穿越星際的基普·索恩：三個很暖的小故事

文/LEE

多數人是因為電影《星際穿越》才知道物理學家基普·索恩老爺子的。

他是片中那個震驚世界「黑洞」畫面的創造者，同時還擔任這部影片的科學顧問和聯合製片人。

大名鼎鼎的導演克里斯托弗·諾蘭每次面對基普時，都會露出羞澀且充滿仰慕的神情。

世人了解基普到底有多厲害，是因為他引領一眾科學家探測到引力波的存在，證實了愛因斯坦百年前的預言，並獲得2017年諾貝爾物理學獎。

基普老爺子上周末在北京上了堂公開課，講述自己對宇宙、黑洞、蟲洞、奇點、時間、大爆炸理論、引力波等的觀點；還分享了自己的人生經驗。

11月3日公開課現場

北京已經入冬，但面對面聆聽「全世界最聰明大腦」的演講，讓人感到如沐春風。

物理知識固然重要，然而更打動我的，是基普對一些生活趣事的回顧。

從他現場分享的三個小故事，你能感受到「時代巨匠」是怎麼改變歷史的。

製造一台「時間機器」

基普對「時間機器」的興趣源於一部上世紀90年代的電影《超時空接觸》。

影片改編自美國天文學家、天體物理學家和科幻作家卡爾·薩根的同名科幻小說。

卡爾是基普的好朋友，1985年他給基普打電話，請他幫忙確認下自己的新小說中對相對論的表述是不是足夠準確。

基普（左）和卡爾·薩根（右）

影片講述的是一個女性天文學家（茱迪·福斯特飾）偶然間接收到織女星信號，克服重重困難跨宇宙去接觸地外文明的奇特故事。

基普雖然很喜歡這個故事，但他覺得「女主角從太陽系通過黑洞被傳送到織女星」的橋段有Bug——她需要的是一個「蟲洞」，不是「黑洞」。

基普的思路被小說打開了：女主角到底需要一個怎樣的「蟲洞」，才能實現宇宙間的穿越呢？

他得到兩個結論：

1、需要在「蟲洞」中填入大量「奇異物質」（Exotic Matter）；

2、把廣義相對論跟量子物理結合起來，就可以展開關於「可穿行的蟲洞是否存在」的研究。

自此，老爺子又開了個更大的腦洞：能否用「蟲洞」製造一台時間旅行的機器？

我們都知道著名的「祖父悖論」：如果一個人穿越回過去殺死TA的祖父，那TA就無法出生、更沒法像開始那樣回到過去。

但基普覺得，如果利用「可穿行的蟲洞」進行超光速旅行，就能跨越時空去往不同維度、不同平行宇宙，理論上也能穿越時間。

很可惜，《超時空接觸》的片方趕進度，所以沒採納卡爾和基普的建議，大銀幕上對科學的表現並不嚴謹。

在十幾年後的《星際穿越》，老爺子完全彌補了對「蟲洞」的遺憾——所有視覺設計都是根據公式渲染得來的模擬，還經過了嚴格的科學論證。

《星際穿越》中的「蟲洞」模擬和「時間旅行」情節

上帝討厭「裸露的奇點」

我們都聽過「奇點」（Singularity）。

廣義相對論定義的宇宙中，黑洞由「奇點」和「事件視界」（Event Horizon）構成。

奇點是黑洞的中心，奇點周圍的物質（和它所發出的光）無法逃脫的空間就叫「事件視界」。

所以理論上，外界看不到黑洞裡面——無論黑洞里發生什麼事情、都只能留在黑洞里，墜入黑洞的物體也將在奇點毀滅。

裸奇點，就是「沒有事件視界」包圍的裸露的奇點。

因為裸露著可以被觀察到，所以外界有機會看到發生在奇點附近劇烈扭曲的時空現象。

已知物理定律對「奇點」的存在無異議，但對「事件視界」是否存在卻存在很大爭論。

一個困擾物理界多年的爭論是：奇點究竟能否存在於黑洞之外？到底有沒有裸奇點？

——這個問題的答案是揭開量子引力種種謎團的鑰匙。

1969年，英國物理學家與數學家羅傑·彭羅斯提出「宇宙監督猜想」（Cosmic censorship），認為因為存在某種「宇宙監督」，可見的裸奇點無法在宇宙中形成。

1991年基普去拜訪霍金，發現霍金是彭羅斯的支持者，於是他唱了個反調說：「我覺得裸奇點是有可能被探測到的。」

霍金沉默了一陣，問：「想打賭嗎？」

基普和霍金為「裸奇點」打了賭、還按了手印

這成了現代物理史上最「高大上」的賭局之一。

1997年，物理學家馬特·喬普圖克用數值模擬方法證明，在初始條件恰到好處的情況下，四維宇宙中有可能形成裸奇點。

這並不能推翻「宇宙審查猜想」，更無法證明裸奇點的存在。但霍金還是認輸了，除了如約繳納賭金，他還送給基普一件T恤，上面畫這個裸女，勉強用一塊布蔽體，布上面寫著：

大自然厭惡裸奇點！（Nature abhors a naked singularity）

霍金「逼迫」另一位參賭的加州理工大學教授John Preskill穿著這件衣服去上課，搞得這位教授相當尷尬。

（是不是挺可愛的？）

霍金去世後被安葬在倫敦，墓碑與牛頓和達爾文為鄰；基普作為霍金43年的好友，第一個致悼辭。

1975年的基普和霍金（右）

為「不可能」奮鬥的40年

1916年，愛因斯坦在廣義相對論基礎上預言了「引力波」的存在；

1960年，美國物理學家約瑟夫·韋伯開始對引力波展開捕捉，1969年，他號稱自己探測到了引力波，卻很難證實；

1972年，隨著激光技術和超級計算機出現，「激光干涉探測器」讓探測到引力波成為可能；

1976年開始，麻省理工學院的雷納·韋斯、加州理工學院的基普和來自格拉斯哥大學的羅納德·德雷弗先後加入到引力波的探測中；

基普·索恩（左）和雷納·韋斯（右）在討論觀測設備

團隊有了，沒經費不行。這支由科學家組成的「創業團隊」向美國國會要錢創立LIGO探測項目。

「耿直Boy」基普是這樣跟「風險投資人」陳述自己「商業計劃」的：

「探測到引力波是一件幾乎不可能的事，至少需要兩代人的努力——第一代人僅能搞清楚該怎麼做，第二代人才可能有結果。」

沒想到，國會竟然通過了這筆預算。

LIGO項目

所以，當2017年三位充滿理想主義的科學家因為項目成果獲得諾貝爾獎時，最感欣慰和驕傲的就是美國國會。

40年的努力終於沒白費

《星際穿越》里有一句著名的台詞：

「愛是唯一可以超越時間和空間的事物。」

演講最後，基普·索恩說出了自己對這句話的理解：

科學不會被愛或任何其他人類的情感左右。只有一種維度，愛可以改變科學——那就是人們對科學的熱愛。

支撐基普一生探索、完成不可能完成任務的，就是他對物理的愛。（授權轉載）

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