《衛報》悼念霍金：他為人類理解宇宙做出了革命性貢獻

編者按：斯蒂芬·霍金逝世，享年76歲。《衛報》於當日發表了一篇悼念文章，作者為霍金的學術合作夥伴羅傑·彭羅斯。文章由36氪編譯。

斯蒂芬·霍金逝世，享年76歲。

他始終坐在輪椅上，腦袋歪向一側，雙手交叉在身前來操作控制器。這個形象早已深入人心，甚至成為了精神勝利的象徵。就像古希臘的德爾菲神域一樣。他身體上的殘疾似乎被超人的天賦所彌補，這讓他的地位得以在宇宙中自由翱翔，時不時地揭露凡人無法看到的秘密。

當然，這樣一個充滿浪漫主義色彩的形象雖然很有衝擊力，但卻只是事實的一部分。認識霍金的人肯定欣賞他作為一個真實的人的那股霸氣的存在，他對生活充滿熱情，富有幽默，無比堅毅，有凡人的弱點，同時也有著突出的優點。他似乎很享受自己作為「頭號明星科學家」的殊榮。他的公開演講總能吸引大批觀眾，這些人或許並不都是為了接受科學的熏陶。

但科學界或許會給予他更加清醒的評價。他德高望重，對人類理解並認識宇宙做出了革命性的貢獻。

霍金在21歲時被診斷患有運動神經元肌萎縮側索硬化症，也就是俗稱的漸凍症。這是一種無法治癒的絕症，但他不是像其他人一樣陷入絕望與沮喪，他將目光投向一些人類最根本的問題——宇宙的物理性質，在有嚴重身體殘疾的情況下取得了非凡的成就。他無視已有的醫學觀點，又活了55年。

霍金成長在一個有學術氛圍的家庭中，雖然這種學術背景並不是直接與數學或物理相關。他的父親弗蘭克是熱帶疾病專家，他的母親伊莎貝爾是一個思想自由的激進分子，這對他產生了很大的影響。他出生在牛津，8歲時搬到了赫特福德市的聖奧爾本斯，在聖奧爾本斯接受教育，並獲得了牛津大學的物理獎學金。他的導師認為他能力超群，但他並沒有盡全力做。他在1962年獲得了一等學位，但對他來說這並不突出。

後來，他去劍橋大學繼續從事物理研究，打算跟隨著名的宇宙學家弗雷德·霍伊爾的腳步。讓他失望的是這個計劃無法實現，他不能跟隨霍伊爾，只能跟著丹尼斯·西瑪，那個時候他還沒聽過這個名字。後來的事實證明這多麼奇妙，因為在英國宇宙學中，丹尼斯·西瑪正成為一個引人注目、令人振奮的人物，他的幾個學生也在接下來的幾年裡作出了不菲的成就（包括天文學家勒德洛）。

丹尼斯·西瑪似乎知道當時物理學上的一切，特別是在宇宙學方面，他向所有遇到他的人傳達了一種激昂的情緒，他也非常善於將那些可能做出重大成就的人聚集在一起。

霍金在劍橋進行研究的第二年，我在倫敦的伯克貝克學院建立了一個關於相關性的數學定理，運用當時物理學家們還不熟悉的全球/拓撲技術。這顯示，在一些可信的假設的基礎上，大量恆星崩潰會導致時空奇點，這為我們初步描繪出了現在稱之為「黑洞」的圖景。這樣的時空奇點將深藏在「視界」之內，在這個「視界」內，任何信號或物質體都無法逃脫。（這是由J·羅伯特·奧本海默和哈特蘭德·斯奈德在1939年提出的，但只有在特殊的情況下，才有精確的球形對稱。這個新定理的目的是為了避免這種不現實的對稱假設。）在這個中心奇點，愛因斯坦的廣義相對論已經無法適用。

與此同時，霍金也一直在與劍橋大學聖約翰學院博士生喬治·艾利斯一起思考這類問題，這兩個人一直在研究一種需要不合理限制性假設的「奇點定理」， 丹尼斯·西瑪強調應該把霍金和我的定理聯繫在一起，很快霍金就找到了一種意想不到的方法來使用我的定理，這樣它就可以在宇宙學背景下（以時間-反式形式）應用，以表明所謂的「大爆炸」的時空奇點不僅是標準高度對稱的宇宙學模型的一個特徵，而且也是任何定性相似但不對稱的模型的特徵。

在我初期的理論中，有些假設在宇宙背景下相較於真實的黑洞坍塌似乎有些不太自然。為了推廣數學結果以消除這些假設，霍金開始了一項新的數學技術的研究，這些新技術似乎與這個問題有關。

一個強大的數學著作——莫爾斯理論，是活躍在黎曼空間的全球（拓撲）研究中活躍的數學家的一部分。然而，愛因斯坦理論中使用的空間實際上是偽黎曼型的，相關的莫爾斯理論在細微但重要的方面有所不同。霍金為自己創造了必要的理論（由查爾斯·米斯納，羅伯特·傑勒希和布蘭登·卡特提供幫助），能夠使用它來產生新的更強大的自然定理, 其中我的定理的假設可能會大大減弱，表明大爆炸奇點是一個對愛因斯坦廣義相對論的必要暗示。

幾年後，（1970年，霍金在皇家學會發表了一篇論文，成為劍橋岡維爾和凱厄斯學院的「傑出的科學研究員「），他和我聯合發表了一個更強大的定理，其中包含了幾乎所有以前在這個領域的工作。

1967年，維爾納以色列發表了一篇非凡的論文，這篇論文表明非旋轉黑洞最終穩定下來靜止時，必然會完全呈球形對稱。卡特，大衛羅賓遜和其他人的後續結果將其推廣到包括旋轉黑洞，這意味著最終的時空幾何必須與1963年由羅伊克爾發現的愛因斯坦方程的顯示解族一致。其中起到充分論證的關鍵因素是，如果存在任何旋轉，那麼必須有完整的軸對稱，這部分基本上由霍金在1972年提供。

這是一個非常顯著的結論，我們希望在自然界中發現的黑洞必須符合克爾幾何。正如偉大的理論物理學家Subramanyan Chandrasekhar後來評論說，黑洞是宇宙中最完美的宏觀物體，它是由空間和時間構成的；此外，它們也是最簡單的，因為它們可以通過一個明確的幾何精確描述（克爾）。

在他在這個領域的工作之後，霍金建立了許多關於黑洞的重要結果，例如關於黑洞視界（它的邊界表面）的論證，必須有一個球體的拓撲結構。在1973年出版的作品中，他與卡特和詹姆斯巴丁合作，在黑洞的行為和熱力學的基本定律之間建立了一些顯著的類比，其中地平線的表面積及其表面重力分別與熵和溫度的熱力學量相似。可以說，在他活躍的時期，霍金在古典廣義相對論中的研究是當時世界上最好的。

霍金，巴丁和卡特將他們的「熱力學」黑洞行為僅僅作為一個比喻，沒有字面上的物理內容。 大約一年左右，雅各布貝肯斯坦已經表明，物理一致性的要求意味著，在量子力學的背景下，黑洞確實必須具有實際的物理熵（「熵」是物理學家對「無序」程度的測量），與地平線的表面面積成正比，但他無法精確地確定比例因子。然而，另一方面，似乎黑洞的物理溫度必須完全為零，這一點則與此類推並不一致，因為沒有任何形式的能量可以逃脫，所以霍金和他的同事們不準備把他們的類比完全當真。

然後霍金把注意力轉向與黑洞有關的量子效應，他開始計算，以確定在大爆炸中可能產生的微小旋轉黑洞是否會輻射出它們的旋轉能量。他吃驚地發現，任何旋轉都會輻射出能量——根據愛因斯坦的能量守恆定律，這就是它們的質量。因此，任何黑洞實際上都有一個非零的溫度，這與巴德-卡特-霍金類比恰好一致。此外，霍金能夠為比肯斯坦無法確定的熵比例常數提供「1/4」的精確值。

霍金所預言的黑洞的輻射，現在被稱為「霍金輻射。然而，對於任何在正常的天體物理過程中出現的黑洞來說，霍金輻射都是極小的，而且任何已知的技術都無法直接觀測到。但霍金認為大爆炸可能會產生非常小的黑洞，而從這些黑洞中發出的霍金輻射將形成最終的爆炸，並可能被觀測到。然而目前為止似乎沒有證據表明此類爆炸的發生，這讓他非常失望。

這些成就有很重大的理論意義。他們建立了黑洞熱力學理論：通過將量子（場）理論和廣義相對論的過程相結合，霍金認為很有必要引入第三個學科——熱力學。這些被認為是霍金最偉大的貢獻。他們對未來的基礎物理學理論有著深遠的影響，這是不可否認的，但是關於這些影響的細節仍然存在非常激烈的爭論。

霍金能夠從這一切中得出結論，儘管沒有被粒子物理學家普遍接受：普通物質的基本成分——質子——最終必須瓦解，儘管其衰變速率超出了目前的觀測技術。他還懷疑量子力學的規則可能需要修改，並提供了一些理由，而這正是他最初所支持的觀點。但後來，在我看來很不幸，他的觀點變了，2004年7月的都柏林國際會議上，他公開否定了最初預測的黑洞內的「信息丟失」的觀點（因此開始了他與加州理工學院的物理學家John Preskill的打賭）

在研究完黑洞之後，霍金將注意力轉向了量子引力，為解決一些基本問題提出了獨創性的想法。量子引力，將粒子物理學的量子過程正確地施加到時空的結構上，被認為是物理學中未解決的基礎性問題。它的目標之一是找到一個足夠強大的物理理論來解釋經典廣義相對論在黑洞和大爆炸中的時空奇異性。

到目前為止，霍金的工作雖然涉及到愛因斯坦廣義相對論中彎曲時空的量子力學過程，但並沒有提供量子引力理論。這就要求「量子化」過程被應用於愛因斯坦的彎曲時空本身，而不僅僅是彎曲時空中的物理場。

在詹姆斯·哈特爾的研究中，霍金建構了一種量子程序來處理大爆炸的奇點。這被稱為「無邊界」思想，即奇點被一個平滑的「帽子」所取代，這被像在地球北極，在北極，經度的概念失去了意義，而北極本身有一個非常好的幾何形狀。

為了理解這個想法，霍金需要用他的「假想時間」（或「歐化時間」）的概念來解釋愛因斯坦時空中「偽黎曼幾何」的幾何形狀，並將其轉化為更標準的黎曼幾何。這裡面存在很多困難，其中之一就是，如何將類似的程序應用到黑洞內部的奇異點上，這在根本上是有問題的。

在世界範圍內，還有很多其他研究量子引力的方法，霍金的研究雖然受到了廣泛的尊重和認可，但並不是最普遍接受的，儘管其他研究也都面臨著一些屬於他們的挑戰。

在他生命的最後，霍金繼續研究量子引力問題和宇宙學相關的問題。但在推進嚴格的研究興趣同時，他也越來越多地參與到科學的普及中，尤其是涉及到他自己思想的方面。他最成功的著作《時間簡史》（1988）被翻譯成40多種語言，全球銷量超過2500萬冊。

毫無疑問，這本書的標題是其獲得成功的重要因素，但也在於這本書的主題激發了公眾的想像力。此外，還有霍金本人的因素在其中，在身體殘疾帶來嚴苛限制的同時，他必須要用一種直接了當和清晰的風格來傳遞自己的想法，很顯然，這很容易引發公眾的情感。

儘管霍金的目的是為了向公眾科普科學的知識，但他也有賺錢的考慮。他需要錢，因為他的家人、護士、醫護人員和日益昂貴的設備需求越來越高。雖然有些補助金，但很難覆蓋住所有的資金需求。

想要邀請霍金參加一個會議，組織者需要進行嚴密的計算與安排，也要付出大量的旅行和住宿費用，因為陪同他的人實在是太多了。但是，每一場他出席的演講，座次都會被人搶購一空，所以在很多情況下，需要進行特殊的安排才能找到一個足夠大的演講廳。畢竟要確保演講廳所有的入口、樓梯、電梯等都能滿足殘疾人的需要，尤其是他的輪椅。

顯然，他很享受自己的名聲，他有很多旅行的機會，也有一些不同尋常的經歷（比如下礦井，去南極旅行，經歷了自由落體的失重狀態），還結識了很多其他傑出的人。

隨著時間的推移，霍金公開演講的表現也越來越好。最初，演講時提供的視覺材料不過是由學生展示的透明的線條圖。但在隨後的幾年，計算機生成的視覺效果被使用後，演講效果越來越好。能夠由他本人控制口頭的材料，並通過電腦生成的美國口音，來把他想說的話一句一句地傳遞出來。高質量的圖片和電腦生成的圖形在1996年版的《時間簡史》和2001年出版的《果殼中的宇宙》中得到了呈現。在2007年，他還和他的女兒露西（Lucy）一起出版了一本關於兒童科普的書《喬治的宇宙秘密鑰匙》（George"s Secret Key to the Universe）。之後一直擔任著許多其他流行科學著作的編輯、合著者和評論員。

他獲得了許多榮譽。最值得一提的是，他在32歲的時候就被選為英國皇家學會的成員，並在2006年獲得了最高榮譽——科普利獎章(Copley Medal)。1979年，在艾薩克·牛頓成為劍橋大學盧卡斯自然哲學的第2任主席約310年後，他成為了第17任主席。並在1989年獲得了榮譽勛爵（Companion of Honour）封號。此外，他也出現在了許多電視與電影節目中，比如《星際迷航：下一代》、《辛普森一家》以及《萬物理論》。

很明顯，他虧欠其第一人妻子簡·王爾德（Jane Wilde）太多太多。他們兩人在1965年結婚，有三個孩子。簡在很多方面都非常支持他，其中最重要的一個可能是允許他在不同尋常的範圍內做自己想做的事情。

他是一個意志非常堅定的人。他堅持認為自己應該為他自己做些什麼，這反過來可能使他的肌肉保持活躍，從而延緩了它們的萎縮，從而延緩了疾病的惡化。儘管如此，他的病情依舊在繼續惡化，到最後他幾乎不能做任何動作，從而導致他的講話基本上不會被人辨認出來，除了極少數能夠了解他的人。

1985年，他在瑞士患上了肺炎，需要做氣管切開術來挽救他的生命。奇怪的是，在與死亡擦肩而過之後，他神經退行性疾病的惡化似乎慢慢停止了。然而，他的氣管切開手術也讓他再也不能發出任何的聲音。所以，從那個時候開始，一個計算機化的語音合成器是必不可少的。

在他遭遇肺炎後，霍金的家幾乎被護士和醫務人員接管，他和簡就分開了。他們於1995年離婚。同年，霍金和他的護士伊萊恩·梅森（Elaine Mason）結婚。她給霍金的支持與簡不同。在他極其虛弱的身體狀態中, 她給予他的愛、關懷和關注, 使他在所有的活動中都能夠堅持下去。 然而，這段關係後來也結束了，他和伊萊恩於2007年離婚。

儘管身體條件如此糟糕，他卻總是對生活保持樂觀。他很享受工作，喜歡跟其他科學家相處，熱愛藝術，享受名譽帶來的好處，喜歡四處旅行。他還很喜歡孩子，有時候會在自己的電動輪椅上跟他們嬉戲。他很關心社會問題，經常推廣科學知識。他慷慨大度，還總是很幽默。有時會有一些自大，對於處在物理學前沿領域的科學家來說，這並不少見。他甚至還有獨裁傾向，但也非常謙卑，這是一項真正偉大的品質。

霍金桃李滿天下，有的學生後來也成就斐然。但當他的學生並不容易。他曾經因為生氣而用輪椅壓過學生的腳面。他的每一項聲明都擲地有聲，但身體上的殘疾卻往往導致這些聲明因為簡潔而顯得十分神秘。了解他的同事或許能夠知道背後的意圖，但經驗不夠的學生卻很難領悟。

對這些學生來說，與霍金會面是一段令人生畏的體驗。霍金可能會讓學生追求某些模糊的路徑，背後的原因也非常神秘。他不會明說，而學生只能收到類似神諭的指令。這些指令的真實性自然毋庸置疑，而且如果能夠正確解讀和研究，也能夠帶領他們通向偉大的真相。他留給我們的，或許也就只有這些印象了。

霍金將被永遠銘記。

編譯組出品。編輯：郝鵬程

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