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仰望星空:霍金和他的先行者(2)

2018-09-07 08:30 光明日报

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。1054年7月4日,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》3月14日称,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!

责任编辑:王漓鹂(QF0015)

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