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缅怀不朽的“宇宙之王”

缅怀不朽的“宇宙之王”

2018年6月15日,英国伦敦,已故英国科学家霍金的追悼和骨灰安葬仪式在伦敦威斯敏斯特大教堂举行。(视觉中国/图)

1942年1月8日,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在英国牛津出生,这一天正好是伽利略逝世300周年纪念日。这样一个巧合给霍金的人生增添了一份传奇色彩。

霍金曾经在自己的遗作《十问:霍金沉思录》中写道:“不要忘了,这一天里大约有20万个婴儿出生,我们不知道有没有其他孩子长大后成为物理学家或者天文学家。”不过,在天文学家林潮回忆霍金的文章中,他提到当他帮助霍金使用望远镜观测土星环时,霍金曾经骄傲地告诉他,伽利略是世界上第一个看见土星环的人,而自己则诞生于伽利略逝世300周年那一天。

2018年3月14日,霍金逝世,这一天也是爱因斯坦诞辰139周年纪念日。霍金的一生以一个巧合开始,又以一个巧合结束。2022年1月8日,霍金诞辰80周年。这位“宇宙之王”虽然已经离开了我们,但他以惊人的意志同命运抗争,最终和爱因斯坦、伽利略一样改变了我们对宇宙和自身的认识。

探索宇宙

霍金的父母原本生活在伦敦,因为躲避德军对伦敦的轰炸才暂居牛津。霍金在牛津出生后回到伦敦上学。但由于所在学校的教学方法激进且失当,直到8岁他才学会阅读。此后,他进入圣奥尔本斯学校读书。在当时英国的教育体制中,学生会被分成A、B、C三组,只有在A组的学生才有希望在未来从事学术工作。霍金入学时被分在A组,但是一年之后,班级排名20位之后的学生会被降到B组。霍金在第一年的前2个学期在班里的排名分别是第24和第23,但最后一个学期他考到了18名,幸运地没有被降级(英国的学校每个学年有3个学期)。实际上,霍金从未排在班级的前半部分。但不知同学们是看出了什么端倪还是只是出于无心,给成绩平平的他起了一个“爱因斯坦”的外号。

霍金尽管中学成绩并不出众,却仍得以进入牛津大学学习并且拿到了奖学金。1962年,在快毕业的时候,他在考试前一晚因为紧张没有睡好觉而在考场上发挥不佳。霍金的考试成绩介于一等学位和二等学位之间,需要通过一个面试来决定最后的结果。在被考官问到他以后的打算时,霍金说他想做研究,如果是一等学位的话,他就去剑桥接着读书,如果是二等的话,他就会留在牛津。最终考官们给了他一等学位,他也如愿以偿前往剑桥大学攻读博士学位。

在剑桥,他本来想跟随著名天文学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)读博士,但是霍伊尔的学生已经招满了,所以他被分给丹尼斯·西阿玛(Dennis Sciama)。西阿玛是著名物理学家保罗·狄拉克的学生,虽然霍金此前从未听说过他,但后来却为此感到很庆幸。因为霍伊尔是描述宇宙性质的稳态理论的创立者和维护者,这个理论后来因为无法描述观测到的结果而风光不再。霍金认为,如果他读了霍伊尔的博士,就需要为稳态理论辩护。

霍金在21岁的时候被查出患有肌萎缩侧索硬化症(ALS),等于被医生判了死刑,对此他一度感到非常沮丧,整日借酒消愁。但当他遇到后来第一任妻子简·王尔德(婚后改名简·霍金),爱情又重新给了他生活下去的力量。他的身体状况并未像医生预计的那样迅速恶化,于是和简谈婚论嫁,二人开始规划未来的婚姻生活。结婚需要稳定的收入,而博士学位是前提条件,因此霍金鼓起勇气,重新投入到研究中并顺利拿到博士学位。

在研究生涯初期,霍金在选择未来研究方向时敏锐地发现,虽然广义相对论研究在当时遭到冷遇,但却提供很多施展才华的空间,而其中听起来匪夷所思的黑洞吸引了他的目光。爱因斯坦曾经在1939年的一篇论文中试图论证恒星不可能在自身的引力作用下塌缩,但在霍金开始进行研究之时,已经有科学家相信这类奇异天体的存在。

1972年,霍金发现了面积定理,揭示了黑洞视界面积与热力学中的熵之间的联系。1974年,随着对黑洞的思考逐渐深入,霍金发现黑洞不“黑”,而是能够辐射出粒子,即便理论上不应该有任何东西能从黑洞中逃出来。这就是此后以他的名字命名的“霍金辐射”。

在现在以及可见的未来,我们可能都无法探测到霍金预言的微弱信号,而诺贝尔奖只授予那些得到验证的理论以及相关的实验,所以霍金未能像好友基普·索恩(Kip Thorne)一样获得诺贝尔奖。科学突破奖曾经授予霍金“特别奖”,因为这个奖项更关注提出一个开创性的问题,而不是只颁发给那些给出答案的人。除此之外,霍金获得过狄拉克奖、沃尔夫奖等重要奖项,担任过久负盛名的卢卡斯数学讲座教授长达30年之久。

缅怀不朽的“宇宙之王”

史蒂芬·霍金(摄于1999年7月22日)。(视觉中国/图)

影响世界

虽然身体的残疾给霍金的生活和工作带来了常人难以想象的困难,但他以顽强的意志面对不幸,除了在物理学研究中取得杰出成就外,还以创作科普图书等方式对社会公众和当代文化产生了巨大的影响。

1973年,霍金与乔治·埃利斯(George Ellis)合著的《时空的大尺度结构》由剑桥大学出版社出版,这是他出版的第一本书。但这时霍金的影响力还只限于学术圈内,公众对他几乎一无所知。他真正走进公众视野是从20世纪80年代开始的。

1982年,霍金产生了写本通俗读物的想法。他曾提到写书的部分动机是给读中学的女儿准备学费,但除了经济方面的考量,他还希望公众了解到“我们已经在何等程度上理解了宇宙”。他最初为这本书拟的书名是《从大爆炸到黑洞:时间短史》,不过这本书的编辑彼得·古查迪把正副书名调换了一下,并且把“短史”(short history)改成了“简史”(brief history)。这就是后来的《时间简史:从大爆炸到黑洞》(即我们通常说的《时间简史》)。1988年4月1日,这本书在经过一些波折后在愚人节那天正式出版。

《时间简史》出版之时,霍金已经取得他在黑洞研究中的主要成就,并开始涉足宇宙学研究,因此这本书涵盖了他此后作品涉及的大部分话题,包括时间和空间、宇宙的起源、黑洞的性质等。该书出版之后,被翻译成几十种语言,在全世界销售了上千万册,成为现象级作品,比如,中文版长期占据国内科普图书销量榜榜首。

虽然霍金认为没有任何人在出版之初料想到《时间简史》会如此畅销,但他确实对这本书的销量有所期待。他在创作之初就希望写一本在机场买得到的书,所以他在选择出版社的过程中,没有选择曾经合作过的、学术性更强的剑桥大学出版社(相比之下,剑桥大学出版社的报价也低得多),而是选择了出版大众图书更有经验、报价也高得多的矮脚鸡出版社。他最初使用比较学术化的语言,后来在古查迪的建议下用4年时间对全书进行了重写,使之(尽可能)通俗易懂,避免为外行人设置太高的门槛。

在《时间简史》之后,霍金又出版过不少图书,其中比较有代表性的是2001年出版的《果壳中的宇宙》以及2010年出版的他和美国加州理工学院教授列纳德·蒙洛迪诺(Leonard Mlodinow)合著的《大设计》。除了这几部中国读者耳熟能详的作品外,霍金的作品还包括文集《黑洞、婴儿宇宙及其他》以及他选编的3部作品:《站在巨人肩头》(2002年)、《上帝创造整数:改变历史的数学突破》(2005年)和《梦想的材料:最令人震惊的量子物理学论文以及它们如何震撼科学世界》(2011年)。同时,霍金还和女儿露西·霍金(Lucy Hawking)创作过一套以“乔治”为主角的童书。

霍金去世时,《十问:霍金沉思录》尚未完成。他的家人和合作者共同完成了最后的版本。这本遗作于2018年10月16日正式出版。从这本书中提出的十个问题我们可以看出,霍金在生命的最后时刻除了继续关注黑洞、时空和宇宙外,还以很大的篇幅论述了其他科学话题,包括基因编辑、人工智能和太空移民。相比于科技发展给人类未来带来的挑战,霍金认为气候变化和核战争是对人类更加直接、更加可怕的威胁。

2017年,英国《自然》杂志曾经刊发过一篇书评。文章认为,虽然《时间简史》并非前所未有,但是却极大提升了科学在文化界的地位,改变了科普写作的格局。除了图书出版,霍金的形象也广泛出现在文化领域里的其他方面。他参与过电影《星际迷航》和美剧《生活大爆炸》的拍摄,《辛普森一家》中有他的漫画形象。演员埃迪·雷德梅恩(Eddie Redmayne)因为在霍金的传记电影《万物理论》中饰演霍金,获得了奥斯卡最佳男主角。德国作曲家罗尔夫·莱姆(Rolf Riehm)曾经受到一幅霍金在星空下的照片的启发,创作过一首名为《霍金》的作品。在莱姆看来,霍金是“不断扩展限制的隐喻”。

爱即生命

霍金和合作者一同完成了很多重要的工作。在科学领域内,他和诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)对黑洞进行了深入的理论研究;而在面向公众的领域内,列纳德·蒙洛迪诺是他最重要的合作者之一。在合作《大设计》之前,二人还合作完成了根据《时间简史》改编的《时间简史(普及版)》。

在十几年的合作中,二人建立起了深厚的友谊。蒙洛迪诺在霍金逝世后,回忆了他和霍金合作的点点滴滴,创作了《史蒂芬·霍金:友谊与物理学的回忆》(以下称《回忆》)。该书英文版出版于2020年,中文版在2021年年底上市。霍金选择蒙洛迪诺作为合作者,原因在于蒙洛迪诺此前已经创作过数本优秀的科普图书,写作风格受到霍金的喜爱,同时作为物理学教授对物理又有深刻的理解,能够理解霍金研究的内容。在《回忆》里,蒙洛迪诺充分发挥了这些优势,记录了这个时代世界上最有影响力的科学家对宇宙的探索和对生活的热爱。

霍金曾经写过一本篇幅不长的自传《我的简史》,这也是他唯一的自传。除此之外,虽然各种霍金传记层出不穷,但大部分作者的创作基于资料的收集和加工,真正走进霍金、面对霍金的作品不多。除了自己对霍金的了解,蒙洛迪诺为了创作《回忆》还采访了15位霍金的密友、护理员及同事。因此,《回忆》的出版对于我们了解一个更加立体和鲜活的霍金就有着非常重要的意义。

蒙洛迪诺在《回忆》中以三条交叉的线索来展开内容:一条主线是他与霍金的交往,包括他们合作创作的经历以及他对霍金日常生活的观察;一条副线是霍金的人生历程,包括霍金的成长、婚姻、家庭,特别是霍金的研究工作;另一条副线则提供了更为宏大的背景,交代了自爱因斯坦以来人类在百年间对宇宙深层物理规律的探寻。

在这本《回忆》里,蒙洛迪诺着墨最多的就是他和霍金共同创作《大设计》的经历,正是这段经历给予他长时间观察霍金的生活并进行直接交流的机会。从蒙洛迪诺的文字中,我们可以看到一个有时风趣幽默、有时倔强顽固的霍金。随着和霍金相处的时间逐渐增多,蒙洛迪诺开始理解霍金身上的这些特质:正是风趣幽默为霍金提供了面对疾病的乐观力量,正是倔强顽固帮助霍金在挑战物理难题的时候永不气馁。

我们很多人可能会设想,霍金如果没有受到身体的束缚,是否会取得更大的成就。蒙洛迪诺也想了解这个问题,并且和霍金就此进行了对话。他问霍金:“要是没有残疾,你是不是能在物理上做出更多成绩?”霍金的回答是:“身体的残疾对我的研究也有帮助。它使我能专心做一件事。”还有一次,霍金告诉蒙洛迪诺,身患绝症指引他发现了新的东西,死亡激励他珍惜自己活着的每一天。

霍金从不幸的经历中看到了积极的力量,因此虽然他的身体被轮椅所束缚,他的表达只能借助电子计算机和语音合成器,但是他的思想仍可以在大脑中驰骋,去思考主宰宇宙命运的规律。《果壳中的宇宙》是霍金代表性的作品,书名来自莎士比亚的名剧《哈姆雷特》。哈姆雷特在剧中说,即使把他关在果壳中,他仍然自以为是无限空间之王。这句话同样是霍金一生的真实写照。

但是,霍金以如此大的勇气和毅力去对抗疾病,在数十年的时间里投入物理研究,物理却并非他生命中的绝对中心。当蒙洛迪诺说“对你来说,物理即生命”的时候,霍金并不同意,他更正说:“爱即生命。”在蒙洛迪诺和霍金的另一段对话中,蒙洛迪诺问霍金,在他众多的发现、成就和创造中,哪一项是他最满意的。霍金回答:“我的孩子们。”

蒙洛迪诺在书中还提到一件事情,霍金坚持要和他一起泛舟剑河,即便这对霍金的身体来说是一件非常危险的事情。蒙洛迪诺从中感悟到,霍金关心的不仅是他热爱的工作,还有他亲近的人以及他周围的自然世界;大自然深深影响了霍金,仰望星空对他来说有着不同寻常的意义。

霍金一生都在探求星空的秘密,在所有人的心中,他也和星空紧紧联系在一起。蒙洛迪诺在《回忆》一书的最后写到,霍金的去世在他所有的朋友的生活中留下了一个黑洞。我们再也看不到霍金,但他的力量就像黑洞一样,始终影响着我们的时空。埃迪·雷德梅恩在霍金去世后这样祝福霍金:“我希望史蒂芬在灿烂的星空中玩得开心。”

八十年前,一个男孩在牛津出生,此后他深刻改变了我们认识宇宙的进程,促使我们重新思考人类自身所能拥有的力量。在他去世后,他被安葬于伦敦威斯敏斯特教堂,居于牛顿和达尔文之间。在属于他的那块纪念地砖上,刻着他的名字、他的生卒年和以他名字命名的方程。这位不朽的“宇宙之王”,永远与星空同在。

南方周末特约撰稿 鞠强