▲1979年霍金在普林斯顿
被誉为“爱因斯坦继承人”、“二十世纪后期最伟大天才”、“活着的最佳头脑”,甚至被记者称为“宇宙之主”的斯蒂芬·W·霍金是剑桥大学应用数学和理论物理系的教授,也是当代最著名的宇宙学家和相对论家。他的科普著作《时间简史——从大爆炸到黑洞》在全世界销量达1000万册,从1988年出版以来一直雄居畅销书榜。霍金把他的书大受欢迎归结为两个因素:人类对自身来源的好奇和公众总是要寻找英雄。霍金满足了这两种愿望,成为当代极富传奇色彩的“科学巨星”。
不幸降临到他的头上
霍金1942年1月8日出生于英国牛津,不知是否是纯粹的偶然巧合,现代科学的奠基者伽利略正是逝世于300年前的同一天。
8岁时进入一所私立学校。在那里,他喜欢结交与他分享古典音乐兴趣的朋友;喜欢艾米斯、赫胥黎等人写的精彩读物。作为一名十七岁的牛津大学学生,霍金感兴趣的是成为八人赛艇队的无畏舵手,而不是追求数学和物理学学位。霍金承认平均每天仅花了一个小时在攻读他的学士学位上。他在牛津大学受完大学教育后即到剑桥大学上研究院。
霍金考虑过两个可能的博士课题研究领域:基本粒子和宇宙学,分别研究至小和至大。他最终选择了宇宙学,因为宇宙学有可用方程式表达,以及检验从望远镜和空间探测器收集来的数据的数学基础。宇宙学还可以仅仅用头脑来研究。因为它包罗宇宙——宇宙的创生、演化和毁灭,所以宇宙学是“最大的科学”。
然而,不幸降临到他的头上。1963年,21岁的时候,他被确诊患有罕见的、不可治愈的运动神经疾病——肌萎缩性脊髓侧索硬化,医生说他只能活两年半。他承认,面对这一致命挑战,他一度对人生十分厌倦。相信无可救药以后,霍金在医院里经历了难以排遣的梦幻,决定“……反正就是一死,我不如做些象样的益事。”经年累月,他粉碎了医生的预言,创造了奇迹。
研究理论物理学用头脑足矣
就像霍金周身透射出一种神奇色彩一样,他从事的研究领域,本身就是自然界中最神秘而具魅力的内容之一。
霍金的研究,与宇宙中最神秘的现象——黑洞联系在一起。黑洞的研究有非常久远的历史。上个世纪法国科学家拉普拉斯就曾说过,天上最亮的星是看不见的,因为这种星的万有引力是如此之大以至于连光线都逃脱不出来。以后,科学家提出了“黑洞”这一概念。黑洞的表面是一个只进不出的单向膜。任何误人黑洞的物体再也不可能返回出来,对于外界而言即是寿终正寝了。但是霍金将量子效应引入黑洞研究,发现从黑洞的表面会蒸发出粒子,随着黑洞的粒子蒸发,黑洞的质量降低,到了最后一个阶段,黑洞以大爆炸而告终。
黑洞蒸发研究的影响是深远的,它将广义相对论、量子力学和统计力学统一在这个现象之中。它显示出我们通常理解的真空并非真正的一无所有,在一定的条件下会有粒子蒸发出来,这儿的真空并不是“无”。黑洞物理还对人类认识的极限注入新的内容。要避开专门的术语来议论这些是非常困难的,但有一点是清楚的,正如西阿玛所说,仅黑洞蒸发的发现就足以使霍金名垂不朽。、
之后霍金的兴趣转向宇宙论。他发现迄今所有的宇宙论研究都没有触及到最根本的问题,即宇宙从何而来,为什么存在,时间有没有开端、终结等等困扰哲学家的问题。霍金的宇宙模型是一个封闭的无边界的有限的四维时空。这个模型具有哲学的简洁的美,人们几乎很难拒绝这样美妙的模型。霍金和彭罗斯对引力物理学科的影响如此之大,以至于几乎当代任何一篇严肃的广大相对论和宇宙论的论文都不能不引用他们的论文。
霍金自称:“幸亏我选择了理论物理学,因为研究它用头脑足矣。”
在《时间简史》里,霍金教授以未受科学教育的普通人能理解的方式叙述关于“宇宙的起源和命运”的基本思想。在该书的开头,霍金指出:“有人告诉我,我在书中每写一个方程式,都将使销量减半。于是,我决定不含什么方程。不过在书的末尾,我还是写进一个爱因斯坦的著名方程E=mc2。我希望此举不致吓跑一半我的潜在读者。”
人类意志力的动人写照
在剑桥大学校园。人们经常可以看见一位骨瘦如柴、全身瘫痪的人斜躺在电动轮椅,缓缓而进,无疑此即霍金教授。面对这样的一个执著追求科学真理而意志坚强的灵魂,令人顿生敬意。他的传奇性的和疾病搏斗的科学家的一生真是人类意志力的写照。
当·佩奇是一位物理教授,1976—1979年,他在剑桥从事博士后研究时,曾得到霍金的指导,他回忆起这样一件往事:有一年,霍金一家带我一道去在威尔斯郡威耶河附近的乡间别墅。这个房子在山上,有一段铺好的人行道通到房子去。他开始上坡并超前我不少——大约十米左右,然后他拐个弯进入房子,但是这刚好在斜坡上。我注意到他的轮椅慢慢地往后倾倒下去。我想跑上去扶住,但是没有来得及,他往后翻滚到灌木中去了。看到这位引力大师,被地球微弱的引力所征服,是令人震惊的一幕。
霍金的好友,加州理工学院的理论物理教授基帕·索恩谈到了他对患病后与疾病作抗争的霍金的感受:有一次我到霍金家作客。晚饭后,在霍金要上床时,他自己一个人上楼。这时霍金已不能走路。他上楼梯的办法是抓住支持栏杆的铁柱把手,并用手臂力量把自己拉上去。要把自己从底层拖到二层是费时又艰苦的奋斗。他的夫人解释说,这是他复健的重要一环,是为了尽可能长久地保持他肌肉运动的协调和力量。在我明白这缘由之前,看到他受这等煎熬,真是令人心碎。正如对有关霍金的其他类似事情一样,一旦你了解他,你就会将此视之当然。然而,当你初见到这种情景时,一定会大吃一惊,会用非常感动的眼光看他。
曾在霍金指导下完成研究生论文工作的白纳德·卡尔对导师的了解更胜人一筹:在某种意义上,霍金永远在面临着死亡。随时死亡的可能永远存在。我认为在霍金的事业发展中,这是一个重要的因素。因为他意识到时间可能是短促的,他必须非常快速地工作,所以他决定专心一致迅速工作。
我认为一个鞭策霍金前进的原动力,是他要理解宇宙的坚定决心。我们谁也逃脱不了死亡,对于霍金更是如此。因而它提供了一个强烈的动机。
人们总爱提的一个问题是:如果他没有生病的话,能否对科学作出如此伟大,甚至更伟大的贡献?他的残疾是否阻碍了他的科学贡献,这我不清楚。如果他没生病的话,也许不能产生这么多的成果,所以,我认为各有利弊。
霍金的绝大部分奠定其在科学史上地位的工作是在他患病后作出的,一个连生活都不能自理的残疾人何以能取得如此不凡的科学成就,伦敦帝国大学的理论物理教授克里斯多福、伊宣蒙是这样分析的:霍金论文最引人注目的是:他真正地贯注于关键处,而不像我们一些人那样,受相关细节的诱惑。他使用时间非常有效率。他尽可能用最简单的方法,这在物理学中当然是很高明的。只要读霍金所写的论文预印本,就能对他所做的研究有透彻了解。我认为他在许多方面使自己几乎像没有残疾那样工作。你确实不能从他工作的任何阶段,找到他正和可怕疾病搏斗的迹象,也许除了他发展出来一种特别清晰的风格以外。
“霍金教授,您信奉上帝吗?”斯蒂芬·霍金的追随者都知道,他被交替评判为一个怀疑论者和无神论者,他毕生追求的神圣目标是一个统一的、自洽的理论,这个理论用一组方程式囊括宇宙的一切奥秘。
斯蒂芬·霍金仅用三分钟就编制好了他的计算机答复:“我认为一言难尽。关于我信什么,我有另一次讲演,但那又要花一个小时。”哄堂大笑,一片喝彩。
文:江世亮
编辑制作:郝梦夷
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