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仰望星空:霍金和他的先行者

分类:尚未分类   阅读数:(375)   评论数:(0)   收藏数:(0)   发表于:2018-9-11 16:17:35
仰望星空:霍金和他的先行者
 
  20183月,英国物理学家霍金辞世,举世悲悼、惋惜的同时,“时空节点”一词开始流行。在霍金出生和去世的时间节点中,两个伟大的名字赫然在目:164218伽利略去世;300年后194218日霍金出生;1879314日爱因斯坦出生,139年后即2018314霍金仙逝。“仿佛看到伟人们一代又一代地接过智慧的接力棒,在银河里奔驰,愿你们在星辰中相遇。”一位网友在霍金去世后留言,表达了中国乃至世界人类发自内心的赞美。奇妙的时间节点,连接起人类仰望星空的深情目光。?
 
霍金21岁时
 
  194218霍金在牛津出生,他是带着父母科学的基因来到人间的。父母都是牛津大学教授,父亲法兰克专攻热带病,母亲伊莎贝尔研究哲学、政治和经济学。童年的霍金学习成绩一般,但喜欢玩具,尤喜设计复杂的玩具。他曾用一些废弃物制作了一台简单的电脑——仅此一点,似乎有着某种暗喻。霍金在刚进入牛津大学时,并没有开始便显露出才华洋溢,但他在一步步地接近辉煌和他的21岁。
霍金的辉煌和他的21岁青春年华是如此相互纠结难于割舍,1963年霍金21岁,被确诊患有一种运动神经元病,即“渐冻症”。霍金有过悲观失望乃至绝望:“在我21岁时,我的期望值变成了零。自那以后,一切都变成了额外津贴。”期望值成零也可以说是期待、希望和理想归零,可知霍金当时内心的沉郁和忧伤。但此种心境持续的时间似乎并不长,霍金理智地接受了这一现实,并且继续享受生命。开始时病情较轻,还可以正常活动。霍金和第一任妻子简相识于剑桥大学。简回忆说,他俩的第一次见面毫无浪漫可言,是路遇,“他留着一头乱糟糟的棕发,正沿着圣奥尔本斯街道低着头蹒跚而行”。牛津大学,才俊荟萃之地也,但简选择了霍金,而霍金则告之她自己是渐冻症患者。为了慎重起见,结婚前他又找了一趟自己的大夫,被告知:“你当然可以结婚,但从医学的角度评估,你只有两至三年寿命。”这是又一次心灵的摧残,而且是近在咫尺的死亡宣布。简没有离他而去,而是对他说:“我们不怕病魔,不管医生怎么说,我们要挑战未来。”23岁时,霍金拄着拐杖结婚了。他们开始了相濡以沫的生活,还生了3个健康的孩子。
 
  黑洞爆炸
 
霍金是带着可怕的恶疾走向星云深处的,恶疾没有成为他的噩梦,相反成为他专注于外星空研究、想象的一种助力。至1970年他已经无法行走了,随着病情的恶化,全身可以活动的仅三根手指,但霍金的大脑依然活跃,他的轮椅是他“解锁充满可能性的宇宙”的出发地。他认为,“和宇宙相比,人类显得微不足道,因此残疾也没什么大不了”。70岁生日时,他坦承:“我确定我的残疾和我的成名有关,我的体力极为有限,从事研究的宇宙本质却浩瀚无垠。”霍金告诉我们,他仅有的一点体力和思想无暇他顾,只能在外太空漫步于星光月色和黑洞边缘了。
霍金20岁、得渐冻症前一年,于剑桥大学研究宇宙学。这也告诉我们,霍金在这之后的所有成就,都是在病中、日益严重的病中所取得。一个乐观幽默的霍金很有可能让人们忘记他是个病人,按照医生的诊断只剩下两三年寿命的病人,这本身就是奇迹。人们关心霍金说了什么,写了什么,而霍金的病情似乎被忽略了。霍金对宇宙外太空的想象仿佛也与他的不治之症渐行渐远了。事实是:霍金病情的加重与霍金学术成就的进展是同步进行的,被称为超人的霍金,是被病魔困扰了半个多世纪的霍金,也是不可思议的霍金。1970年霍金已无法行走,轮椅上的生涯由此而始,1985年,因为一次严重的肺炎,霍金渐失说话能力,最后他只能靠右眼底肌肉移动特制眼镜的按钮,指挥电脑上的光标而“说话”。在这一段长达几十年的艰困中,霍金却致力于对黑洞理论的完善,对黑洞表层“光滑的”美妙想象。
1974年,霍金在牛津大学举行的第二次量子引力会议上,发表了论文《黑洞爆炸》,从而震惊了世界宇宙学界,震惊了所有关心时间是如何开始的人。它被称为“物理学历史上最美丽的论文之一”。1979年至2009年,霍金成为牛津大学卢卡斯数学教授,研究领域为宇宙论与黑洞。他“证明了爱因斯坦广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立的量子力学方面走出了重要一步”。霍金最具独创性、最富想象力的研究是大爆炸与黑洞,他证明:研究黑洞需要想象力,但黑洞不仅是想象物。“黑洞不仅是一个奇异的理论概念,而且在宇宙发展中扮演着奇异角色。事实上黑洞不是很黑,黑洞会释放出辐射——霍金辐射,最终黑洞甚至会消失。”
霍金还说过,宇宙中还有相当数目的太初黑洞,正是这些黑洞还残留着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匀的。
我们头顶的星空,是黑洞密布的星空。
从太初黑洞到未来黑洞,恒星们自己书写着星星经典。
 
  致敬!丈量星空者
 
有多少伟大的头颅,在星空下消失了,或者他们已成为星空的一部分,继续着他们丈量星空成为“星际使者”的梦想。在哥白尼、布鲁诺之后,仰望星空的伽利略以及望远镜出现了。伽利略从荷兰的一个眼镜匠处得到启发,开始磨制镜片,制作镜筒。直接面对眼睛的凹透镜片为“目镜”,对着被观察物体的凸透镜为“物镜”,一架放大32倍的望远镜由伽利略亲手制成,并且也使伽利略成为人类史上第一个把望远镜指向太空者。
伟大的17世纪啊!
16101月初,当伽利略把望远镜指向木星时,发现木星的圆面附近有3个小亮点,那是3颗小星星,连续几个夜晚的观察之后他有所困惑,这3个小星星有时会成为4个,有时则是2个,为什么?困惑之后伽利略突然惊喜莫名:那是木星的4颗卫星啊!它们环绕木星运转有时互相遮蔽,有时转到木星后面去了。哪有什么地球中心啊!哪里只是地球才有卫星!用眼睛直接观察太空的历史由伽利略结束了。我们穿越过牛顿、赫歇尔、梅西耶、赖特等在星云中不朽的灵魂,听康德说——1755年,康德发表了石破天惊的《自然通史和天体论》,提出了他的三个著名假设:太阳系起源的星云假设;银河是一个扁球状的星团,同时还存在着类似银河的“星团天体”假设;海洋潮汐会减缓地球旋转的速度假设。康德认为太阳系所在的庞大的恒星集团——银河系并不孤独,它是茫茫空际的“宇宙岛”之一。天体想象大师啊,哲人康德。
我们快要接近爱因斯坦了。在这之前先说一点关于宇宙和光。中国古人谓:“四方上下曰宇,往古来今曰宙”;东汉天文学家张衡说:“宇之表无极,宙之端无穷”。霍金的论述为:“古老的关于基本上不变的、已经存在并将继续存在无限久的宇宙的观念,已为运动的、膨胀的并且看来是从一个有限的过去开始,并将在有限的将来终结的宇宙观念取代。”国人肖巍著《宇宙的观念》中有包含了中国古代哲学理念的精妙之论:“更概括地说,从混沌中诞生有序的宇宙,有序的宇宙转变为万有的宇宙,而这个万有的宇宙竟创生于‘无’。”老子所谓“有生于无”也。
宇宙空间之大,天文学以光年计算。光是宇宙间运行速度最快者。1秒钟30万公里的光速眨眼之间便绕了地球7圈又半。光在1年中的潇洒行程约为9.5万亿公里,此即1光年。光的神速是在追寻还是在逃逸?光何时而起?从何而来?爱因斯坦不仅有对光的殚精竭虑的思考,还有绝对非凡的梦想:“如果我赶上了一束光线去看世界,它会是怎样的呢?”爱因斯坦的狭义相对论解释了时间和运动是相对于观察者的,只要光速不变,自然规律在宇宙中是一样的。他的广义相对论则隐伏着无穷机缘。他提出:“引力是由质量存在创造的时空连续体中的一个弯曲场”。自此以后,爱因斯坦广义相对论所预言的那种暗天体,使宇宙科学界浮想联翩。最早想象黑洞并作出具体描述的,是英国剑桥大学学监约翰·米歇尔,1783年,他在《伦敦皇家学会哲学学报》撰文称:一个质量足够大并足够紧致的恒星,会有强大的引力场,以至于连光线都不能逃逸——任何从恒星表面发出的光,还没有到达恒星远处即被恒星的引力吸引回来。
 
  黑洞术语与蟹状星云
 
  黑洞这一术语直到1969年才由约翰·惠勒创造。惠勒回忆说:“1969年,我们在纽约阿姆斯特丹大道的太空物理研究所开会。我说,在做最后结论之前,还必须把另一个问题提出来,这就是引力完全坍缩的物体,而你在重复诸如引力完全坍缩物体用词十次之后,就会觉得必须有一个更好的名字,这就是我开始使用‘黑洞’这个术语的缘由。”在霍金去世后,英国《独立报》称“发现黑洞使霍金成为世界上最著名的科学家”。其实发现黑洞的并不是霍金,大爆炸理论亦然,其概念是1927年勒梅特首先提出,他认为宇宙起源于一个“原始原子”。伽莫夫发挥了勒梅特的思想,认为宇宙起源于一个极端高温、极端紧致、极端高密度的原始火球,伽莫夫称之为混沌,这一火球中的物质以基本粒子形态存在。大约180亿年前,这个混沌体发生大爆炸,向外飞散,密度降低;温度降至5500万摄氏度时,中子自动形成质子与电子辐射,使这些微粒结合形成氢原子、核原子等,人类所知的一切元素,都是在大爆炸之后半小时内产生的。
有新生的光。
也有正在消散的光。
在恒星爆炸之后出现的中子星,也许还不是星星之历程的必然的最后一步。一颗质量比太阳大十倍的恒星,其风烛残年、黑洞的形成及相关探讨因为霍金而更为完善了:“当恒星耗尽其核能,那就没有东西可维持其向外的压力,恒星由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩,表面上的引力场就变得越来越强大,而逃逸速度就会增加……其结果就是一个黑洞,这是时空的一个区域,在这个区域不可能逃逸到无穷远。”
更通俗地说,大爆炸时抛出的大量物质会形成弥漫的星云。
位于金牛座的“蟹状星云”就是一颗恒星爆炸后的残骸。从太空拍摄的这一星云的图片上可以看到,这是一团极大的膨胀中的云,由剧烈骚动的气体构成。这些星云残骸美丽而迷人,它因本身发光的氢和氮的细丝状结构而呈现橘红色,星云内部由磁场中的自由电子照明。105474,人类初见“蟹状”星云时,其光芒明亮闪烁,观星者以为天上出现了一颗极大的新星,两年后星光黯淡渐至消退。1731年,天文学家用更高倍的望远镜寻找、观察,并认定这是大约九百年前一次天体灾难的残星余云。
最早证实位于金牛座的“蟹状星云”乃一颗恒星爆炸后之残骸的,是中国古代天文记录。《宋史》:“宋仁宗至和元年五月乙丑,客星出天关,东南可数寸,岁余稍没。”“天关”即金牛座也。《宋会要》记:“至和元年,伏睹客星出见,其星上微有光彩,黄色。”《宋会要辑稿》更为详明:“至和元年五月,晨出东方,守天关昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。”1928年,美国天文学家哈勃指出:“蟹状星云”就是中国古籍所记载的芒角四出的“客星”爆发后的遗迹,国际天文学界据此也称之为“中国新星”。
有新生的光。
有消散的光。
宇宙的奥秘就是光。
中国古人对天文的了解,明朝末年学者顾炎武先生说:“三代以上,人人皆知天文。七月流火,农夫之辞也;三星在天,妇人之语也;月离于毕,戍卒之作也;龙尾伏辰,儿童之谣也。”
这在某种程度上可以解释,为什么康德、伽利略、爱因斯坦、霍金等探寻宇宙星云者,在中国得到了如此之多的尊敬和共同语言。
 
  霍金与梵帝冈:上帝住哪儿?
 
  1975年,梵蒂冈罗马教廷把“庇佑十二世奖章”颁发给霍金,他与好友白纳德·卡尔一起飞往罗马。白纳德·卡尔写道:“那是一个非常动人的场合,在正常情况下,得奖的人必须走到教宗面前去接受奖章。可是因为霍金不能走路,教宗便走到霍金面前。这是一个历史性的时刻,教会——尤其是天主教会和宇宙学之间一向有矛盾,这可追溯到伽利略时代,而霍金对伽利略有极大的亲切感。”(《时间简史续编》)在同一本书里,霍金记录的是1981年梵帝冈召开宇宙学会议时,“我又重新唤起了对宇宙开端和命运问题的兴趣,之后我们受到教皇的召见”。霍金平静地记录下了这次会见:“教皇告诉我们,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创生的时刻,因而是上帝的事务,所以我们不应该去询问那个时刻本身。”
就在梵帝冈的这次宇宙学会议上,霍金提出了《宇宙的边界条件》的论文,认为:“空间和时间在范围上有限,但是自己包容起来,而没有边界或边缘,正如地球的表面面积是有限的,却没有边界或边缘一样。”霍金并且风趣地说:“在我所有的旅行中,我从未从世界的边缘掉下去。”“只要宇宙有一个开端,我们就可以设想有一位造物主。但是,如果宇宙确实是完全自足的,那还会有造物主的存身之处吗?”“或许没有天堂,也没有来世。我们只有今生来欣赏宇宙的伟大设计。为此,我非常感激。”作为剑桥大学卢卡斯数学教授,霍金对“统一理论”进行了研究,该理论是从爱因斯坦开始追寻的物理学的伟大目标。他在《时间简史》中写道:“一个圆满、前后一致的统一理论仅仅是第一步,我们的目标是对我们周边的事物和我们自身的存在,获得彻底的理解。”也就是说,霍金试图“找到一个‘万物理论’,将让人类‘明白上帝的心’”。后来,霍金又提出,统一理论或许并不存在。
霍金的思想在漫步星云时灵光四射,他有时也否定自己、纠正自己,倘非如此,霍金还是霍金吗?
 
  《时间简史》及“说话和倾听”
 
  1988年,霍金失语3年后,写成《时间简史:从大爆炸到黑洞》。这本著作被翻译成40多种语言,成为一时无两的国际畅销书。世界争说轮椅上的霍金。霍金以较为通俗的语言告诉我们:大爆炸乃宇宙的开始亦即时间的开始,而黑洞则是恒星之死。事实上,黑洞甚至不是很黑,人掉进黑洞会变成意大利面条,最终黑洞甚至会消失。英国《金融时报》314称,霍金对宇宙学的许多重大问题,尤其是20世纪物现学的两个伟大理论相对论和量子力学的统一作出了重要贡献。西方世界反复询问的另一个问题是:霍金为什么如此迷人?
霍金之所以迷人,首先在于他总是提出一些高度复杂的问题,触发人们的思考、争论:这个世界有没有一位神?如果宇宙是自足的,神住哪儿呢?宇宙中还有其他生命吗?如果外星人到访,我们怎么办?霍金欣赏科技带来的便利,但他又警告说:“我认为全面发展人工智能,会造成人类灭亡。”霍金还认为,“说话和倾听”在未来的技术时代,是人类最为重要的一件事情:“在数百万年的时间里,人类就像动物那样生活。然后发生了一些事,从而释放了我们的想象力,我们学会了说话和倾听。语言让我们能够交流思想,让人类通过合作来实现不可能。通过说话,人类取得了最大的成就,因为不说话,人类遭遇了最大的失败……有了任我们支配的技术,可能性是无限的,人类需要做的只是确保我们保持对话。”一个失语者,告诉我们说话和倾听及交流之于人类的无比重要性,纵观当今世界,强权横行,战争与制裁烽火不断,霍金以其特有的敏锐预判将来,告诉人类:技术愈是发展,且任我们支配,那就有了“无限的可能性”。这无限的可能性中就包括了战争、破坏生态环境。霍金说:“我们面临因为贪婪和愚蠢而自我毁灭的危险。在一个污染日益严重且越来越拥挤的小星球上,我们不能再自己照顾自己。”未来有各种可能,外星人造访是其中之一,霍金认为:“如果外星智能生命到访,结果很可能和当年哥伦布到美洲大陆一样,对土著居民来说,事情可不太妙。”霍金从不认为自己有多么了不起,从整体而言“人类只是在一颗中等大小星球上的化学败类”,他宣称:“我们微不足道!”
 
  轮椅人生
 
霍金的轮椅人生使霍金更加可爱迷人。
我们常常对坐轮椅者抱有同情,因为他们的残疾、他们人生的艰难。如同前述,霍金患病之初,那是21岁的青春年华,此后病情加重。起先他并不接受轮椅,在这一可怕的疾病面前,霍金并不是一开始就认为“残疾也没什么大不了”。直到20世纪60年代末期,霍金才同意坐轮椅,但依旧愤愤不平,他时常会肆无忌惮地冲过街道,妻子简不仅要照顾3个孩子,还为霍金担惊受怕。他几乎做不了任何事情,他的体力极为有限,感谢上苍,他的头脑、思维健康而活跃,他的想象力——对星云、黑洞、外太空的想象,竟如此清晰、美妙、迷人!
霍金热爱生活,而且力求好玩、有趣丰富。他是个跨界者,好莱坞拍摄了关于霍金的多部作品,如《真实的霍金》《霍金的故事》《万物理论》等,《万物理论》中饰演霍金的80后演员“小雀斑”埃迪·雷德梅尼感动了霍金。在拍摄时,他曾多次去探班,上映后又饶有兴致地观看并给制作方发了一封邮件,评价“小雀斑”的表演:“在观看影片的某些时刻,看着雷德梅尼就像在看我自己。”“这部影片给了我一个自省的机会。”埃迪·雷德梅尼因为这一角色获奥斯卡大奖,霍金的祝贺是:“埃迪你太棒了,我以你为荣!”霍金不吝对别人的赞美,而且在享誉全球时表示“自省”。他在轮椅上遨游星际黑洞,穿梭在广义相对论和量子力学之间,他殚精竭虑,他自省什么?其实每一个人都有观照自己内心的可能和必要,霍金亦然。他不认为有一个神存在并且干预宇宙,“确保好人获胜或在来世受到奖赏”的信念是痴心妄想。但他同样冥思苦想于“宇宙为何存在?我不知道如何通过一种可行的方式,提出这个问题并给出答案。如果存在这样一种可行的方式,它是有意义的。但这让我困惑”。
霍金的轮椅人生是好玩的、多彩的。美剧《生活大爆炸》中,他客串了第5季第21集。在《银河飞龙》系列的《堕落》一集中,他出镜3分钟,饰演自己,在全息成像平台里与爱因斯坦、牛顿、生化人打扑克。虽然靠机器发出声音,但霍金却在著名的摇滚乐团平克·弗洛伊德的一部专辑中,用电脑合成器发声参与其中。霍金若不是如此热爱生活,而是在轮椅中长吁短叹命运不公,他还能享寿76岁吗?霍金如此热爱生命,但这并不妨碍他支持安乐死,他本人还曾尝试自杀。在他接受气管切开术的时候,“我短暂地闭气试图自杀,但是缺氧的反射动作太强烈,迫使我继续呼吸”。他为此抱怨,健康人有能力自杀,残障者很可能连自杀的力气都没有。霍金尝试自杀并失败之后,再无此举并强调,对生命绝望自杀是错误的,“除非你处于巨大痛苦之中,但是这个决定因人而异”。霍金说过:“我一辈子最大的希望,是在外层空间死去。”他并不相信有来世、有灵魂,解释这一最大希望的唯一理由只能是:霍金对天宇外层空间之迷恋。这样做的一个可能是他会掉进黑洞。让我们想象这一画面:坐着轮椅、在星云的簇拥下,倏忽间已身在黑洞。美哉,星坟!
 
  无解
 
霍金去世后,《纽约时报》的评论说,霍金是“在轮椅上漫游宇宙的人”,是“人类意志和好奇心的象征”,是“一个超越了极限的人”,是“自爱因斯坦之后,没有哪位科学家能如此吸引公众的想象,并得到了全世界几十亿人喜爱的”天体物理学家。善哉,斯言!
2018年第10期《青年文摘》郝景芳撰文:霍金的摄影师去给霍金拍照时,霍金的状态并不好,眼睛一直睁不开。患病后的霍金先是靠两三个尚能活动的手指打字,后来则靠眼睛底下的一块肌肉拨挥电脑上的光标,现在这一块肌肉似乎也在渐冻中了。摄影师离开前轻声地问霍金:“您能再给我一个词,表达你想对世界说的话吗?”霍金的护士说:“他恐怕完成不了,他眼睛下面的肌肉正在萎缩。”就在摄影师准备离开时,突然听见屏幕上光标的声音……显然霍金是在用仅剩的力气,回答摄影师的问题,移动的光标停留在w上面。护士解释说,因为身体原因,霍金有时打出来的字是没有意义的。摄影师正犹豫间,光标又动了,第二次停留在o上面。过了一会儿,光标又动了,最后停留在w上面——wow——惊叹!在轮椅上漫游宇宙之后,霍金依然无解的是:它为什么呈现出现在这样子?它究竟为什么存在?他对宇宙依然惊叹!
想起了康德的墓碑以及墓中人语:“有两种东西我们愈经常愈反复思想时,它们就会给人灌注时时更新、有加无已的惊赞和敬畏之情:头顶的星空与内心的道德律。”
(作者:徐刚,报告文学作家,《大森林》获第七届鲁迅文学奖)
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