金就表現(xiàn)出了對萬物運行規(guī)則的強烈興趣，他疏于動手，強于復(fù)雜思考。在他奇異而孤獨的一生中，肢體的運動后來幾乎完全消失，而毫不停歇的大腦將告訴地球上的人類：150億年前宇宙如何爆炸、擁有一個“開端”；粒子和輻射如何從吞噬一切的黑洞中逃逸，離開一個不是終點的“終點”。

“命運的動機”

牛津大學(xué)時代的霍金一開始有點“混日子”。那是20世紀50年代末期，大多數(shù)青年都對“成功”感到幻滅?！翱宓舻囊淮?，有人這么稱呼他們，實際上他們自己也毫不在乎—除了財富就是財富，沒有什么別的值得追求。保守黨剛剛贏得第三次競選，口號是“你從來沒這么好過”，這令人們更加厭倦。

因為平時沒用功，為了通過畢業(yè)考試，霍金決定自己推演下理論物理的問題，好避免回答記憶性的知識。前一晚精神太緊張，霍金考得不是很理想，處在第一和第二等的邊緣，必須接受考官的面試。霍金打好了主意：如果考官給他一等，他就去劍橋，如果拿到二等，就留在牛津。

劍橋的丹尼斯·夏瑪成了霍金的導(dǎo)師。有兩個領(lǐng)域正等待著他進入：一個是大尺度的宇宙學(xué)，一個是極小尺度的基本粒子。當(dāng)時基本粒子還沒什么合適的理論，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新粒子以后，就像植物學(xué)分種子那樣分門別類。在宇宙學(xué)領(lǐng)域，愛因斯坦的廣義相對論已經(jīng)奠基。

然而命運露出了猙獰的面孔。圣誕節(jié)期間，霍金去圣阿爾班斯的湖面滑冰，摔倒在冰面上，他的母親發(fā)現(xiàn)了異常。在倫敦的巴茲醫(yī)院住了兩周，醫(yī)生沒告訴霍金他到底出了什么毛病，最后通知家屬，最多不過兩年的時間可活。

霍金注意到的第一件事，是在牛津時不能正常劃船，那時他可是校賽艇隊的舵手。有一次從公共教室出來，還摔在樓梯上，他擔(dān)心把頭摔壞了，結(jié)果學(xué)校的醫(yī)生告訴他，少喝點酒。這種病是肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥，在英國被稱作運動神經(jīng)細胞病，在美國被稱為盧迦雷病。醫(yī)生對于治愈或者控制它的惡化，均束手無策。

病癥惡化得相當(dāng)迅速，霍金預(yù)料自己活不到博士畢業(yè)答辯。他開始極度迷戀瓦格納的作品，里面的沉郁情緒符合他窮途末路的絕望。瓦格納歌劇《尼伯龍根的指環(huán)》的第二部《女武神》是霍金的心頭好，樂隊在演奏“寶劍的動機”和“愛的動機”的交織中，達到演出的高潮。此時的霍金，正在“命運的動機”的千頭萬緒里，試圖找到一絲光亮。

光亮來自簡·懷爾德。1963年的新年派對上，即將進入倫敦大學(xué)的簡被霍金的風(fēng)趣牢牢吸引。和簡訂婚使霍金跳出了絕望的深淵。為了結(jié)婚，他需要工作，為了得到工作，他需要拿到博士學(xué)位。因此，霍金開始了一生中第一次的“用功”。然后，他發(fā)現(xiàn)，自己還挺喜歡研究的。

“上帝死了”

雖然廣義相對論預(yù)言了黑洞的存在，但愛因斯坦早年既不愿意承認有引力波，也不認為宇宙中真的有黑洞。愛因斯坦去世后，黑洞研究在20世紀60年代進入了“黃金時代”?；钴S在當(dāng)年“黑洞研究”學(xué)術(shù)界的是三位“帶頭人”，美國的約翰·惠勒、俄羅斯的澤爾多維奇、英國的丹尼斯·夏瑪?；堇帐侵Z貝爾獎得主費曼的老師，“黑洞”的名字就是他起的。夏瑪就是霍金的導(dǎo)師。

20世紀70年代伊始，霍金和羅杰·彭羅斯先是證明了黑洞的存在。他們推演出大質(zhì)量恒星繼續(xù)坍縮直到具有無限密度的奇點。它是時間的終點，它的引力場如此之強，連光線都無法從這一片區(qū)域逃逸—這就是黑洞，甚至可以通過明確、已知的幾何語言來精確描述。

1973年，霍金、布蘭登·卡特等人證明了約翰·惠勒提出的無毛定理（No Hair Theorem）。它是對經(jīng)典黑洞簡單性的敘述：質(zhì)量M產(chǎn)生黑洞的視界；角動量L是旋轉(zhuǎn)黑洞的特征，在周圍空間產(chǎn)生渦旋；電荷Q在黑洞周圍發(fā)射出電力線，這三個物理守恒量唯一地確定了黑洞的性質(zhì)。還有人將此定理戲稱為“黑洞三毛定理”。

當(dāng)時整個科學(xué)界滿腹狐疑?！昂诙础焙汀昂诙礋o毛”聽起來一點不專業(yè)，甚至還有點淫穢和不雅的嫌疑，很多科學(xué)家抵制這些說法。社會大眾反而一下子就接受了，沒人往歪處想。

1974年之后，霍金把廣義相對論和量子力學(xué)綜合起來進行研究。大尺度的宇宙和小尺度的粒子，也是他剛剛進入理論界的誘惑，現(xiàn)在他把它們放在了一起?；艚鸬睦碚撜J為，黑洞并不是全黑的，它能以熱輻射的形式創(chuàng)造并排放亞原子粒子。

來自黑洞的輻射被命名為“霍金輻射”—這是人類自愛因斯坦以來在統(tǒng)一廣義相對論和量子場論、熱力學(xué)的道路上走出的最堅實的一步。而且，當(dāng)時的觀測手段別說黑洞排放的粒子，就連黑洞本身都證明不來。黑洞雖然得到了承認，但這個“玄之又玄”的東西竟然還遵守“土掉渣”的熱力學(xué)定律，人們也是大跌眼鏡。

早在1981年，教皇就告誡來梵蒂岡參加宇宙學(xué)會議的學(xué)者：大爆炸以后的宇宙演化是可以研究的，大爆炸不可以。因為那是創(chuàng)生的時刻，是只能屬于上帝的事務(wù)?；艚鹪谶@次會議上作了主題為“時空有限無界的可能性”的報告，這是他提出“虛時間概念”的前奏。報告取消了上帝在宇宙中存在的最后一點必要性：宇宙沒有邊界，宇宙是自足的，不需要“第一推動”。

尼采在《快樂的科學(xué)》中宣稱“上帝死了”，100年后，這一論點憑霍金的幾頁論文從虛空降落到了物理世界。人類用一個世紀把一個哲學(xué)概念變成了人盡皆知的常識，宇宙的秩序從高高在上的神壇跌落，人的價值正在等待重新評估。也許霍金從此發(fā)現(xiàn)了虛無主義的危險，在生命的最后幾年，他一直大聲疾呼，希望人類警惕人工智能。時代巨輪轟轟碾過，連福柯的“人死了”都不再聳人聽聞。

一生無悔

1985年夏天，日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心。霍金打算前往德國的貝洛伊斯去聽瓦格納的《尼伯龍根的指環(huán)》。不幸感染了肺炎的他，被飛機送回了劍橋的艾登布魯克斯醫(yī)院。外科醫(yī)生為他進行了穿氣管手術(shù)，這個手術(shù)救了霍金一命，但從此失去了聲音。

1988年出版的《時間簡史》使大眾認識了霍金。這時的霍金已經(jīng)完全依賴輪椅和醫(yī)護人員，只能用程序和語音合成器講話?！稌r間簡史》榮登《紐約時報》暢銷書榜達53周之久，被翻譯成40多種文字，共售出2500多萬本，世界各地的讀者寄來雪片一樣的信件?；艚鹨婚_始就希望這本書能在機場書攤上出售，他自己都沒想到，這個愿望竟然成真了。直至今日，中國的機場里還有再版多次的《時間簡史》，以及他出版于2001年的《果殼中的宇宙》。

霍金曾用金魚缸的比喻來啟發(fā)讀者：地球中的人類和金魚缸里的金魚沒什么本質(zhì)的區(qū)別。我們觀察到的現(xiàn)象、總結(jié)下來的規(guī)律只不過適用于我們的生存世界，并希望也適用于地球之外。但是，金魚能理解人類的大千世界嗎？人類能理解茫茫銀河里如恒河沙數(shù)的生命嗎？

霍金的科普著作的意義，引發(fā)興趣多于答疑解惑。人類就是在不斷追問宇宙的奧秘的長河里漂流，就像庫布里克的科幻電影《2001太空漫游》的開頭，一個人猿開始仰望星空。自那以后，百萬年如一瞬，阿波羅11號登上月球。

隨著觀測方式的變化、觀測技術(shù)的進步，對宇宙和黑洞的研究的不斷深入，很多物理學(xué)家承認了霍金的“有限性”。美國加利福尼亞大學(xué)約瑟夫.掊欽斯基教授就說：“霍金是第一個去思考很多深刻的物理問題的人，如時間的開始的數(shù)學(xué)理論。既然這些問題這么難，第一個試圖回答它們的努力也許是錯誤的就不奇怪了。但是霍金這些先鋒之舉，為科學(xué)研究開辟了新的問題?！?/p>

用今天的眼光看，霍金入選20世紀下半葉前十位最重要的理論物理學(xué)家之列，是當(dāng)之無愧的。這在物理學(xué)家中也得到了承認。但人們也意識到，如果不是盧伽雷癥，他也許并不會這么有名。霍金的知名度是由他的科學(xué)貢獻和疾病共同促成的。生活在平凡世界里的眾生需要一個英雄，特別是需要霍金這樣、憑借思索宇宙的奧秘就獲得敬仰和尊嚴的英雄—這是人類的榮耀。

曾經(jīng)有個訪談節(jié)目，問霍金如果流落荒島，他會帶什么唱片。霍金說是伊迪斯·皮艾芙的《我不再為任何事后悔》，他說這是他一生的總結(jié)。如果帶書的話，他會帶喬治·艾略特的《米德爾馬契》。他記得維吉尼亞·伍爾夫說過，這是一部為成熟的人寫的書。他想試一試。

《米德爾馬契》（Middlemarch）意譯為“中途鎮(zhèn)”。這個鎮(zhèn)里世界的規(guī)律不是善惡有報，而是求仁得仁。人們拼命去觀察自己的內(nèi)心，到頭來發(fā)現(xiàn)內(nèi)心也是起伏不定，毫無規(guī)律可測，只能隨著命運上下漂流。

21歲被醫(yī)生委婉宣判“死刑”的霍金，生命延續(xù)了半個多世紀；從突擊考試的小青年，到舉世知名的科學(xué)家；兩次婚姻和永遠搞不懂的“女人”……1985年，霍金曾到訪中國，堅持上了長城。不知道他在這人類史書銘刻的偉大工程上，眺望如悲歡離合般連綿不絕的燕山山脈，到底想了些什么。但眺望是一種永恒的姿態(tài)。

（摘自《南風(fēng)窗》2018年第14期。作者為該刊記者）