他终于走向黑洞

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他终于走向黑洞

作者：方玄昌　　来源：科学猫头鹰

2002年年底，笔者在《中国新闻周刊》的年度特刊上发了一篇短文：《霍金VS吴清源：轮椅巨人》，评述两位坐着轮椅先后进入中国的巨匠。

毫无疑问，在笔者十余年记者生涯中，霍金和吴清源是最为与众不同的两位采访对象。他们都是“身残志坚”的典型人物，霍金研究的是大宇宙，吴清源研究的是纵横十九路小宇宙；在各自所在的领域中，吴清源所做的开创性贡献可能要更大一些，霍金则因科普巨著《时间简史》而享有更高的声誉——尽管他并未获得诺奖，但笔者曾经采访过的十余位诺奖得主，恐怕加在一起也未必比得上他的公众知名度。

屈指一数，十余年来笔者写过的科普文章中，涉及霍金及其理论的居然多达十余篇，其中大部分属于霍金引发新闻热点时的“跟风”式报道。在他本身的传奇性因素之外，我们也不得不承认，霍金确实懂得如何制造新闻。令人深感遗憾的是，晚年的霍金曾多次在自己不熟悉的领域制造新闻，并且同样得到一些媒体人的追捧，从而不可避免地对公众造成了误导。

作为一个卢伽雷症患者，76岁的霍金已经比医生曾经的判定多活了四十余年，并且在这些“白赚”的岁月中，借助于那部神奇的轮椅，他始终能从事自己喜欢的工作。从这个角度看，霍金去世时应是了无遗憾的。

当此时，笔者谨选出十余年前所写的两篇综述性文章，以概括并纪念这位伟大人物传奇性的一生。

霍金的中国价值

提要：他既不是当今世界上最卓越的科学家，也不是历史上最成功的科普作家，但他对于中国人却有难以替代的影响。

文/方玄昌

（2006年原发于《中国新闻周刊》）

当全场听众屏息聆听他时断时续的电子音，主席台上的霍金自己，却似乎在轮椅中睡着了。

他本来是会议的配角。这里是“2006年国际弦理论会议”的开幕现场，而霍金的演讲内容则是宇宙的起源问题，丝毫没有涉及到会议主题。在大卫·格罗斯(David Gross)、安蒂·斯特罗明格(Andrew Strominger)等世界顶级理论物理学家演讲深邃的弦理论时，人民大会堂6300多名听众中多少显露出头天晚上观看世界杯带来的倦态，哈欠和瞌睡弥漫于整个会场。而作为“饭后甜点”出现的霍金一登场，世界杯带来的尴尬一扫而空。

用中国科学院一位物理学家的话说，前来参加会议的听众，恐怕三分之二以上是来看人而不是来听大会内容的。他们想看的人，当然是这个“喧宾夺主”的科学明星——史蒂芬·霍金，他是一个活着的神话。

他能比肩爱因斯坦吗？

众多的报道都把霍金看成是有史以来最杰出的科学家之一，并且认为他可以与爱因斯坦相提并论。《时间简史》中，霍金在其书后附录中也只简介了三个科学前辈：伽利略、牛顿和爱因斯坦。很多人把这看成是霍金在暗示自己可以比肩历史上这三个大科学家。

我们先依据《时间简史》中的次序回顾现代天体物理学、宇宙学中几个关键的事件。第一件大事是狭义相对论和广义相对论的建立，这是现代天体物理学和宇宙学的理论基础，基本上是由爱因斯坦一个人完成的；第二个有划时代意义的发现是哈勃观测到“所有的星系和恒星都在离我们远去”，这暗示着宇宙在膨胀；第三是伽莫夫提出大爆炸宇宙模型，并且在后来因为观测到宇宙爆炸留下的微波背景辐射而得到有力证明。这三次突破，加上对大统一理论研究的介绍，也就构成《时间简史》的主要内容。

《时间简史》发表十余年之后，现代宇宙学又有了第四次大发现：由于暗能量的作用，宇宙在加速膨胀。暗能量的发现是以美国一个科学小组为首的众多科学家共同努力的结果。

四次大发现，都没有霍金什么事。

理论物理及天体物理学领域中的许多人都认为，霍金最大的贡献在于从理论上推导出黑洞具有辐射，即“霍金辐射”的发现。这是目前已经被证明了的一个理论。而他更多的理论，尤其是有关宇宙爆炸之初的一些研究结论，迄今以及往后相当长一段时间，人们都显然无法验证其真伪。

正因如此，尽管霍金本人未必同意，科学界(包括天体物理学界和理论物理学界)的多数人却都认为，霍金的确是一个优秀科学家，但至少在目前，他与伽利略、牛顿和爱因斯坦还无法相提并论，与哈勃、狄拉克、伽莫夫以及量子物理学家玻尔、薛定鄂等人做出的贡献相比也相差甚远，甚至未必比得上他的合作伙伴罗杰·彭罗斯。

显然，更愿意把他和爱因斯坦相提并论的是媒体和广大公众。

科普大师中，他排第几？

霍金的人生经历了几个阶段：

在21岁被查出患上卢伽雷症（肌萎缩性侧索硬化症，令他全身运动神经逐渐失效，现在他仅有几根手指还能动弹）之前，他仅仅是一个优秀的数理科学学生。

患病之后，他以惊人毅力克服种种困难，在学术上取得一个重度残疾人“不可能”取得的成就，并担任了剑桥大学卢卡逊数学教授（这是牛顿和狄拉克曾经担任的职位）。从这时起，他成了科学界的一个传奇；

第三个阶段，则是1988年《时间简史》的出版。

如果没有《时间简史》，霍金的知名度未必会高于同样苦受病痛折磨的数学家纳什。《时间简史》真正让霍金从科学界走向了公众。从最初发行至今，《时间简史：从大爆炸到黑洞》已经被翻译成几十种语言，在全世界销售3000多万册（有人甚至估计，如果加上盗版书，全世界已经销售超过5000万册），发行量仅次于《圣经》和《毛主席语录》；并且由于《时间简史》，实际上根本看不懂这本书的那些普通大众甚至把黑洞、宇宙起源同霍金划等号。他成了科学界的神话。

那么，霍金是否就由于他的《时间简史》而成为古今科普作家第一人了呢？没有。20世纪至少有两个人在科普方面做出的贡献比霍金更大：第一个是卡尔·萨根，第二个是伊萨克·阿西莫夫。

卡尔·萨根是《时间简史》的序言作者之一。作为一个科学家，他终身强调要把自己所学报效给社会。在众多的科普著作之外，他所做的最让人难以忘怀的事情就是设计了携带在“旅行者”和“先驱者”航天器上送给外星生命的光盘。

而著作等身的阿西莫夫则更是以众多科普和科幻著作成为科普界的泰斗。他的小说被评为“真正的科幻小说”，其 “科幻”提法既大胆又合理，很有科学基础，甚至对同时代的科学发展方向产生一定影响。

霍金在《时间简史》前言中还特意提到、并且褒奖之前的一本科普著作：温伯格的《最初三分钟》。应该说，霍金和温伯格有点相似，他们首先都是科学家（温伯格还获得了诺贝尔物理学奖），都成功地以深入浅出的语言描述宇宙。《时间简史》整本书只用到一个公式，就是爱因斯坦的质能方程，霍金显然为此自豪。但普通大众依然不能完全理解书的内容。《时间简史》现在显然比《最初三分钟》更为成功。

中国需要霍金

然而，当年卡尔·萨根和阿西莫夫的科普文章影响全世界的时候，中国却正处于一个封闭的时代。甚至，今天并没有太多的中国人知道他们的名字。

这个时代，世界上还有一个霍金，是中国人的幸运。

这是霍金第三次来华。他第一次来中国是1985年，第二次是2002年的秋天。实际上，这次霍金演讲的内容远没有2002年那次多。半个多小时中，他用另一种方式讲解《时间简史》中相对比较浅显的、书本前面部分的内容。演讲的最后部分是《时间简史》中没有的，那就是科学家近几年才发现的“宇宙加速膨胀”问题。

“来这里就是为了看到霍金。对于他的演讲，我看着中文字幕也依然似懂非懂，”来自中科院计算数学所的一位女研究生说，“我家里也有《时间简史》，看过，但没看懂，也没看完。”

显然，会场中大量的中学生更加难以听懂霍金的理论。但2002年北京国际会议中心那人满为患的演讲会场，以及这次人民大会堂鸦雀无声的6300多名听众，都在告诉我们一个事实：霍金正在用他非凡的魅力，吸引大众走近科学。

“霍金和他的《时间简史》使得今天的中国公众中有这么多人知道黑洞、大爆炸、奇点这些概念；他的残疾之躯和取得的成就让人们更深体会到什么是真正的科学精神；更重要的是，霍金让中国年轻一代对深邃的宇宙产生更大的兴趣，他在呼唤更多青少年加入到科学研究的队伍中来。”中国科学院一位理论物理学家如此评价说。

（感谢国家天文台李竞研究员对本文的支持和帮助）

他还将为人类留下什么？

提要：霍金剩下的理论中，能够确保不失的阵地并不多。假如有朝一日，他所有的“预言式”理论均被推翻，他还能“剩下”什么？

文/方玄昌 实习生/陈玉杰

（本文综合笔者2004年原发于《中国新闻周刊》的两篇文章而来）

2004年7月21日，在爱尔兰首都都柏林举行的“第十七届国际广义相对论和万有引力”大会(GR17大会)上，《时间简史》的作者、英国剑桥大学富有传奇色彩的理论物理学家史蒂芬·霍金，向来自世界各地齐聚一堂的科学家和记者宣布，他解决了物理学中重要的一个问题：黑洞究竟有没有破坏被其吞噬的信息。

大会上，霍金演讲他的最新发现，并宣告推翻了自己若干年前建立的著名黑洞理论，并重新讨论了信息守恒的问题。

愿赌服输

加拿大滑铁卢大学物理系主任罗伯特·曼博士尽量用生动、浅显的语言来为我们解释霍金理论的前后不同：“40年前，人们开始认真思考黑洞，认为外人(黑洞外的观测者)能够获得黑洞仅有的信息就是质量、电荷、角动量，这意味着，如果你用任何一种物质来做成黑洞，比如压碎的听装啤酒瓶、压扁的恒星、还是其它什么，外人都无法分辨出黑洞里面到底是什么东西。霍金30年前的理论认为，从量子力学的角度来考虑，黑洞能够辐射(即著名的霍金辐射)。由于量子作用，啤酒黑洞物质、恒星黑洞物质等都开始辐射，开始蒸腾、四溢。问题在于，霍金原先的计算显示了蒸腾完全属于热效应，这就意味着它不应该包含任何信息——即啤酒黑洞物质和恒星黑洞物质的辐射没有任何差别。所以，当黑洞变得越来越小，最后蒸发到没有时，就意味着已经丢失了全部信息。并且，到了变化的末端，已经无法复原那些信息。”

这种理论从诞生之初就遇到了麻烦：它同很多科学家坚持的“信息守恒定律”互为矛盾。这一度被人们称为“黑洞悖论”。30年间霍金坚持“信息守恒定律”在黑洞里失效。但现在霍金宣布，他使用欧氏路线积分数学方法，证明出新的答案——信息进入黑洞之后并未被破坏掉，“如果你进入一个黑洞，你所承载的物质和能量将被返回我们的宇宙……它已经被撕裂，但包含了所有你的信息，只是不再被我们轻易辨识。”

霍金放弃他原先的黑洞理论，也意味着他输掉了之前的一场赌赛：1997年，霍金和来自加利福尼亚理工学院的两位科学家为各自的黑洞理论设下了一场赌局，霍金和奇普·梭恩认为黑洞会将信息尽收腹中而永远不会释放；约翰·普里斯基尔则认为黑洞具有一些不为人知的筛孔，信息将通过这些筛孔安全撤离黑洞。胜利方将获得自己选择的一套百科全书。

霍氏理论：阵地连连失守

据霍金的打赌对手普里斯基尔介绍，根据近年来弦理论家的一些研究成果，他们（普里斯基尔等人）建立了一个强有力以显示黑洞真的能保藏信息的理论模式。而霍金一直以极大的兴趣跟踪着弦理论学家们的这项工作。

看来，霍金并非是热血来潮、突然想改变自己原先的理论——越来越多的理论证据迫使他不得不作出放弃的决定。

这已经不是霍金第一次否定自己早年的理论。仅仅3个多月前，霍金刚刚对公众直率地宣布他另一项著名的探索——“终极理论”(也被称为“万物理论”，曾被用作关于霍金的一部著名影片的名称)——是徒劳无功的。

1980年，霍金在接受剑桥大学卢卡逊数学讲座职位时以“理论物理学的终结是否已近在眼前”为题发表就职演讲，雄心勃勃地宣称，物理学家已经瞥见了一种“终极理论”的轮廓，该理论可以把所有自然规律都以一个单一的、优美的数学模型表示出来，“也许它将简洁到在一件T恤衫上就能打印出来”。在《时间简史》这本书中，霍金还宣称，今天的科学家们可能已经处在发现“终极理论”的边缘。

但现在，他认为，“终极理论”是不可能实现的：它在原则上要么永远无法完成，要么永远自相矛盾。

再往前回溯，2003年年初，由于“暗能量”的发现，宇宙被证明在加速膨胀，这使得霍金在《时间简史》中对宇宙未来可能的命运所做的三种预期都成了泡影。尽管这些理论并非霍金一个人提出，但他在书中暗示了引力在对抗宇宙的膨胀过程中最终会占上风，也就是宇宙最终会出现“大收缩”、时间倒流的结局。

现在，宇宙呈现出在暗能量作用下加速膨胀，虽然科学家还不能断定它会一直加速下去，但霍金的预言目前看来已经破产。

更早的时候，霍金关于大爆炸起点问题的理论（量子宇宙学）就受到了挑战，该理论在20世纪70年代末、80年代初的时候引起了很多人的兴趣。然而现在，科学家已经认为它不太可能是正确的而纷纷放弃了对它的研究。

霍金仍然坚守着的只有最后两大理论堡垒：“奇点理论”和“霍金辐射理论”。

科学史上的桥梁

对于霍金对自己理论的一次放弃和一次否定，国内著名天文学者李竞认为，作为一个科学家，放弃或否定自己原来的理论是应该的，也是很正常的。霍金不失科学家的本色。

在霍金之前，修正错误的科学家不少。爱因斯坦就曾经为自己著名的“宇宙常数”错误而痛悔过。相对论诞生后，牛顿力学被发现在高速或者极小尺度的情况下是完全不正确的，但这些并不影响爱因斯坦和牛顿作为历史上的科学巨人身份。

对于霍金的《时间简史》，中国天文学者李竞和物理学者蔡荣根都给予了极高的评价——即使书中的很多理论现在已经被认为是错误的。

“霍金在引导后人方面起到了巨大的作用，他把宇宙的神秘变成了宇宙的奥秘。神秘是无法认识的，奥秘却是可以探测的。只要你努力去钻研，就能够得到人类所未知的宇宙蕴藏着的信息，并且被你解释，被你阐述，被你了解，被你掌握。”李竞说。

事实上，历史上伟大的物理学家，他们的原著没有一本能让今天的读者从头看到尾而找不到错误。包括伽利略的伟大著作《两个世界的对话》，以今天的眼光来看，它的描述几乎全是不准确的。

“科学发展的结果就是这样：要么预言以后的发展，要么证实或推翻原来的观点。每个科学家在科学发展的历史上都只是一座桥梁。在通往真理的路上，他已经做出了很多贡献。他提出的思想哪怕在后来被证明全部是错误的，那也是对接近真理的过程做出的贡献。”蔡荣根说。

(XYS20180314)

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