霍金

時空中的旅者

2018年3月31日午后2點，一場不對外界開放的葬禮在劍橋大學岡維爾與凱斯學院附近的圣瑪麗教堂舉行。葬禮的主角是本世紀迄今最具傳奇色彩的物理學家史蒂芬·霍金，他的骨灰將會存放在著名的西敏寺教堂，與牛頓和達爾文為鄰。作為當世最重要的廣義相對論專家和宇宙學家，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。

劍橋大學岡維爾與凱斯學院，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：漸凍癥，這種無法治療的罕見病，正是因為霍金本人和前幾年風靡網(wǎng)絡的“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位，剛剛認識后來的第一任妻子。也就是說，他的所有科學貢獻（和人生大事），都是以一位漸凍癥患者的身份完成的。這些貢獻包括對黑洞的一系列思索，和對宇宙命運的諸多探究，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費，后來承認還有為自己籌一些醫(yī)藥費的打算，因為治療和護理的費用、以及保證他工作能力所需要的相關設備，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處思考，身邊必須隨時有人；閱讀文獻時非常緩慢，因為必須過目不忘，否則回頭再要尋找什么幾乎是不可能的；醫(yī)生預測他壽命無多，雖然這些預測年復一年的被“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，而不是嚴密的?！边@顯然也與他隨時準備面對死亡的心態(tài)有關。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，而且其中運用了大量匠心獨運的類比，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，不僅僅是因為它事實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，也因為一些關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上體驗“零重力”。Jim Campbell/Aero-News Network

《時間簡史》的副標題是“從大爆炸到黑洞”，比起“時間簡史”，這才是它真正的主題。霍金是第一個把大爆炸和黑洞聯(lián)系起來的人，這也是他作為物理學家的揚名立萬之作。當時人們已經(jīng)知道，對廣義相對論的數(shù)學解表明，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，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處失效。物理學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，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和大爆炸的奇點聯(lián)系起來，隨后和彭羅斯一起用數(shù)學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。這是一個定理而不是假定，意味著它是真實的。宇宙起始于一個大爆炸奇點，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。說服他們的不是權威、不是信仰、不是團體共識，而是數(shù)學推導。

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，每一個關鍵的節(jié)點都沒有放過，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，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看來都并非不能理解，但每句話都要稍費一些思索，長此一句句累加起來，就會讓不熟悉相關物理學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，加入少許過渡語句，給讀者一點從容思考的時間，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，因為這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所做出的預言。在此之前，包括霍金在內(nèi)的物理學家們在黑洞身上發(fā)現(xiàn)了許多與熱力學定律相似的“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)換的關系，這與熱力學第一定律（能量守恒和轉(zhuǎn)化定律）相似。霍金本人發(fā)現(xiàn)黑洞視界面積永不減小，這又與熱力學第二定律（熵增定律）相似。因為這些相似性，人們很自然地把對應的物理量做類比，認為黑洞的表面引力就相當于溫度，表面積相當于熵，于是黑洞就類似于一個熱力學系統(tǒng)。這是物理學家尋找自然規(guī)律的常用方式，但這一次似乎遇到了當頭一盆冷水：假如黑洞是一個熱力學系統(tǒng)，那么它理應具有向外的輻射，而在當時的認識中，黑洞是只進不出的！

這豈止是一個研究上的挫折，還直接動搖了物理學家的方法論，因而讓大家都非常沮喪。所以當后來“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?，他的研究方向從黑洞再返回大爆炸。他提出了“時空無邊界”假說，試圖消滅他本人當年提出的時空奇性，把大爆炸奇點歸結為時空中的普通一點。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卡）。就像虛數(shù)軸垂直于實數(shù)軸一樣，虛時間的方向與實時間方向垂直?；艚鹪谶@里耍了一個數(shù)學花招，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的事件，也就是費曼所說的“對歷史積分”。由于在四維時空中，空間的三個方向也與實時間垂直，那么虛時間的行為就和空間維度類似，這相當于把四維時空“降維”，于是實時間上的奇點變成了虛時間上的一個普通點，它和其他點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，而物理學家對宇宙開端的研究也有機會成為可能。

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