霍金是誰(shuí)?他是一個(gè)大腦、一個(gè)神話(huà)、一個(gè)當(dāng)代最杰出的理論物理學(xué)家、一個(gè)科學(xué)名義下的巨人……除此之外,他更是一個(gè)坐在輪椅上與命運(yùn)挑戰(zhàn)的勇士。
書(shū)堆中長(zhǎng)大的天才
寒風(fēng)凌冽,法蘭克左手拿著試管,快步走向窗口,把窗戶(hù)又查看一遍。天氣太冷了,他把四個(gè)角落都給按嚴(yán)實(shí)了。窗外隱隱約約能感覺(jué)到到不遠(yuǎn)處戰(zhàn)爭(zhēng)的氣息,在死亡的恐怖籠罩下,一陣嬰兒的啼哭,打破了這寒冷而凝固了的空氣。
這天是1942年1月8日。斯蒂芬?威廉?霍金就出生在這個(gè)溫馨的家庭里,那年61歲的愛(ài)因斯坦正完成《科學(xué)和宗教》等一系列科學(xué)論文,正準(zhǔn)備到蘇聯(lián)參加猶太人組織的活動(dòng)。也許是太忙的緣故,這位科學(xué)巨匠并沒(méi)能預(yù)感到他接班人的出生。小霍金給法蘭克和伊莎貝爾夫婦帶來(lái)了不少的歡樂(lè),但麻煩事也不少。帶小孩對(duì)他們來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的挑戰(zhàn),比寫(xiě)醫(yī)學(xué)理論可復(fù)雜多了,盡管伊莎貝爾在眾領(lǐng)域頗有研究,但為了做個(gè)出色的媽媽?zhuān)是要惡補(bǔ)很多嬰幼兒的護(hù)理常識(shí)。
時(shí)間一天天過(guò)去,小霍金也一天天長(zhǎng)大,偶爾還會(huì)做幾個(gè)鬼臉來(lái)逗父母開(kāi)心。
一晃幾年過(guò)去了,彈指間,小霍金能走路說(shuō)話(huà)了,但奇怪的是,他和別的小孩不同,常常望著書(shū)架上的書(shū)默默發(fā)一陣子呆,這比玩玩具更有吸引力。于是父母決定給他提供最好的學(xué)習(xí)條件,并希望兒子能越過(guò)自己。望子成龍盼女成鳳是父母的共性,不僅僅在中國(guó)是這樣,各國(guó)皆是如此。
后來(lái),霍金有了個(gè)妹妹,父母又領(lǐng)養(yǎng)了個(gè)弟弟。從此,霍金不再是孤零零的一人了,比起和同伴玩耍,他更愿意照顧弟弟妹妹。很快霍金到了學(xué)習(xí)的年齡了,他的智商和同班的小孩一樣,只是他房間里的書(shū)比別的孩子多得多,他的學(xué)業(yè)出眾,一路直上,終于如愿進(jìn)了牛津大學(xué)。這是他父母最想看到的結(jié)果,也是霍金多年努力的結(jié)果。進(jìn)入大學(xué)后,霍金的父母每每聊天都會(huì)不時(shí)地討論到他的就業(yè)問(wèn)題。
霍金自己對(duì)此卻并不在意,他對(duì)未來(lái)考慮的并不多,和大多數(shù)同年齡段的同學(xué)一樣,處于迷茫期,不會(huì)花太多的時(shí)間去考慮他的未來(lái),對(duì)學(xué)術(shù)論文也不太花時(shí)間。當(dāng)然,他也常常和同學(xué)們一起玩,不過(guò)他不愛(ài)運(yùn)動(dòng),不擅常各類(lèi)體育活動(dòng),他的手腳遠(yuǎn)沒(méi)有自己的大腦靈活;艚饛男(xiě)字就很難看,但自己就是控制不了。有一兩次在學(xué)校摔倒后竟不能自己爬起來(lái)??這是一個(gè)信號(hào),不祥的預(yù)感籠罩著他。不過(guò),他還是愉快地度過(guò)了自己21歲的生日。
病魔從天而降
從童年時(shí)代起,體育運(yùn)動(dòng)一直就不是霍金的長(zhǎng)項(xiàng),幾乎所有的球類(lèi)活動(dòng)他都不擅長(zhǎng)。到牛津?qū)W習(xí)的第三年,霍金注意到自己變得更笨拙了,有一兩回沒(méi)有任何原因地跌倒。一次,他不知何故從樓梯上突然跌了下來(lái),當(dāng)即昏迷,差一點(diǎn)死去。
但是,直到1962年霍金在劍橋讀研究生后,他的母親才注意到兒子的異常狀況。剛過(guò)完21歲生日的霍金在醫(yī)院里住了兩個(gè)星期,經(jīng)過(guò)各種各樣的檢查,他被確診患上了“盧伽雷氏癥”,即運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞萎縮癥。他的四肢將越來(lái)越不聽(tīng)使喚,然后到身體以及內(nèi)臟,直到心臟和肺部,最后猝死,他最多還有兩年的時(shí)間了,甚至?xí)炔坏侥脤W(xué)士學(xué)位的那一天。
起初,這種病惡化得相當(dāng)迅速,這對(duì)霍金的打擊是可想而知的,他幾乎放棄了一切學(xué)習(xí)和研究,人生開(kāi)始面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn),更猶如正要開(kāi)放的花朵突遭嚴(yán)重的打擊。
病情一天天加重了。到1970年,在學(xué)術(shù)上聲譽(yù)日隆的霍金已無(wú)法自己走動(dòng)。無(wú)奈的他開(kāi)始使用輪椅。從此之后他再也沒(méi)能離開(kāi)過(guò)它。
就算在輪椅上,霍金也沒(méi)有逃脫命運(yùn)的捉弄。1991年3月,霍金坐輪椅回柏林公寓的路上,被小汽車(chē)撞倒,左臂骨折,頭被劃破,縫了13針,但堅(jiān)強(qiáng)的霍金僅僅經(jīng)過(guò)48小時(shí)的修正就又重新回到辦公室投入工作。禍不單行,就在霍金和友人去鄉(xiāng)間別墅時(shí),由于上坡拐彎過(guò)急輪椅向后傾倒,霍金被翻倒在了灌木叢中。
1984年,他說(shuō)話(huà)已相當(dāng)困難,開(kāi)始吐字不清,說(shuō)幾個(gè)詞要花好長(zhǎng)時(shí)間。1985年,霍金又得了肺炎,治療時(shí)切開(kāi)了氣管,從此他再也不能發(fā)聲了。
后來(lái),人們?yōu)樗谳喴紊习惭b了一臺(tái)電腦和語(yǔ)音合成器。他用僅有的兩個(gè)完好的手指在鍵盤(pán)上敲出要說(shuō)的詞,組成相應(yīng)的句子,經(jīng)過(guò)語(yǔ)音合成器發(fā)出聲音來(lái)。他就用這個(gè)辦法,進(jìn)行學(xué)術(shù)交流,做學(xué)術(shù)報(bào)告。
在挑戰(zhàn)面前,命運(yùn)好像做了退卻,一個(gè)兩年半過(guò)去了,又是幾個(gè)兩年半過(guò)去了,他還是堅(jiān)強(qiáng)地活著。
無(wú)論命運(yùn)有多壞,人總應(yīng)有所作為,有生命就有希望。
他的身體變化很大,很快就不能動(dòng)了,和醫(yī)生預(yù)期的一樣,他更沒(méi)心思去研究學(xué)術(shù)上的問(wèn)題了,直到一個(gè)女孩的出現(xiàn),改變了他的人生軌跡,給了他生存下去的勇氣。
給霍金帶來(lái)創(chuàng)造首個(gè)奇跡的人是簡(jiǎn)?懷爾德,他的女朋友。1962年夏天,簡(jiǎn)通過(guò)朋友,認(rèn)識(shí)了走路笨拙、腳步踉蹌的霍金,后來(lái)又發(fā)生了幾次偶遇。于是,他們產(chǎn)生了愛(ài)情,但卻多了一絲苦澀。愛(ài)情的力量是無(wú)法抗拒的。第二年7月14日,簡(jiǎn)和霍金結(jié)了婚。他們的愛(ài)情觀并沒(méi)有在因病魔的出現(xiàn)而放棄,而是更加堅(jiān)定,兩人并肩應(yīng)對(duì)病魔,打破了只能活2年半的神話(huà)。
霍金重新開(kāi)始研究學(xué)術(shù)了,并且很順利地獲得了博士學(xué)位;艚饘(duì)女人有著獨(dú)特的幽默感,當(dāng)人們問(wèn)到他所追求的目標(biāo)是什么時(shí),他回答第一想知道黑洞里有什么,第二想知道女人是什么。
多年之后,簡(jiǎn)在自己的回憶錄《音樂(lè)移動(dòng)群星》中寫(xiě)道:“我非常愛(ài)他,任何東西都不能阻止我和他結(jié)婚,我愿意為他做飯、洗衣、購(gòu)物和收拾家務(wù),放棄我自己以前的遠(yuǎn)大志向!
霍金的身體不能動(dòng)彈,說(shuō)一句話(huà)要繞幾個(gè)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過(guò)程,但即使這樣也改變不了他的學(xué)術(shù)研究,他成功完成了《時(shí)間簡(jiǎn)史》。這是繼愛(ài)因斯坦《相對(duì)論》之后,物理學(xué)中揭露宇宙奧秘的最偉大著作,他是最成功的殘疾人之一,也是最能創(chuàng)造奇跡和命運(yùn)挑戰(zhàn)的勇士,他詮釋著時(shí)間的概念,并打破時(shí)間的人。20來(lái)歲被“判”死刑的人,一直活到現(xiàn)在。2012年,他已經(jīng)70歲了。
“科學(xué)巨人”的物理理論
(一)黑洞不黑
霍金的研究對(duì)象是宇宙,但他對(duì)觀測(cè)天文從不感興趣,只有幾次用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)過(guò)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)等科學(xué)方法相比,霍金的方法是靠直覺(jué)。
“黑洞不黑”這一偉大成就就來(lái)源于一個(gè)閃念。1970年11月的一個(gè)夜晚,霍金在慢慢爬上床時(shí)開(kāi)始思考黑洞的問(wèn)題。他突然意識(shí)到,黑洞應(yīng)該是有溫度的,這樣它就會(huì)釋放輻射。也就是說(shuō),黑洞其實(shí)并不那么黑。
這一閃念在經(jīng)過(guò)3年的思考后形成了完整的理論。1973年11月,霍金正式向世界宣布,黑洞不斷地輻射出X光、伽馬射線等,這就是有名的“霍金輻射”。而在此之前,人們認(rèn)為黑洞只吞不吐。
從宇宙大爆炸的奇點(diǎn)到黑洞輻射機(jī)制,霍金對(duì)量子宇宙論的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn);艚皤@得1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。
(二)量子力學(xué)最新進(jìn)展
霍金希望解開(kāi)宇宙誕生之時(shí)的奧秘,上個(gè)世紀(jì)70年代時(shí),霍金將量子力學(xué)應(yīng)用于解釋黑洞現(xiàn)象,但是在之后的30年中,用量子力學(xué)解釋整個(gè)宇宙已經(jīng)變得更加困難了。霍金想找到一套可以完美解釋整個(gè)宇宙現(xiàn)象的理論來(lái)說(shuō)明137億年誕生直到現(xiàn)在的宇宙,但是多年過(guò)去了,就算無(wú)限接近他仍然沒(méi)有得出結(jié)論。按照他的量子力學(xué)理論,宇宙誕生是大爆炸產(chǎn)生的,這是一個(gè)被壓縮的無(wú)限小卻具有超大重力的物質(zhì)(也可以理解成密度無(wú)限大)爆炸的產(chǎn)物。量子力學(xué)的理論范疇不能夠解釋這一個(gè)過(guò)程是如何進(jìn)行?為什么會(huì)這樣?霍金說(shuō)“那必須有一套可以描述小規(guī)模重力的理論”。最新的科學(xué)突破是霍金的同事,倫敦瑪麗皇后學(xué)院的麥克?格林(Michael 。Green)參與建構(gòu)的超弦理論,簡(jiǎn)稱(chēng)為“弦論”,這理論指出所有粒子和自然力量,其實(shí)都是在震蕩中像弦一樣的微小物體,解決了霍金一直想努力解答的重力問(wèn)題,這個(gè)理論必須建立在宇宙有9、10甚至是大于11個(gè)的維度中,而我們身處的三維世界可能僅僅是真正宇宙的其中一個(gè)膜。目前為數(shù)眾多的世界各地科學(xué)家正在太空和地球做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明弦論以及從實(shí)驗(yàn)來(lái)證明從而支持霍金的黑洞理論和量子理論。
(三)時(shí)光機(jī)理論
英國(guó)著名物理學(xué)家斯蒂芬?威廉?霍金繼承認(rèn)外星人的存在后,又發(fā)表一個(gè)驚人論述:他聲稱(chēng)帶著人類(lèi)飛入未來(lái)的時(shí)光機(jī),在理論上是可行的,所需條件包括太空中的蟲(chóng)洞或速度接近光速的宇宙飛船。不過(guò),霍金也警告,不要搭時(shí)光機(jī)回去看歷史,因?yàn)椤爸挥携偪竦目茖W(xué)家,才會(huì)想要回到過(guò)去‘顛倒因果’!
據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道,物理學(xué)家霍金在最近拍攝的一部有關(guān)宇宙的紀(jì)錄片時(shí)提到,人類(lèi)其實(shí)能建造出接近光速的宇宙飛船,并且能夠進(jìn)入未來(lái)。
霍金甚至說(shuō),自己是因?yàn)閾?dān)心別人把他當(dāng)成“怪人”,所以才不敢亂說(shuō)話(huà),也不愿意多談?dòng)嘘P(guān)時(shí)光機(jī)的東西,直到透過(guò)紀(jì)錄片后才敢大方討論。
(四)時(shí)間也有縫隙
至于時(shí)光機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn),霍金強(qiáng)調(diào)就是所謂的“4度空間”,科學(xué)家將其命名為“蟲(chóng)洞”;艚饛(qiáng)調(diào),“蟲(chóng)洞”就在我們四周,只是小到肉眼很難看見(jiàn),它們存在于空間與時(shí)間的裂縫中。他指出,宇宙萬(wàn)物非平坦或固體狀,貼近觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)一切物體均會(huì)出現(xiàn)小孔或皺紋,這就是基本的物理法則,而且適用于時(shí)間。時(shí)間也有細(xì)微的裂縫、皺紋及空隙,比分子、原子還細(xì)小的空間則被命名為“量子泡沫”,“蟲(chóng)洞”就存在于其中。
(五)回到“遙遠(yuǎn)過(guò)去”
而科學(xué)家們企圖穿越空間與時(shí)間的極細(xì)隧道或快捷方式,則不斷在量子天地中形成、消失或改造,它們連結(jié)兩個(gè)不同的空間及時(shí)間。部分科學(xué)家認(rèn)為,有朝一日也許能夠抓住“蟲(chóng)洞”,將它無(wú)限放大,使人類(lèi)甚至宇宙飛船可以穿越;另外若動(dòng)力充足加上完備科技,科學(xué)家或許也可以建造一個(gè)巨大的“蟲(chóng)洞”。
霍金指出,理論上時(shí)光隧道或“蟲(chóng)洞”不只能帶著人類(lèi)前往其他行星,如果蟲(chóng)洞兩端位于同一位置,且以時(shí)間而非距離間隔,那么宇宙飛船即可飛入,飛出后仍然接近地球,只是進(jìn)入所謂“遙遠(yuǎn)的過(guò)去”。因?yàn)樵?度空間中,10分鐘也許是n小時(shí)。
(六)飛船能去“未來(lái)”
霍金表示,如果科學(xué)家能夠建造速度接近光速的宇宙飛船,那么宇宙飛船必然會(huì)因?yàn)椴荒苓`反光速是最大速限的法則,而導(dǎo)致艙內(nèi)的時(shí)間變慢,那么飛行一個(gè)星期就等于是地面上的100年,也就相當(dāng)于飛進(jìn)未來(lái)。
霍金舉人造衛(wèi)星為例,指衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí),由于受地球重力影響較小,衛(wèi)星上的時(shí)間比地上時(shí)間稍快。由此,霍金就設(shè)想出一艘大型極速宇宙船,可在1秒內(nèi)加速至?xí)r速9.7萬(wàn)公里,6年內(nèi)加速至光速的99.99%,比史上最快的宇宙船阿波羅10號(hào)快2000倍。船上的乘客就是變相飛向未來(lái),作出名副其實(shí)的時(shí)間旅行。
在科學(xué)的前沿撰寫(xiě)科幻小說(shuō)
霍金,這位當(dāng)代杰出的物理學(xué)家,不僅走在科學(xué)研究的最前列,而且寫(xiě)出了許多引人入勝的科普讀物。
在《時(shí)間簡(jiǎn)史》一書(shū)中,霍金念念不忘的就是大統(tǒng)一理論,這是愛(ài)因斯坦未盡的夢(mèng)想。霍金在書(shū)中坦言,不能用單獨(dú)的美妙的公式描述和預(yù)測(cè)宇宙的每一件事情,因?yàn)榱孔永碚摰臏y(cè)不準(zhǔn)原理決定了宇宙是不確定性和確定性統(tǒng)一的。霍金通過(guò)地圖模型來(lái)說(shuō)明宇宙的多樣性可能需要一組理論來(lái)進(jìn)行描述。
《時(shí)空本性》在80年前廣義相對(duì)論時(shí)就以完整的數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來(lái),量子理論的基本原理在70年前也已出現(xiàn),然而這兩種整個(gè)物理學(xué)中最精確、最成功的理論能被統(tǒng)一在單獨(dú)的量子引力中嗎?世界上最著名的兩位物理學(xué)家就此問(wèn)題展開(kāi)一場(chǎng)極端與極端的辯論。這本書(shū)是基于霍金和彭羅斯在劍橋大學(xué)的6次演講和最后辯論而成。
《未來(lái)的魅力》是以霍金預(yù)測(cè)宇宙今后十億年前景開(kāi)頭,以唐?庫(kù)比特最后的審判的領(lǐng)悟?yàn)榻Y(jié)尾,介紹了預(yù)言的發(fā)展歷程及我們今天預(yù)測(cè)未來(lái)的方法。
《果殼中的宇宙》一書(shū)是繼《時(shí)間簡(jiǎn)史》后霍金最重要的著作。在這本書(shū)中,霍金再次把我們帶到理論物理的最前沿。在霍金的世界里,真理和幻想有時(shí)只是一線之差。霍金用通俗的語(yǔ)言解釋提示我們對(duì)宇宙展開(kāi)充分的想象,并以他獨(dú)特的熱情,邀請(qǐng)我們一起展開(kāi)一場(chǎng)非凡的時(shí)空之旅。
霍金是本世紀(jì)享有國(guó)際聲譽(yù)的偉人之一,當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論和宇宙論家,被稱(chēng)為在世的最偉大的科學(xué)家,還被稱(chēng)為“宇宙之王”。他雖患盧伽雷氏癥(即運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞萎縮癥),禁錮在一張輪椅上達(dá)40年之久,他卻身殘志不殘,克服了殘廢之患而成為國(guó)際物理界的超新星。他超越了相對(duì)論、量子力學(xué)、大爆炸等理論而邁入創(chuàng)造宇宙的“幾何之舞”。他的思想出色地遨游到廣袤的時(shí)空,解開(kāi)了宇宙之謎。他承受了常人不可承受的痛苦,也創(chuàng)造了常人不可創(chuàng)造的奇跡。他對(duì)生命的熱愛(ài)和對(duì)科學(xué)研究的熱誠(chéng)以及他的頑強(qiáng)、他的堅(jiān)持都是非常值得我們學(xué)習(xí)的。