霍金简史

生活在平凡世界里的众生需要一个英雄,特别是需要霍金这样、凭借思索宇宙的奥秘就获得敬仰和尊严的英雄—这是人类的荣耀。
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作者:本刊记者 荣智慧 来源:南风窗 日期:2018-04-10 收藏
  我们星球伟大的物理学家史蒂夫·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,是爱因斯坦的诞辰。在39年前,他成为剑桥大学“卢卡斯数学教授”,那曾经是艾萨克·牛顿的教席。.
  400年前由伽利略创始、牛顿发扬光大、再任爱因斯坦改写的科学革命,经由霍金之手进一步揭开谜底—别再说宇宙神秘如万古长夜,因为霍金证明“我们有能力理解宇宙”。
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  “爱因斯坦”
  霍金曾对和伽利略的奇异巧合表示惊讶。同一天也许有20万个婴儿诞生,但到底有多少人长大后会对天文学产生兴趣?而出生在牛津的霍金是幸运的—1942年的牛津和剑桥并没有受到德国空军的轰炸,那是德国对英国不轰炸海德堡和哥廷根的回报;而且,也许只有他走上了天文学之路,并在人们眼中和伽利略比肩。
  小时候的霍金对火车模型爱不释手,玩腻了发条火车之后,电动火车成了霍金梦寐以求的玩具。他花好几个钟头去观看克劳奇巷子尽头一家模型铁路俱乐部的展览,最后,趁父母不在,霍金把存在邮局银行的钱全都取了出来,那是他受洗时拿到的“压岁钱”,虽然也不多。然而买到的电动火车竟然是坏的,霍金不得不再花钱来修理电动马达。
  制作飞机模型和轮船模型时,霍金从来不在乎外观如何。无论是交通工具的模型制作,还是经营对战的模拟游戏,对于霍金来说,探究事物运行的本质并控制它们的渴望,直到他攻读博士、沉浸在宇宙学研究中才最终得到满足。
  霍金还在西班牙的马约嘉待过一阵子。有一位老师被请来教导霍金和小伙伴,他每天布置孩子们阅读一章《圣经》并写一篇作文,体会英国语言之美。霍金学到的主要教诲是造句时不要用“还有”开头。他发现里面多数文章打头都是“还有”—事实是,自从1611年英王詹姆士一世推行“钦定版”之后,《圣经》的文本已经大为不同。因此霍金提出抗议,既然文本已经不再古雅,为何还要学它?抗议石沉大海。
  就读于圣阿尔班斯学校时,霍金的成绩从来没上过班里的前半数之列。他的字乱七八糟,纸面也涂涂改改,任何老师都大为头痛。自从17岁离开圣阿尔班斯学校,霍金就再也没正式上过数学课。这并不妨碍他后来成了一名数学教授。在剑桥大学指导数学系本科生时,霍金承认自己只要提前一个礼拜学一下要教的东西就行了。
  同学们给霍金起的外号叫“爱因斯坦”,他们可能才是有史以来最独具慧眼的预言家。在很小的时候,霍金就表现出了对万物运行规则的强烈兴趣,他疏于动手,强于复杂思考。在他奇异而孤独的一生中,肢体的运动后来几乎完全消失,而毫不停歇的大脑将告诉地球上的人类:150亿年前宇宙如何爆炸、拥有一个“开端”;粒子和辐射如何从吞噬一切的黑洞中逃逸,离开一个不是终点的“终点”。
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  “命运的动机”
  牛津大学时代的霍金一开始有点“混日子”。那是50年代末期,大多数青年都对“成功”感到幻灭。“垮掉的一代”,有人这么称呼他们,实际上他们自己也毫不在乎—除了财富就是财富,没有什么别的值得追求。保守党刚刚赢得第三次竞选,口号是“你从来没这么好过”,这令人们更加厌倦。
  因为平时没用功,为了通过毕业考试,霍金决定自己推演下理论物理的问题,好避免回答记忆性的知识。前一晚精神太紧张,霍金考得不是很理想,处在第一和第二等的边缘,必须接受考官的面试。霍金打好了主意:如果考官给他一等,他就去剑桥,如果拿到二等,就留在牛津。.
  剑桥的丹尼斯·夏玛成了霍金的导师。有两个领域正等待着他进入:一个是大尺度的宇宙学,一个是极小尺度的基本粒子。当时基本粒子还没什么合适的理论,科学家发现了新粒子以后,就像植物学分种子那样分门别类。在宇宙学领域,爱因斯坦的广义相对论已经奠基。.
  然而命运露出了狰狞的面孔。圣诞节期间,霍金去圣阿尔班斯的湖面滑冰,摔倒在冰面上,他的母亲发现了异常。在伦敦的巴兹医院住了两周,医生没告诉霍金他到底出了什么毛病,最后通知家属,最多不过两年的时间可活。
  霍金注意到的第一件事,是在牛津时不能正常划船,那时他可是校赛艇队的舵手。有一次从公共教室出来,还摔在楼梯上,他担心把头摔坏了,结果学校的医生告诉他,少喝点酒。这种病是肌萎缩性脊髓侧索硬化症,在英国被称作运动神经细胞病,在美国被称为卢迦雷病。医生对于治愈或者控制它的恶化,均束手无策。
  病症恶化得相当迅速,霍金预料自己活不到博士毕业答辩。他开始极度迷恋瓦格纳的作品,里面的沉郁情绪符合他穷途末路的绝望。瓦格纳歌剧《尼伯龙根的指环》的第二部《女武神》是霍金的心头好,乐队在演奏“宝剑的动机”和“爱的动机”的交织中,达到演出的高潮。此时的霍金,正在“命运的动机”的千头万绪里,试图找到一丝光亮。
  光亮来自简·怀尔德。1963年的新年派对上,即将进入伦敦大学的简被霍金的风趣牢牢吸引。和简订婚使霍金跳出了绝望的深渊。为了结婚,他需要工作,为了得到工作,他需要拿到博士学位。因此,霍金开始了一生中第一次的“用功”。然后,他发现,自己还挺喜欢研究的。
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  “上帝死了”
  虽然广义相对论预言了黑洞的存在,但爱因斯坦早年既不愿意承认有引力波,也不认为宇宙中真的有黑洞。爱因斯坦去世后,黑洞研究在60年代进入了“黄金时代”。活跃在当年“黑洞研究”学术界的是三位“带头人”,美国的约翰·惠勒、俄罗斯的泽尔多维奇、英国的丹尼斯·夏玛。惠勒是诺贝尔奖得主费曼的老师,“黑洞”的名字就是他起的。夏玛就是霍金的导师。.
  70年代伊始,霍金和罗杰·彭罗斯先是证明了黑洞的存在。他们推演出大质量恒星继续坍缩直到具有无限密度的奇点。它是时间的终点,它的引力场如此之强,连光线都无法从这一片区域逃逸—这就是黑洞,甚至可以通过明确、已知的几何语言来精确描述。.
  1973年,霍金、布兰登·卡特等人证明了约翰·惠勒提出的无毛定理(No Hair Theorem)。它是对经典黑洞简单性的叙述:质量M产生黑洞的视界;角动量L是旋转黑洞的特征,在周围空间产生涡旋;电荷Q在黑洞周围发射出电力线,这三个物理守恒量唯一地确定了黑洞的性质。还有人将此定理戏称为“黑洞三毛定理”。
  当时整个科学界满腹狐疑。“黑洞”和“黑洞无毛”听起来一点不专业,甚至还有点淫秽和不雅的嫌疑,很多科学家抵制这些说法。社会大众反而一下子就接受了,没人往歪处想。.
1974年之后,霍金把广义相对论和量子力学综合起来进行研究。大尺度的宇宙和小尺度的粒子,也是他刚刚进入理论界的诱惑,现在他把它们放在了一起。霍金的理论认为,黑洞并不是全黑的,它能以热辐射的形式创造并排放亚原子粒子。
  来自黑洞的辐射被命名为“霍金辐射”—这是人类自爱因斯坦以来在统一广义相对论和量子场论、热力学的道路上走出的最坚实的一步。而且,当时的观测手段别说黑洞排放的粒子,就连黑洞本身都证明不来。黑洞虽然得到了承认,但这个“玄之又玄”的东西竟然还遵守“土掉渣”的热力学定律,人们也是大跌眼镜。
  早在1981年,教皇就告诫来梵蒂冈参加宇宙学会议的学者:大爆炸以后的宇宙演化是可以研究的,大爆炸不可以。因为那是创生的时刻,是只能属于上帝的事务。霍金在这次会议上作了主题为“时空有限无界的可能性”的报告,这是他提出“虚时间概念”的前奏。报告取消了上帝在宇宙中存在的最后一点必要性:宇宙没有边界,宇宙是自足的,不需要“第一推动”。
  尼采在《快乐的科学》中宣称“上帝死了”,100年后,这一论点凭霍金的几页论文从虚空降落到了物理世界。人类用一个世纪把一个哲学概念变成了人尽皆知的常识,宇宙的秩序从高高在上的神坛跌落,人的价值正在等待重新评估。也许霍金从此发现了虚无主义的危险,在生命的最后几年,他一直大声疾呼,希望人类警惕人工智能。时代巨轮轰轰碾过,连福柯的“人死了”都不再耸人听闻。
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  一生无悔
  1985年夏天,日内瓦欧洲核子研究中心。霍金打算前往德国的贝洛伊斯去听瓦格纳的《尼伯龙根的指环》。不幸感染了肺炎的他,被飞机送回了剑桥的艾登布鲁克斯医院。外科医生为他进行了穿气管手术,这个手术救了霍金一命,但从此失去了声音。.
  1988年出版的《时间简史》使大众认识了霍金。这时的霍金已经完全依赖轮椅和医护人员,只能用程序和语音合成器讲话。《时间简史》荣登《纽约时报》畅销书榜达53周之久,被翻译成40多种文字,共售出2500多万本,世界各地的读者寄来雪片一样的信件。霍金一开始就希望这本书能在机场书摊上出售,他自己都没想到,这个愿望竟然成真了。直至今日,中国的机场里还有再版多次的《时间简史》,以及他出版于2001年的《果壳中的宇宙》。.
  霍金曾用金鱼缸的比喻来启发读者:地球中的人类和金鱼缸里的金鱼没什么本质的区别。我们观察到的现象、总结下来的规律只不过适用于我们的生存世界,并希望也适用于地球之外。但是,金鱼能理解人类的大千世界吗?人类能理解茫茫银河里如恒河沙数的生命吗?.
  霍金的科普著作的意义,引发兴趣多于答疑解惑。人类就是在不断追问宇宙的奥秘的长河里漂流,就像库布里克的科幻电影《2001太空漫游》的开头,一个人猿开始仰望星空。自那以后,百万年如一瞬,阿波罗11号登上月球。
  随着观测方式的变化、观测技术的进步,对宇宙和黑洞的研究的不断深入,很多物理学家承认了霍金的“有限性”。美国加利福尼亚大学约瑟夫.掊钦斯基教授就说,“霍金是第一个去思考很多深刻的物理问题的人,如时间的开始的数学理论。既然这些问题这么难,第一个试图回答它们的努力也许是错误的就不奇怪了。但是霍金这些先锋之举,为科学研究开辟了新的问题。”.
  用今天的眼光看,霍金入选20世纪下半叶前十位最重要的理论物理学家之列,是当之无愧的。这在物理学家中也得到了承认。但人们也意识到,如果不是卢伽雷症,他也许并不会这么有名。霍金的知名度是由他的科学贡献和疾病共同促成的。生活在平凡世界里的众生需要一个英雄,特别是需要霍金这样、凭借思索宇宙的奥秘就获得敬仰和尊严的英雄—这是人类的荣耀。
  曾经有个访谈节目,问霍金如果流落荒岛,他会带什么唱片。霍金说是伊迪斯·皮艾芙的《我不再为任何事后悔》,他说这是他一生的总结。如果带书的话,他会带乔治·艾略特的《米德尔马契》。他记得维吉尼亚·伍尔夫说过,这是一部为成熟的人写的书。他想试一试。
  《米德尔马契》(Middlemarch)意译为“中途镇”。这个镇里世界的规律不是善恶有报,而是求仁得仁。人们拼命去观察自己的内心,到头来发现内心也是起伏不定,毫无规律可测,只能随着命运上下漂流。
  21岁被医生委婉宣判“死刑”的霍金,生命延续了半个多世纪;从突击考试的小青年,到举世知名的科学家;两次婚姻和永远搞不懂的“女人”……1985年,霍金曾到访中国,坚持上了长城。不知道他在这人类史书铭刻的伟大工程上,眺望如悲欢离合般连绵不绝的燕山山脉,到底想了些什么。但眺望是一种永恒的姿态。?
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