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寫給霍金:一個放牛娃的物理夢

史蒂芬·霍金,拍攝:Richard Ansett,英國國家肖像館收藏

撰文 | 楊榮佳(河北大學教授)

責編 | 呂浩然

知識分子為更好的智趣生活ID:The-Intellectual

霍金走了。這個消息來得有些突然,卻又在情理之中:人,又有誰能長生不死呢?

我接觸到霍金是在大學的時候,那時湖南科技出版社推出一系列優秀科普圖書,號稱「第一推動叢書」,霍金的《時間簡史》就是其中最廣為傳播的書。雖然生活拮据,我省吃儉用攢錢買下好幾本這些價格在當時不菲的科普書,除了霍金的《時間簡史》,還有彭羅斯的《皇帝新腦》、阿·熱的《可怕的對稱》和彼得·柯文尼的《時間之箭》等等。

這些科普書當中,我最喜歡的還是霍金的《時間簡史》,不僅語言幽默、視野開闊,把時間的歷史娓娓述來,還聯繫到與時間相關的最前沿的研究。雖然當時看不大懂,但我簡直著了迷,不僅在學校時看,暑假放假回家,上山放牛的時候都帶著身邊,一有空就坐在地上翻看。

這樣做的「嚴重後果」是:我這個一般院校的學生,竟然不知天高地厚地立下了一個志願,要自學物理。要自學,談何容易,時值九十年代上半葉,除了《大學物理》,相關教材在當時都買不到。去學校圖書館借,可能因為是工程類的院校,物理相關的書籍也非常之少,借了幾本和物理相關的書回去看,看不懂,主要是所用的數學是一大障礙。當時班上幾位同學在參加自學考試,從他們拿來的自學考試簡章上,我發現竟然沒有物理課程,但是有數學。於是,我決定先自學數學。

記得當時班上有9位同學報名參加自學考試,只有我最後堅持下來,並拿到了國防科學技術大學的數學本科文憑。拿到的時候,我已經參加工作一年多了。在一個偏遠的山區任教,初衷未改,從一位湖南師大畢業的高中同學那借來一本周世勛撰寫的《量子力學》、一本郭碩鴻的《電動力學》、一本《理論力學》、一本《熱力學和統計物理》,就像少林寺僧人修鍊武功一樣,我從這四大力學開始走上了物理之路。以霍金的《時間簡史》為起點,可以毫不誇張地說:沒有霍金,就沒有現在的我。

開始報考研究生的時候,目標太大,高過自己的能力,報的北大物理學院。第一次考試成績才250多分,英語僅38分,特別是英語聽力,基本靠瞎蒙。專業課之一的普通物理也只考得40多分,倒是量子力學和統計物理,考得「還可以」——起碼及格了。

第二次考試總成績310分,北大錄取線320分,按現在的調劑線,調劑一所985或211院校應該問題不大。遺憾的是當時沒有調劑一說,現在的調劑政策,不知造福了多少莘莘學子!這樣我只得再奮鬥一年,考慮到年齡和承受的壓力,這一次我選擇了報考湖南師範大學理論物理專業。通過兩年報考北大的歷練,我以第一名的成績考入湖南師範大學,在國內黑洞研究專家荊繼良老師的指導下攻讀碩士學位。

就這樣,我算是從學術上正式開始接觸霍金。讀碩期間,我複印了霍金和埃利斯的《時空大尺度結構》,自學了一段時間,因為晦澀難懂而放棄了。

2006年,世界弦論大會在北京召開,當時我在清華讀博,有機會參加了這次會議。會上,我不僅見到了霍金,還見到了威滕等其他著名物理學家。我現在還記得霍金作報告的情形:他坐在輪椅上,通過兩個手指頭按動鍵,電腦合成的聲音有些特別。那是在人民大會堂,報告結束的時候,一群小學生初中生跑到前面想仔細看看霍金的模樣,動靜比較大,把丘成桐、威滕等大牛都驚動出來,站在霍金的身邊「保護」他。

這並不是霍金第一次來中國,其實早在上世紀八十年代,他就曾來到中國。雖然他最主要的成果,如霍金輻射是在七十年代作出的,但當時中國的媒體並不發達,他的名氣也沒現在這麼大,所以當時的北京之行也就少有人知了。

霍金的主要科學貢獻在於:一、關於黑洞熵和黑洞輻射的研究,相關成果分別稱為貝肯斯坦-霍金熵和霍金輻射;二、關於量子宇宙學的研究,與哈特一起提出無邊界假說;三、與彭羅斯一起證明宇宙奇點定理。黑洞信息疑難也是霍金提出的,到現在都沒有解決。除此之外,霍金還在超引力、暴脹理論和超弦理論等領域做出了非常出色的研究。

黑洞輻射公式,來源:維基百科

我在讀博的時候,也做過一項與霍金的研究相關的工作。霍金根據黑洞輻射公式,算出一個史瓦西黑洞的壽命,簡稱霍金黑洞壽命。但是在接近普朗克尺度(1.6x10^-33cm)的時候,因為量子引力效應,黑洞可能不穩定,霍金計算黑洞壽命用的公式不再有效。我和張雙南老師推廣了魏格納不等式,應用到黑洞,可以避開霍金方法的不足,得到修正的黑洞壽命公式。

當然,除了學術上的成就,霍金堪稱勵志的人生經歷也常被人視為奇蹟。霍金自20多歲起就遭受漸凍症的折磨,醫生都認為他活不過兩年,然而事實卻是他不僅活了下來,而且還以驚人的毅力和超群的智慧在物理學基礎研究領域做出了驕人的成就。就是在2016年,霍金以第一作者的身份,在物理頂尖期刊PRL上發表關於黑洞軟毛的文章,在學術界引起較大反響[1]。

霍金不僅是舉世聞名的物理學家和科普作家,他還是一個人類終極命運的積極關注者。他不止一次地警示人類關注人工智慧發展的隱患和地球環境破環的長遠影響。

他生前曾給他孩子三個忠告:

1、記住永遠仰望星空,而不是計較你自己的得失(one, remember look up at the stars and not down at your feet.);

2、永遠不要放棄工作。工作讓你的生活有了意義和目標,如果沒有它,生活就毫無意義(two, never give up work. Work gives you meaning and purpose and life is empty without it.);

3、如果你能夠幸運的找到真愛,記住,那是非常珍貴的,不要對其置之不理(three, if you are luky enough to find love, remember it is rare, and don』t throw it away.)。

人類不是陰溝里的蟲子,不是鑽進錢孔里出不來的軟體動物,總得有一些人仰望星空。正如霍金所說:「什麼是讓人類獨一無二的品質?在我看來,超越極限是我們獨有的品質。今天,我們邁出了駛向宇宙的又一大步,因為我們是人類,我們的本質就是飛翔。」

斯人已去,但他的精神與方程卻能永存。願霍金教授在天堂里自由飛翔!

參考文獻:

[1] Stephen W. Hawking, Malcolm J. Perry, Andrew Strominger, Soft Hair on Black Holes, Phys. Rev. Lett. 116, 231301 (2016), https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.231301

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