霍金,回到星辰大海

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人物简介:斯蒂芬·威廉·霍金


  著名物理学家。1942年出生于英国牛津。1963年患上肌肉萎缩性侧索硬化症,全身瘫痪。病中,他在剑桥大学证明了奇点存在和黑洞蒸发,获得巨大声誉。1988年,出版《时间简史》,累计销量达2500万册。2018年3月14日去世。
  
  霍金喜欢打赌,可惜运气都不大好。从1991年到1997年,他与物理学家基普·索恩有两次著名赌局,赌天鹅座X-1是否为黑洞,以及裸奇点是否存在。结果都以霍金惨败告终。
  2002年,他又下注100美元和“上帝粒子”之父彼得·希格斯打赌,断言希格斯粒子不会在任何对撞机上被发现,让希格斯一度恼羞成怒,对记者发牢骚:“霍金由于其特殊性获得了本不该有的、信手拈来的权威性。”
  赌局的结果是2012年7月,欧洲核子研究中心宣布在大型强子对撞机上发现了一个很有可能是“上帝粒子”的新粒子,霍金爽快地给希格斯寄去100美元支票——又输了。
  不仅和同行赌,霍金还和世界赌。2009年6月28日,他举办了一场无人派对,以验证“时间旅行是不可能的”。
  那晚,他请家人摆好美食香槟,挂上“欢迎时间旅行者”的条幅,在轮椅上静静等待。按照霍金的计划,他会在6月29日0点过后发出邀请函,写明时间、地点——如果真有时间旅行者,应该会在看到邀请后穿越而来。
  然而等到12点,没有人出现,霍金默默把派对视频上传至网络,并发出邀请函,写道:“我等了很长时间,但没有一个人露面。”
  这算是个无解的赌局。
  在人生的最后阶段,霍金和未来赌。从2011年到2017年11月最后一次公开演讲,他多次预言:人类40年后就能进驻火星,人工智能可能毁灭人类,地球在2600年会变成炽热的火球……这些预言在网络上广泛流传,但霍金的输赢只能等到百年后才能揭晓了。
  然而,赌了那么多回,霍金印象最深的是12岁那一次。
  他的同学麦克莱纳汉跟他打赌说:“霍金,你将来必定一事无成。”赌注是一包糖。霍金后来回忆往事说:“不知道这个赌结束了没,也不知道何时会有结果。”
  2018年3月14日,霍金去世,全世界以刷屏之势悼念,被引用最多的词是“伟大”——12岁的那场赌局,霍金赢了。

最后半年已无法做表情,但仍想着新论文


  作为霍金唯一的中国学生,吴忠超最后一次见到老师,是在去年7月3日。当时,霍金在剑桥大学举办生日庆祝会,邀请了全球100多位物理学家和200多位好友。“他的生日是在1月,但那时的剑桥太冷了,于是就把生日会挪到7月,因此许多参会者称这是霍金75又1/2岁的生日。”吴忠超对《环球人物》记者说。
  生日会分三部分,第一部分是霍金和其他3位科学家作报告。霍金演讲的题目是《我的物理学生涯》,依然是熟悉的美国口音——他靠运动右脸颊肌肉在显示屏上打字,但发声系统由美国人打造,因此带着明显的美音。霍金讲述了自己的研究经历,对现场所有人说:“记住仰望星空,不要低头只管脚下。保持好奇心,无论生活似乎多艰难,总有能胜任的事情。”
  第二部分是“引力和黑洞物理”的科学会议,物理学家们各抒己见,探讨最新宇宙发现。霍金顺便“怼”了一通特朗普:“我们现在正在接近全球变暖不可逆转的臨界点。特朗普的决定(退出《巴黎协定》)可能把地球推过这个临界点,让地球变得像金星一样,温度达到250摄氏度(事实上,金星表面温度超过400摄氏度),天上下硫酸雨。”
  之后便是宴会,在剑桥大学三一学院的餐厅内举行。餐厅两侧的墙上挂满学院名人的画像,包括牛顿、拜伦、培根、麦克斯韦、汤姆逊、卢瑟福等,霍金就坐在英王亨利八世画像下的高桌中央。吴忠超记得,那天所有人都开心地给他唱生日快乐歌,但霍金已经做不出任何表情了。“以前见他,他脸上还能表现出喜怒,但那一次,我看不到这些了。”
  2018年1月,霍金76岁生日,家人为他燃放了烟花以示庆祝。末了,他将轮椅开到院子草坪上,在燃尽的烟花筒前停驻许久。
左图为霍金12岁时照片,右图为1962年霍金从牛津大学毕业。

  身体已经严重衰竭,但头脑依然飞速运转。即便是去世前两周,霍金依然在与同事探讨新论文的撰写。剑桥大学应用数学与理论物理学系教授马尔科姆·佩里对记者说,2月底时,他还在与霍金探讨“黑洞信息悖论”问题,准备合著新的课题。当时霍金的脸部肌肉已经完全无法动弹了,一小时只能打出零星几个单词,“但他的每一句话,都是有思考价值的”。
  吴忠超和佩里都想到霍金可能要离去,但都没想到这一天来得如此突然。佩里回忆,霍金生前说希望能与家人一起,欣赏瓦格纳的音乐,在夏日的烈阳下喝着香槟度过人生的最后一天。“尽管最后一天并不是这样,但至少这颗疯狂运动的大脑,可以去太空度假了。”他说。

爱因斯坦之后最有社会影响力的科学家


  霍金去世的消息刷屏后,中山大学天文与空间科学研究院院长李淼电话一直没停过。他与霍金有过4次接触,第一次是1985年霍金到中国科技大学访问,李淼是中科大的研究生。第二次是1986年,李淼去剑桥大学作报告,霍金是台下观众。最后两次是上世纪90年代,李淼在美国加州大学任教,与霍金进行学术上的探讨。
  李淼评价霍金是“爱因斯坦之后最有社会影响力的科学家”。在他看来,霍金的影响力是多方面相加而来的——科学成就、个人经历以及社会活动,共同打造了人们眼中的“伟大”。   李淼认为,作为物理学家霍金的科学成就主要有三个方面。“第一,他证明了所谓奇点定理;第二大贡献是发现黑洞不黑,也就是霍金蒸发;第三是关于宇宙的量子起源的研究,虽然目前尚未得到物理学界普遍认可,但影响力很大。”
  “这三大成果,都是霍金在40岁之前的成就。”李淼对《环球人物》记者说,“在理论物理界,45岁以后依然想有所突破,是很难的。爱因斯坦、霍金都是如此。”
  而这三大成果的诞生,既是霍金的科研史,也是他与命运缠斗的历史。1962年,牛津大学物理学资优生霍金在理论粒子物理和宇宙学之间选择了后者,因为他觉得粒子物理只有粒子,没有理论,研究起来像植物学;但宇宙学有广义相对论,这种着重于思考和计算的研究方式更得霍金青睐。很快,他以本科毕业第一等的成绩,进入宇宙学的领军院校——剑桥大学。
1965年,患病的霍金与简·王尔德结婚。右图为电影《万物理论》剧照,电影中,英国演员埃迪-雷德梅恩饰演霍金,并获得第八十七届奥斯卡金像奖最

  尽管到了剑桥,但霍金并没能被当时最好的宇宙学老师霍伊尔选中,而是被分配给没什么名气的讲师西阿玛。今天看来,这也许是霍金的一大幸运。霍伊尔是大忙人,参加各种会议、活动,还是大爆炸宇宙学(认为宇宙起源于一次大爆炸)的坚定反对者——当时稳恒态宇宙学(认为宇宙一直存在)和大爆炸宇宙学是两个吵得不可开交的理论。而西阿玛是循循善诱的导师,他总是待在学校,随时为学生提供各种帮助,对两种理论没有偏好,鼓励学生自己去寻找答案。正因此,霍金才会逐渐深入研究宇宙大爆炸理论,才有了后来的奇点定理。若当年师从名家,可能霍金的人生轨迹便会有所改变了。
  众所周知,也是在当时,霍金患上了肌肉萎缩性侧索硬化症,俗称“渐冻症”。1963年,医生对21岁的霍金说:“不幸的是,吃饭、走路、说话,都会渐渐不行,平均寿命是发病两年后;幸运的是,大脑不受影响。”
  关于霍金病后如何消沉,又如何遇到好女孩简·王尔德后重新振作的故事,我们已经在各种报道和电影《万物理论》里看过无数遍了。但对于霍金在病后与罗杰·彭罗斯共同计算出的奇点定理,很少有人能说得清楚,许多人甚至都不知道这个“奇”是读“qí”还是“jī”。
  “奇点,英文是‘singularity’,奇异点的意思,所以应该读‘qí’。”李淼对记者说,“这个理论基于爱因斯坦的广义相对论,认为宇宙起源于一个点,在这个点上,空间和时间消失,物质密度无限大。在奇点附近,物理学定律不再适用,包括广义相对论。”
  当时许多物理学家不认可奇点,因为这个点无法用物理学解释,也无法阐明宇宙的由来。但霍金不这样想,他想做的就是证明奇点的存在。李淼解释:“如果你把宇宙想象成一个球,它在不断膨胀,那么在过去一定有个时刻,它是一个无限小的球面,这个无限小,就是奇点。看起来很好证明,但霍金要面对的是一个棘手的问题,因为宇宙的膨胀不是一个简单的球面,它是个非常复杂的过程,有行星,有恒星,有时间,有空间,甚至有黑洞,它需要庞大的数学计算和思考能力。”
  在身体开始萎缩的那些年,霍金用强大的意志力完成了这个工程巨大的验证工作,以极其复杂的运算过程,证明了奇点的存在。在这个過程中,他的人生有了许多改变:他爱上了瓦格纳的音乐,“因为那乐符里的末日意味令人平和”;与简结婚、生子,爱情让他学着扼住命运的喉咙,“我要证明医生是错的,我要挑战未来”;他也成名了,成为物理学界的神童,克服运动神经元疾病,坐在轮椅上让全世界为之震撼,赢得无数荣誉和奖杯……
  1970年,霍金又提出黑洞视界面积不减定理,认为黑洞的视界(视界是指黑洞外的一个边界,在此之内,任何东西都不可能越过到此边界外)面积不会减小。接着以此为第二定律提出黑洞动力学四定律,表明黑洞视界面积与热力学熵的类似。1973年,他天才地将量子力学用于黑洞,证明黑洞会辐射粒子,因此黑洞质量不断减小,会导致黑洞蒸发——之前,人们认为“黑洞没有毛”,仅仅只是一个看不见的区域,任何东西都无法“逃”出黑洞。但霍金的发现,完全颠覆了旧认知,他认为“黑洞不黑”,且黑洞是携带信息最多的天体。
上世纪80年代,吴忠超在剑桥大学做访问学者,其博士论文指导就是霍金。

  “黑洞不黑”成为震惊世界的理论,霍金声名鹊起,人们将他的发现称为“霍金辐射”。1975年,霍金成为英国皇家学会会员,1979年又成为剑桥大学卢卡逊讲座教授——这个职位,牛顿和狄拉克也曾担任过。

两次登上长城


  1979年,中科大教员吴忠超受邀到剑桥大学作为高级访问学者并攻读博士,导师便是鼎鼎有名的霍金。
  和《环球人物》记者说起与霍金的第一次见面,吴忠超记忆犹新。“我们在开小组会,听见后面有震动的声音,一看是霍金坐着电动轮椅过来了。那是我第一次看到电动轮椅,也是第一次见到霍金,非常震撼。”
  那时的霍金还能说话,但说的都是“霍金语”,是为了节省力气而缩减的英语。吴忠超适应了很久,才能逐渐听懂他究竟在说什么。
  霍金的小组是当时世界上最权威的相对论研究团队,一共只有五六位导师,剩下的全是学生,小巧精悍。小组在剑桥大学应用数学系和理论物理系所在的小楼,霍金只在一层活动,一个人一间办公室,大概15平方米,早上10点多上班,晚上7点下班,只要他身体没问题,基本就是这样的作息。   在吴忠超看来,霍金的研究水平自不必说,但更令人印象深刻的是贴心。在霍金的小组,每到下午都会有一个茶会,霍金组织导师、学生一起讨论,其间还会讲一些笑话。一次,霍金得知吴忠超家人要来英国,主动说要写信给英国大使馆,帮忙早点通过签证。后来吴忠超博士毕业,霍金也亲自为他写了推荐信。
  由于霍金的第一任妻子简拥有1/8的中国血统,霍金很早就对中国产生了兴趣。在与吴忠超的交往中,他不止一次提到要去中国看看。“我当时就推荐了我的母校中科大,1985年,霍金来到中国,第一站访问的学校就是位于合肥的中科大。”
  那一次,霍金还去了北京。他希望能登上长城看看,当时身边人考虑到他身体原因,没有同意,谁知霍金以“自杀”威胁,大家只能抬着他登上长城。2002年,霍金再次访华,同样要求登长城,八达岭管理处就为他特意改装了登城缆车。
  到达山顶后,霍金要求所有工作人员和他保持一定距离,一个人在长城上眺望了许久。

不能说话,反而让他更会说话


  在被问到“霍金为何伟大”时,李淼和吴忠超给出了相似的答案:除了科学研究,霍金通过科普,让全世界认识了理论物理,看到了宇宙的魅力。李淼说:“霍金身上,有物理学家罕见的希望公众听到他的声音的个性。不论欧美、中国,极少有理论物理学家愿意去影响公众,去做科普。从某些方面来说,霍金是很卓越的社会活动家和作家,他通过这些方式让一门艰涩的学科,成为被关注的焦点。”
  1988年,《时间简史》出版,霍金深入浅出地向世人解释了宇宙的起源,何为黑洞,宇宙怎样膨胀。通过这本书,许多人第一次了解到遥远星河里的世界。自1988年首版以来,这本书已被翻译成40种文字,累计销售量达2500万册,是史上最受欢迎的科学巨著。
  为什么人们爱《时间简史》?李淼说:“因为霍金写得尤为直观。”对于霍金来说,写作、讲话都是艰难的事情,所以他没有办法长篇累牍地表述抽象的理论,他必须学着用最简单、清楚的词来表达自己的思想。
  这种特点,造就了霍金文字里的幽默和亲切。在提到“黑洞不黑”理论时,霍金說:“物质不但可以从黑洞逃脱,而且可能可以穿越到另外一个宇宙。”他接着解释:“所以黑洞并不是它看起来的那么黑,并不是像我们曾经想象的那样是一个终极地狱。就像抑郁症,如果你觉得你在黑洞中,不要放弃——总会有出去的路的。”
  “客观地说,霍金的学术成就与爱因斯坦、牛顿比不在一个级别上,‘霍金辐射’作为霍金一生最大的科学成就,因为效应非常小,还不能得到实验证实,因此也迟迟得不到诺贝尔奖。但霍金的科普贡献和社会影响力,足以担当‘伟大’二字。”李淼说。
  不论是与人打赌,还是录制唱片,出演美剧,霍金在“好玩”的同时,也打造出了人们心中乐观、励志的精神标杆。
  因此,英国皇家学会前主席、天体物理学家马丁·里斯这样评论:“我们称颂霍金,称颂他杰出的学术成就,称颂他最受欢迎的著作《时间简史》。而在这一切之上,我们赞颂他战胜躯体这副囚牢的壮举。”
  霍金去世后,他的励志名言被频频提起:“在我21岁时,我的期望值变成了零,自那以后,一切都变成了额外津贴”“一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾”“我的手指还能活动,我的大脑还能思维;我有终身追求的理想,我有爱和爱我的亲人朋友;对了,我还有一颗感恩的心”……
  在最禁锢的身体里,霍金自由地思考,坚定地活着,并且始终善良。他用天才的智慧和“地才”的勤奋,赌赢了自己的一生。
  还有什么,能比这些更值得我们铭记呢?
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