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仰望星空:霍金和他的先行者

來源:光明網    發(fā)布時間:2018-09-07 13:51:35

2018年3月,英國物理學家霍金辭世,舉世悲悼、惋惜的同時,“時空節(jié)點”一詞開始流行。在霍金出生和去世的時間節(jié)點中,兩個偉大的名字赫然在目:1642年1月8日伽利略去世;300年后1942年1月8日霍金出生;1879年3月14日愛因斯坦出生,139年后即2018年3月14日霍金仙逝。“仿佛看到偉人們一代又一代地接過智慧的接力棒,在銀河里奔馳,愿你們在星辰中相遇。”一位網友在霍金去世后留言,表達了中國乃至世界人類發(fā)自內心的贊美。奇妙的時間節(jié)點,連接起人類仰望星空的深情目光。

霍金21歲時

1942年1月8日霍金在牛津出生,他是帶著父母科學的基因來到人間的。父母都是牛津大學教授,父親法蘭克專攻熱帶病,母親伊莎貝爾研究哲學、政治和經濟學。童年的霍金學習成績一般,但喜歡玩具,尤喜設計復雜的玩具。他曾用一些廢棄物制作了一臺簡單的電腦——僅此一點,似乎有著某種暗喻?;艚鹪趧傔M入牛津大學時,并沒有開始便顯露出才華洋溢,但他在一步步地接近輝煌和他的21歲。

霍金的輝煌和他的21歲青春年華是如此相互糾結難于割舍,1963年霍金21歲,被確診患有一種運動神經元病,即“漸凍癥”。霍金有過悲觀失望乃至絕望:“在我21歲時,我的期望值變成了零。自那以后,一切都變成了額外津貼。”期望值成零也可以說是期待、希望和理想歸零,可知霍金當時內心的沉郁和憂傷。但此種心境持續(xù)的時間似乎并不長,霍金理智地接受了這一現實,并且繼續(xù)享受生命。開始時病情較輕,還可以正?;顒??;艚鸷偷谝蝗纹拮雍喯嘧R于劍橋大學。簡回憶說,他倆的第一次見面毫無浪漫可言,是路遇,“他留著一頭亂糟糟的棕發(fā),正沿著圣奧爾本斯街道低著頭蹣跚而行”。牛津大學,才俊薈萃之地也,但簡選擇了霍金,而霍金則告之她自己是漸凍癥患者。為了慎重起見,結婚前他又找了一趟自己的大夫,被告知:“你當然可以結婚,但從醫(yī)學的角度評估,你只有兩至三年壽命。”這是又一次心靈的摧殘,而且是近在咫尺的死亡宣布。簡沒有離他而去,而是對他說:“我們不怕病魔,不管醫(yī)生怎么說,我們要挑戰(zhàn)未來。”23歲時,霍金拄著拐杖結婚了。他們開始了相濡以沫的生活,還生了3個健康的孩子。

黑洞爆炸

霍金是帶著可怕的惡疾走向星云深處的,惡疾沒有成為他的噩夢,相反成為他專注于外星空研究、想象的一種助力。至1970年他已經無法行走了,隨著病情的惡化,全身可以活動的僅三根手指,但霍金的大腦依然活躍,他的輪椅是他“解鎖充滿可能性的宇宙”的出發(fā)地。他認為,“和宇宙相比,人類顯得微不足道,因此殘疾也沒什么大不了”。70歲生日時,他坦承:“我確定我的殘疾和我的成名有關,我的體力極為有限,從事研究的宇宙本質卻浩瀚無垠。”霍金告訴我們,他僅有的一點體力和思想無暇他顧,只能在外太空漫步于星光月色和黑洞邊緣了。

霍金20歲、得漸凍癥前一年,于劍橋大學研究宇宙學。這也告訴我們,霍金在這之后的所有成就,都是在病中、日益嚴重的病中所取得。一個樂觀幽默的霍金很有可能讓人們忘記他是個病人,按照醫(yī)生的診斷只剩下兩三年壽命的病人,這本身就是奇跡。人們關心霍金說了什么,寫了什么,而霍金的病情似乎被忽略了?;艚饘τ钪嫱馓盏南胂蠓路鹨才c他的不治之癥漸行漸遠了。事實是:霍金病情的加重與霍金學術成就的進展是同步進行的,被稱為超人的霍金,是被病魔困擾了半個多世紀的霍金,也是不可思議的霍金。1970年霍金已無法行走,輪椅上的生涯由此而始,1985年,因為一次嚴重的肺炎,霍金漸失說話能力,最后他只能靠右眼底肌肉移動特制眼鏡的按鈕,指揮電腦上的光標而“說話”。在這一段長達幾十年的艱困中,霍金卻致力于對黑洞理論的完善,對黑洞表層“光滑的”美妙想象。

1974年,霍金在牛津大學舉行的第二次量子引力會議上,發(fā)表了論文《黑洞爆炸》,從而震驚了世界宇宙學界,震驚了所有關心時間是如何開始的人。它被稱為“物理學歷史上最美麗的論文之一”。1979年至2009年,霍金成為牛津大學盧卡斯數學教授,研究領域為宇宙論與黑洞。他“證明了愛因斯坦廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創(chuàng)立的相對論和普朗克創(chuàng)立的量子力學方面走出了重要一步”?;艚鹱罹擢殑?chuàng)性、最富想象力的研究是大爆炸與黑洞,他證明:研究黑洞需要想象力,但黑洞不僅是想象物。“黑洞不僅是一個奇異的理論概念,而且在宇宙發(fā)展中扮演著奇異角色。事實上黑洞不是很黑,黑洞會釋放出輻射——霍金輻射,最終黑洞甚至會消失。”

霍金還說過,宇宙中還有相當數目的太初黑洞,正是這些黑洞還殘留著早期宇宙的某些特征,比如在多大程度上,宇宙的表面是光滑而均勻的。

我們頭頂的星空,是黑洞密布的星空。

從太初黑洞到未來黑洞,恒星們自己書寫著星星經典。

致敬!丈量星空者

有多少偉大的頭顱,在星空下消失了,或者他們已成為星空的一部分,繼續(xù)著他們丈量星空成為“星際使者”的夢想。在哥白尼、布魯諾之后,仰望星空的伽利略以及望遠鏡出現了。伽利略從荷蘭的一個眼鏡匠處得到啟發(fā),開始磨制鏡片,制作鏡筒。直接面對眼睛的凹透鏡片為“目鏡”,對著被觀察物體的凸透鏡為“物鏡”,一架放大32倍的望遠鏡由伽利略親手制成,并且也使伽利略成為人類史上第一個把望遠鏡指向太空者。

偉大的17世紀啊!

1610年1月初,當伽利略把望遠鏡指向木星時,發(fā)現木星的圓面附近有3個小亮點,那是3顆小星星,連續(xù)幾個夜晚的觀察之后他有所困惑,這3個小星星有時會成為4個,有時則是2個,為什么?困惑之后伽利略突然驚喜莫名:那是木星的4顆衛(wèi)星啊!它們環(huán)繞木星運轉有時互相遮蔽,有時轉到木星后面去了。哪有什么地球中心啊!哪里只是地球才有衛(wèi)星!用眼睛直接觀察太空的歷史由伽利略結束了。我們穿越過牛頓、赫歇爾、梅西耶、賴特等在星云中不朽的靈魂,聽康德說——1755年,康德發(fā)表了石破天驚的《自然通史和天體論》,提出了他的三個著名假設:太陽系起源的星云假設;銀河是一個扁球狀的星團,同時還存在著類似銀河的“星團天體”假設;海洋潮汐會減緩地球旋轉的速度假設??档抡J為太陽系所在的龐大的恒星集團——銀河系并不孤獨,它是茫??针H的“宇宙島”之一。天體想象大師啊,哲人康德。

我們快要接近愛因斯坦了。在這之前先說一點關于宇宙和光。中國古人謂:“四方上下曰宇,往古來今曰宙”;東漢天文學家張衡說:“宇之表無極,宙之端無窮”?;艚鸬恼撌鰹椋?ldquo;古老的關于基本上不變的、已經存在并將繼續(xù)存在無限久的宇宙的觀念,已為運動的、膨脹的并且看來是從一個有限的過去開始,并將在有限的將來終結的宇宙觀念取代。”國人肖巍著《宇宙的觀念》中有包含了中國古代哲學理念的精妙之論:“更概括地說,從混沌中誕生有序的宇宙,有序的宇宙轉變?yōu)槿f有的宇宙,而這個萬有的宇宙竟創(chuàng)生于‘無’。”老子所謂“有生于無”也。

宇宙空間之大,天文學以光年計算。光是宇宙間運行速度最快者。1秒鐘30萬公里的光速眨眼之間便繞了地球7圈又半。光在1年中的瀟灑行程約為9.5萬億公里,此即1光年。光的神速是在追尋還是在逃逸?光何時而起?從何而來?愛因斯坦不僅有對光的殫精竭慮的思考,還有絕對非凡的夢想:“如果我趕上了一束光線去看世界,它會是怎樣的呢?”愛因斯坦的狹義相對論解釋了時間和運動是相對于觀察者的,只要光速不變,自然規(guī)律在宇宙中是一樣的。他的廣義相對論則隱伏著無窮機緣。他提出:“引力是由質量存在創(chuàng)造的時空連續(xù)體中的一個彎曲場”。自此以后,愛因斯坦廣義相對論所預言的那種暗天體,使宇宙科學界浮想聯翩。最早想象黑洞并作出具體描述的,是英國劍橋大學學監(jiān)約翰·米歇爾,1783年,他在《倫敦皇家學會哲學學報》撰文稱:一個質量足夠大并足夠緊致的恒星,會有強大的引力場,以至于連光線都不能逃逸——任何從恒星表面發(fā)出的光,還沒有到達恒星遠處即被恒星的引力吸引回來。

黑洞術語與蟹狀星云

黑洞這一術語直到1969年才由約翰·惠勒創(chuàng)造。惠勒回憶說:“1969年,我們在紐約阿姆斯特丹大道的太空物理研究所開會。我說,在做最后結論之前,還必須把另一個問題提出來,這就是引力完全坍縮的物體,而你在重復諸如引力完全坍縮物體用詞十次之后,就會覺得必須有一個更好的名字,這就是我開始使用‘黑洞’這個術語的緣由。”在霍金去世后,英國《獨立報》稱“發(fā)現黑洞使霍金成為世界上最著名的科學家”。其實發(fā)現黑洞的并不是霍金,大爆炸理論亦然,其概念是1927年勒梅特首先提出,他認為宇宙起源于一個“原始原子”。伽莫夫發(fā)揮了勒梅特的思想,認為宇宙起源于一個極端高溫、極端緊致、極端高密度的原始火球,伽莫夫稱之為混沌,這一火球中的物質以基本粒子形態(tài)存在。大約180億年前,這個混沌體發(fā)生大爆炸,向外飛散,密度降低;溫度降至5500萬攝氏度時,中子自動形成質子與電子輻射,使這些微粒結合形成氫原子、核原子等,人類所知的一切元素,都是在大爆炸之后半小時內產生的。

有新生的光。

也有正在消散的光。

在恒星爆炸之后出現的中子星,也許還不是星星之歷程的必然的最后一步。一顆質量比太陽大十倍的恒星,其風燭殘年、黑洞的形成及相關探討因為霍金而更為完善了:“當恒星耗盡其核能,那就沒有東西可維持其向外的壓力,恒星由于自身的引力開始坍縮。隨著恒星收縮,表面上的引力場就變得越來越強大,而逃逸速度就會增加……其結果就是一個黑洞,這是時空的一個區(qū)域,在這個區(qū)域不可能逃逸到無窮遠。”

更通俗地說,大爆炸時拋出的大量物質會形成彌漫的星云。

位于金牛座的“蟹狀星云”就是一顆恒星爆炸后的殘骸。從太空拍攝的這一星云的圖片上可以看到,這是一團極大的膨脹中的云,由劇烈騷動的氣體構成。這些星云殘骸美麗而迷人,它因本身發(fā)光的氫和氮的細絲狀結構而呈現橘紅色,星云內部由磁場中的自由電子照明。1054年7月4日,人類初見“蟹狀”星云時,其光芒明亮閃爍,觀星者以為天上出現了一顆極大的新星,兩年后星光黯淡漸至消退。1731年,天文學家用更高倍的望遠鏡尋找、觀察,并認定這是大約九百年前一次天體災難的殘星余云。

最早證實位于金牛座的“蟹狀星云”乃一顆恒星爆炸后之殘骸的,是中國古代天文記錄?!端问贰罚?ldquo;宋仁宗至和元年五月乙丑,客星出天關,東南可數寸,歲余稍沒。”“天關”即金牛座也?!端螘酚洠?ldquo;至和元年,伏睹客星出見,其星上微有光彩,黃色。”《宋會要輯稿》更為詳明:“至和元年五月,晨出東方,守天關晝見如太白,芒角四出,色赤白,凡見二十三日。”1928年,美國天文學家哈勃指出:“蟹狀星云”就是中國古籍所記載的芒角四出的“客星”爆發(fā)后的遺跡,國際天文學界據此也稱之為“中國新星”。

有新生的光。

有消散的光。

宇宙的奧秘就是光。

中國古人對天文的了解,明朝末年學者顧炎武先生說:“三代以上,人人皆知天文。七月流火,農夫之辭也;三星在天,婦人之語也;月離于畢,戍卒之作也;龍尾伏辰,兒童之謠也。”

這在某種程度上可以解釋,為什么康德、伽利略、愛因斯坦、霍金等探尋宇宙星云者,在中國得到了如此之多的尊敬和共同語言。

霍金與梵帝岡:上帝住哪兒?

1975年,梵蒂岡羅馬教廷把“庇佑十二世獎章”頒發(fā)給霍金,他與好友白納德·卡爾一起飛往羅馬。白納德·卡爾寫道:“那是一個非常動人的場合,在正常情況下,得獎的人必須走到教宗面前去接受獎章??墒且驗榛艚鸩荒茏呗?,教宗便走到霍金面前。這是一個歷史性的時刻,教會——尤其是天主教會和宇宙學之間一向有矛盾,這可追溯到伽利略時代,而霍金對伽利略有極大的親切感。”(《時間簡史續(xù)編》)在同一本書里,霍金記錄的是1981年梵帝岡召開宇宙學會議時,“我又重新喚起了對宇宙開端和命運問題的興趣,之后我們受到教皇的召見”?;艚鹌届o地記錄下了這次會見:“教皇告訴我們,研究宇宙在大爆炸以后的演化是可以的,但是由于大爆炸本身是創(chuàng)生的時刻,因而是上帝的事務,所以我們不應該去詢問那個時刻本身。”

就在梵帝岡的這次宇宙學會議上,霍金提出了《宇宙的邊界條件》的論文,認為:“空間和時間在范圍上有限,但是自己包容起來,而沒有邊界或邊緣,正如地球的表面面積是有限的,卻沒有邊界或邊緣一樣。”霍金并且風趣地說:“在我所有的旅行中,我從未從世界的邊緣掉下去。”“只要宇宙有一個開端,我們就可以設想有一位造物主。但是,如果宇宙確實是完全自足的,那還會有造物主的存身之處嗎?”“或許沒有天堂,也沒有來世。我們只有今生來欣賞宇宙的偉大設計。為此,我非常感激。”作為劍橋大學盧卡斯數學教授,霍金對“統一理論”進行了研究,該理論是從愛因斯坦開始追尋的物理學的偉大目標。他在《時間簡史》中寫道:“一個圓滿、前后一致的統一理論僅僅是第一步,我們的目標是對我們周邊的事物和我們自身的存在,獲得徹底的理解。”也就是說,霍金試圖“找到一個‘萬物理論’,將讓人類‘明白上帝的心’”。后來,霍金又提出,統一理論或許并不存在。

霍金的思想在漫步星云時靈光四射,他有時也否定自己、糾正自己,倘非如此,霍金還是霍金嗎?

《時間簡史》及“說話和傾聽”

1988年,霍金失語3年后,寫成《時間簡史:從大爆炸到黑洞》。這本著作被翻譯成40多種語言,成為一時無兩的國際暢銷書。世界爭說輪椅上的霍金。霍金以較為通俗的語言告訴我們:大爆炸乃宇宙的開始亦即時間的開始,而黑洞則是恒星之死。事實上,黑洞甚至不是很黑,人掉進黑洞會變成意大利面條,最終黑洞甚至會消失。英國《金融時報》3月14日稱,霍金對宇宙學的許多重大問題,尤其是20世紀物現學的兩個偉大理論相對論和量子力學的統一作出了重要貢獻。西方世界反復詢問的另一個問題是:霍金為什么如此迷人?

霍金之所以迷人,首先在于他總是提出一些高度復雜的問題,觸發(fā)人們的思考、爭論:這個世界有沒有一位神?如果宇宙是自足的,神住哪兒呢?宇宙中還有其他生命嗎?如果外星人到訪,我們怎么辦?霍金欣賞科技帶來的便利,但他又警告說:“我認為全面發(fā)展人工智能,會造成人類滅亡。”霍金還認為,“說話和傾聽”在未來的技術時代,是人類最為重要的一件事情:“在數百萬年的時間里,人類就像動物那樣生活。然后發(fā)生了一些事,從而釋放了我們的想象力,我們學會了說話和傾聽。語言讓我們能夠交流思想,讓人類通過合作來實現不可能。通過說話,人類取得了最大的成就,因為不說話,人類遭遇了最大的失敗……有了任我們支配的技術,可能性是無限的,人類需要做的只是確保我們保持對話。”一個失語者,告訴我們說話和傾聽及交流之于人類的無比重要性,縱觀當今世界,強權橫行,戰(zhàn)爭與制裁烽火不斷,霍金以其特有的敏銳預判將來,告訴人類:技術愈是發(fā)展,且任我們支配,那就有了“無限的可能性”。這無限的可能性中就包括了戰(zhàn)爭、破壞生態(tài)環(huán)境。霍金說:“我們面臨因為貪婪和愚蠢而自我毀滅的危險。在一個污染日益嚴重且越來越擁擠的小星球上,我們不能再自己照顧自己。”未來有各種可能,外星人造訪是其中之一,霍金認為:“如果外星智能生命到訪,結果很可能和當年哥倫布到美洲大陸一樣,對土著居民來說,事情可不太妙。”霍金從不認為自己有多么了不起,從整體而言“人類只是在一顆中等大小星球上的化學敗類”,他宣稱:“我們微不足道!”

輪椅人生

霍金的輪椅人生使霍金更加可愛迷人。

我們常常對坐輪椅者抱有同情,因為他們的殘疾、他們人生的艱難。如同前述,霍金患病之初,那是21歲的青春年華,此后病情加重。起先他并不接受輪椅,在這一可怕的疾病面前,霍金并不是一開始就認為“殘疾也沒什么大不了”。直到20世紀60年代末期,霍金才同意坐輪椅,但依舊憤憤不平,他時常會肆無忌憚地沖過街道,妻子簡不僅要照顧3個孩子,還為霍金擔驚受怕。他幾乎做不了任何事情,他的體力極為有限,感謝上蒼,他的頭腦、思維健康而活躍,他的想象力——對星云、黑洞、外太空的想象,竟如此清晰、美妙、迷人!

霍金熱愛生活,而且力求好玩、有趣豐富。他是個跨界者,好萊塢拍攝了關于霍金的多部作品,如《真實的霍金》《霍金的故事》《萬物理論》等,《萬物理論》中飾演霍金的80后演員“小雀斑”埃迪·雷德梅尼感動了霍金。在拍攝時,他曾多次去探班,上映后又饒有興致地觀看并給制作方發(fā)了一封郵件,評價“小雀斑”的表演:“在觀看影片的某些時刻,看著雷德梅尼就像在看我自己。”“這部影片給了我一個自省的機會。”埃迪·雷德梅尼因為這一角色獲奧斯卡大獎,霍金的祝賀是:“埃迪你太棒了,我以你為榮!”霍金不吝對別人的贊美,而且在享譽全球時表示“自省”。他在輪椅上遨游星際黑洞,穿梭在廣義相對論和量子力學之間,他殫精竭慮,他自省什么?其實每一個人都有觀照自己內心的可能和必要,霍金亦然。他不認為有一個神存在并且干預宇宙,“確保好人獲勝或在來世受到獎賞”的信念是癡心妄想。但他同樣冥思苦想于“宇宙為何存在?我不知道如何通過一種可行的方式,提出這個問題并給出答案。如果存在這樣一種可行的方式,它是有意義的。但這讓我困惑”。

霍金的輪椅人生是好玩的、多彩的。美劇《生活大爆炸》中,他客串了第5季第21集。在《銀河飛龍》系列的《墮落》一集中,他出鏡3分鐘,飾演自己,在全息成像平臺里與愛因斯坦、牛頓、生化人打撲克。雖然靠機器發(fā)出聲音,但霍金卻在著名的搖滾樂團平克·弗洛伊德的一部專輯中,用電腦合成器發(fā)聲參與其中?;艚鹑舨皇侨绱藷釔凵睿窃谳喴沃虚L吁短嘆命運不公,他還能享壽76歲嗎?霍金如此熱愛生命,但這并不妨礙他支持安樂死,他本人還曾嘗試自殺。在他接受氣管切開術的時候,“我短暫地閉氣試圖自殺,但是缺氧的反射動作太強烈,迫使我繼續(xù)呼吸”。他為此抱怨,健康人有能力自殺,殘障者很可能連自殺的力氣都沒有?;艚饑L試自殺并失敗之后,再無此舉并強調,對生命絕望自殺是錯誤的,“除非你處于巨大痛苦之中,但是這個決定因人而異”。霍金說過:“我一輩子最大的希望,是在外層空間死去。”他并不相信有來世、有靈魂,解釋這一最大希望的唯一理由只能是:霍金對天宇外層空間之迷戀。這樣做的一個可能是他會掉進黑洞。讓我們想象這一畫面:坐著輪椅、在星云的簇擁下,倏忽間已身在黑洞。美哉,星墳!

無解

霍金去世后,《紐約時報》的評論說,霍金是“在輪椅上漫游宇宙的人”,是“人類意志和好奇心的象征”,是“一個超越了極限的人”,是“自愛因斯坦之后,沒有哪位科學家能如此吸引公眾的想象,并得到了全世界幾十億人喜愛的”天體物理學家。善哉,斯言!

2018年第10期《青年文摘》郝景芳撰文:霍金的攝影師去給霍金拍照時,霍金的狀態(tài)并不好,眼睛一直睜不開?;疾『蟮幕艚鹣仁强績扇齻€尚能活動的手指打字,后來則靠眼睛底下的一塊肌肉撥揮電腦上的光標,現在這一塊肌肉似乎也在漸凍中了。攝影師離開前輕聲地問霍金:“您能再給我一個詞,表達你想對世界說的話嗎?”霍金的護士說:“他恐怕完成不了,他眼睛下面的肌肉正在萎縮。”就在攝影師準備離開時,突然聽見屏幕上光標的聲音……顯然霍金是在用僅剩的力氣,回答攝影師的問題,移動的光標停留在W上面。護士解釋說,因為身體原因,霍金有時打出來的字是沒有意義的。攝影師正猶豫間,光標又動了,第二次停留在o上面。過了一會兒,光標又動了,最后停留在w上面——Wow——驚嘆!在輪椅上漫游宇宙之后,霍金依然無解的是:它為什么呈現出現在這樣子?它究竟為什么存在?他對宇宙依然驚嘆!

想起了康德的墓碑以及墓中人語:“有兩種東西我們愈經常愈反復思想時,它們就會給人灌注時時更新、有加無已的驚贊和敬畏之情:頭頂的星空與內心的道德律。”

關鍵詞: 霍金 先行者 星空

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