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“赌徒”霍金
2018-03-20 21:58 作者:神人无功 来源:法治周末


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斯蒂芬·威廉姆·霍金。资料图

 

神人无功

听到“霍金去世,享年76岁”的噩耗,我的第一个念头居然是:“他赚了53岁!”

314日,斯蒂芬·威廉姆·霍金的离世,引起了全世界不同领域的哀悼,在许多人的心中,他不仅是一位天才物理学家、畅销书作家,还是一位演员,就如他本人所说的,他在动画片《辛普森一家》、科幻剧集《星际迷航:下一代》以及《生活大爆炸》中的演出也同样精彩。如世界巨星一般家喻户晓,这是一位科学家很难做到的。

而他在轮椅上创造的传奇人生,更是让人感叹。

 

轮椅上贪玩的物理学家

 

1942年,欧洲战事正酣,英国和德国交战,互相狂轰滥炸,然而双方似乎达成默契,德国人不炸英国的剑桥和牛津,英国人不炸德国的哥廷根和海德堡。于是,毕业于牛津大学的霍金父母临时迁居到牛津城。194218日,他们在这里生下了霍金,霍金出生当天正好是伽利略逝世300年忌日。

17年后,霍金考上出生地的牛津大学。这孩子聪明,就是太贪玩。大学快毕业时,霍金自己做了个统计,大学几年,用到专业上的时间平均每天只有1小时,更多的时间用在了运动、娱乐和读文学书上。毕业的口试环节,导师让他谈未来计划,霍金说:“如果你给我一等的成绩,我将去剑桥;如果你给我二等的成绩,我将留在牛津;所以,我料想你会给我一等的成绩。”霍金赌赢了,老师给了他一等的成绩。

1963年,刚上剑桥不久的霍金被确诊为英国人称为“运动神经元症”的不治之症,医生预判这孩子只有两年时间了。霍金确实痛苦沮丧了一阵,但是上帝派来的天使拯救了他。姑娘简当时还是个大学新生,同时也是个虔诚的基督教徒,基督教的博爱精神和悲悯情怀使她爱上并嫁给了这个据说不久于世的师长,与他一起面对病魔。然而她虔诚的信仰,也埋下了俩人未来悲剧的伏笔。结婚多年后他俩离婚,一个重要的原因,就是简越来越不能容忍霍金的无神论倾向。

霍金还是贪玩的,只是病后的他,将物理学变成了新的娱乐方式。他曾调侃:“科学家和妓女一样,都是干自己喜欢的事来挣钱。”这是物理学的幸运(这个想法有点可耻),当霍金把玩的天性集中到物理学后,世界物理学的发展曲线不时被他拨动出尖锐的波峰。

霍金的学术生命几乎是从医生宣判的医学“死期”开始。1965年,他提出“宇宙起源的时空奇点”的理论,认为宇宙起源于一个时空曲率无限大的“时空奇点”,并据此与数学物理学家罗杰·彭罗斯合作,建构出既逻辑自洽又符合天文观察事实的理论模型,成为天体物理学一颗耀眼的新星,与彭罗斯并肩成为宇宙奇点起源说的创始人。

霍金不仅贪玩,而且玩的是心跳。上世纪70年代,霍金从宇宙掉进黑洞,提出了后来被称为“霍金辐射”(或“霍金蒸发”)的理论。根据这个理论,黑洞表面会向外“辐射”能量,从而使黑洞具有温度,而黑洞的温度与黑洞的质量成反比。这是一个很恐怖的推论!因为黑洞不断辐射的能量将不断带走黑洞的质量,而质量不断减少的黑洞温度将越来越高,温度高到一定的程度黑洞就会爆炸!1974年的一次学术会议上,霍金宣讲了这个理论。霍金的演讲话声刚落,会议主持人便气呼呼地宣布:“对于如此荒谬绝伦的理论,我除了宣布散会外无话可说!”

确实“荒谬绝伦”。所谓“黑洞”,就是连光线都逃不出它的魔掌,能量或质量又如何能从中“向外辐射”呢?这就是量子力学的好玩之处。霍金的解释是:根据“量子涨落理论”,真空中会随机无中生有地产生由一正一反两个虚粒子构成的“虚粒子对”。一般的情况下,虚粒子对会迅即对撞湮灭而重归于无,可是当这些虚粒子对发生在黑洞的边缘(称为“事件视界”)时,情况就有点微妙了。

黑洞强大的引力,可能使虚粒子对中具有负能量的虚粒子掉进黑洞,从而湮灭掉黑洞中等量的正能量,而黑洞外具有正能量的虚粒子由于失去了对撞湮灭的伙伴而成为一颗实粒子进而远离黑洞。这对一个黑洞外的观察者而言,就像黑洞向外辐射了一颗实粒子。而实际上,整个过程没有任何东西从黑洞中泄漏出去,相反,黑洞倒是从环境中获得了额外的东西,只不过这些东西是导致它自己折寿(质量耗损)的负能量。

这就是当代物理学家追求的最高境界——“相对论与量子力学结合的圣杯”。“霍金辐射”理论逻辑上无懈可击,理论也是完备的。随着讨论深入广泛地进行,这个理论逐渐被同行们认同,包括曾经的反对者,霍金也成为天体物理学天空一颗超级巨星,有人甚至称他为“轮椅上的牛顿”“爱因斯坦的继任人”。就像赢了钱的赌徒不会收手,霍金接下来更是玩得令世界心惊肉跳。

到上世纪80年代,霍金又从黑洞走向宇宙,提出了惊世骇俗的“宇宙有限无界”理论。

根据经典理论,宇宙的时空只有两种可能,要么是无限的,要么是有限的。霍金和彭罗斯的宇宙奇点起源说属于后者——时空(或宇宙)有一个起点和一个终点。这个理论在广义相对论的框架内完美无瑕,但也有一致命的缺陷:一个无限致密、时空曲率无限大的时空奇点是科学理论无法解释的,换句话说,物理规律在时空奇点处失效。这是从牛顿起就一直困扰着科学家的千古难题——我们只能求助上帝提供“第一推动力”。

而当霍金把量子力学引入到广义相对论的框架内,一条崭新的道路便呈现在眼前——“宇宙有限无界”,也就是说,时空都是有限的,却没有一个起点和终点。怎么可能呢?霍金在《时间简史》以地球模型很通俗地解释了这一理论。想像整个地球模型表面是一个宇宙完整的演化史,模型上的每一个点都由时间(经度)和空间(纬度)规定。模型的表面积是有限的,就表征着时空是有限的。现在我们从北极出发向南走,距离北极越远,与北极等距离的纬度线周长越长,到赤道线达到峰值,表征大爆炸后宇宙迅速膨胀的过程;继续南行,纬度线又越来越短,直到南极归零,表征宇宙的坍缩过程。与经典理论不同的是,虽然北极和南极都是尺度为零的点,但与地球表面其他任何点并无区别,物理规律并不失效。形像地说,这两个点并不是时空的边界,我们不会在此处掉进无底的深渊,如古老的地平说所说的那样。

再说明白一点。量子力学认为,时空也是量子化的,有一个最小的极限——时空量子,宇宙从始至终都不可能超越这个极限,因此物理规律没有失效处。量子力学在宇宙爆炸的起点处,或者是宇宙坍缩的终点处,尽管不能像经典力学一样指出必然规律,却可以用波函数迭加,路途求和等等方法,描述其各种可能性,指出概率最大的路径。宇宙有限无界理论使宇宙学可能成为一个自足的理论体系,不再需要求助上帝解释宇宙的起源。

梵蒂冈很喜欢霍金的“宇宙奇点起源说”,因为这毕竟给上帝留下了创世的时空。请他去演讲,而他却偷偷运用他的“宇宙有限无界论”,回来还窃喜:教皇没有听懂这个演讲,从而使他逃脱了伽利略的厄运。可惜妻子简却听懂了,使他没能避免离婚的恶果。

1990年,简与霍金在相濡以沫近30年后选择离婚。

 

孤独求败的赌徒

 

与事业道路狂飙突进同步的,是霍金病情不断的恶化。不认命的霍金以人类所能有的最坚强的意志与命运之神进行着一场旷日持久的豪赌。他说:“如果你的身体有残障,绝对不能再让自己心理也残障。”他努力做健康人能做到的事情。与年轻的大学生聚会,在一起开粗野的大学生式的玩笑。参加舞会,在舞场中疯狂地转动他的轮椅。脾气还像健康时那么臭,一不高兴就开轮椅轧别人的脚趾头。据说他因政见不同而轧过查尔斯王子的脚趾头,而唯一的遗憾是没有机会轧撒切尔夫人的玉足。

然而精神毕竟不是万能的,而没有钱则万万不能。尽管霍金收入不算低,还不时有各种奖金,福利机构还会有援助,但高昂的护理费用仍使霍金家捉襟见肘,他甚至无法让两个到学龄的孩子都上私立学校。况且他还要为失去工作能力以后的财政问题考虑。这也是霍金写作《时间简史》的初衷之一。这本书最初是剑桥出版社提议写的,双方还合作写了部分书稿。可是在稿酬问题上久谈不决。这就给精明的美国人留下了机会。霍金最终把书稿交给了一个美国出版商,后者通过成功的市场运作,为霍金争取到了最高的预付款和最好的版税。

别怪霍金势利,他用这一招捍卫了一个残疾人的尊严。书本身的魅力加上作者的魅力,《时间简史》的发行盛况空前。荣登伦敦《星期日时报》畅销书榜达237周,翻译成了40多种语言,在全球卖出了几千万本之多。总之,霍金的财政问题彻底解决了。

霍金在圈内“嗜赌成性”是出了名的,值得称道的是他孤独求败的乐观精神和愿赌服输的“高尚赌德”。

1974年,他和美国同行索恩打了一个赌:在天鹅星座中的X-1双星是否包含一个黑洞。索恩说有,霍金说没有。他们还正儿八经地写了一个赌状:如果索恩赢了,霍金就给他订一年的《阁楼》杂志;如果霍金赢了,那索恩就要为霍金订4年的《私家侦探》杂志。霍金的小心眼儿在于,如果没有黑洞,他会为输掉科研而沮丧,那4年的《私家侦探》多少是个精神补偿。如果有黑洞,则皆大欢喜,那么他也乐于慰劳一下索恩。后来霍金很高兴地输了这个赌局,而索恩则赢得很惨,索恩的这种“低俗”的喜好传出去让妻子觉得很没有面子,因为《阁楼》是一本色情杂志。赌输了的霍金得意地说:“我把杂志和妻子的愤怒都给了他。”

1997年,霍金与索恩结盟,与普瑞斯基进行了一次跨世纪的豪赌,赌题是黑洞的信息是否守恒,“霍索联军”认为不守恒,而普瑞斯基认为守恒,赌注是一本《棒球百科全书》。在2004年,爱尔兰都柏林举行的“第17届国际广义相对论和万有引力大会”上,霍金突然宣布自己原来的观点错了,信息应该守恒。

这让索恩很恼火,疾呼这场赌局不能由霍金一个人说了算,他仍坚持信息不守恒的观点。更滑稽的是,“敌军”普瑞斯基表示没有听懂霍金的演讲,不明白自己为什么赢了!事实上当天的800多名物理学家几乎无人听懂霍金是如何推翻自己若干年前建立的著名黑洞理论。

现在重要的不是索恩认不认输,普瑞斯基认不认赢,而是霍金迫切地承认输!于是屁颠屁颠地满城找《棒球百科全书》,遍寻不得只好以一本《板球百科全书》代替,给这个赌局留下了唯一的遗憾。

20089月,霍金向媒体表示,他已经拿出100美元作为赌资,打赌即将于910日开始运转的大型强子对撞机不会发现希格斯玻色子。这下又惹怒了希格斯玻色子的理论发明者——希格斯,他批评霍金滥用了他的社会公信力。20127月,当得知欧洲核子中心宣布已经确认大型强子对撞机发现希格斯玻色子后,霍金在第一时间向希格斯表示了祝贺,并寄去了100美元的支票。

与同行的对赌中,霍金似乎手气不佳,逢赌必输。不过这完全符合他把科研当作娱乐的一贯精神,结果并不重要,他享受这个娱乐过程。不过在人生这个大“赌局”上,他却是一个不折不扣的大赢家,他不仅为自己赢得了半个多世纪的“额外”生命,还为人类赢得了现代物理学特别是宇宙学的崭新的高度。

霍金不死!按照量子纠缠的说法,霍金虽已去世,但意识还未消失,只是离开了大脑,回归了宇宙的某处。

责任编辑:郑少东
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