Henry Schaefer 著,涤言 惟明 等译
《时间简史》还被拍成了电影(该片于1991年上映,导演是埃洛·莫里斯),这部电影很精彩,许多年来我都会跟听我课的新生们一同欣赏这部片子。有人还为这部片子写了本书(《读者之友》,班塔姆著,1992年出版),而且书也写得不错。霍金是一个很有幽默感的人,他在《读者之友》的序言中就好好地秀了一把幽默感,他这样写道:“本书的主题是一部影片,那影片的主题是另一本书。我不晓得他们是不是还打算再拍一部以本书为主题的影片。”
在我们研究史蒂芬·霍金这个人之前,我想先讲一下他的科研工作,我并不打算纠缠那些细节,就只是简略谈谈而已。霍金对奇点和黑洞周围的视界,以及太初时刻的奇点和视界等一系列问题进行了非常深入的研究,在科学界,这些研究为他赢得了很高的声望,也实在是实至名归。现在,凡是研究这一大方向的学者认同这样的观点:任何事物一旦落入黑洞中,便只能有去无回。黑洞是一种质量极大、密度极高的天体系统,它的引力超强,处于黑洞内部的任何物质都无法逃逸,甚至连光线也无法逸出。不过,令人安心的是,不管周六上午的动画片里都演了些啥,在我们的身边是没有黑洞的。也就是说,凭借传统的火箭技术,人类就是终其一生也不可能到达离地球最近的黑洞,黑洞它老人家还远得很呢。
1968至1970年间,史蒂芬·霍金与罗杰·彭罗斯(Roger Penrose,一位本身也极富盛名的物理学家)和乔治·埃利斯(George Ellis,虽不及彭罗斯和霍金那样出名,但仍享有很高的声誉)合作发表了他的首部重要科研著作。他们证明了广义相对论方程的任何解都指向一个事实——时间与空间确曾有过一个奇异边界。现在,人们将这一里程碑式的论述称作“奇点定理”,这是一个非常重大的发现,几乎是人类针对大爆炸理论所能给出的最为贴切的数理性描述。后来,霍金在他手下的博士研究生和博士后同事们的协助下,开始进入独立研究阶段。早在1973年,他便开始用公式来系统性地阐述黑洞的量子蒸发、黑洞爆炸、“霍金辐射”以及其他理论。霍金的部分研究有些激进,属于探索性研究,甚至还带有臆测的性质。不过,无论从什么意义上来说,史蒂芬·霍金都是一位伟大的科学家。随着时间的推移,霍金的一些过于激进的理论已经被证明是有缺陷的,但尽管如此,霍金的研究定将对人类科学史产生深远的影响。
《时间简史》一书的核心理论大概可以归入霍金的“臆测”式研究一类。实际上我认为,与1987年《时间简史》出版之前霍金发表的论文相比,该书的核心理论还不能算是他最重要的科研成果,我想,这么说是一点也不为过的。这里我指的是霍金与加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授詹姆斯·哈特(James Hartle)尔于1984年合作发表的“无边界假说”。哈特与霍金将宇宙结构做了很多简化,并采用了简明的真空波动模型,如此才得以从数学的角度对太初时刻宇宙的突然形成进行解释。这一模型又被称作“作为波函数的宇宙”和“无起点”。这种数学演绎带有很大的臆测性,但最终可能有利于我们更深入地了解宇宙是如何产生的。稍后我会跟大家讲讲自己对无边界假说的分析。
在史上未曾获得诺贝尔奖的物理学家中,霍金无疑是最有名的。很多人都下意识地认为霍金教授肯定是诺奖得主,但到我撰写本书之时(2013年),他还没有拿到诺奖。这可能是因为瑞典皇家科学院有这方面的要求,就是任何能够获奖的发现都必须要有可核实的实验结果或观察结果的支持。然而到目前为止,霍金的研究成果还有很多地方未能得到验证。尽管他的理论无论从数学还是概念上来看都既美妙又优雅,但即便是黑洞的存在这个问题,科学界也是一直等到1994年找到确切证据之后才予以承认。要想对霍金辐射或是霍金的其它任何一项更为激进的理论假说加以验证,现在看来还是很遥远的事情。在这样的前提下,我们应该意识到,即便是爱因斯坦也曾经在若干重大科学命题上犯过错,尤其是在量子力学方面更是如此;但人们仍然将爱因斯坦视为有史以来最伟大的三位物理学家之一,与艾萨克·牛顿和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦齐名。不过,在本节最后我想提一下,事实已证明诺贝尔奖评委会的一些评委们是相当通情达理的,他们精通妥协之道。所以,如果有一天这些斯德哥尔摩的老绅士们琢磨出一个办法,把诺贝尔物理学奖颁给史蒂夫·霍金的话,我不会感到惊讶。也许霍金可以与那些首度观测到黑洞存在的确切证据的人们分享该奖项。
(未完待续)
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