霍金

時空中的旅者

2018年3月31日午后2點(diǎn)，一場不對外界開放的葬禮在劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院附近的圣瑪麗教堂舉行。葬禮的主角是本世紀(jì)迄今最具傳奇色彩的物理學(xué)家史蒂芬·霍金，他的骨灰將會存放在著名的西敏寺教堂，與牛頓和達(dá)爾文為鄰。作為當(dāng)世最重要的廣義相對論專家和宇宙學(xué)家，以及史上最暢銷的科普著作作者，他的知名度與前兩位相比，堪稱毫不遜色。

劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院，霍金大半生都在這里工作。

霍金的去世是在此前兩周的3月14日，其生平在各種媒體隨后的狂轟濫炸中，諒必已被公眾所熟知。他在1942年1月8日出生，正好是伽利略逝世三百周年——他本人也對此津津樂道，雖然也會提到“大約有20萬個嬰兒在同一天誕生”。同學(xué)回憶他說話笨拙，字寫得無比糟糕，或許這與他后來罹患的疾病有關(guān)：漸凍癥，這種無法治療的罕見病，正是因?yàn)榛艚鸨救撕颓皫啄觑L(fēng)靡網(wǎng)絡(luò)的“冰桶挑戰(zhàn)”而為人們所知。

霍金在21歲那年被確診為漸凍癥，那時他尚未拿到博士學(xué)位，剛剛認(rèn)識后來的第一任妻子。也就是說，他的所有科學(xué)貢獻(xiàn)（和人生大事），都是以一位漸凍癥患者的身份完成的。這些貢獻(xiàn)包括對黑洞的一系列思索，和對宇宙命運(yùn)的諸多探究，其中最重要的那些基本都在1985年前作出。這年他還寫完了《時間簡史》，他起初自陳是為了替女兒籌學(xué)費(fèi)，后來承認(rèn)還有為自己籌一些醫(yī)藥費(fèi)的打算，因?yàn)橹委熀妥o(hù)理的費(fèi)用、以及保證他工作能力所需要的相關(guān)設(shè)備，無一不是價格高昂。幸而《時間簡史》迅速走紅，在暢銷書排行榜上“霸榜”長達(dá)數(shù)十周，至今已被譯為40余種語言、在全球賣出上千萬冊。物理學(xué)家霍金需要依靠劍橋的資助，而暢銷書作家霍金則不再為各種費(fèi)用所苦。他成為了一個奇跡：在漸凍癥的摧殘下，依然能夠不斷工作并得享天年，一生有兩任妻子、三名子女，一直活到76歲才撒手人寰。

《時間簡史》首版封面，作序的是卡爾·薩根。

霍金的一生大部分時間只能在輪椅上度過，被囚禁在這個小小的、日漸枯萎的軀體中，就連最基本的發(fā)聲都需要依賴人工裝置的輔助（并且還有一段時間這套裝置只能發(fā)出女聲），拼出一個句子平均需要十五分鐘。但他的精神卻似乎從未受到束縛，來去于宇宙的各個最極端的角落，在時空中悠然行走。這種極度的反差賦予了他強(qiáng)烈的傳奇色彩，同時也無疑改變了他的工作方式：他在任何時候都不可能獨(dú)處思考，身邊必須隨時有人；閱讀文獻(xiàn)時非常緩慢，因?yàn)楸仨氝^目不忘，否則回頭再要尋找什么幾乎是不可能的；醫(yī)生預(yù)測他壽命無多，雖然這些預(yù)測年復(fù)一年的被“打臉”，但顯然會影響他對工作的計劃和安排。同樣研究黑洞的好友基普·索恩回憶說，霍金在大約70年代初開始用高或然性取代了決定性，不再追求理論的完美，轉(zhuǎn)而力圖盡快地處理掉問題，“我寧愿是正確的，而不是嚴(yán)密的?！边@顯然也與他隨時準(zhǔn)備面對死亡的心態(tài)有關(guān)。包括那本著名的《時間簡史》，其寫作方式也折射出了他工作方式的與眾不同。雖然這是一本超級成功的暢銷書，但其銷售量和自認(rèn)讀懂的讀者數(shù)量之比，大概也創(chuàng)下了歷史新高?；艚鹑ナ滥翘欤谏缃幻襟w上刷屏的，除了對他的介紹和悼念之外，最多的就是表示讀過他的《時間簡史》，“但沒讀懂”。

這對《時間簡史》并不公平。平心而論，霍金寫作這本書的文筆絕不晦澀，而且其中運(yùn)用了大量匠心獨(dú)運(yùn)的類比，以幫助讀者理解一些超乎生活常識的圖景。隨后的科普作者和讀者或多或少都受惠于它，不僅僅是因?yàn)樗聦?shí)上開啟了一個科普暢銷書的時代，讓出版商意識到這樣的書也是可以大賣的，也因?yàn)橐恍╆P(guān)于科普寫作的基本理念，比如“一個公式可以趕走一半的讀者”，從那時候起開始深入人心。

霍金在一架模擬失重飛行的飛機(jī)上體驗(yàn)“零重力”。Jim Campbell/Aero-News Network

《時間簡史》的副標(biāo)題是“從大爆炸到黑洞”，比起“時間簡史”，這才是它真正的主題?；艚鹗堑谝粋€把大爆炸和黑洞聯(lián)系起來的人，這也是他作為物理學(xué)家的揚(yáng)名立萬之作。當(dāng)時人們已經(jīng)知道，對廣義相對論的數(shù)學(xué)解表明，在過去的某一個時刻，星系之間的距離為零。這個時刻被稱為“大爆炸”，宇宙在此時是一個點(diǎn)，密度和時空曲率無窮大。這個解帶來的問題是，廣義相對論在從它自己推出的大爆炸奇點(diǎn)處失效。物理學(xué)家們既不喜歡這個矛盾，也不喜歡時間有一個開端的觀念，因此不少人做出種種努力試圖回避掉這個奇點(diǎn)，但都沒有成功。然后霍金來了，他看到彭羅斯對恒星坍縮成黑洞的證明，忽然想到把黑洞中的奇點(diǎn)和大爆炸的奇點(diǎn)聯(lián)系起來，隨后和彭羅斯一起用數(shù)學(xué)方法證明了奇性定理：只要廣義相對論是正確的，那么在宇宙的過去必須有一個奇點(diǎn)。這是一個定理而不是假定，意味著它是真實(shí)的。宇宙起始于一個大爆炸奇點(diǎn)，人們最終廣泛接受了這個觀念，一開始不情不愿，到后來則順理成章。說服他們的不是權(quán)威、不是信仰、不是團(tuán)體共識，而是數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

霍金在《時間簡史》中對人們的這一段觀念變化過程寫得極其精彩。行文交代得清楚利落，每一個關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)都沒有放過，但篇幅竟然只用了區(qū)區(qū)10頁。這種極其簡潔又精確的文風(fēng)，讓書中絕沒有多余的句子，每個句子也都難以再刪減一字，但也讓《時間簡史》這本書的信息密度非常之大，以致雖然每個句子單獨(dú)看來都并非不能理解，但每句話都要稍費(fèi)一些思索，長此一句句累加起來，就會讓不熟悉相關(guān)物理學(xué)知識的讀者感到疲倦，從而難以卒讀。

身體的限制在這里無疑大大影響了霍金的寫作方式。畢竟他要為每一個句子花費(fèi)幾乎百倍于常人的時間，不得不削減任何非必要的表述。倘若他能有條件稍微健談一點(diǎn)，加入少許過渡語句，給讀者一點(diǎn)從容思考的時間，能夠讀完這本書并且感到豁然開朗的讀者可能會更多。但身體的限制顯然并未影響他的思考。囿于病榻和斗室有時并不是思考的障礙，因?yàn)檫@種情況下沒有了分心的條件，更容易保持專注。大文豪普魯斯特也是常年臥床，在病榻上寫下了改變文學(xué)史的巨著《追憶似水流年》，他對在病榻上寫作的感覺是“于是，我懂得了諾亞曾經(jīng)只能從方舟上才如此清楚地觀察世界”。霍金的感覺大概與他相仿，不同的是，人類確實(shí)只能在“方舟”上觀察宇宙：我們置身于廣闊宇宙中的一個小小星球，和整個宇宙相比，一個地球和一把輪椅并沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。從這個角度來說，霍金是幸運(yùn)的，他的全部工作都可以只在頭腦中完成，跟置身何地毫無關(guān)系。

西敏寺教堂中的牛頓墓。

他接下來繼續(xù)研究黑洞，與彭羅斯討論得出了如今被廣泛接受的黑洞和黑洞事件視界的定義。當(dāng)然還有霍金本人評價為“可能是我畢生最令人吃驚的發(fā)現(xiàn)”——“霍金輻射”，這是史上第一個同時基于廣義相對論和量子力學(xué)所做出的預(yù)言。在此之前，包括霍金在內(nèi)的物理學(xué)家們在黑洞身上發(fā)現(xiàn)了許多與熱力學(xué)定律相似的“定律”。比如在一個穩(wěn)態(tài)黑洞的視界表面，引力處處相等，這與熱力學(xué)第零定律（熱平衡定律）相似。黑洞的靜止能、轉(zhuǎn)動動能和電勢能之間存在相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系，這與熱力學(xué)第一定律（能量守恒和轉(zhuǎn)化定律）相似?；艚鸨救税l(fā)現(xiàn)黑洞視界面積永不減小，這又與熱力學(xué)第二定律（熵增定律）相似。因?yàn)檫@些相似性，人們很自然地把對應(yīng)的物理量做類比，認(rèn)為黑洞的表面引力就相當(dāng)于溫度，表面積相當(dāng)于熵，于是黑洞就類似于一個熱力學(xué)系統(tǒng)。這是物理學(xué)家尋找自然規(guī)律的常用方式，但這一次似乎遇到了當(dāng)頭一盆冷水：假如黑洞是一個熱力學(xué)系統(tǒng)，那么它理應(yīng)具有向外的輻射，而在當(dāng)時的認(rèn)識中，黑洞是只進(jìn)不出的！

這豈止是一個研究上的挫折，還直接動搖了物理學(xué)家的方法論，因而讓大家都非常沮喪。所以當(dāng)后來“霍金輻射”被證明，黑洞果真存在向外輻射的時候，給大家?guī)淼捏@喜，也就可想而知了。

接下來的80年代，霍金把注意力轉(zhuǎn)向思考宇宙的開端?！皬拇蟊ǖ胶诙础敝螅难芯糠较驈暮诙丛俜祷卮蟊?。他提出了“時空無邊界”假說，試圖消滅他本人當(dāng)年提出的時空奇性，把大爆炸奇點(diǎn)歸結(jié)為時空中的普通一點(diǎn)。為此，霍金引入了“虛時間”（這大概是整本《時間簡史》里打擊讀者的最后關(guān)卡）。就像虛數(shù)軸垂直于實(shí)數(shù)軸一樣，虛時間的方向與實(shí)時間方向垂直?；艚鹪谶@里耍了一個數(shù)學(xué)花招，虛時間并沒有物理意義，它就像博爾赫斯那篇名作《交叉小徑的花園》中的交叉小徑一樣，要把每一條小徑的經(jīng)歷加起來才能得出真實(shí)的事件，也就是費(fèi)曼所說的“對歷史積分”。由于在四維時空中，空間的三個方向也與實(shí)時間垂直，那么虛時間的行為就和空間維度類似，這相當(dāng)于把四維時空“降維”，于是實(shí)時間上的奇點(diǎn)變成了虛時間上的一個普通點(diǎn)，它和其他點(diǎn)唯一的不同就是所有維度在此匯集，就跟地球上的所有經(jīng)線在南北兩極匯集一樣。由此，物理定律在這里生效，而物理學(xué)家對宇宙開端的研究也有機(jī)會成為可能。

愛因斯坦曾經(jīng)問道，“在建造宇宙時，上帝有多少選擇呢？”霍金對此的隔空回答是：如果無邊界假設(shè)是正確的，在選取初始條件上，它就根本沒有自由。它只有選擇宇宙要服從的定律的自由。他本人也與他所研究的宇宙一樣，沒有選擇身體“初始條件”的自由，只有選擇研究對象和研究工具的自由。他的官方網(wǎng)站上對自己的定位是“時空旅者”，雖然身體被困在輪椅上，思考卻穿透時空。如今，他離這個身體而去，留下等身著作、若干部傳記電影和一部傳奇。在《時間簡史》的最后，作為附錄，霍金寫下了對歷史上Top 3物理學(xué)家的隨筆，他們是愛因斯坦、伽利略和牛頓。巧合的是，他在伽利略去世的那一天出生，在愛因斯坦生日這一天去世，而最后安葬在牛頓身邊。

文｜劉 茜

THE END