回顧霍金的一生,不被地球囚禁的天才


圖、文/品玩,蘋果仁編譯轉載

他的肉身一輩子受重力所困,但他的靈魂早已徜徉在無垠的宇宙。

2006 年,史蒂芬·霍金(Stephen William Hawking) 到訪香港科技大學。一位名為鄭邵斌的癱瘓患者對霍金提問,問及其對安樂死合法化的看法,像他們這樣的人,是否應該享有安靜無痛苦地結束自己生命的權利。

提問者和回答者同在現場,坐在各自的輪椅上。

鄭邵斌過去在大學畢業當年摔傷,導致頸椎斷裂,頸部以下癱瘓,無法說話。霍金則是罹患肌萎縮性脊髓側索硬化症,也就是俗稱的「漸凍人症(ALS)」。這是一種目前尚無有效治療方式的絕症,會嚴重導致患者呼吸衰竭,通常從發病到死亡只有三四年的時間。

鄭邵斌的提問,把霍金拉回了1985 年。

1985 年,霍金拜訪歐洲核子研究組織時,肺部遭到感染,病倒在了瑞士。當時,漸凍人症摧殘霍金身體已經超過了20 年,而這場肺炎對於身體極度羸弱的他而言,更是雪上加霜。很快地,霍金被宣佈病危。

主治醫生詢問他的妻子珍,是否願意拔管,結束折磨。那幾個星期是霍金人生中最黑暗的時期,珍做出了繼續治療的決定,而氣切手術使霍金徹底喪失發聲的​​能力。此後,他不得不採用電腦驅動的語音合成器來進行表達和溝通。

霍金告訴鄭邵斌,他有自由選擇結束自己的生命,但「結束生命將會是一個很大的錯誤。無論命運有多糟糕,人都應該有所作為。有生命,就有希望。」

這句話絕非演講無數的他從記憶中提取的雞湯金句,而是自己畢生的經驗。

霍金的研究所考進了劍橋大學,雖然學的依舊是理論天文物理,但他被分到了三一學院,沒能如願進入理論天文研究所,無緣投身自己崇拜的導師名下,師從丹尼斯·夏瑪( Dennis Sciama)。霍金在1963 年被診斷出漸凍人症,醫生告知他,他的壽命剩不到三年,這個消息更讓他在生活和學術上雙雙失去信心。他甚至曾經夢到自己被人處決。

兩年過後,儘管霍金的發聲能力有了不小的退化,而且漸漸喪失對肌肉的控制能力,但仍然能夠移動。妻子夏瑪相信他的才能,勸他重返學校。

凡殺不死的,必能使他更強大。霍金發現,當時世界上兩個宇宙誕生理論之一的穩恆態理論,存在著嚴重的漏洞。這一個理論的主要提出者不是別人,正是弗雷德·霍伊爾(Fred Hoyle),那位霍金一度極為崇拜,卻又沒有機會拜師的著名理論物理學家。在當時,天文觀測得出的現實結果和穩恆態理論產生了衝突,霍伊爾不得不對理論進行修改,而這引起了霍金的不滿。

他投身到另一個理論——大爆炸的研究當中。1964 年,天文學家測量出了宇宙背景輻射,一種穩恆態理論怎麼修改都無法解釋的現象。這一發現直接導致穩恆態理論破產。1965 年,霍金發表了論文駁斥霍伊爾,在已經涼掉的穩恆態理論上又補了一刀。

同年,霍金和倫敦大學語言學專業的珍·懷爾德(Jane Wilde) 完婚。他們在朋友舉辦的新年派對上相識並墜入愛河。

劍橋大學人才濟濟,羅傑·彭羅斯(Roger Penrose, 理論物理領域的發明狂)證明了恆星生命結束、重力塌陷(坍縮)之際會變成一個黑洞,黑洞中心則有一個密度和曲率無窮大的引力奇點。霍金覺得這個想法很有趣,於是把它換了個方向(黑洞向內吞沒一切),假設將宇宙擴張往回倒帶,會否看到一個密度和曲率無限大的奇點?這一設想是否符合廣義相對論?能否提供一個可信的證據,讓大爆炸成為一個正經的學說,不再被霍伊爾之類的學家當做玩笑?

霍金順著這個思路撰寫了《宇宙膨脹的性質》和《奇點與時空幾何》。前者幫助他拿到了博士學問,後者則為他贏得了劍橋大學的亞當斯獎(和彭羅斯一起)。他的導師夏瑪認為,霍金的學術貢獻在現代,堪比牛頓之於經典力學的地位。

在確定自己的病情並沒有早前想像糟糕之後,霍金開始了像是開外掛一樣的學術之旅:他抓住了奇點這一嶄新的、高度可證明和容易說服人的學說,繼續研究下去;1968年,他得到了更多證據,認定宇宙背景輻射的存在能夠證明宇宙的確發生過大爆炸。

他繼續與彭羅斯等人繼續研究宇宙初始,終於在1970年共同發表論文,證明在宇宙遵循廣義相對論,並且包含足夠多物質的前提下(這兩個前提,後者屬實,前者被廣泛認為非常可靠),宇宙的初始一定是一個奇點,而誕生的方式一頂是大爆炸。他還跟喬治·艾利斯(George Ellis) 合作,把自己的物理學和艾利斯的數學結合在一起,透過微分幾何來檢驗廣義相對論,撰寫了《時空的大尺度結構》(The Large Scale Structure of Space-Time)一書。

後來,他轉向研究黑洞,卻依舊瘋狂地維持著一年兩三篇論文的節奏。雖然這中間有出現過錯誤,比如他一度認為沒有任何粒子可能從黑洞內部逃逸出去,但後來卻透過計算發現自己是錯的。他很快在1974 年發表了論文,用正負結對的「虛擬」粒子來演繹黑洞可能出現的粒子逃逸、質量減小,也即黑洞輻射(霍金輻射)的情況。

在此之前,人們認為黑洞是一個只進不出的天體,而霍金將引力和量子力學結合在一起,證偽了舊觀點。學術界廣泛認為,霍金輻射是霍金在理論物理學科上兩大最重要貢獻其一。其二,則是他和彭羅斯合作提出的,在廣義相對論框架內的彭羅斯-霍金奇性定理。

史蒂芬·霍金在芝加哥,1986 年

你能看出,霍金主要的學術貢獻,在他嚴肅學術生涯的前10 年就已經完成了。在這10 年裡,他從大爆炸假說的十字軍變成了一位成就卓越的理論物理大師,他與少數幾位其他理論物理學家,共同構造了基於廣義相對論的當代黑洞研究,也讓它成為了公眾在當時最流行的討論話題。

當年冷戰仍持續著,但美國剛結束了越戰,世界重新回復了相對穩定的狀態,而科技的飛速發展引發了公眾對科學的興趣。1974 年的學術發表,還有另外一個重要的作用,即是讓他正式從學術大師晉升為全國、甚至整個西方世界家喻戶曉的知名科學家——但並非所有的科學家都這樣幸運。

他的採訪時常見報,人們也透過電視認識了這位坐姿怪怪的英國天才。1979 年,劍橋大學授予他盧卡斯數學教授席位(Lucasian Chair of Mathematics),劍橋數理科教授最高的榮譽。由於研究的領先性,霍金或多或少被賦予了一種領先學家的身份,參加各類科技甚至科幻的探討。他做出的猜測在幾十年後都得到了應證,比如他在1979 年演講中就指出計算機運算能力將會超過人腦,而屆時理論物理學者可能會失去工作。

可能因為變得自傲,抑或由於感受到了人的生命有限,霍金改變了物理研究的風格,一定程度上放棄了嚴密的數學論證,開始大膽地進行假設、推測和相信直覺。他告訴自己的朋友,著名天體物理學家基普·索恩,「在正確和嚴密兩種選項之間,我寧願選擇正確。」

在這之後霍金開始更多地提出不夠嚴謹、缺乏可靠證明,甚至在邏輯上錯誤的理念。一個最有代表性的例子是在1997 年,當時他和天體物理學家基普·索恩(Kip Thorne, 引力波的重要理論貢獻者,《星際效應》的科學編劇)、約翰·裴斯基(John Preskill) 之間就黑洞逸出訊息是否來自黑洞視界內部開盤設賭。類似的賭局有過好幾次,霍金因此得名「黑洞賭王」。

霍金,一如和他同時代的英國數理專家,熱衷於挑戰權威和發明新鮮事物

這並沒有影響霍金在學術、精英和公眾視野內繼續提高影響力。他在上世紀80 年代拿到了更多的勳章與榮譽身份。需要澄清的是,這指的並不是霍金名不副實——相反的是,他以一己之力推動了整個社會對於領先技術的對話和思考,而這理應得到重獎。更何況徽章不能賣錢,這些榮譽上的獎勵並不代表著他獲得了什麼物質獎勵。

大紅大紫的霍金也需要賺錢養家,更遑論85年的那次肺炎已經讓他傾家蕩產。在克服了無法說話等諸多生活障礙之後,霍金終於在1988年完成了自己在「後學術黃金時代」對整個世界最重要的一次貢獻:發行新書《時間簡史:從大爆炸到黑洞》( A Brief History of Time: from the Big Bang to Black Holes)。

這本書霍金從1980 年代初就開始動筆,直到1984 年時基本已經成稿,但他對內容又不滿意,多次編輯修改。但那次肺炎導致他無法說話,後來必須用語音合成器才能勉強和別人溝通,嚴重拖慢了定稿的進度。

皇天不負苦心人,霍金最終還是完成了《時間簡史》,所用的時間和相同份量的大作相比,也不算拖稿太久。霍金直接與Bantam出版社簽訂了合約,這是一家商業出版社,並非學術出版社(後者的編輯可能會自認為比他更懂天體物理學)。出版後,這本書數月蟬聯美英暢銷書排行版冠軍,而加上2005 年霍金重寫並找人大量配圖的《新時間簡史》,總銷量更是突破了千萬冊。

《時間簡史》用盡量平易近人的文字描述了太陽系和宇宙的結構、時間和空間的關係、宇宙的擴張和天體的誕生、為何未來無法被預測、不同的粒子、黑洞等每個人都可以產生興趣的話題。對於數學、物理學者,這些信息可以輕鬆地被公式所表達,但霍金和編輯最終同意去掉除了質能公式之外的一切公式,轉而採用文字、圖表和插圖來闡釋複雜的原理。這是《時間簡史》最大的優點,它被評價為天體物理學成為嚴肅學科以來,第一本由學術界公認的頂尖人士著作,卻又適合普羅大眾入門的科普書籍。

後來,霍金又回到了跑學術會議、出書、接受采訪、演講、領獎、跑會、繼續出書、更多的採訪和演講的循環。他在西班牙、美國等國都接受過最高榮譽的獎章,甚至遠程參與過中國的一些名氣不高的會議。當然,在這個循環中間,偶爾也會出現霍金自己的觀點被證偽的情況。在2004 年的一次會議上,他在幾乎整個廣義相對論學術圈的面前給出了自己的論證過程,接著欣然宣布自己輸給了裴斯基。

他也不是特別在意這些——畢竟人無完人。不過,面對自己的錯誤,有時他也是會沮喪的,比如1974 年發現黑洞輻射那次,他在之前的假設裡從來沒有想過會有粒子逸出的情況,「我差點輸在這裡,氣死我了。」

頗似跟他同時代的英國數理學家,霍金除了熱衷於發明新的理論、大膽假設、不怕認錯,還是一名藐視權威、不拘小節的學者。他把自己的輪椅當做賽車,在通勤的路上橫衝直撞,曾被汽車撞倒,骨折縫針;他在查爾斯王子的面前炫耀自己的輪椅,英國王儲被他軋到腳也不能奈他何;他在肉體上雖嚴重殘疾,仍然活的像個健全的男孩,在不做科研的日子裡夜夜笙歌;他的愛情觀也頗為前衛,在妻子出軌後,他自己也愛上了護士/保姆,過了十幾年才又重新回到了原本的妻子的身邊。

他曾希望未來出現一個能夠完美解釋和宇宙有關一切的完整理論,而且隨著時間普通人也應該也能理解這個理論。所有人都應該能夠參與到討論中,探討宇宙和我們為何存在。「那將會是人類理性的終極勝利,因我們終於理解上帝真正的旨意。」

1942 年1 月8 日,史蒂芬·威廉·霍金生於英國牛津一個簡樸的高級知識份子家庭。2018 年,3 月14 日,霍金於英國劍橋家中千古,享年76 歲。

有人曾經問過他,如果把一個人丟到黑洞裡會發生什麼,他說:「我不覺得他會活下來。不僅他不會回來,組成他的每一個原子都不會回來……但他的重量對應的能量會回來,」

「也許整個宇宙也是這樣運行的。」

如何用公式描述以他名字命名的粒子逸出活動,是他生前一直想要解開的謎。

他已經將數學和物理學的公式記得滾瓜爛熟,在失去了寫字和口述的能力後,練就了在腦海裡默算公式的強大能力。這便是優秀理論天體物理學家的日常,在黑板、紙上,和自己的腦海裡預言千兆光年之外發生的事情。而霍金是他們中的佼佼者,他的推算和預言正確率高到讓你以為他並非來自這個星球。

「人們一直誤以為數學就是公式。但其實,公式只是數學裡最無聊的部份。」

但在2002 年他還是表示,如果有天霍金輻射公式算出來了,請一定刻在他的墓碑上。

假如霍金能夠擺脫漸凍人症,擺脫退化的肌肉和輪椅的桎梏,你大可不必擔心他會無聊——他的肉身已經參與過《星際爭霸戰》的拍攝,他的聲音也出演過《辛普森一家》。他一直期待著能夠成為理查德·布蘭森的維珍銀河公司(Virgin Galactic) 星際旅行飛船的乘員。只可惜走的太早,另一位億萬富翁伊隆·馬斯克已經答應2019 年試飛具備星際旅行能力的大火箭。

好險,霍金的肉身在有生之年,已經比絕大部份的地球人,離宇宙更近了:65 歲生日那天,他送給自己一份令常人難以想像的禮物,乘坐一架拋物線飛行的波音727 飛機,借由每一次的下降感受短暫而又珍貴的零重力:

他的肉身一輩子受重力所困,但他的靈魂早已徜徉在無垠的宇宙。

 

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