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时间简史续编 作者: 史蒂芬·霍金 005.htm 1962年史蒂芬·霍金在进剑桥之前，考虑选择研究理论物理 的两个领域。一个是研究非常大即宇宙学，另一个是研究非常小 即基本粒子。然而，他说：“因为基本粒子缺乏合适的理论，所 以我认为它较不吸引人。他们能做的只不过是和植物学一样把各 种粒子分门别类。相反的，在宇宙学方面已有一个定义完好的理 论，即爱国斯坦的广义相对论。当时在牛津没人研究宇宙学。而 在剑桥的弗雷得·霍伊尔却是英国当代最杰出的天文学家。” 阿尔伯特·爱因斯坦发现了两种相对性理论。第一种称为狭 义相对论（1905年），它声称光总是以常速率旅行，光速是一个 绝对常数，所有其他运动都是相对的。1916年爱因斯坦发表了有 关广义相对论的论文。广义相对论本质上是把引力当作空间—— 时间几何畸变的结果。 通常几何牵涉到平面上点之间的距离和线之间的角度。然而， 在弯曲的表面上，正如地球表面，这些距离和角度不服从适用于 平坦表面的同样的几何定律。例如，如果两个人在平坦表面上从 不同方向出发离开，他们将越离越开。可是，如果两个人在地球 表面上从不同方向出发离开，起初他们将越离越开，最后终会在 地球的另一端再相遇。 空间——时间几何也牵涉到距离和角度。但是现在人们要考 虑事件，也就是不但空间分开而且时间也分开的点。人们是否能 以光速或更慢的速度从一个事件到达另一个事件是最重要的问题。 由于引力是空间——时间几何中的畸变结果，所以引力场影 响时间和距离的测量。例如，广义相对论预言，在大楼地下室振 动的一颗原子应比在顶楼上的相同原子振动得慢。这个效应非常 小，但是它已被测量出来（在一座四层的大楼中！），而且测量 结果和预言一致。人们预言，类似的效应（但数值大得多）会发 生在非常强的引力场中，像是黑洞附近的引力场。 弗雷得·霍伊尔 弗雷得·霍伊尔爵士在剑桥受教育，并在那里担任普鲁明天 文学教授。1967年他帮助建立了理论天文研究所并任第一任所长。 他除了写过许多科学著作外，还是科幻小说的多产作家。 “图景”是在宇宙学中明智地使用的词汇。科学具有两个部分。像从量子力学可以得到非常精确的理论，极端精确，任何试图向它挑战的人肯定都是发疯了。 但是在地理学、天文学、宇宙学和生物学中还有另一部分，理论并没有真正地获得证明。它们能被接受，多半依赖于做判断的人。一个众所周知的现象是，只要牵涉到判断，人们就会非常倾向团结一致；也就是说，如果一开始有一半人做了某个特殊的判断，他们就很快地把另一半人说服了。这是一种群众的天性；我想它可追溯到人类靠狩猎为生的原始时代。要是有二十个男人去打猎，最糟的就是对出发的方向不能取得共识；大家一起以随机方式选一个方向共同行动也比各走各的方向好，他们需要整体的力量才能成功。 我们的思想不只受到少数富有魅力的人所影响，也深受我们的能力影响。我们企图避免过于困难的事；如果我们能解答某些方程式，我们就趋之若骛。但是找寻真理可能要用困难的方式。不能保证宇宙会特别按照我们的智慧标准而造。 我认为“图景”这个词用得好。而且我认为，人们五十年以后不会坚持类似于现在的观点。事情会大大改观。正是因为如此，我宁愿去研究具有惊人意义，但我认为可以解决的问题。 弗雷得·霍伊尔和科学家赫曼·邦迪以及托马斯·高尔德同 为稳态宇宙论的开创者。稳态理论家提出，当宇宙膨胀然后星系 间距离越来越远时，物质从无到有创生并充满了宇宙空间。后来 这些物质凝聚，形成新的恒星和星系。年轻的新生星系取代了老 死的星系，宇宙在任何时刻都和其他时刻极其相像。因此，宇宙 是处于一种稳定的状态。 与之对抗的主导理论是所谓的大爆炸宇宙论。大爆炸宇宙学 家对物质从无中生有持否决态度。他们论证道，由于现在星系相 互离开，它们过去必定相互靠得更近。宇宙在非常遥远的过去必 定和现在相当不同。的确，人们如采用广义相对论的方程式往时 间过去的方向追溯星系的运动，他们就会发现，物质密度和引力 场曾经一度为无穷大。这一点就是大爆炸。 现代天文观察似乎强烈支持大爆炸宇宙学。它们指出宇宙的 过去和现在非常不同。结果稳态理论不再受支持。然而，霍伊尔 相信，这证据被误解，所以他继续提倡稳态理论。 史蒂芬·霍金 我到剑桥做研究的申请被接受了。但是使我恼火的是，我的导师不是霍伊尔，而是邓尼斯·西阿玛，我以前没有听说过他。西阿玛和雷伊尔一样信仰稳态理论。根据该理论，宇宙在时间上既无开端又无终结。 然而，最后发现这是最佳的安排。霍伊尔经常在国外，我也许不能经常见到他。另一方面，西阿玛总在那里，他的教导总是发人深思——尽管我们之间经常意见相左。 邓尼斯·西阿玛 邓尼斯·西阿玛从1963年至1970年任剑桥大学的数学讲师， 从1970年至1985年任牛津万灵学院的天体物理教授，现在意大利 的里雅斯特的国际理论物理中心工作。他是史蒂芬·霍金在剑桥 的导师。 那时期稳态理论的提倡者与检验该理论并希望推翻它的观察者之间进行过激烈的争论。我那时支持稳态理论，不是在于相信它一定是正确的，而是我发现它如此吸引人，以至于希望它是真的。所以那时的争论，我扮演了一个小角色。 开始得到敌对的观察的证据时，弗雷得·霍伊尔主导企图否定这些证据。我在一旁稍微提供协助，提出建议以对付这些敌意的证据。但是当这些证据越积越多，事情变得越发清楚，胜负已定，人们必须抛弃稳态理论。 1965年大概是关键的一年，不仅是因为微波背景，而且由于马丁·赖尔，这位剑桥首位的射电天文学家，推动居于领导地位的射电源计数的研究。在后来阶段，他甚至使像我这样的附和者都改弦更张。 在我开始作广义相对论的时期，世界上只有寥寥数人以认真的态度作这种研究。然后在60年代初，这个学科在我们面前迅速扩展开来。这有一部分原因是相对论越来越令人振奋，另一部分原因是天文学上的新进展。 最早的进展发生于1952年左右。人们从两个地方探测到无线电噪音，一是从称为射电星的点状来源，另一个是从我们星系的弥散区域。电子在各种星系的磁场中运动产生这些噪音。但是关键在于这些电子实际上是以光速来运动：它们是我们讲的相对论性运动的宇宙线电子。这里的观念是，射电天文学现象的所有范围是由相对论性电子引起的，这种电子原先多半是相对论专家研究的东西，这些专家很少涉及天文学。相对论性电子是用一些大片金属探测到的。 相对论的抽象概念和观察射电发射的具体方法之间的关联非常令人兴奋。这也许是现代物理概念以观察方式进入天文学的转折点， 我们跨出第一步之后就无法停止了。几乎每一年都有激励人心的新发现，这样就把现代物理的最奇异性质带进了直接天文观测。人们发现了类星体和脉冲星以及从宇宙的大爆炸起始来的热辐射；而且由于类星体被认为和引力坍缩相关，甚至广义相对论也变成重要的了。[1] -------- [1] 类星体是类似恒星、发射出巨大数量辐射的天体。它们在1963年发现，并被认为是在宇宙开始——亦即一百五十亿年前形成的。 脉冲星被认为是旋转的中子星。中子星磁场的北南极不和旋转轴同向，这就引起了射电波的脉冲。脉冲星是1967年发现的。 你看，狭义相对论是爱国斯坦的两个相对论理论的第一个，这就是每一位物理学家都必须学习的理论部分。但是他的引力论，即广义相对论要更复杂而且抽象得多，过去这只是非常内行的专家的特殊领域。可是当人们认为引力坍缩在解释类星体很重要时，广义相对论在天体物理中，一下子就变得十分重要了。当然，如果你要研究具有辐射背景的宇宙大爆炸起源，则只能用广义相对论才能解释宇宙学。正是这种抽象和具体结合的进展，才导致相对论魅力的大增。 这样非常自然地，在60年代我和一些似乎在这些困难领域具有研究才能的学生在剑桥建立一个学派时，这些正是我建议他们研究的领域。 没有恒星能够永远存活下去；恒星在某个阶段必须把燃料烧 光。许多恒星变成白矮星，这是一种稳定的，半径为几千英里， 密度为每立方英寸几百吨的小恒星。其他恒星继续坍缩，直至它 们成为半径只有十英里，密度为每立方英寸几亿吨的，比白矮星 小得多的中子星。人们相信，超过一定尺度权限的其他恒星会坍 缩成一个所谓的黑洞。一个黑洞被称作事件视界的球面所环绕。 事件视界面是一个单向膜。虽然可能从事件视界面的外界进入黑 洞，却没有任何东西——包括光线能在相反的方向上旅行。在事 件视界面中、黑洞中心是一个奇点，该处的引力场变成无穷强。 任何进入视界的人最终都会撞到奇点上去，结局非常悲惨。 基帕·索恩 基帕·索恩在1962年从加州理工学院得到学士，1965年在约 翰·惠勒指导下得到普林斯顿物理学的博士。他现在任加州理工 学院的小威廉·R·肯南教授以及理论物理教授。 恒星的引力坍缩和黑洞理论是在30年代后期开始形成的。罗伯特·奥本海默和真正开始研究这个课题的学生从列夫·蓝道更早的工作出发。蓝道是苏联现代理论物理之父。 蓝道曾经为恒星如何得到使自己发热的能量问题感到迷惑；他设计过一种机制，在恒星譬如讲太阳的中心，也许有一个尺度为十或二十公里，质量大约为太阳质量十分之一的中子星；而太阳的气体逐渐落到这个中子星上去。这种沉落会产生使太阳发热的热量。在30年代，他自己思索，并在与合作者讨论中揣摩这些思想。 可是，后来他感到史达林清算之火马上就要向他扑来。这时他绝望地搜索某些能在报纸上炫耀的，并能使他免受史达林清算的东西。由于蓝道30年代早期在德国生活了很久，并在那里研究物理学，所以他受到怀疑。正因为如此，尽管他是一名犹太人，仍然被某些苏联物理学家控告为德国间谍。 蓝道寄了一份手稿给哥本哈根的玻尔[2] ，其中包括太阳是由在它中心的中子核来维持发热的思想。他还附了一封信要求说，如果玻尔认为这是一个好思想，就请他转给《自然》发表。玻尔做到了这点，他紧接着收到从《消息报》发来的一封电报，问玻尔对这个工作的看法。玻尔回了一份热情洋溢的报告，《消息报》立即发表了这份报告。 -------- [2] 尼尔斯·玻尔（1895－1962）是丹麦物理学家，1922年获得诺贝尔奖。他是发展导致量子力学发现的原子论的主将。 玻尔知道蓝道是企图躲过牢狱之灾，可惜不管用。蓝道在监牢里待了一年而且几乎丧命。 在蓝道系狱期间，奥本海默和他的学生玻帕·塞伯读到蓝道理论并且发现了一个漏洞。他们思忖道：“好，蓝道能够获得热量来源，他毕竟是一位伟大的物理学家。”这样他们就在《物理学评论》上发表了一篇文章，在蓝道囚禁期间把他的思想粉碎。 蓝道的文章使奥本海默和他的学生开始思考中子星和黑洞，但是他们并不知道那篇文章是蓝道企图用来逃避牢狱之灾的。 由于苏联科学界的巨大压力，他在入狱大约一年后被释放。他的健康状况很差。但是，我认为在西方，直到最近人们才知道，这是奥本海默和他的学生哈特兰德·斯尼德获致黑洞理论努力的契机。斯尼德在师从奥本海默之前是犹他州的货车司机。 奥本海默和斯尼德，在发现太阳和其他恒星不能由中子的核心来维持发热状态后，首先想了解的是：假定你有一颗作为正常恒星死亡残骸的中子星，它们有多大？奥本海默和另一名学生，乔治·沃尔科夫指出，中子星的最大质量估计为太阳质量的0.7倍， 中子星不能比这更大。因为我们现在对核物理理解得更清楚，所以这个质量极限更可能是太阳质量的两倍。 看到中子星存在一个可能的最大质量，奥本海默采取的下一步骤是问自己，当大质量恒星死亡时会发生什么？奥本海默和斯尼德利用广义相对论计算了恒星的内向爆炸， 他们看到了恒星会和外界宇宙相脱离， 用我们今天使用的新奇的词汇：“进入到它自身的视界之内。” 然而，他们拒绝考虑在视界之内恒星会发生什么问题；他们从方程式中就看到了恒星和宇宙其他部分脱离开来。奥本海默不是一个善于猜测的人。否则的话，他会看到非常复杂的物理问题，确定其中发生的关键过程，从而解决问题并作出预言，这些也正是用于制造原子弹所需要的手段。可是他甚至拒绝用广义相对论来解答在视界之内发生的问题，这正是最近随着史蒂芬·霍金关于量子引力的工作而变得如此有趣的问题。 史蒂芬·霍金在1974年发现，当考虑到量子力学效应时，事 件视界不再严格地不可穿透。黑洞辐射能量，并且损失质量。黑 洞的质量越大，则它的质量损失得越慢。这个效应对于恒星质量 的黑洞而言是非常小的。尽管如此，所有的黑洞最终都会把它们 的所有质量辐射殆尽并且从此消失。 直到大约1910年，人们还认为，物质是由像撞球那样的粒子 所构成。这种球具有确定的位置和速度，物理定律可以准确地预 言它的行为。然而，从实验中开始出现的一些证据显示，这些准 确的所谓经典定律，在非常短的距离下，必须用所谓的量子定律 取代。按照这些量子定律，粒子没有精确定义的位置或速度，而 是以一种概率分布，或波函数的方式抹平开来，波函数测量在不 同位置找到该粒子的概率。量子定律显示，人们不能同时测量一 颗粒于的位置和速度。人们对位置测量得越精确，则对速度测量 得就越不精确。反之亦然。 在强引力场中，广义相讨论的新奇特征最为显著。量子力学 的特征在小距离足度下最为显著。这样，空间——时间几何的量 子力学理论，即量子引力对于理解发生在非常小尺度和牵涉到强 引力场的事件时是基本的。其中一个事件便是大爆炸，另一个事 件是发生在一个黑洞之中。 安东尼·赫维许 安东尼·赫维许由于发现脉冲星和马丁·赖尔爵士合得1974 年的诺贝尔物理奖。这个发现证明了中子星的存在，并使黑洞的 现象更具可能性。他从1971年起任剑桥射电天文学教授。 当射电望远镜首次从宇宙获得射电波时，其装置还是非常粗糙的。人们在加州的巴勒摩利用大型光学望远镜把第一个辐射射电波的星系认证出来时，真是令人激动。这些奇怪的物体，那时我们还不知道是什么，是在天空发射射电波的点。可是，它们是什么呢？它们不是太阳，也不是任何已知的恒星。 人们发现用光学望远镜只能看到一个暗淡的斑点。我们知道这个斑点实际上是一类以前从未看到过的星系，离开我们大约十亿光年。这样，我们利用简易的仪器就能发现极其遥远的星系，所看到的是十亿年前的历史。很明显地，如果我们用更好的装置，就可以检测到比这种用射电望远镜观测到的更暗淡的，也就是更远的物体。 这样一来，向时间的过去方向回溯宇宙的历史，从而用来检验相互竞争的各种宇宙论便成为理所当然。在这以前，宇宙论只是理论家之间的战争。而现在它成为我们可以称之为观察的科学，某种我们可以真正观察到的东西。 我们现在可以看到太空的更深处，掀开帘幕使我们看到了宇宙的过去。 当你往时间的过去方向观测所发现的这类射电星系的数目，比霍伊尔、邦迪和高尔德的稳态宇宙理论所能包容的数目多得多。在稳态理论的宇宙中，恒星和星系一面形成，一面衰变。可是随着宇宙的膨胀，必须添加上物质，使之形成新的恒星和星系，才能使宇宙的图像平均来说在不同时间显得是同样的，这一点大家都同意。如果宇宙处于一种稳态，一种平衡，只要你愿意在不同时刻观测它的话，它应该在平均上显得不变。这样，如果你观测非常遥远的物体，那么你就能看到时间的过去，就能看到宇宙的过去和现在是否相同。 从射电望远镜得到的第一个结果暗示我们，我们有一个非常不同的宇宙。它具有的射电星系数目比一个光滑的、稳态的宇宙所应有的更多得多。因此宇宙不是处于一种连续创造的状态。它更显得是随着时间演化。 射电星系的研究看来非常明确地指出，宇宙具有演化的历史。这在1965年获得戏剧性的证实。美国的阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊用他们的射电望远镜接收到宇宙背景辐射。这是从创造宇宙的热大爆炸遗留下来的残余热辐射。它证实了宇宙不能处于稳态。 他们的射电望远镜收到的微弱热辐射非常冷，它对应于刚好比三度开尔文更低的温度的天空背景，这的确是非常冷。但是如果你在宇宙学中弄清这些辐射的起源，它就告诉你宇宙的过去一度曾经是不可想象地炽热，其温度为几百万度。我们现在所接收到的只是一种残余，是宇宙极早相的辐射化石。这些和大爆炸——也就是由突然创造引起大爆炸的思想相符。 从我们接收到的这种辐射化石说明了：在遥远的过去存在一个非常热、非常紧密的宇宙。或者粗略地讲，你可想象这是一种开启万物生涯的宇宙爆炸。我们现在看到它正随着时间膨胀并逐渐冷却下来。 邓尼斯·西阿玛 我还记得在剑桥的有关脉冲星的学术报告会。我想那次演讲的题目《一种新的射电源族》是很乏味的。托尼·赫维许准备演讲。但是谣传说，它不仅仅是什么枯燥的射电源新族，而是某种更壮观的、更瑰丽的东西。会议从通常的射电天文学家教室移到一间非常大的演讲厅，还是被挤得水泄不通。这个谣言流传得很广。 脉冲星就是在这会议上第一次发表的。关于它们究竟是什么，进行了一些讨论；很显然地，它们必须是非常紧密的物体，可是不清楚它们是否为白矮星，这种非常紧密的物体，虽然非常奇异，却是天文学家非常熟悉的。它们或许是所谓的中子星。它们比白矮星紧密得多，或者可以说几乎处于黑洞状态。这花了几个月的时间才讨论清楚。托马斯·高尔德，这位早先和霍伊尔以及邦迪在剑桥的合作者，首次清晰地论证，脉冲星只能是旋转的中子星，而不是别的什么东西。 这样，过去纯粹是理论的构造，而且从未被天文学家认真看待过的紧密物体，忽然间变成全世界射电天文学家都能观测到的，处于某类射电源中心的物体。此外，由于中子星几乎是处于黑洞的条件，中子星的半径只比同等质量黑洞的半径大几倍，那些认真接受黑洞概念的人，因此信心百倍。 安东尼·赫维许 回到30年代，当詹姆斯·查德威克发现中子时，人们用计算推测出一种非常奇怪的物体。引力是一种极其巨大的力量。一颗恒星把燃料用光时，引力甚至就会把该恒星从太阳尺度凝聚成直径只有几英里的球，把恒星中的大部分物质转变成这些中子。它似乎把物体压扁使之不存在，把正负电荷挤压得如此紧密，使它们聚合成新类型的粒子。 这样，人们猜想中子星也许存在。我在剑桥进行的实验真正直接导致这类物体的发现。这真是很幸运。我所设计的实验，实际上是用于观察类星体。我发现，如果通过太阳大气来观看某些射电星系，它们就会像恒星一样闪烁。但是，这只有当它们具有典型的类星体不可思议地紧密尺度时才会发生。类星体是功率极大的星系，可是它们的能源来自于它们中间非常微小的体积。由于它们是如此高度紧密的物体，甚至用射电望远镜观测时也是非常小的。人们正是透过这种闪烁现象来鉴别。它是正常扩展的射电星系呢，还是在它当中具有某种紧密结构的东西。 所以我设计了一种射电望远镜，它不像过去的射电天文学中见到的任何东西；它是用来观察这种闪烁效应的，这显示它具有和任何其他东西完全不相像的性质。它在长波段工作；我们反覆地观测天空，为了寻找起伏的源。没过多久，我们就接收到这种脉冲。望远镜的参数刚好调到适合于接收脉冲，这是我们的运气。 这些脉冲星被归结成旋转的中子星。这个发现是1967年进行的，而在1968年成为众所周知。那时候我们不知道它们是什么；但是它们必须很小才行。我在第一篇发表的文章中建议，这是振动中子星，或者是振动白矮星，但是中子星的可能性更大些。这种想法在十二个月后得到证实，中子星从此进入了天体物理的领域。 这一切是如此激励人心。我指的是，谁会梦想到你会从天空接收到似乎是智慧的讯号呢？天空中究竟什么东西在发射脉冲呢？我们考虑了所有种类的事物，再加以排除，譬如说未知的美国飞机或者从月亮反射回来的讯号等等。这些局部的可能性都被排除后，我开始认真地思索，我们也许首次接收到真正的、智慧的讯号，这是从某个天外文明来的讯号，我们将其称为小绿人。 然而，我的研究生约瑟琳·贝尔进一步检查记录，我们得到越来越多的这种脉冲讯号，最后事情变得清楚了，我们必须去寻求其他解释；它不是小绿人，尽管我有一阵把它当真。你不能轻易地把它赶走。 这正如一则侦探故事：如果只有一个答案，也就是说，只有一个犯罪的人。把行星运动排除了之后，我就知道，脉冲不能来自于一个行星。该脉冲非常狭窄，这显示该发射物体非常小。由于从大物体不同部分来的辐射旅行时间不同，你不能指望它发射出短的、尖锐的脉冲。它必须是某种非常紧密的东西；它必须是尺度比几千公里更小的物体，而且在恒星那样远的地方。 史蒂芬·霍金 我参加了宣布发现脉冲星的演讲会。房子里装饰着剪纸的小绿人。最先发现的四个脉冲星被命名为从一到四的LGM。“LGM”是“小绿人”的缩写。 基帕·索恩 我是在一次广义相对论和引力的国际会议上首次见到史蒂芬。我刚得到博士，而史蒂芬正处在他的剑桥博士论文研究的晚期。那时他拄一根拐杖走路，有一点摇摇晃晃的。可是他讲话非常清楚，稍微有点迟疑。我直到后来才真正理解他疾病的含义。 这次会议，是在史蒂芬研究宇宙学奇点工作的早期召开的。他的研究是用罗杰·彭罗斯开创的技术，来研究宇宙的大尺度结构。我们在休息室里短暂交谈，使我对他所进行的研究以及发展的思想留下十分深刻的印象。很清楚，这是根据彭罗斯设计的基本技巧。彭罗斯把它们应用到黑洞的框架中，而霍金把它们引进到宇宙的框架中。 史蒂芬也许是唯一的强有力的具有这种本领的人，他比其他任何人都要快得多地进入这一切，他掌握了技巧，开始应用它们，并且如此迅速地出发，任何其他人都望尘莫及。现在我回顾起来，这是非常明显要做的事。但是人们总是惊讶，人们回顾的观点究竟多少代表实在的情形。 罗杰·彭罗斯 史蒂芬·霍金的毕业论文是由罗杰·彭罗斯和邓尼斯·西阿 玛会试，该论文是对彭罗斯关于在一颗恒星把自己燃料烧尽并坍 缩成一个黑洞时过程的研究的发展。他现任牛津数学研究所的罗 斯·玻勒数学教授。 我记得和我的朋友厄弗·罗宾逊进行热烈交谈，我们接着穿过一条街道。在我们穿越时，交谈自然停止。然后我们到了另一边。在穿过马路时，我显然得到某种观念，可是交谈又重新开始，它在我头脑中被完全遮盖了。只有当我的朋友离开后，我开始有一种兴奋莫名的感觉，一种非常美好的感觉，然而我搞不懂为什么有这种感觉。所以我把整天的活动回顾一遍，去寻找任何会引起这种感觉的事件。接着我逐渐地把我跨过马路时所获得的这个思想观念挖掘出来。 彭罗斯的观念显示，如果一颗恒星坍缩超过一定程度，它将 不可能再膨胀。相反的，空间——时间的一个奇点将会发生，在 这一点，时间将会终结并且物理定律会失效。在彭罗斯的结论之 前，人们以为，如果一颗恒星不是完美的球形或者恒星稍微旋转， 则该坍缩恒星的物质可避免导致无限紧密。相反的，坍缩物质也 许会高速穿越并重新膨胀。 邓尼斯·西阿玛 彭罗斯宣布了他的结论：当一些恒星不断地坍缩下去，只要满足某些非常广泛的条件，而且是任何人都会认为合理的条件，它们就会变成一个奇点。 史蒂芬·霍金开始第三年研究生课程时，我记得他曾说过：“这个结论非常有趣，我在想是否可以用来理解宇宙的开端？”他的想法是，只要你在心理上把时间逆转，就可把膨胀的宇宙认为是一个坍缩的系统；它有点像一个非常巨大的坍缩星。人们同样可以考虑：在那种时间意义上，当宇宙坍缩时，它达到一个奇点。或者在正常的时间意义上，我们得到从大爆炸起源的爆发。在非常对称的宇宙模型中，这爆发肯定是奇性的。 史蒂芬接着说：“也许和彭罗斯恒星定理相同的考虑也能成立。”也就是说，甚至在一个实际上不规则的宇宙中，开端也许必须是奇性的。它再次不仅是一个有趣的结果，由于它意味着广义相对论在宇宙最开初时无效，所以导致智慧的危机。因此，史蒂芬说：“我想把彭罗斯结论应用到整个宇宙上。” 他在研究生的最后一年做到了这一点。 采取彭罗斯的方法绝非易事：结果非常杰出。如果你翻阅他的论文就知道，最后一章包含了他解释宇宙开端的第一道奇性定理。 史蒂芬·霍金 彭罗斯的结论就是第一道奇性定理。为了证明，彭罗斯把某些全新的技术引进广义相对论。我没有出席他在伦敦的定理发表会，可是第二天我听到了。因为我正在考虑相当类似的问题，过去是否有奇点作为时间的起点，或者宇宙早先是否有过一个收缩过程和反弹。我能够利用彭罗斯和我自己的一些方法显示，如果经典广义相对论是正确的，则在过去必须有一个奇点，这正是时间的开端。任何可能存在此奇点之前的东西都不能被认为是宇宙的一部分。 白纳德·卡尔 白纳德·卡尔跟随史蒂芬·霍金做他的研究生论文。1974年 他还伴随霍金一家到加州理工学院，他在那里帮助照顾史蒂芬。 他目前在伦敦大学的玛丽皇后和西费尔德学院教物理。 史蒂芬和罗杰·彭罗斯是两位伟大的相对论家，他们研究非常类似的问题。他们最后得到了著名的定理，在宇宙的开端处必须存在奇点，也就是相对论失效的地方。他们的发现在某种意义上可以视为：广义相对论在非常特殊的情况下预言了自身的失效。 奇点以两种情况出现，它们在黑洞的中心出现，这是罗杰·彭罗斯证明出来的；但是我们还能指出，在极早期宇宙中必须存在一个奇点，这是霍金和彭罗斯共同证明的。 如果经典相对论在奇点处失效的话，究竟会发生什么？人们只要说，因为我们知道理论失效了，所以就放弃算了。当然，量子引力的目标正是为了解决这个问题。 史蒂芬·霍金 对远处星系的观测显示，它们正离我们而去：宇宙正在膨胀。这指出星系在过去必须靠得更近。由此就产生了这个问题：是否在过去的某一时刻，所有星系都互相叠在一起，而宇宙的密度为无限大？或者原先存在一个收缩的相，星系在这种相中能够避免相互撞到一起？也许它们会相互穿越并重新开始相互离开？这个问题需要新的数学工具才能回答。这些工具主要是罗杰·彭罗斯和我在1965和1970年间发展的。我们利用这些工具指出，如果广义相对论是正确的话，过去必须存在过无限紧密的状态。 这个无限密度的状态被称为大爆炸奇点，它是宇宙的开端。所有已知的科学定律在奇点处失效。这意味着，如果广义相对论是正确的话，则科学不能预言宇宙是如何开始的。然而，我更近期的工作指明，如果我们加上量子力学的理论，也就是非常小尺度的理论，则可以预言宇宙是如何开始的。 基帕·索恩 在50年代或更早的时期，广义相对论大体上是数学的一个分支；把它引进物理学主要应归功于普林斯顿大学的约翰·惠勒。物理学家询问真实世界的问题，诸如什么是基本粒子的性质？基本粒子由什么构成？而几十年来广义相对论的权威人士一个典型的课题是，他们想以数学上严谨的方式，推论出制约在弯曲空间——时间中理想粒子的运动定律。这个课题的动机主要是想找出广义相对论结构更深入的数学解释，而不是要深入了解宇宙本质的核心。 所以50年代是思考弯曲空间——时间的方式剧变的时期，从考察数学结构到开始按照物理来思考。这要归功于惠勒：有些人称他为黑洞的鼓吹者，由于他的热情，令人信服地洞察出黑洞是物理中最激动人心的问题，是要真正理解宇宙和物理基本定律的人所应该研究的。 大约在这个时期，约翰到剑桥演讲，他强烈影响了邓尼斯·西阿玛小组的成员，最终也影响了史蒂芬·霍金。他对物理学中什么问题重要有极好的判断力，他说服我们黑洞正是未来物理发展的中心。 约翰·惠勒 约翰·惠勒是八本书的编者、合作者或作者。他是奥斯汀德 克萨斯大学和普林斯顿大学的名誉教授。他获得十六所大学的名 誉学位。他在1969年创造了“黑洞”这个术语。 1969年我们在纽约市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，还必须把另一个东西提出来，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”用辞十次以后，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。 布兰登·卡特 布兰登·卡特生于澳大利亚，在剑桥彭蒙布洛克学院学完本 科之前在苏格兰受教育。他继续在剑桥的应用数学和理论物理系 研究和教学。1975年他在法国国立科学研究中心工作。1986年他 成为巴黎天文台的研究主任。 奥本海默最先开始思考黑洞的含义和形成，不过黑洞这名称是二十年后才出现的。可是直到50年代人们才接下去研究。尤其是约翰·惠勒贡献良多。在英国，关键人物是我的导师——也是史蒂芬·霍金的导师邓尼斯·西阿玛。邓尼斯在英国和惠勒一样起带头作用：他使大家产生兴趣。罗杰·彭罗斯便是其中一人。彭罗斯独一无二的贡献是把许多现代数学的方法、高等拓补学和微分几何用来解决纯理论数学家从未想去着手解决的问题。 “黑洞”这个名词的发明使事情大为改观。没有通俗的词汇，则不仅和其他领域的人——甚至和专家交流都很困难。由于缺少一个词，实际上在研究同样问题的人，彼此都不知道。 约翰·惠勒发明了这个术语后，情形就戏剧性地改观了。这并非第一个名称，以往还用过其他术语，可惜不受欢迎。在全世界，无论是在莫斯科、美国、英国和其他地方，所有人都采纳它，他们都知道是在讲同一件东西。不仅如此，整套概念一下子就传到大众中去，甚至科幻作家也能对此说三道四。 约翰·惠勒 朋友们问我：“如果黑洞是黑的，你怎么能看到它呢？”而我答道：你曾经去过舞会吗？你看到过年轻的男孩穿着黑色晚礼服而女孩穿着白衣裳在四周环绕着，他们手挽着手，然后灯光变暗的情景吗？你只能看到这些女孩。所以女孩是正常恒星，而男孩是黑洞。你看不到这些男孩，更看不到黑洞。但是女孩的环绕使你坚信，有种力量维持她在轨道上运转。 史蒂芬·霍金 掉入黑洞中成为科学幻想的恐怖。可是实际上，黑洞现在可以说成是真正的科学事实。 当然科幻作家大书特书的是，如果你真的掉进黑洞中将会发生什么。一般看法认为，如果黑洞在旋转，你就可以穿过空间一一时间中一个小小的洞，而通到宇宙的另一个区域去。这显然为空间旅行提供了极大的可能。的确，如果我们要旅行到其他恒星，不用说到其他星系去，要使这种愿望将来可行，需要这样的可能性。否则的话，没有任何东西能比光旅行得更快这个事实表示，到最近的恒星来回旅行至少要花八年时间。所以别想到α－半人马座度周末了。另一方面，如果人们能穿过一个黑洞，也许他可以在宇宙任何地方重新出现。如何选择你的目的地则完全不清楚：也许你想到处女座渡假，而结果却到达蟹状星云。 但是，我只能遗憾地使期望星际旅行的观光客失望，这个假设是不成立的；如果你跳进一个黑洞，你会被撕裂并被压榨到完全不存在。然而，在某种意义上可以说，组成你身体的粒子继续在其他宇宙中存在下去。我怀疑对进入黑洞而被压制成像面条的人，知道他的粒子也许还会存在，是否会感到一些安慰。 约翰·泰勒 约翰·泰勒是伦敦国王学院的数学教授。70年代他进行了许 多有关黑洞的研究，写了一本这个课题的畅销书。最近他从研究 宇宙学改为研究神经系统。 如果有一个黑洞非常大，由质量相当于我们星系的物质所构成，所以它的事件视界大约具有太阳系的半径。人们从事件视界掉落时没有任何特殊的感觉。然后，大约一个礼拜后、他开始感觉到压迫，他被拉得越来越长，而且变得稍微瘦一些，当然，他开始被压挤，直到变得非常长非常细，而且相当难看。两周以后他就会落到黑洞中心，然后死去。那当然是引力坍缩的问题。 可是在中心发生了什么呢？在中心，标准引力加上一点经典物理就告诉你，你会消失。这真荒谬。这太糟糕了，你正在毁灭用来做这些预言的整个模型结构。 事实上，有一次我曾充当论文竞赛的裁判，其论题是如何通过黑洞并且生存下来。我面临的问题是不知如何评奖。如果我说：“哎，那似乎是篇好论文，”则求证它的正确性唯一方法是，按照实验落到黑洞中去——我假想你会要求该论文作者和你同行。可是问题在于，如何把结果告诉世界上其余的人？你是否得带着要颁给他们的奖一起去呢？他们到达中心时要如何处理那个奖呢？ 实际上，由落到黑洞中心的物体会突然消失这个事实可知，引力和经典物体模型本身包含了它毁灭的原因。现在，当它也许在最后的十万亿亿亿亿亿分之一秒的时间里被极力压缩，就在那一时刻起，时间和空间的性质大大地改变了。而且为了检测那最后的、绝对短暂的时间，随着所有物质流进去并且坍缩，它自身压缩并加热而得到非常高的能量，所以人们必须使用极高能量的效应。换句话说，你要重新经历一遍整个宇宙的开端，你回到了非常坍缩的状态。 为了描述它，我们需要这些量子效应，也就是使你避免实际消失的不确定性效应。可有许多原因用来解释所发生的。就第一原因而言，一个非常好的、并且也许是正确脱离这困境的原因是：当你回溯过去，从而不断趋近大爆炸的开端，就能避免被毁灭，或者当你落到一个黑洞的中心去，时间在流逝，你的手表时间，当然你的手表或手腕都很悲惨地毁灭，但是活动在继续进行，而时间就是活动。现在，当你越来越接近中心，也许是活动时间扩展开来，这样你不仅仅是必须度过十万亿亿亿亿亿分之一秒，你不断地向黑洞中心接近，但永远不能到达，由于总有新的活动发生。可以想象一个无穷层数的洋葱，你一层一层地把它剥开，在有限的时间里只能剥一层，而你想到达该洋葱的中心。当你每剥一层时，它就是一个新的活动，你可以好比一秒钟剥一层。掉到黑洞去的情景很可能就像是这个样子。我认为，宇宙的开端最可能像这种样子。在那种情形下，如果永远有活动可以回溯，则永远不会出现开端，时间被不断地延伸，因此不可能存在最初原因。我们探究最初原因，是因为我们不理解时间在那种非常奇怪、非常奇妙的环境下受到如此重大的改变。这些正是我们所要适当考虑的。 当一个人掉进黑洞里去，他当然可以回头看。正如你所预料到的，他能看到一起掉进去的其他东西。当一个人掉进去时，他将看到非常奇异的变形。如果一个人躲开奇性的环，他就可穿越到另一个更遥远的宇宙去。该宇宙在一定程度上是我们自己这宇宙的翻版。但是我们不知道它的演化过程是否和我们的宇宙一样。 例如，人们可以猜测，他也许根本不能遇到自己的星球以及自己的同类：也许那边环境完全不同。想知道这些宇宙中会发生什么事会想破脑袋。 布兰登·卡特 就在你看不到外面世界之前，你会看到一些事件发生，看到它们发生的速度正如烟火表演那么快。虽然你能看到未来发生的每一件事，但是从科学的观点看，它进行得如此之快，你根本没有时间去分析，这真是令人沮丧。你无法全部吸收，最后事情会爆发得如此快，以至连你本身都被它毁灭。这是结束一个人生命非常刺激的方式。如果有机会的话，我会采用这种方式。 史蒂芬·霍金 我女儿露西出生后不久的一个晚上。当我要上床时，开始思考黑洞的问题。我的残废使得这个过程相当慢，所以我有许多时间。我忽然意识到事件视界的面积总是随着时间增加。我对自己的发现如此之激动，以至于当晚没有睡多少。事件视界的面积增加，暗示黑洞具有熵的含量，它测量黑洞所包含的无序度。而且如果黑洞具有熵，它就必须有温度。然而，如果你把铁钳放在火中加热，它会发红并发出辐射。可是黑洞不能发出辐射，因为没有任何东西可从黑洞逃出来。 邓尼斯·西阿玛 1974年，史蒂芬·霍金首次发表关于辐射黑洞的著名文章。实际发生的过程是，一位以色列科学家雅各布·伯肯斯坦在之前一两年建议，黑洞有些古怪性质使它们看起来像热力学系统。伯肯斯坦建议，也许黑洞正如平常热体一样具有温度和熵，其温度和黑洞的质量成反比。那就意味着小质量的黑洞比大质量的黑洞更热，熵和黑洞水平的面积成正比。[3] -------- [3] 雅各布·伯肯斯坦是普林斯顿约翰·惠勒的研究生。他在以色列比尔谢巴的本格乌里恩大学教书多年，现在在耶路撒冷希伯莱大学的拉卡物理研究所工作。 热力学是物理学的一个分支，它研究热和能量的关系。热力 学第二定律也许是最著名的。它指出，一个孤立系统的熵或无序 度总是增加：鸡蛋一旦掉到地上被打碎，不大可能再恢复成原先 的形状。 史蒂芬·霍金 广义相对论是所谓的经典理论。它对每一个粒子预言一条单独的、确定的途径。但是根据量子力学，这个二十世纪另一伟大的理论，粒子存在机遇和不确定的因素。1973年访问莫斯科时，我和雅可夫·捷尔多维奇，这位苏联氢弹之父讨论量子力学在黑洞中的效应。此后不久我有一个最令人惊奇的发现。我发现粒子会从事件视界漏出来而且逃离黑洞。 我首先告诉了西阿玛这个发现，但是很快就意识到纸包不住火，这个消息保不住。在我吃生日大餐时，接到罗杰·彭罗斯的电话。他非常兴奋，讲了又讲，以至于我的大餐完全冷了。那是我非常喜爱的鹅肉，所以很可惜。 约翰·惠勒 有一天雅各布·伯肯斯坦走进我的办公室。“雅各布，”我说，“当我把一个热茶杯放在一个冷茶杯旁边时，总是感到很不安。我让热从一个杯子流到另一个杯子，增加了宇宙的无序度，我犯的罪过永远在时间长廊中不断回响。可是，雅各布，如果有一个黑洞在附近徘徊，而我只要把这两个茶杯都扔进去，不就销毁了犯罪证据，是吗？” 雅各布看起来有些困惑，后来他回来告诉我：“不，你并没有销毁犯罪的证据。黑洞把你所有发生的事记录了下来。所以黑洞的熵，也就是无序度增加了，因此永远会显现你的罪证。” 黑洞的无序度是多少，伯肯斯坦提供了一个近似值。史蒂芬·霍金和布兰登·卡特读到了伯肯斯坦的结论，他们感到非常困扰，甚至着手去证明这是错的。可是，他们越研究就越发现和他的结论一致。史蒂芬·霍金甚至研究得更深远，他设计出一个方案，用来理解粒子如何从黑洞出来，以及黑洞的温度不仅是理论上的温度，而且是粒子从黑洞蒸发出来时的真实温度。 黑洞并不是完全黑的。跟太阳一般大的黑洞大约温度是高于绝对零度的一百万分之一度——很微小，不过仍是有温度。 史蒂芬·霍金 在我和布兰登·卡特合写的一篇文章中，我们指出了伯肯斯坦理论中一个致命的缺陷。如果黑洞具有熵，就应该具有温度。如果具有温度，就应该发出辐射。可是如果任何东西都不能从黑洞逃脱，黑洞又怎么能发出辐射？我必须承认，我写这篇文章的部分动机是不高兴伯肯斯坦滥用了我的事件视界面积增加的发现。最后的结果证明基本上他是正确的，虽然是以他绝未预料到的方式。 邓尼斯·西阿玛 对于和热力学之间的这些相似，霍金起初只觉得好奇。而伯肯斯坦断言，它们是真正的热力学性质。因为史蒂芬·霍金和詹姆·巴丁以及布兰登·卡特在1973年写了一篇非常重要的文章，他们把这篇文章直截了当叫做《黑洞力学的四个定律》，而不叫着《黑洞热力学的四个定律》，所以你可以跟随他的思想演化。他们探讨这些相似性，但是强调这不是真正的热力学，而且他们有很充分的理由这么说。因为那个时候人们认为，一个热的黑洞仍然不能辐射；而如果一个热体不能辐射，你的热力学就失效，所以这些类比并无深意。 那是1973年的事。然后，在1973和1974年之间，霍金在研究当一颗恒星坍缩之际，把量子力学效应引进它的外围区域时会发生什么事。他利用复杂的计算发现了：坍缩恒星变化的引力场会存在辐射。他的计算是如此复杂和繁复，对我来说简直是奇迹！ 因为在量子力学中，当一个场改变时就会产生并辐射出粒子，所以也许任何人都会预料到上述结果。这个计算中始料未及的是，在坍缩的最后阶段，当恒星接近成为黑洞的条件时——也就是当它变成如此紧密，以至在经典意义上辐射不能再离开黑洞——存在着残余的辐射，而这残余辐射具有黑洞温度表征的热谱。这温度正是伯肯斯坦原先引进的。这是关键性发现。 我记得1974年访剑桥时，遇到马丁·雷斯，他激动得颤抖。[4] -------- [4] 马丁·雷斯是史蒂芬·霍金的合作者，现在剑桥的天文研究所任职。 他说：“你听说史蒂芬的发现了吗？一切都不同了，一切都改变了！” “你说什么？”我问道。雷斯向我解释说，由于量子力学效应，黑洞像热体一样辐射，所以不是黑的。这就引进了热力学、广义相对论和量子力学的新统一，这会改变我们对物理的理解。 后来由我协助召开在牛津附近卢瑟福实验室的一次会议，史蒂芬来参加了。大家都很激动，我记得有人站起来说：“你一定弄错了，史蒂芬，我一点也不相信！” 约翰·泰勒[5] 我曾说过，我并不满意用负能量粒子产生来解释。不过我觉得这是科学争论的一部分。你必须妥协。我为自己能参与其中而感到高兴。这才是其中乐趣。你知道，如果所有人都坐下来附和说：“啊，真不错”，而在大家头脑中仍有悬疑的问题，那不是对科学负责的态度。但是除了那一次向他质疑之外，我并非反对派。 -------- [5] 约翰·泰勒是最初提出反对意见的科学家。 史蒂芬·霍金 我仍然不能完全相信它。直到我找到了黑洞能够发生辐射的机制后，才使自己信服。根据量子力学，空间充满了虚的粒子和反粒子，它们经常成对产生、分开，然后聚到一起并相互湮灭。黑洞存在时，一对虚粒子中的一个会掉到黑洞中去，而另一个由于失去与之湮灭的伙伴而留存下来。被遗弃的粒子就是黑洞发射的辐射。量子力学允许粒子逃离黑洞，这是爱因斯坦的广义相对论不能允许的事情[6]。 -------- [6] 在量子力学中虚粒子是永远无法直接探测得到的，但是它的存在具有可测量的效应。 每一类型的物质粒子都有一种对应的反粒子。当一个粒子和它的反粒子碰撞时，它们会湮灭，只留下能量。 由于量子力学中的机率和不确定性，爱因斯坦从未接受过它。他说道：“上帝不玩骰子。”看来爱因斯坦犯了双重错误。黑洞的量子效应暗示，不仅上帝玩骰子，而且它有时候把骰子丢到看不见的地方去。 邓尼斯·西阿玛 雅可夫·捷尔多维奇，这位苏联著名的天体物理学家和宇宙学家也拒绝相信它。可是花了几个月的时间，人们就清楚了，这种论证是正确的。这个发现除了惊人地出乎预料的性质之外，它的原始计算是相当复杂的，其效应是由正在发生的更大现象来的小的残余效应。正如在物理学中经常发生的，一旦人们得到这种观念，他们就澄清讨论，使之更为清晰。几个月后所有人都相信它是正确的，它根本改变了我们对物理学的理解。 霍金效应描述的黑洞辐射还未被观测到，但这并非霍金的过错。这是因为对于自然产生的黑洞，如可能在天鹅座X－1[7] 中的那一个，这个效应太弱以至于观测不到。 -------- [7] 天鹅座X－1是离地球六千光年远的一个星座。许多科学家相信它包含一个黑洞。在另一个只能在南半球看得见的星系——大麦哲伦星云中，人们相信存在另一个黑洞。 他曾经努力寻找观测效应，因为他在一系列有趣的工作中提议，也许存在低质量的太初黑洞[8]。 -------- [8] 太初黑洞是当宇宙非常年轻时产生的黑洞。 你瞧，黑洞的质量越小，它的温度就越高。当然，黑洞越热，则它释出的辐射功率就越大。而且，随着它的辐射并且质量损失时，它变得更热，辐射得更快。这样，最终的结局是一次剧烈的爆炸。事实上，霍金计算出，除了宇宙本身的大爆炸起源以外，这爆炸比科学中任何已知爆炸都更激烈。 整个问题在于：这个过程需要多长时间？如果有一个太阳质量的黑洞，而且你认为它现在开始辐射，则需要花费比现在宇宙年龄长大约十的六十次方倍才会这么剧烈的爆炸，这个时间真是长得不可思议。可是，如果你有一个质量大约为一座小山那么大的黑洞，就会在大约宇宙年龄的时间里爆炸。 因此霍金说，具有这种质量且在早期宇宙形成的太初黑洞，也许现在正在爆发，我们可以在伽玛射线以及射电波中寻找这些爆炸。由于称作伽玛射线爆的起因还不清楚，所以人们有一阵子十分激动地认真寻求从爆发黑洞出来的伽玛射线。可是，现在我们已经完全知道，它们并不是史蒂芬的黑洞爆炸。 当然，你没看到它们的事实并不意味着这思想是错的。它可能表明并没有形成许多这么低质量的黑洞。不管怎么说，这些效应是太弱了，以致无法直接在实验室里观察到，正因为这个原因未被检测到。 白纳德·卡尔 约翰·惠勒有一次说过，谈论史蒂芬理论犹如在舌头上含一块糖。物理学中的许多突破的确如此。它们和流行观念对抗，但是一旦你拥有它们，它们的四周就有了真理的光环。 基帕·索恩 霍金辐射发现的前奏是霍金和捷尔多维奇之间的一次会面， 当时我也在场。1973年史蒂芬和简决定访问苏联。由于我是莫斯科通，他们邀我和他们同行。这样子我就去了。我从1968年起就和苏联科学家合作研究，经常有来往。 捷尔多维奇是史蒂芬想见的关键人物，反之亦然。在苏联，捷尔多维奇和安德雷·萨哈洛夫得到过的勋章数量仅次于勃列日涅夫，而勃列日涅夫的勋章有点滑稽可笑。捷尔多维奇和萨哈洛夫是苏联氢弹的关键设计者。60年代初，他们两人都离开了核武器的研制，并开始研究宇宙学、黑洞以及相关的领域。 捷尔多维奇在1969年左右意识到旋转的黑洞应该发出辐射，而这种辐射应是广义相对论和量子理论的结合或半结合的产物。可是捷尔多维奇相信，这个旋转黑洞所发出的辐射会使黑洞旋转变慢，然后辐射会停止。这样，辐射基本上是由黑洞的旋转能量产生的，辐射来自靠近视界外的区域，而发射辐射会使黑洞停止旋转。 1969年捷尔多维奇告诉我，他相信这会发生，但是他的广义相对论的基础不足，证明不了它。他仅仅凭直觉知道这一点。我认为他发疯了，所以我们打赌，他赌说仔细计算最终将证明这是事实，而我赌这不会发生。 1973年当我和史蒂芬回去时，因为那时候已经很清楚旋转黑洞必须发射这种辐射，所以输了一瓶白马牌苏格兰酒给他。 但是史蒂芬不知道这个思想。当他得知捷尔多维奇的思想时，捷尔多维奇的解释并不使他完全信服。他要用自己的方式来思考。 史蒂芬回到剑桥后思考了几个月。他意识到，甚至非旋转黑洞也会发射辐射，因此黑洞会蒸发，这比捷尔多维奇的能把黑洞的旋转能量发射出来的结论远为前卫。 捷尔多维奇死于1988年。他真是个了不起的人物。直至戈尔巴乔夫时代，他才得以到西方旅行，不仅因为他是犹太人，还因为他深深地卷入到氢弹的研制。他不理解广义相对论，然而他凭直觉知道旋转黑洞会蒸发。 可是他的直觉并没有告诉他，一个非旋转的黑洞会蒸发。事实上，捷尔多维奇是在这个问题上最晚让步的人。两年之后，史蒂芬在数学上指出，一个非旋转的黑洞必须完全蒸发光。那时，我刚好在莫斯科，而且发现没有一个苏联人相信。他们为什么不相信呢？因为捷尔多维奇不相信。 后来我在各研究所做了一系列演讲，描述史蒂芬的原始计算，以及他和詹姆·哈特尔合作的不同方式的计算。这些演讲迫使捷尔多维奇和亚历山大·斯塔拉宾斯基一一他优秀的年轻学生，回去以他们自己的方法，重新思考。 即将离开莫斯科前的星期天晚上，捷尔多维奇打电话给我。他说：“到我的寓所来，我有话跟你说。” 我正急切地要完成和某人的合作文章，但只要捷尔多维奇呼唤，我就会毫不犹豫地去。我用手招呼路过的摩托车，他一直带我到了捷尔多维奇寓所。莫斯科没有出租车，所以必须挥手招呼摩托车。我进去敲门，发现捷尔多维奇和斯塔拉宾斯基在那里。他们伸出手来说：“我们输了。霍金是对的，我们错了。” 史蒂芬·霍金 黑洞辐射向我们显示，引力坍缩不是我们曾经一度以为的那样，是最后的阶段。如果一位太空人掉到一个黑洞中去，他将会以辐射的形式回到宇宙的其他部分去。从这观点来看，该太空人在某种意义上被再循环了。 然而，因为当任何人在黑洞中被撕碎时，他的个人时间概念达到了终端，所以这种不朽实在是非常可怜的。 基帕·索恩 到1975年止，我为物理学打过许多次赌，除了和捷尔多维奇那一次，每次都赢。我和史蒂芬打了一个赌，它是关于在天鹅座X－1中是否存在一个黑洞。大约在那个时期，为了建立解释天鹅座X－1的详细模型，我做了一些工作，所以我打赌的动机是，如果在天鹅座X－1中果真有一个黑洞的话，则那个模型就不会完全无用。 史蒂芬·霍金 我和基帕·索恩打赌说，在天鹅座X－1中没有黑洞，这对我来说像是买保险。我为研究黑洞做了大量工作，如果黑洞不存在，我花的工夫就都白费了。所以，如果黑洞存在，基帕就会得到一年的《阁楼》。如果不存在，我将得到四年的《私人眼睛》作为安慰奖品。 基帕·索恩 由于史蒂芬的手逐渐地不听使唤，他必须开始发展他的几何论证。这样他就可以在他的头脑中以图形来进行这些论证。他发展了一系列非常强有力、任何人都没有的工具。所以，在某种意义上，当你失去一套工具时，你可以发展其他工具。而新的工具比旧的工具对不同的问题更为适用。而如果你是世界上唯一拥有这些工具的大师，那就表示某类问题只能由你解决，而任何人不容置喙。 伊莎贝尔·霍金 他自己说过，如果他没得病，就不会达到目前的成就。正如萨缪尔·约翰逊说过的，你得知会在夜尽天明时被吊死，将使你思想极为专注。若在另外的情形下，我认为如果他不生病，可能不会如此专心研究，因为他总是对生活中许多事有极大兴趣。我不知道如果他能到处走动的话，他是否会以同样的精神献身研究。当然我不能说得这类病对任何人是一种运气。但是就他而言，可比其他人少一些不幸，因为他可如此全心全意活在他的头脑中。 史蒂芬·霍金 直到1974年，我还能自己吃饭和上下床。简在没有外界协助的情形下帮助我，并且带大了两个孩子。然而事情变得越来越困难。所以，此后我的一名研究生就和我们同住。 当·佩奇 当·佩奇1976年在基帕·索恩指导下在加州理工学院获得物 理学和天文学的博士。当史蒂芬·霍金在那里做一年访问学者时， 他遇到了史蒂芬。当·佩奇是一名福音基督徒；他相信，理解这 个宇宙可以揭示上帝的某些方面，但是上帝拥有比这个宇宙更多 的东西。从1976年到1979年，当他在剑桥从事博士后研究时和霍 金一家住在一起。现任爱德蒙顿的阿尔贝塔大学的物理教授。 我通常在7点15分或7点半左右起床， 冲一下澡，接着读圣经、祷告。然后在8点15分，我下去帮助史蒂芬起床。我经常在吃早饭时告诉他在圣经里读到的内容，希望这最后总有一些影响。 我记得告诉过他一个故事。故事是说，耶稣遇到了一个疯子，这个人被一群魔鬼附身。这群魔鬼要耶稣把他们转附身到一群猪身上。这群疯猪跑到悬崖边缘跳到海中。史蒂芬提高了嗓门说：“哦，保护动物学会不会欣赏这故事，是不是！” 另一次耶稣谈论末日，他说末日来临的时候，有两个人在田里干活，上帝会让一个人上天而另一个留下；还有两个人在床上，一个人上天而另一人留下。史蒂芬在早餐时说：“两个人在吃早餐，一个人上天，而另一个人留下。”他理解故事的要点，并且友善地接受。 早饭后，我们开始工作。通常先看看是否有人寄来科学论文。这是些尚未在科学杂志发表前请人看的论文。因为他不能翻动书页，所以我得替他拿着，放在他面前，这也使我有机会阅读它们。 我发现，尽管霍金具有伟大的头脑，他却读得相当慢。我可以用大约他两倍的速度阅读。其原因当然是，让他回头来再找是非常困难的，所以他必须过目不忘。而我只要快速浏览，如果我有兴趣，并且想再深入研究，可以再回过头来重读。 基帕·索恩 有一次我到史蒂芬和简家做客。晚饭后，在史蒂芬要上床的时候，他自己一个人上楼。我忘记了这是一段还是两段的楼梯。这时史蒂芬已不能走路。他上楼梯的办法是抓住支持栏杆的铁柱把手，并用手臂力量把自己拉上去。要把自己从底层拖到二层需要费时又艰苦的奋斗。 简解释说，这是他复健的重要一环，为了尽可能长久地保持他肌肉运动的协调和力量。 在我明白这缘由之前，看到他受这等煎熬，真是令人心碎。正如对史蒂芬其他的类似事情，一旦你了解他，你就会将那些事视作当然。然而，当你初见到这种情景时，一定会大吃一惊，会用非常感动的眼光看他。这只是日常生活的一部分——他用这种方法把自己拖到楼上去。 伊莎贝尔·霍金 我最讨厌的一种事是任何时候身边都有人。我忍受不了那些。然而他发现事情很有趣，他享受人生，他到处横冲直撞。我认为这是难能可贵的。我和他父亲都缺乏这种勇气。我们只能赞赏，而且想不透他怎么得到这种勇气。 当·佩奇 有一年，霍金一家带我一道去在威尔斯郡威耶河附近的乡间别墅。这个房子在山上，有一段铺好的人行道通到房子去。我当然希望尽量少走几趟，所以就把备用的电池放在他的轮椅下。可是史蒂芬没有意识到这一点，他不知道他的轮椅的负载已经达到了极限。 他开始上坡并超前我不少——大约十米左右吧！然后他拐个弯进入房子，但是这刚好在斜坡上。我注意到史蒂芬的轮椅慢慢地往后倾倒下去。我想跑上去扶住，但是没有来得及，他往后翻倒到灌木中去了。 看到这位引力大师，被地球微弱的引力所征服，是令人震惊的一幕。 基帕·索恩 早在1970年代中期，有一两次，史蒂芬和我讨论他将来的命运。那时他似乎有非常清楚的图像。他说，他预料最终会因为得肺炎而死。虽不知何时发生，可是一定会发生。他还预料，在此之前他的智力不会有任何退化，他对此信心百倍，他对自己的最终命运似乎泰然处之。 ------------------ 亦凡公益图书馆扫校 |
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