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第三章

      1962年史蒂芬·霍金在進劍橋之前,考慮選擇研究理論物理
    的兩個領域。一個是研究非常大即宇宙學,另一個是研究非常小
    即基本粒子。然而,他說:「因為基本粒子缺乏合適的理論,所
    以我認為它較不吸引人。他們能做的只不過是和植物學一樣把各
    種粒子分門別類。相反的,在宇宙學方面已有一個定義完好的理
    論,即愛國斯坦的廣義相對論。當時在牛津沒人研究宇宙學。而
    在劍橋的弗雷得·霍伊爾卻是英國當代最傑出的天文學家。」

      阿爾伯特·愛因斯坦發現了兩種相對性理論。第一種稱為狹
    義相對論(1905年),它聲稱光總是以常速率旅行,光速是一個
    絕對常數,所有其他運動都是相對的。1916年愛因斯坦發表了有
    關廣義相對論的論文。廣義相對論本質上是把引力當作空間——
    時間幾何畸變的結果。

      通常幾何牽涉到平面上點之間的距離和線之間的角度。然而,
    在彎曲的表面上,正如地球表面,這些距離和角度不服從適用於
    平坦表面的同樣的幾何定律。例如,如果兩個人在平坦表面上從
    不同方向出發離開,他們將越離越開。可是,如果兩個人在地球
    表面上從不同方向出發離開,起初他們將越離越開,最後終會在
    地球的另一端再相遇。

      空間——時間幾何也牽涉到距離和角度。但是現在人們要考
    慮事件,也就是不但空間分開而且時間也分開的點。人們是否能
    以光速或更慢的速度從一個事件到達另一個事件是最重要的問題。

      由於引力是空間——時間幾何中的畸變結果,所以引力場影
    響時間和距離的測量。例如,廣義相對論預言,在大樓地下室振
    動的一顆原子應比在頂樓上的相同原子振動得慢。這個效應非常
    小,但是它已被測量出來(在一座四層的大樓中!),而且測量
    結果和預言一致。人們預言,類似的效應(但數值大得多)會發
    生在非常強的引力場中,像是黑洞附近的引力場。

               弗雷得·霍伊爾

      弗雷得·霍伊爾爵士在劍橋受教育,並在那裡擔任普魯明天
    文學教授。1967年他幫助建立了理論天文研究所並任第一任所長。
    他除了寫過許多科學著作外,還是科幻小說的多產作家。

  「圖景」是在宇宙學中明智地使用的詞彙。科學具有兩個部分。像從量子力學可以得到非常精確的理論,極端精確,任何試圖向它挑戰的人肯定都是發瘋了。

  但是在地理學、天文學、宇宙學和生物學中還有另一部分,理論並沒有真正地獲得證明。它們能被接受,多半依賴於做判斷的人。一個眾所周知的現象是,只要牽涉到判斷,人們就會非常傾向團結一致;也就是說,如果一開始有一半人做了某個特殊的判斷,他們就很快地把另一半人說服了。這是一種群眾的天性;我想它可追溯到人類靠狩獵為生的原始時代。要是有二十個男人去打獵,最糟的就是對出發的方向不能取得共識;大家一起以隨機方式選一個方向共同行動也比各走各的方向好,他們需要整體的力量才能成功。

  我們的思想不只受到少數富有魅力的人所影響,也深受我們的能力影響。我們企圖避免過於困難的事;如果我們能解答某些方程式,我們就趨之若騖。但是找尋真理可能要用困難的方式。不能保證宇宙會特別按照我們的智慧標準而造。

  我認為「圖景」這個詞用得好。而且我認為,人們五十年以後不會堅持類似於現在的觀點。事情會大大改觀。正是因為如此,我寧願去研究具有驚人意義,但我認為可以解決的問題。

      弗雷得·霍伊爾和科學家赫曼·邦迪以及托馬斯·高爾德同
    為穩態宇宙論的開創者。穩態理論家提出,當宇宙膨脹然後星系
    間距離越來越遠時,物質從無到有創生並充滿了宇宙空間。後來
    這些物質凝聚,形成新的恆星和星系。年輕的新生星系取代了老
    死的星系,宇宙在任何時刻都和其他時刻極其相像。因此,宇宙
    是處於一種穩定的狀態。

      與之對抗的主導理論是所謂的大爆炸宇宙論。大爆炸宇宙學
    家對物質從無中生有持否決態度。他們論證道,由於現在星系相
    互離開,它們過去必定相互靠得更近。宇宙在非常遙遠的過去必
    定和現在相當不同。的確,人們如採用廣義相對論的方程式往時
    間過去的方向追溯星系的運動,他們就會發現,物質密度和引力
    場曾經一度為無窮大。這一點就是大爆炸。

      現代天文觀察似乎強烈支持大爆炸宇宙學。它們指出宇宙的
    過去和現在非常不同。結果穩態理論不再受支持。然而,霍伊爾
    相信,這證據被誤解,所以他繼續提倡穩態理論。

               史蒂芬·霍金

  我到劍橋做研究的申請被接受了。但是使我惱火的是,我的導師不是霍伊爾,而是鄧尼斯·西阿瑪,我以前沒有聽說過他。西阿瑪和雷伊爾一樣信仰穩態理論。根據該理論,宇宙在時間上既無開端又無終結。

  然而,最後發現這是最佳的安排。霍伊爾經常在國外,我也許不能經常見到他。另一方面,西阿瑪總在那裡,他的教導總是發人深思——儘管我們之間經常意見相左。

               鄧尼斯·西阿瑪

      鄧尼斯·西阿瑪從1963年至1970年任劍橋大學的數學講師,
    從1970年至1985年任牛津萬靈學院的天體物理教授,現在意大利
    的裡雅斯特的國際理論物理中心工作。他是史蒂芬·霍金在劍橋
    的導師。

  那時期穩態理論的提倡者與檢驗該理論並希望推翻它的觀察者之間進行過激烈的爭論。我那時支持穩態理論,不是在於相信它一定是正確的,而是我發現它如此吸引人,以至於希望它是真的。所以那時的爭論,我扮演了一個小角色。

  開始得到敵對的觀察的證據時,弗雷得·霍伊爾主導企圖否定這些證據。我在一旁稍微提供協助,提出建議以對付這些敵意的證據。但是當這些證據越積越多,事情變得越發清楚,勝負已定,人們必須拋棄穩態理論。

  1965年大概是關鍵的一年,不僅是因為微波背景,而且由於馬丁·賴爾,這位劍橋首位的射電天文學家,推動居於領導地位的射電源計數的研究。在後來階段,他甚至使像我這樣的附和者都改弦更張。

  在我開始作廣義相對論的時期,世界上只有寥寥數人以認真的態度作這種研究。然後在60年代初,這個學科在我們面前迅速擴展開來。這有一部分原因是相對論越來越令人振奮,另一部分原因是天文學上的新進展。

  最早的進展發生於1952年左右。人們從兩個地方探測到無線電噪音,一是從稱為射電星的點狀來源,另一個是從我們星系的瀰散區域。電子在各種星系的磁場中運動產生這些噪音。但是關鍵在於這些電子實際上是以光速來運動:它們是我們講的相對論性運動的宇宙線電子。這裡的觀念是,射電天文學現象的所有範圍是由相對論性電子引起的,這種電子原先多半是相對論專家研究的東西,這些專家很少涉及天文學。相對論性電子是用一些大片金屬探測到的。

  相對論的抽像概念和觀察射電發射的具體方法之間的關聯非常令人興奮。這也許是現代物理概念以觀察方式進入天文學的轉折點,

  我們跨出第一步之後就無法停止了。幾乎每一年都有激勵人心的新發現,這樣就把現代物理的最奇異性質帶進了直接天文觀測。人們發現了類星體和脈衝星以及從宇宙的大爆炸起始來的熱輻射;而且由於類星體被認為和引力坍縮相關,甚至廣義相對論也變成重要的了。[1]
  --------
  [1] 類星體是類似恆星、發射出巨大數量輻射的天體。它們在1963年發現,並被認為是在宇宙開始——亦即一百五十億年前形成的。
  脈衝星被認為是旋轉的中子星。中子星磁場的北南極不和旋轉軸同向,這就引起了射電波的脈衝。脈衝星是1967年發現的。


  你看,狹義相對論是愛國斯坦的兩個相對論理論的第一個,這就是每一位物理學家都必須學習的理論部分。但是他的引力論,即廣義相對論要更複雜而且抽像得多,過去這只是非常內行的專家的特殊領域。可是當人們認為引力坍縮在解釋類星體很重要時,廣義相對論在天體物理中,一下子就變得十分重要了。當然,如果你要研究具有輻射背景的宇宙大爆炸起源,則只能用廣義相對論才能解釋宇宙學。正是這種抽像和具體結合的進展,才導致相對論魅力的大增。

  這樣非常自然地,在60年代我和一些似乎在這些困難領域具有研究才能的學生在劍橋建立一個學派時,這些正是我建議他們研究的領域。

      沒有恆星能夠永遠存活下去;恆星在某個階段必須把燃料燒
    光。許多恆星變成白矮星,這是一種穩定的,半徑為幾千英里,
    密度為每立方英吋幾百噸的小恆星。其他恆星繼續坍縮,直至它
    們成為半徑只有十英里,密度為每立方英吋幾億噸的,比白矮星
    小得多的中子星。人們相信,超過一定尺度權限的其他恆星會坍
    縮成一個所謂的黑洞。一個黑洞被稱作事件視界的球面所環繞。
    事件視界面是一個單向膜。雖然可能從事件視界面的外界進入黑
    洞,卻沒有任何東西——包括光線能在相反的方向上旅行。在事
    件視界面中、黑洞中心是一個奇點,該處的引力場變成無窮強。
    任何進入視界的人最終都會撞到奇點上去,結局非常悲慘。

                基帕·索恩

      基帕·索恩在1962年從加州理工學院得到學士,1965年在約
    翰·惠勒指導下得到普林斯頓物理學的博士。他現在任加州理工
    學院的小威廉·R·肯南教授以及理論物理教授。

  恆星的引力坍縮和黑洞理論是在30年代後期開始形成的。羅伯特·奧本海默和真正開始研究這個課題的學生從列夫·藍道更早的工作出發。藍道是蘇聯現代理論物理之父。

  藍道曾經為恆星如何得到使自己發熱的能量問題感到迷惑;他設計過一種機制,在恆星譬如講太陽的中心,也許有一個尺度為十或二十公里,質量大約為太陽質量十分之一的中子星;而太陽的氣體逐漸落到這個中子星上去。這種沉落會產生使太陽發熱的熱量。在30年代,他自己思索,並在與合作者討論中揣摩這些思想。

  可是,後來他感到史達林清算之火馬上就要向他撲來。這時他絕望地搜索某些能在報紙上炫耀的,並能使他免受史達林清算的東西。由於藍道30年代早期在德國生活了很久,並在那裡研究物理學,所以他受到懷疑。正因為如此,儘管他是一名猶太人,仍然被某些蘇聯物理學家控告為德國間諜。

  藍道寄了一份手稿給哥本哈根的玻爾[2] ,其中包括太陽是由在它中心的中子核來維持發熱的思想。他還附了一封信要求說,如果玻爾認為這是一個好思想,就請他轉給《自然》發表。玻爾做到了這點,他緊接著收到從《消息報》發來的一封電報,問玻爾對這個工作的看法。玻爾回了一份熱情洋溢的報告,《消息報》立即發表了這份報告。
  --------
  [2] 尼爾斯·玻爾(1895-1962)是丹麥物理學家,1922年獲得諾貝爾獎。他是發展導致量子力學發現的原子論的主將。

  玻爾知道藍道是企圖躲過牢獄之災,可惜不管用。藍道在監牢裡待了一年而且幾乎喪命。

  在藍道系獄期間,奧本海默和他的學生玻帕·塞伯讀到藍道理論並且發現了一個漏洞。他們思忖道:「好,藍道能夠獲得熱量來源,他畢竟是一位偉大的物理學家。」這樣他們就在《物理學評論》上發表了一篇文章,在藍道囚禁期間把他的思想粉碎。

  藍道的文章使奧本海默和他的學生開始思考中子星和黑洞,但是他們並不知道那篇文章是藍道企圖用來逃避牢獄之災的。

  由於蘇聯科學界的巨大壓力,他在入獄大約一年後被釋放。他的健康狀況很差。但是,我認為在西方,直到最近人們才知道,這是奧本海默和他的學生哈特蘭德·斯尼德獲致黑洞理論努力的契機。斯尼德在師從奧本海默之前是猶他州的貨車司機。

  奧本海默和斯尼德,在發現太陽和其他恆星不能由中子的核心來維持發熱狀態後,首先想瞭解的是:假定你有一顆作為正常恆星死亡殘骸的中子星,它們有多大?奧本海默和另一名學生,喬治·沃爾科夫指出,中子星的最大質量估計為太陽質量的0.7倍, 中子星不能比這更大。因為我們現在對核物理理解得更清楚,所以這個質量極限更可能是太陽質量的兩倍。

  看到中子星存在一個可能的最大質量,奧本海默採取的下一步驟是問自己,當大質量恆星死亡時會發生什麼?奧本海默和斯尼德利用廣義相對論計算了恆星的內向爆炸, 他們看到了恆星會和外界宇宙相脫離, 用我們今天使用的新奇的詞彙:「進入到它自身的視界之內。」

  然而,他們拒絕考慮在視界之內恆星會發生什麼問題;他們從方程式中就看到了恆星和宇宙其他部分脫離開來。奧本海默不是一個善於猜測的人。否則的話,他會看到非常複雜的物理問題,確定其中發生的關鍵過程,從而解決問題並作出預言,這些也正是用於製造原子彈所需要的手段。可是他甚至拒絕用廣義相對論來解答在視界之內發生的問題,這正是最近隨著史蒂芬·霍金關於量子引力的工作而變得如此有趣的問題。

      史蒂芬·霍金在1974年發現,當考慮到量子力學效應時,事
    件視界不再嚴格地不可穿透。黑洞輻射能量,並且損失質量。黑
    洞的質量越大,則它的質量損失得越慢。這個效應對於恆星質量
    的黑洞而言是非常小的。儘管如此,所有的黑洞最終都會把它們
    的所有質量輻射殆盡並且從此消失。

      直到大約1910年,人們還認為,物質是由像撞球那樣的粒子
    所構成。這種球具有確定的位置和速度,物理定律可以準確地預
    言它的行為。然而,從實驗中開始出現的一些證據顯示,這些准
    確的所謂經典定律,在非常短的距離下,必須用所謂的量子定律
    取代。按照這些量子定律,粒子沒有精確定義的位置或速度,而
    是以一種概率分佈,或波函數的方式抹平開來,波函數測量在不
    同位置找到該粒子的概率。量子定律顯示,人們不能同時測量一
    顆粒於的位置和速度。人們對位置測量得越精確,則對速度測量
    得就越不精確。反之亦然。

      在強引力場中,廣義相討論的新奇特徵最為顯著。量子力學
    的特徵在小距離足度下最為顯著。這樣,空間——時間幾何的量
    子力學理論,即量子引力對於理解發生在非常小尺度和牽涉到強
    引力場的事件時是基本的。其中一個事件便是大爆炸,另一個事
    件是發生在一個黑洞之中。

               安東尼·赫維許

      安東尼·赫維許由於發現脈衝星和馬丁·賴爾爵士合得1974
    年的諾貝爾物理獎。這個發現證明了中子星的存在,並使黑洞的
    現象更具可能性。他從1971年起任劍橋射電天文學教授。

  當射電望遠鏡首次從宇宙獲得射電波時,其裝置還是非常粗糙的。人們在加州的巴勒摩利用大型光學望遠鏡把第一個輻射射電波的星系認證出來時,真是令人激動。這些奇怪的物體,那時我們還不知道是什麼,是在天空發射射電波的點。可是,它們是什麼呢?它們不是太陽,也不是任何已知的恆星。

  人們發現用光學望遠鏡只能看到一個暗淡的斑點。我們知道這個斑點實際上是一類以前從未看到過的星系,離開我們大約十億光年。這樣,我們利用簡易的儀器就能發現極其遙遠的星系,所看到的是十億年前的歷史。很明顯地,如果我們用更好的裝置,就可以檢測到比這種用射電望遠鏡觀測到的更暗淡的,也就是更遠的物體。

  這樣一來,向時間的過去方向回溯宇宙的歷史,從而用來檢驗相互競爭的各種宇宙論便成為理所當然。在這以前,宇宙論只是理論家之間的戰爭。而現在它成為我們可以稱之為觀察的科學,某種我們可以真正觀察到的東西。

  我們現在可以看到太空的更深處,掀開簾幕使我們看到了宇宙的過去。

  當你往時間的過去方向觀測所發現的這類射電星系的數目,比霍伊爾、邦迪和高爾德的穩態宇宙理論所能包容的數目多得多。在穩態理論的宇宙中,恆星和星系一面形成,一面衰變。可是隨著宇宙的膨脹,必須添加上物質,使之形成新的恆星和星系,才能使宇宙的圖像平均來說在不同時間顯得是同樣的,這一點大家都同意。如果宇宙處於一種穩態,一種平衡,只要你願意在不同時刻觀測它的話,它應該在平均上顯得不變。這樣,如果你觀測非常遙遠的物體,那麼你就能看到時間的過去,就能看到宇宙的過去和現在是否相同。

  從射電望遠鏡得到的第一個結果暗示我們,我們有一個非常不同的宇宙。它具有的射電星系數目比一個光滑的、穩態的宇宙所應有的更多得多。因此宇宙不是處於一種連續創造的狀態。它更顯得是隨著時間演化。

  射電星系的研究看來非常明確地指出,宇宙具有演化的歷史。這在1965年獲得戲劇性的證實。美國的阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜用他們的射電望遠鏡接收到宇宙背景輻射。這是從創造宇宙的熱大爆炸遺留下來的殘餘熱輻射。它證實了宇宙不能處於穩態。

  他們的射電望遠鏡收到的微弱熱輻射非常冷,它對應於剛好比三度開爾文更低的溫度的天空背景,這的確是非常冷。但是如果你在宇宙學中弄清這些輻射的起源,它就告訴你宇宙的過去一度曾經是不可想像地熾熱,其溫度為幾百萬度。我們現在所接收到的只是一種殘餘,是宇宙極早相的輻射化石。這些和大爆炸——也就是由突然創造引起大爆炸的思想相符。

  從我們接收到的這種輻射化石說明了:在遙遠的過去存在一個非常熱、非常緊密的宇宙。或者粗略地講,你可想像這是一種開啟萬物生涯的宇宙爆炸。我們現在看到它正隨著時間膨脹並逐漸冷卻下來。

               鄧尼斯·西阿瑪

  我還記得在劍橋的有關脈衝星的學術報告會。我想那次演講的題目《一種新的射電源族》是很乏味的。托尼·赫維許準備演講。但是謠傳說,它不僅僅是什麼枯燥的射電源新族,而是某種更壯觀的、更瑰麗的東西。會議從通常的射電天文學家教室移到一間非常大的演講廳,還是被擠得水洩不通。這個謠言流傳得很廣。

  脈衝星就是在這會議上第一次發表的。關於它們究竟是什麼,進行了一些討論;很顯然地,它們必須是非常緊密的物體,可是不清楚它們是否為白矮星,這種非常緊密的物體,雖然非常奇異,卻是天文學家非常熟悉的。它們或許是所謂的中子星。它們比白矮星緊密得多,或者可以說幾乎處於黑洞狀態。這花了幾個月的時間才討論清楚。托馬斯·高爾德,這位早先和霍伊爾以及邦迪在劍橋的合作者,首次清晰地論證,脈衝星只能是旋轉的中子星,而不是別的什麼東西。

  這樣,過去純粹是理論的構造,而且從未被天文學家認真看待過的緊密物體,忽然間變成全世界射電天文學家都能觀測到的,處於某類射電源中心的物體。此外,由於中子星幾乎是處於黑洞的條件,中子星的半徑只比同等質量黑洞的半徑大幾倍,那些認真接受黑洞概念的人,因此信心百倍。

               安東尼·赫維許

  回到30年代,當詹姆斯·查德威克發現中子時,人們用計算推測出一種非常奇怪的物體。引力是一種極其巨大的力量。一顆恆星把燃料用光時,引力甚至就會把該恆星從太陽尺度凝聚成直徑只有幾英里的球,把恆星中的大部分物質轉變成這些中子。它似乎把物體壓扁使之不存在,把正負電荷擠壓得如此緊密,使它們聚合成新類型的粒子。

  這樣,人們猜想中子星也許存在。我在劍橋進行的實驗真正直接導致這類物體的發現。這真是很幸運。我所設計的實驗,實際上是用於觀察類星體。我發現,如果通過太陽大氣來觀看某些射電星系,它們就會像恆星一樣閃爍。但是,這只有當它們具有典型的類星體不可思議地緊密尺度時才會發生。類星體是功率極大的星系,可是它們的能源來自於它們中間非常微小的體積。由於它們是如此高度緊密的物體,甚至用射電望遠鏡觀測時也是非常小的。人們正是透過這種閃爍現象來鑒別。它是正常擴展的射電星系呢,還是在它當中具有某種緊密結構的東西。

  所以我設計了一種射電望遠鏡,它不像過去的射電天文學中見到的任何東西;它是用來觀察這種閃爍效應的,這顯示它具有和任何其他東西完全不相像的性質。它在長波段工作;我們反覆地觀測天空,為了尋找起伏的源。沒過多久,我們就接收到這種脈衝。望遠鏡的參數剛好調到適合於接收脈衝,這是我們的運氣。

  這些脈衝星被歸結成旋轉的中子星。這個發現是1967年進行的,而在1968年成為眾所周知。那時候我們不知道它們是什麼;但是它們必須很小才行。我在第一篇發表的文章中建議,這是振動中子星,或者是振動白矮星,但是中子星的可能性更大些。這種想法在十二個月後得到證實,中子星從此進入了天體物理的領域。

  這一切是如此激勵人心。我指的是,誰會夢想到你會從天空接收到似乎是智慧的訊號呢?天空中究竟什麼東西在發射脈衝呢?我們考慮了所有種類的事物,再加以排除,譬如說未知的美國飛機或者從月亮反射回來的訊號等等。這些局部的可能性都被排除後,我開始認真地思索,我們也許首次接收到真正的、智慧的訊號,這是從某個天外文明來的訊號,我們將其稱為小綠人。

  然而,我的研究生約瑟琳·貝爾進一步檢查記錄,我們得到越來越多的這種脈衝訊號,最後事情變得清楚了,我們必須去尋求其他解釋;它不是小綠人,儘管我有一陣把它當真。你不能輕易地把它趕走。

  這正如一則偵探故事:如果只有一個答案,也就是說,只有一個犯罪的人。把行星運動排除了之後,我就知道,脈衝不能來自於一個行星。該脈衝非常狹窄,這顯示該發射物體非常小。由於從大物體不同部分來的輻射旅行時間不同,你不能指望它發射出短的、尖銳的脈衝。它必須是某種非常緊密的東西;它必須是尺度比幾千公里更小的物體,而且在恆星那樣遠的地方。

               史蒂芬·霍金

  我參加了宣佈發現脈衝星的演講會。房子裡裝飾著剪紙的小綠人。最先發現的四個脈衝星被命名為從一到四的LGM。「LGM」是「小綠人」的縮寫。

                基帕·索恩

  我是在一次廣義相對論和引力的國際會議上首次見到史蒂芬。我剛得到博士,而史蒂芬正處在他的劍橋博士論文研究的晚期。那時他拄一根枴杖走路,有一點搖搖晃晃的。可是他講話非常清楚,稍微有點遲疑。我直到後來才真正理解他疾病的含義。

  這次會議,是在史蒂芬研究宇宙學奇點工作的早期召開的。他的研究是用羅傑·彭羅斯開創的技術,來研究宇宙的大尺度結構。我們在休息室裡短暫交談,使我對他所進行的研究以及發展的思想留下十分深刻的印象。很清楚,這是根據彭羅斯設計的基本技巧。彭羅斯把它們應用到黑洞的框架中,而霍金把它們引進到宇宙的框架中。

  史蒂芬也許是唯一的強有力的具有這種本領的人,他比其他任何人都要快得多地進入這一切,他掌握了技巧,開始應用它們,並且如此迅速地出發,任何其他人都望塵莫及。現在我回顧起來,這是非常明顯要做的事。但是人們總是驚訝,人們回顧的觀點究竟多少代表實在的情形。

               羅傑·彭羅斯

      史蒂芬·霍金的畢業論文是由羅傑·彭羅斯和鄧尼斯·西阿
    瑪會試,該論文是對彭羅斯關於在一顆恆星把自己燃料燒盡並坍
    縮成一個黑洞時過程的研究的發展。他現任牛津數學研究所的羅
    斯·玻勒數學教授。

  我記得和我的朋友厄弗·羅賓遜進行熱烈交談,我們接著穿過一條街道。在我們穿越時,交談自然停止。然後我們到了另一邊。在穿過馬路時,我顯然得到某種觀念,可是交談又重新開始,它在我頭腦中被完全遮蓋了。只有當我的朋友離開後,我開始有一種興奮莫名的感覺,一種非常美好的感覺,然而我搞不懂為什麼有這種感覺。所以我把整天的活動回顧一遍,去尋找任何會引起這種感覺的事件。接著我逐漸地把我跨過馬路時所獲得的這個思想觀念挖掘出來。

      彭羅斯的觀念顯示,如果一顆恆星坍縮超過一定程度,它將
    不可能再膨脹。相反的,空間——時間的一個奇點將會發生,在
    這一點,時間將會終結並且物理定律會失效。在彭羅斯的結論之
    前,人們以為,如果一顆恆星不是完美的球形或者恆星稍微旋轉,
    則該坍縮恆星的物質可避免導致無限緊密。相反的,坍縮物質也
    許會高速穿越並重新膨脹。

               鄧尼斯·西阿瑪

  彭羅斯宣佈了他的結論:當一些恆星不斷地坍縮下去,只要滿足某些非常廣泛的條件,而且是任何人都會認為合理的條件,它們就會變成一個奇點。

  史蒂芬·霍金開始第三年研究生課程時,我記得他曾說過:「這個結論非常有趣,我在想是否可以用來理解宇宙的開端?」他的想法是,只要你在心理上把時間逆轉,就可把膨脹的宇宙認為是一個坍縮的系統;它有點像一個非常巨大的坍縮星。人們同樣可以考慮:在那種時間意義上,當宇宙坍縮時,它達到一個奇點。或者在正常的時間意義上,我們得到從大爆炸起源的爆發。在非常對稱的宇宙模型中,這爆發肯定是奇性的。

  史蒂芬接著說:「也許和彭羅斯恆星定理相同的考慮也能成立。」也就是說,甚至在一個實際上不規則的宇宙中,開端也許必須是奇性的。它再次不僅是一個有趣的結果,由於它意味著廣義相對論在宇宙最開初時無效,所以導致智慧的危機。因此,史蒂芬說:「我想把彭羅斯結論應用到整個宇宙上。」

  他在研究生的最後一年做到了這一點。

  採取彭羅斯的方法絕非易事:結果非常傑出。如果你翻閱他的論文就知道,最後一章包含了他解釋宇宙開端的第一道奇性定理。

               史蒂芬·霍金

  彭羅斯的結論就是第一道奇性定理。為了證明,彭羅斯把某些全新的技術引進廣義相對論。我沒有出席他在倫敦的定理發表會,可是第二天我聽到了。因為我正在考慮相當類似的問題,過去是否有奇點作為時間的起點,或者宇宙早先是否有過一個收縮過程和反彈。我能夠利用彭羅斯和我自己的一些方法顯示,如果經典廣義相對論是正確的,則在過去必須有一個奇點,這正是時間的開端。任何可能存在此奇點之前的東西都不能被認為是宇宙的一部分。

               白納德·卡爾

      白納德·卡爾跟隨史蒂芬·霍金做他的研究生論文。1974年
    他還伴隨霍金一家到加州理工學院,他在那裡幫助照顧史蒂芬。
    他目前在倫敦大學的瑪麗皇后和西費爾德學院教物理。

  史蒂芬和羅傑·彭羅斯是兩位偉大的相對論家,他們研究非常類似的問題。他們最後得到了著名的定理,在宇宙的開端處必須存在奇點,也就是相對論失效的地方。他們的發現在某種意義上可以視為:廣義相對論在非常特殊的情況下預言了自身的失效。

  奇點以兩種情況出現,它們在黑洞的中心出現,這是羅傑·彭羅斯證明出來的;但是我們還能指出,在極早期宇宙中必須存在一個奇點,這是霍金和彭羅斯共同證明的。

  如果經典相對論在奇點處失效的話,究竟會發生什麼?人們只要說,因為我們知道理論失效了,所以就放棄算了。當然,量子引力的目標正是為了解決這個問題。

               史蒂芬·霍金

  對遠處星系的觀測顯示,它們正離我們而去:宇宙正在膨脹。這指出星系在過去必須靠得更近。由此就產生了這個問題:是否在過去的某一時刻,所有星系都互相疊在一起,而宇宙的密度為無限大?或者原先存在一個收縮的相,星系在這種相中能夠避免相互撞到一起?也許它們會相互穿越並重新開始相互離開?這個問題需要新的數學工具才能回答。這些工具主要是羅傑·彭羅斯和我在1965和1970年間發展的。我們利用這些工具指出,如果廣義相對論是正確的話,過去必須存在過無限緊密的狀態。

  這個無限密度的狀態被稱為大爆炸奇點,它是宇宙的開端。所有已知的科學定律在奇點處失效。這意味著,如果廣義相對論是正確的話,則科學不能預言宇宙是如何開始的。然而,我更近期的工作指明,如果我們加上量子力學的理論,也就是非常小尺度的理論,則可以預言宇宙是如何開始的。

                基帕·索恩

  在50年代或更早的時期,廣義相對論大體上是數學的一個分支;把它引進物理學主要應歸功於普林斯頓大學的約翰·惠勒。物理學家詢問真實世界的問題,諸如什麼是基本粒子的性質?基本粒子由什麼構成?而幾十年來廣義相對論的權威人士一個典型的課題是,他們想以數學上嚴謹的方式,推論出制約在彎曲空間——時間中理想粒子的運動定律。這個課題的動機主要是想找出廣義相對論結構更深入的數學解釋,而不是要深入瞭解宇宙本質的核心。

  所以50年代是思考彎曲空間——時間的方式劇變的時期,從考察數學結構到開始按照物理來思考。這要歸功於惠勒:有些人稱他為黑洞的鼓吹者,由於他的熱情,令人信服地洞察出黑洞是物理中最激動人心的問題,是要真正理解宇宙和物理基本定律的人所應該研究的。

  大約在這個時期,約翰到劍橋演講,他強烈影響了鄧尼斯·西阿瑪小組的成員,最終也影響了史蒂芬·霍金。他對物理學中什麼問題重要有極好的判斷力,他說服我們黑洞正是未來物理發展的中心。

                約翰·惠勒

      約翰·惠勒是八本書的編者、合作者或作者。他是奧斯汀德
    克薩斯大學和普林斯頓大學的名譽教授。他獲得十六所大學的名
    譽學位。他在1969年創造了「黑洞」這個術語。

  1969年我們在紐約市阿姆斯特丹大道的太空物理研究所開會。我說,在做最後結論之前,還必須把另一個東西提出來,這就是引力完全坍縮的物體。而你在重複諸如「引力完全坍縮物體」用辭十次以後,就會覺得必須有一個更好的名字。這就是我開始使用「黑洞」這個術語的緣由。

               布蘭登·卡特

      布蘭登·卡特生於澳大利亞,在劍橋彭蒙布洛克學院學完本
    科之前在蘇格蘭受教育。他繼續在劍橋的應用數學和理論物理系
    研究和教學。1975年他在法國國立科學研究中心工作。1986年他
    成為巴黎天文臺的研究主任。

  奧本海默最先開始思考黑洞的含義和形成,不過黑洞這名稱是二十年後才出現的。可是直到50年代人們才接下去研究。尤其是約翰·惠勒貢獻良多。在英國,關鍵人物是我的導師——也是史蒂芬·霍金的導師鄧尼斯·西阿瑪。鄧尼斯在英國和惠勒一樣起帶頭作用:他使大家產生興趣。羅傑·彭羅斯便是其中一人。彭羅斯獨一無二的貢獻是把許多現代數學的方法、高等拓補學和微分幾何用來解決純理論數學家從未想去著手解決的問題。

  「黑洞」這個名詞的發明使事情大為改觀。沒有通俗的詞彙,則不僅和其他領域的人——甚至和專家交流都很困難。由於缺少一個詞,實際上在研究同樣問題的人,彼此都不知道。

  約翰·惠勒發明了這個術語後,情形就戲劇性地改觀了。這並非第一個名稱,以往還用過其他術語,可惜不受歡迎。在全世界,無論是在莫斯科、美國、英國和其他地方,所有人都採納它,他們都知道是在講同一件東西。不僅如此,整套概念一下子就傳到大眾中去,甚至科幻作家也能對此說三道四。

                約翰·惠勒

  朋友們問我:「如果黑洞是黑的,你怎麼能看到它呢?」而我答道:你曾經去過舞會嗎?你看到過年輕的男孩穿著黑色晚禮服而女孩穿著白衣裳在四周環繞著,他們手挽著手,然後燈光變暗的情景嗎?你只能看到這些女孩。所以女孩是正常恆星,而男孩是黑洞。你看不到這些男孩,更看不到黑洞。但是女孩的環繞使你堅信,有種力量維持她在軌道上運轉。

               史蒂芬·霍金

  掉入黑洞中成為科學幻想的恐怖。可是實際上,黑洞現在可以說成是真正的科學事實。

  當然科幻作家大書特書的是,如果你真的掉進黑洞中將會發生什麼。一般看法認為,如果黑洞在旋轉,你就可以穿過空間一一時間中一個小小的洞,而通到宇宙的另一個區域去。這顯然為空間旅行提供了極大的可能。的確,如果我們要旅行到其他恆星,不用說到其他星系去,要使這種願望將來可行,需要這樣的可能性。否則的話,沒有任何東西能比光旅行得更快這個事實表示,到最近的恆星來回旅行至少要花八年時間。所以別想到α-半人馬座度週末了。另一方面,如果人們能穿過一個黑洞,也許他可以在宇宙任何地方重新出現。如何選擇你的目的地則完全不清楚:也許你想到處女座渡假,而結果卻到達蟹狀星雲。

  但是,我只能遺憾地使期望星際旅行的觀光客失望,這個假設是不成立的;如果你跳進一個黑洞,你會被撕裂並被壓搾到完全不存在。然而,在某種意義上可以說,組成你身體的粒子繼續在其他宇宙中存在下去。我懷疑對進入黑洞而被壓製成像麵條的人,知道他的粒子也許還會存在,是否會感到一些安慰。

                約翰·泰勒

      約翰·泰勒是倫敦國王學院的數學教授。70年代他進行了許
    多有關黑洞的研究,寫了一本這個課題的暢銷書。最近他從研究
    宇宙學改為研究神經系統。

  如果有一個黑洞非常大,由質量相當於我們星系的物質所構成,所以它的事件視界大約具有太陽系的半徑。人們從事件視界掉落時沒有任何特殊的感覺。然後,大約一個禮拜後、他開始感覺到壓迫,他被拉得越來越長,而且變得稍微瘦一些,當然,他開始被壓擠,直到變得非常長非常細,而且相當難看。兩周以後他就會落到黑洞中心,然後死去。那當然是引力坍縮的問題。

  可是在中心發生了什麼呢?在中心,標準引力加上一點經典物理就告訴你,你會消失。這真荒謬。這太糟糕了,你正在毀滅用來做這些預言的整個模型結構。

  事實上,有一次我曾充當論文競賽的裁判,其論題是如何通過黑洞並且生存下來。我面臨的問題是不知如何評獎。如果我說:「哎,那似乎是篇好論文,」則求證它的正確性唯一方法是,按照實驗落到黑洞中去——我假想你會要求該論文作者和你同行。可是問題在於,如何把結果告訴世界上其餘的人?你是否得帶著要頒給他們的獎一起去呢?他們到達中心時要如何處理那個獎呢?

  實際上,由落到黑洞中心的物體會突然消失這個事實可知,引力和經典物體模型本身包含了它毀滅的原因。現在,當它也許在最後的十萬億億億億億分之一秒的時間裡被極力壓縮,就在那一時刻起,時間和空間的性質大大地改變了。而且為了檢測那最後的、絕對短暫的時間,隨著所有物質流進去並且坍縮,它自身壓縮並加熱而得到非常高的能量,所以人們必須使用極高能量的效應。換句話說,你要重新經歷一遍整個宇宙的開端,你回到了非常坍縮的狀態。

  為了描述它,我們需要這些量子效應,也就是使你避免實際消失的不確定性效應。可有許多原因用來解釋所發生的。就第一原因而言,一個非常好的、並且也許是正確脫離這困境的原因是:當你回溯過去,從而不斷趨近大爆炸的開端,就能避免被毀滅,或者當你落到一個黑洞的中心去,時間在流逝,你的手錶時間,當然你的手錶或手腕都很悲慘地毀滅,但是活動在繼續進行,而時間就是活動。現在,當你越來越接近中心,也許是活動時間擴展開來,這樣你不僅僅是必須度過十萬億億億億億分之一秒,你不斷地向黑洞中心接近,但永遠不能到達,由於總有新的活動發生。可以想像一個無窮層數的洋蔥,你一層一層地把它剝開,在有限的時間裡只能剝一層,而你想到達該洋蔥的中心。當你每剝一層時,它就是一個新的活動,你可以好比一秒鐘剝一層。掉到黑洞去的情景很可能就像是這個樣子。我認為,宇宙的開端最可能像這種樣子。在那種情形下,如果永遠有活動可以回溯,則永遠不會出現開端,時間被不斷地延伸,因此不可能存在最初原因。我們探究最初原因,是因為我們不理解時間在那種非常奇怪、非常奇妙的環境下受到如此重大的改變。這些正是我們所要適當考慮的。

  當一個人掉進黑洞裡去,他當然可以回頭看。正如你所預料到的,他能看到一起掉進去的其他東西。當一個人掉進去時,他將看到非常奇異的變形。如果一個人躲開奇性的環,他就可穿越到另一個更遙遠的宇宙去。該宇宙在一定程度上是我們自己這宇宙的翻版。但是我們不知道它的演化過程是否和我們的宇宙一樣。

  例如,人們可以猜測,他也許根本不能遇到自己的星球以及自己的同類:也許那邊環境完全不同。想知道這些宇宙中會發生什麼事會想破腦袋。

               布蘭登·卡特

  就在你看不到外面世界之前,你會看到一些事件發生,看到它們發生的速度正如煙火表演那麼快。雖然你能看到未來發生的每一件事,但是從科學的觀點看,它進行得如此之快,你根本沒有時間去分析,這真是令人沮喪。你無法全部吸收,最後事情會爆發得如此快,以至連你本身都被它毀滅。這是結束一個人生命非常刺激的方式。如果有機會的話,我會採用這種方式。

               史蒂芬·霍金

  我女兒露西出生後不久的一個晚上。當我要上床時,開始思考黑洞的問題。我的殘廢使得這個過程相當慢,所以我有許多時間。我忽然意識到事件視界的面積總是隨著時間增加。我對自己的發現如此之激動,以至於當晚沒有睡多少。事件視界的面積增加,暗示黑洞具有熵的含量,它測量黑洞所包含的無序度。而且如果黑洞具有熵,它就必須有溫度。然而,如果你把鐵鉗放在火中加熱,它會發紅並發出輻射。可是黑洞不能發出輻射,因為沒有任何東西可從黑洞逃出來。

               鄧尼斯·西阿瑪

  1974年,史蒂芬·霍金首次發表關於輻射黑洞的著名文章。實際發生的過程是,一位以色列科學家雅各布·伯肯斯坦在之前一兩年建議,黑洞有些古怪性質使它們看起來像熱力學系統。伯肯斯坦建議,也許黑洞正如平常熱體一樣具有溫度和熵,其溫度和黑洞的質量成反比。那就意味著小質量的黑洞比大質量的黑洞更熱,熵和黑洞水平的面積成正比。[3]
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  [3] 雅各布·伯肯斯坦是普林斯頓約翰·惠勒的研究生。他在以色列比爾謝巴的本格烏裡恩大學教書多年,現在在耶路撒冷希伯萊大學的拉卡物理研究所工作。

      熱力學是物理學的一個分支,它研究熱和能量的關係。熱力
    學第二定律也許是最著名的。它指出,一個孤立系統的熵或無序
    度總是增加:雞蛋一旦掉到地上被打碎,不大可能再恢復成原先
    的形狀。

               史蒂芬·霍金

  廣義相對論是所謂的經典理論。它對每一個粒子預言一條單獨的、確定的途徑。但是根據量子力學,這個二十世紀另一偉大的理論,粒子存在機遇和不確定的因素。1973年訪問莫斯科時,我和雅可夫·捷爾多維奇,這位蘇聯氫彈之父討論量子力學在黑洞中的效應。此後不久我有一個最令人驚奇的發現。我發現粒子會從事件視界漏出來而且逃離黑洞。

  我首先告訴了西阿瑪這個發現,但是很快就意識到紙包不住火,這個消息保不住。在我吃生日大餐時,接到羅傑·彭羅斯的電話。他非常興奮,講了又講,以至於我的大餐完全冷了。那是我非常喜愛的鵝肉,所以很可惜。

                約翰·惠勒

  有一天雅各布·伯肯斯坦走進我的辦公室。「雅各布,」我說,「當我把一個熱茶杯放在一個冷茶杯旁邊時,總是感到很不安。我讓熱從一個杯子流到另一個杯子,增加了宇宙的無序度,我犯的罪過永遠在時間長廊中不斷迴響。可是,雅各布,如果有一個黑洞在附近徘徊,而我只要把這兩個茶杯都扔進去,不就銷毀了犯罪證據,是嗎?」

  雅各布看起來有些困惑,後來他回來告訴我:「不,你並沒有銷毀犯罪的證據。黑洞把你所有發生的事記錄了下來。所以黑洞的熵,也就是無序度增加了,因此永遠會顯現你的罪證。」

  黑洞的無序度是多少,伯肯斯坦提供了一個近似值。史蒂芬·霍金和布蘭登·卡特讀到了伯肯斯坦的結論,他們感到非常困擾,甚至著手去證明這是錯的。可是,他們越研究就越發現和他的結論一致。史蒂芬·霍金甚至研究得更深遠,他設計出一個方案,用來理解粒子如何從黑洞出來,以及黑洞的溫度不僅是理論上的溫度,而且是粒子從黑洞蒸發出來時的真實溫度。

  黑洞並不是完全黑的。跟太陽一般大的黑洞大約溫度是高於絕對零度的一百萬分之一度——很微小,不過仍是有溫度。

               史蒂芬·霍金

  在我和布蘭登·卡特合寫的一篇文章中,我們指出了伯肯斯坦理論中一個致命的缺陷。如果黑洞具有熵,就應該具有溫度。如果具有溫度,就應該發出輻射。可是如果任何東西都不能從黑洞逃脫,黑洞又怎麼能發出輻射?我必須承認,我寫這篇文章的部分動機是不高興伯肯斯坦濫用了我的事件視界面積增加的發現。最後的結果證明基本上他是正確的,雖然是以他絕未預料到的方式。

               鄧尼斯·西阿瑪

  對於和熱力學之間的這些相似,霍金起初只覺得好奇。而伯肯斯坦斷言,它們是真正的熱力學性質。因為史蒂芬·霍金和詹姆·巴丁以及布蘭登·卡特在1973年寫了一篇非常重要的文章,他們把這篇文章直截了當叫做《黑洞力學的四個定律》,而不叫著《黑洞熱力學的四個定律》,所以你可以跟隨他的思想演化。他們探討這些相似性,但是強調這不是真正的熱力學,而且他們有很充分的理由這麼說。因為那個時候人們認為,一個熱的黑洞仍然不能輻射;而如果一個熱體不能輻射,你的熱力學就失效,所以這些類比並無深意。

  那是1973年的事。然後,在1973和1974年之間,霍金在研究當一顆恆星坍縮之際,把量子力學效應引進它的外圍區域時會發生什麼事。他利用複雜的計算發現了:坍縮恆星變化的引力場會存在輻射。他的計算是如此複雜和繁複,對我來說簡直是奇跡!

  因為在量子力學中,當一個場改變時就會產生並輻射出粒子,所以也許任何人都會預料到上述結果。這個計算中始料未及的是,在坍縮的最後階段,當恆星接近成為黑洞的條件時——也就是當它變成如此緊密,以至在經典意義上輻射不能再離開黑洞——存在著殘餘的輻射,而這殘餘輻射具有黑洞溫度表徵的熱譜。這溫度正是伯肯斯坦原先引進的。這是關鍵性發現。

  我記得1974年訪劍橋時,遇到馬丁·雷斯,他激動得顫抖。[4]
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  [4] 馬丁·雷斯是史蒂芬·霍金的合作者,現在劍橋的天文研究所任職。

  他說:「你聽說史蒂芬的發現了嗎?一切都不同了,一切都改變了!」

  「你說什麼?」我問道。雷斯向我解釋說,由於量子力學效應,黑洞像熱體一樣輻射,所以不是黑的。這就引進了熱力學、廣義相對論和量子力學的新統一,這會改變我們對物理的理解。

  後來由我協助召開在牛津附近盧瑟福實驗室的一次會議,史蒂芬來參加了。大家都很激動,我記得有人站起來說:「你一定弄錯了,史蒂芬,我一點也不相信!」

               約翰·泰勒[5]

  我曾說過,我並不滿意用負能量粒子產生來解釋。不過我覺得這是科學爭論的一部分。你必須妥協。我為自己能參與其中而感到高興。這才是其中樂趣。你知道,如果所有人都坐下來附和說:「啊,真不錯」,而在大家頭腦中仍有懸疑的問題,那不是對科學負責的態度。但是除了那一次向他質疑之外,我並非反對派。
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  [5] 約翰·泰勒是最初提出反對意見的科學家。

               史蒂芬·霍金

  我仍然不能完全相信它。直到我找到了黑洞能夠發生輻射的機制後,才使自己信服。根據量子力學,空間充滿了虛的粒子和反粒子,它們經常成對產生、分開,然後聚到一起並相互湮滅。黑洞存在時,一對虛粒子中的一個會掉到黑洞中去,而另一個由於失去與之湮滅的夥伴而留存下來。被遺棄的粒子就是黑洞發射的輻射。量子力學允許粒子逃離黑洞,這是愛因斯坦的廣義相對論不能允許的事情[6]。
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  [6] 在量子力學中虛粒子是永遠無法直接探測得到的,但是它的存在具有可測量的效應。
  每一類型的物質粒子都有一種對應的反粒子。當一個粒子和它的反粒子碰撞時,它們會湮滅,只留下能量。


  由於量子力學中的機率和不確定性,愛因斯坦從未接受過它。他說道:「上帝不玩骰子。」看來愛因斯坦犯了雙重錯誤。黑洞的量子效應暗示,不僅上帝玩骰子,而且它有時候把骰子丟到看不見的地方去。

               鄧尼斯·西阿瑪

  雅可夫·捷爾多維奇,這位蘇聯著名的天體物理學家和宇宙學家也拒絕相信它。可是花了幾個月的時間,人們就清楚了,這種論證是正確的。這個發現除了驚人地出乎預料的性質之外,它的原始計算是相當複雜的,其效應是由正在發生的更大現象來的小的殘餘效應。正如在物理學中經常發生的,一旦人們得到這種觀念,他們就澄清討論,使之更為清晰。幾個月後所有人都相信它是正確的,它根本改變了我們對物理學的理解。

  霍金效應描述的黑洞輻射還未被觀測到,但這並非霍金的過錯。這是因為對於自然產生的黑洞,如可能在天鵝座X-1[7] 中的那一個,這個效應太弱以至於觀測不到。
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  [7] 天鵝座X-1是離地球六千光年遠的一個星座。許多科學家相信它包含一個黑洞。在另一個只能在南半球看得見的星系——大麥哲倫星雲中,人們相信存在另一個黑洞。

  他曾經努力尋找觀測效應,因為他在一系列有趣的工作中提議,也許存在低質量的太初黑洞[8]。
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  [8] 太初黑洞是當宇宙非常年輕時產生的黑洞。

  你瞧,黑洞的質量越小,它的溫度就越高。當然,黑洞越熱,則它釋出的輻射功率就越大。而且,隨著它的輻射並且質量損失時,它變得更熱,輻射得更快。這樣,最終的結局是一次劇烈的爆炸。事實上,霍金計算出,除了宇宙本身的大爆炸起源以外,這爆炸比科學中任何已知爆炸都更激烈。

  整個問題在於:這個過程需要多長時間?如果有一個太陽質量的黑洞,而且你認為它現在開始輻射,則需要花費比現在宇宙年齡長大約十的六十次方倍才會這麼劇烈的爆炸,這個時間真是長得不可思議。可是,如果你有一個質量大約為一座小山那麼大的黑洞,就會在大約宇宙年齡的時間裡爆炸。

  因此霍金說,具有這種質量且在早期宇宙形成的太初黑洞,也許現在正在爆發,我們可以在伽瑪射線以及射電波中尋找這些爆炸。由於稱作伽瑪射線爆的起因還不清楚,所以人們有一陣子十分激動地認真尋求從爆發黑洞出來的伽瑪射線。可是,現在我們已經完全知道,它們並不是史蒂芬的黑洞爆炸。

  當然,你沒看到它們的事實並不意味著這思想是錯的。它可能表明並沒有形成許多這麼低質量的黑洞。不管怎麼說,這些效應是太弱了,以致無法直接在實驗室裡觀察到,正因為這個原因未被檢測到。

               白納德·卡爾

  約翰·惠勒有一次說過,談論史蒂芬理論猶如在舌頭上含一塊糖。物理學中的許多突破的確如此。它們和流行觀念對抗,但是一旦你擁有它們,它們的四周就有了真理的光環。

                基帕·索恩

  霍金輻射發現的前奏是霍金和捷爾多維奇之間的一次會面, 當時我也在場。1973年史蒂芬和簡決定訪問蘇聯。由於我是莫斯科通,他們邀我和他們同行。這樣子我就去了。我從1968年起就和蘇聯科學家合作研究,經常有來往。

  捷爾多維奇是史蒂芬想見的關鍵人物,反之亦然。在蘇聯,捷爾多維奇和安德雷·薩哈洛夫得到過的勳章數量僅次於勃列日涅夫,而勃列日涅夫的勳章有點滑稽可笑。捷爾多維奇和薩哈洛夫是蘇聯氫彈的關鍵設計者。60年代初,他們兩人都離開了核武器的研製,並開始研究宇宙學、黑洞以及相關的領域。

  捷爾多維奇在1969年左右意識到旋轉的黑洞應該發出輻射,而這種輻射應是廣義相對論和量子理論的結合或半結合的產物。可是捷爾多維奇相信,這個旋轉黑洞所發出的輻射會使黑洞旋轉變慢,然後輻射會停止。這樣,輻射基本上是由黑洞的旋轉能量產生的,輻射來自靠近視界外的區域,而發射輻射會使黑洞停止旋轉。

  1969年捷爾多維奇告訴我,他相信這會發生,但是他的廣義相對論的基礎不足,證明不了它。他僅僅憑直覺知道這一點。我認為他發瘋了,所以我們打賭,他賭說仔細計算最終將證明這是事實,而我賭這不會發生。

  1973年當我和史蒂芬回去時,因為那時候已經很清楚旋轉黑洞必須發射這種輻射,所以輸了一瓶白馬牌蘇格蘭酒給他。

  但是史蒂芬不知道這個思想。當他得知捷爾多維奇的思想時,捷爾多維奇的解釋並不使他完全信服。他要用自己的方式來思考。

  史蒂芬回到劍橋後思考了幾個月。他意識到,甚至非旋轉黑洞也會發射輻射,因此黑洞會蒸發,這比捷爾多維奇的能把黑洞的旋轉能量發射出來的結論遠為前衛。

  捷爾多維奇死於1988年。他真是個了不起的人物。直至戈爾巴喬夫時代,他才得以到西方旅行,不僅因為他是猶太人,還因為他深深地捲入到氫彈的研製。他不理解廣義相對論,然而他憑直覺知道旋轉黑洞會蒸發。

  可是他的直覺並沒有告訴他,一個非旋轉的黑洞會蒸發。事實上,捷爾多維奇是在這個問題上最晚讓步的人。兩年之後,史蒂芬在數學上指出,一個非旋轉的黑洞必須完全蒸發光。那時,我剛好在莫斯科,而且發現沒有一個蘇聯人相信。他們為什麼不相信呢?因為捷爾多維奇不相信。

  後來我在各研究所做了一系列演講,描述史蒂芬的原始計算,以及他和詹姆·哈特爾合作的不同方式的計算。這些演講迫使捷爾多維奇和亞歷山大·斯塔拉賓斯基一一他優秀的年輕學生,回去以他們自己的方法,重新思考。

  即將離開莫斯科前的星期天晚上,捷爾多維奇打電話給我。他說:「到我的寓所來,我有話跟你說。」

  我正急切地要完成和某人的合作文章,但只要捷爾多維奇呼喚,我就會毫不猶豫地去。我用手招呼路過的摩托車,他一直帶我到了捷爾多維奇寓所。莫斯科沒有出租車,所以必須揮手招呼摩托車。我進去敲門,發現捷爾多維奇和斯塔拉賓斯基在那裡。他們伸出手來說:「我們輸了。霍金是對的,我們錯了。」

               史蒂芬·霍金

  黑洞輻射向我們顯示,引力坍縮不是我們曾經一度以為的那樣,是最後的階段。如果一位太空人掉到一個黑洞中去,他將會以輻射的形式回到宇宙的其他部分去。從這觀點來看,該太空人在某種意義上被再循環了。

  然而,因為當任何人在黑洞中被撕碎時,他的個人時間概念達到了終端,所以這種不朽實在是非常可憐的。

                基帕·索恩

  到1975年止,我為物理學打過許多次賭,除了和捷爾多維奇那一次,每次都贏。我和史蒂芬打了一個賭,它是關於在天鵝座X-1中是否存在一個黑洞。大約在那個時期,為了建立解釋天鵝座X-1的詳細模型,我做了一些工作,所以我打賭的動機是,如果在天鵝座X-1中果真有一個黑洞的話,則那個模型就不會完全無用。

               史蒂芬·霍金

  我和基帕·索恩打賭說,在天鵝座X-1中沒有黑洞,這對我來說像是買保險。我為研究黑洞做了大量工作,如果黑洞不存在,我花的工夫就都白費了。所以,如果黑洞存在,基帕就會得到一年的《閣樓》。如果不存在,我將得到四年的《私人眼睛》作為安慰獎品。

                基帕·索恩

  由於史蒂芬的手逐漸地不聽使喚,他必須開始發展他的幾何論證。這樣他就可以在他的頭腦中以圖形來進行這些論證。他發展了一系列非常強有力、任何人都沒有的工具。所以,在某種意義上,當你失去一套工具時,你可以發展其他工具。而新的工具比舊的工具對不同的問題更為適用。而如果你是世界上唯一擁有這些工具的大師,那就表示某類問題只能由你解決,而任何人不容置喙。

               伊莎貝爾·霍金

  他自己說過,如果他沒得病,就不會達到目前的成就。正如薩繆爾·約翰遜說過的,你得知會在夜盡天明時被吊死,將使你思想極為專注。若在另外的情形下,我認為如果他不生病,可能不會如此專心研究,因為他總是對生活中許多事有極大興趣。我不知道如果他能到處走動的話,他是否會以同樣的精神獻身研究。當然我不能說得這類病對任何人是一種運氣。但是就他而言,可比其他人少一些不幸,因為他可如此全心全意活在他的頭腦中。

               史蒂芬·霍金

  直到1974年,我還能自己吃飯和上下床。簡在沒有外界協助的情形下幫助我,並且帶大了兩個孩子。然而事情變得越來越困難。所以,此後我的一名研究生就和我們同住。

                當·佩奇

      當·佩奇1976年在基帕·索恩指導下在加州理工學院獲得物
    理學和天文學的博士。當史蒂芬·霍金在那裡做一年訪問學者時,
    他遇到了史蒂芬。當·佩奇是一名福音基督徒;他相信,理解這
    個宇宙可以揭示上帝的某些方面,但是上帝擁有比這個宇宙更多
    的東西。從1976年到1979年,當他在劍橋從事博士後研究時和霍
    金一家住在一起。現任愛德蒙頓的阿爾貝塔大學的物理教授。

  我通常在7點15分或7點半左右起床, 沖一下澡,接著讀聖經、禱告。然後在8點15分,我下去幫助史蒂芬起床。我經常在吃早飯時告訴他在聖經裡讀到的內容,希望這最後總有一些影響。

  我記得告訴過他一個故事。故事是說,耶穌遇到了一個瘋子,這個人被一群魔鬼附身。這群魔鬼要耶穌把他們轉附身到一群豬身上。這群瘋豬跑到懸崖邊緣跳到海中。史蒂芬提高了嗓門說:「哦,保護動物學會不會欣賞這故事,是不是!」

  另一次耶穌談論末日,他說末日來臨的時候,有兩個人在田裡幹活,上帝會讓一個人上天而另一個留下;還有兩個人在床上,一個人上天而另一人留下。史蒂芬在早餐時說:「兩個人在吃早餐,一個人上天,而另一個人留下。」他理解故事的要點,並且友善地接受。

  早飯後,我們開始工作。通常先看看是否有人寄來科學論文。這是些尚未在科學雜誌發表前請人看的論文。因為他不能翻動書頁,所以我得替他拿著,放在他面前,這也使我有機會閱讀它們。

  我發現,儘管霍金具有偉大的頭腦,他卻讀得相當慢。我可以用大約他兩倍的速度閱讀。其原因當然是,讓他回頭來再找是非常困難的,所以他必須過目不忘。而我只要快速瀏覽,如果我有興趣,並且想再深入研究,可以再回過頭來重讀。

                基帕·索恩

  有一次我到史蒂芬和簡家做客。晚飯後,在史蒂芬要上床的時候,他自己一個人上樓。我忘記了這是一段還是兩段的樓梯。這時史蒂芬已不能走路。他上樓梯的辦法是抓住支持欄杆的鐵柱把手,並用手臂力量把自己拉上去。要把自己從底層拖到二層需要費時又艱苦的奮鬥。

  簡解釋說,這是他復健的重要一環,為了盡可能長久地保持他肌肉運動的協調和力量。

  在我明白這緣由之前,看到他受這等煎熬,真是令人心碎。正如對史蒂芬其他的類似事情,一旦你瞭解他,你就會將那些事視作當然。然而,當你初見到這種情景時,一定會大吃一驚,會用非常感動的眼光看他。這只是日常生活的一部分——他用這種方法把自己拖到樓上去。

               伊莎貝爾·霍金

  我最討厭的一種事是任何時候身邊都有人。我忍受不了那些。然而他發現事情很有趣,他享受人生,他到處橫衝直撞。我認為這是難能可貴的。我和他父親都缺乏這種勇氣。我們只能讚賞,而且想不透他怎麼得到這種勇氣。

                當·佩奇

  有一年,霍金一家帶我一道去在威爾斯郡威耶河附近的鄉間別墅。這個房子在山上,有一段鋪好的人行道通到房子去。我當然希望盡量少走幾趟,所以就把備用的電池放在他的輪椅下。可是史蒂芬沒有意識到這一點,他不知道他的輪椅的負載已經達到了極限。

  他開始上坡並超前我不少——大約十米左右吧!然後他拐個彎進入房子,但是這剛好在斜坡上。我注意到史蒂芬的輪椅慢慢地往後傾倒下去。我想跑上去扶住,但是沒有來得及,他往後翻倒到灌木中去了。

  看到這位引力大師,被地球微弱的引力所征服,是令人震驚的一幕。

                基帕·索恩

  早在1970年代中期,有一兩次,史蒂芬和我討論他將來的命運。那時他似乎有非常清楚的圖像。他說,他預料最終會因為得肺炎而死。雖不知何時發生,可是一定會發生。他還預料,在此之前他的智力不會有任何退化,他對此信心百倍,他對自己的最終命運似乎泰然處之。
  
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