漆燈尋黑洞，之字上危峰——緬懷霍金教授

他二十一歲患上漸凍人症，被醫生斷言只剩下兩年的生命，卻活了七十六歲。他幾十年間過著輪椅上的生活，足跡卻遍布全球，三次來到中國，兩次登上長城。他只能藉助語音合成器說話，幾分鐘才能講出一個簡單的句子，卻寫出了科普創作的豐碑《時間簡史》，銷量超過兩千萬冊，點燃了幾代人心中科學的火種。他被剝奪了一個理論物理學家用紙筆寫下計算的權利，卻能在腦海中推演整個宇宙的運轉，推開通往量子引力的大門。他在伽利略去世的整四百年後來到這個世界，又在愛因斯坦的誕辰，一個屬於圓周率的日子離開了我們，和愛因斯坦一樣經歷了七十六個春秋。

驚聞霍金教授去世！從此，劍橋大學應用數學與理論物理系，再不見那個在護士、助手和記者簇擁下，禁錮在輪椅上的身影，再不聞那個緩慢、幽默而磁性的聲音。我沒有語言可以表達心中的悲痛，謹以一篇短文，緬懷霍金教授。

霍金是一個公眾人物，但首先，他是一個科學家。所以，我們先從他的科學貢獻談起。

提起霍金，人們就會聯想到黑洞。黑洞是宇宙中最奇特的天體——它的引力場強大到，任何物體，只要進入黑洞的範圍（視界），沒有誰可以再從它的吸引中逃脫。我們不妨用金庸小說中獨孤求敗劍冢中的三柄劍，來類比霍金對黑洞以及相關領域的探索。

六十年代末至七十年代初：無名利劍，「凌厲剛猛，無堅不摧。」

年輕的霍金，通過證明愛因斯坦引力理論中的數學定理，「與河朔群雄爭鋒。」在這個時期，霍金與合作者們證明了黑洞的「奇點定理」、「無毛定理」與「面積定理」。這些定理都是只基於愛因斯坦的引力理論，並沒有考慮量子力學的影響。

奇點定理是說，落入黑洞的每一樣物品，最終都會被壓碎，並且落到一個點上。這個點密度無窮大，還沒法用已知的物理描述，叫做奇點。這個證明主要由彭羅斯完成。霍金等人證明了，我們的宇宙也有點像黑洞——如果我們能把時間無限朝前追溯，也會存在密度無窮大的奇點。

無毛定理是說，黑洞可謂「千洞一面」：黑洞的質量、所帶的電荷和旋轉的角動量，代表了黑洞的一切。「英雄不問出處。」無論這個黑洞來自超新星的爆炸、來自中子星的碰撞、來自小黑洞的火併、還是來自早期宇宙的漣漪，產生的黑洞看起來都一樣。黑洞的來處被迅速忘卻，只留下三個數字而身世成謎。無毛定理看起來神秘，其實也不難想像。比如地球為什麼是圓的？地球剛產生時可能奇形怪狀，但是地球的引力把物質拉向球心，最終就成了圓形，同樣「不問出處」。黑洞的引力極端強大，所以這個「不問出處」的性質表現得更加迅速和徹底。

面積定理是說，黑洞視界的表面積只增不減。好比人吃多了會變胖，黑洞吞下物體，表面積也會增大。而物體落入黑洞有去無回，於是黑洞表面積只增不減。

霍金早年的這些工作，看起來是「理所當然」的。可是，在愛因斯坦艱深的引力理論中，要想嚴格地論證這些定理，難度卻令人望而生畏。唯年輕的霍金持無名利劍，方才斬獲證明。

這裡再次強調，這些定理，都沒有考慮量子力學的影響。霍金在他的下一個十年，把量子力學融入了黑洞奧秘的探索。他的發現顛覆了他早年的結論，也顛覆了所有人對黑洞、引力以及時空的認知。

七十年代初至八十年代初：玄鐵重劍，「重劍無鋒，大巧不工。」

藉助世間之重器量子力學，霍金髮現，黑洞其實並不是黑的。

為什麼前人認為黑洞是黑的呢？因為黑洞引力過於強大，任何東西都跑不出黑洞，包括光。所以前人認為黑洞不發光，是黑的。

可是霍金髮現，考慮量子力學，其實黑洞會發光。

量子力學中，「真空」其實不是空的，裡面充滿了「量子漲落」。也就是說，帶正能量的粒子和帶負能量的粒子可以「憑空」產生出來，一小段時間後再相互湮滅。

這個性質看似玄幻，不過其實也不難想像。假想你我本來有同樣多的錢，不存在差別。這個沒有差別的狀態可以類比做真空。現在，你向我借了些錢，我們就不一樣了。這個有差別的狀態就是產生了粒子的狀態。錢多的你是正能粒子，錢少的我是負能粒子。量子力學就是說，我們可以相互借錢，只要及時還就行了——借得越多，要還得越早。

要是你向我借了錢，你跑不遠，因為我會追著你討債，直到你還錢，我們不再有差別為止（粒子的湮滅）。但是，如果我不幸掉進了黑洞呢？我沒法再跳出來討債，這樣你就可以自由地跑遠了。（當然，如果是借了錢的你掉進黑洞，少了錢的我可沒法跑遠，必須「追進」黑洞里找你討。也就是說，如果是正能粒子掉進了黑洞，負能粒子並不能因此跑出黑洞很遠。）

黑洞旁邊的量子漲落正是如此——負能粒子掉進黑洞，正能粒子趁機逃逸。因此黑洞會「發光」，也會發射出所有種類的粒子，因為所有的粒子都有量子漲落。黑洞發出的粒子，現在被稱為霍金輻射。對目前已知的黑洞，霍金輻射太弱太暗，目前以及可以預見的將來，都沒有實驗可以看到。但是其嚴密的邏輯，嚴謹的計算（當然不是本文的類比所能表現出來的），使霍金輻射成為物理學界已經深信不疑的金科玉律。

對物理學界，「黑洞不黑」不啻於一聲驚雷。一方面，宇宙中星繫結構的起源，來自早期宇宙中十分類似的原理（霍金也是其貢獻者之一）；另一方面，黑洞的霍金輻射，對人類的時空觀念進行了「降維攻擊」——二十年後，特·胡夫特和薩斯坎德意識到，黑洞物理其實告訴我們，我們具有四維時空的世界，應該等同於一個具有三維時空的世界。這個原理叫做全息原理，被認為是打開量子引力大門的鑰匙，為量子力學和引力如何融合提供了指引。

八十年代初至今：「四十歲後，不滯於物，草木竹石均可為劍。」

中年之後的霍金，思考的問題已不限於愛因斯坦引力與量子力學的邏輯推論，而是深入到了引力與量子力學之間的深刻衝突。

霍金提出了黑洞的信息丟失問題——作為量子力學的基石，信息是守恆的。知道一個系統現在的狀態，原則上我們可以推測這個系統的過去。可是，如果一本書掉進黑洞，又以霍金輻射的形式散發出來，那麼這本書里的信息還在嗎？我們能通過收集霍金輻射來推測這本書的內容嗎？這個問題困擾了霍金的後半生，也困擾了所有其他懂得這個問題的學者。直到兩年前（2016年），霍金仍然在嘗試解決這個問題。他和合作者在這個問題上的新的嘗試，依舊在學界蔚然風行，應者雲集。

中年之後的霍金，除了對黑洞和早期宇宙的研究，也猜想過宇宙的終極起源、猜想過時間箭頭的由來，猜想過物理定律為何如此般存在。現在的科學還不足以評判他的猜想，就像牌局中底牌還沒有亮出，尚無法斷定勝負。不過無論對錯，他的這些思想已成為人類智慧中的瑰寶，註定永傳。

你可能問，說霍金這麼厲害，為什麼沒有拿過諾貝爾獎？諾獎是衡量科學突破的重要標準，或許是最重要標準，但不是唯一準則。霍金的預言太難被實驗驗證，而諾獎從不授予尚未被實驗驗證的預言。這就好比一個科學家打開一座寶庫，如果後人能拿走寶物，供人把玩，這個科學家會得諾獎。霍金通過他的霍金輻射打開了一座寶庫，這座寶庫就是量子引力。寶庫中的寶物玲琅滿目，可是想觸及卻異常艱險，目前還沒人能拿走這些寶物。諾獎按規則不發給這種情況。但是，這兩種情況，哪一種更偉大呢？我想，沒有答案。

你也可能問，說霍金這麼厲害，那他和某某某科學家相比如何？無論這某某某是誰，只要是大家，我只能說無可奉告。科學研究不是擂台，沒有兵器譜，也沒有琅琊榜。科學家們做的事情不是在紫禁之巔分出勝負，而是並肩探索自然的奧秘。如果在認知本質的突破中，仍然非要分出自然的這件奧秘輕、那件奧秘重，是否把自然看得太輕佻了呢？

「公眾人物」霍金

回到「公眾人物」：霍金對世界的影響，遠遠超過了科學研究本身。比如一本《時間簡史》，三十年來譯成四十多種語言，銷售數千萬冊。每一個科學愛好者，都想翻開《時間簡史》，追尋萬物之理。每一個科普作家，也都想翻開《時間簡史》，探索成功科普的奧秘。

除此之外，霍金在科學周邊，也演繹著多彩的「科學人生」。

2009年，霍金向時間旅行者發出邀約。他辦了一個聚會，但是事先沒通知任何人，聚會之後才發出請柬。所以，只要不能回到過去，就沒有人能參加他的聚會。有些無趣的是，他的聚會上沒有迎來賓客。但是，誰知時間旅行者在不在，歷史能否被改寫呢？在通往未來的時間中，霍金教授已駕他的輪椅西去。但是，如果你是那個時間旅行者，請你列印出這張請柬，穿越到2009年6月28日。他還在那個聚會上等你。

2012年，霍金登上《生活大爆炸》扮演自己，把謝爾頓收為暈倒粉。2014年，霍金提出一個公式，計算英格蘭隊贏得世界盃的概率。可惜英格蘭遠征巴西，卻小組墊底飲恨而歸。

在他還有幾個手指可動時，他愛好在輪椅上飆車橫衝直撞，上至長城下至查爾斯王子的腳趾，都留下了他輪椅的軌跡。在他接受氣管切開手術後無法發聲時，仍然能和搖滾明星合作，在語音合成器中一展歌喉。

霍金時常發表言論，提醒人類在尋找外星人、製造人工智慧等方面保持警醒，提防人類自己的努力毀滅了人類自身。這些思想，是警世恆言，還是杞人憂天？或許只能留後人評說。

這就是霍金。沒有人想要過他這樣的一生。因為在他七十六年的生命中，有五十多年承受著無法形容的病痛。但每個人都想要過他這樣的一生。因為他生如夏花般絢爛，身後留下無數傳奇。儘管斯人已逝，他的思想傳遍世界。儘管禁錮在輪椅之上，他是宇宙之王。（編輯：明天）

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