張東操
2002年8月18日下午，霍金教授在北京國際會議中心做公眾演講，將人們帶入他思想探險的“膜的新奇世界”。在這個新奇世界里，無限大的宇宙和無限小的粒子和諧地統(tǒng)一在一起。
40年前，20歲的霍金在申請攻讀劍橋大學(xué)博士學(xué)位時，面臨一個十字路口。一條道路通往微觀世界的基本粒子，小得不能再小；另一條則遙指浩渺無窮的宇宙，大得不能再大。
40年后的今天，在霍金看來，這個十字路也許只指向同一個方向。但在當(dāng)時，霍金的選擇還頗費了一番周折。他自己回憶說：“研究基本粒子對我的吸引力較小，因為盡管人們發(fā)現(xiàn)了許多新的粒子，但還沒有適宜的基本粒子理論。只是像研究植物學(xué)一樣，把粒子分類而已。相反，在宇宙學(xué)方面，已經(jīng)有了一個明確的理論---愛因斯坦的廣義相對論。”
于是，他做出了自己人生最有決定性影響的選擇，沿著愛因斯坦的足跡繼續(xù)前進。如今，由于在理論物理學(xué)上的卓越貢獻，那個曾經(jīng)迷茫的霍金已經(jīng)成為世界當(dāng)代享有盛譽的偉大科學(xué)家。引領(lǐng)他進入宇宙學(xué)殿堂，取得豐碩成果的，正是人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一---愛因斯坦。
不過，霍金很快就在攻讀宇宙學(xué)方向的博士學(xué)位過程中遇到麻煩。由于在牛津上大學(xué)期間沒有認真學(xué)數(shù)學(xué)，他在做廣義相對論的復(fù)雜計算時碰到障礙，研究迷失了方向。而他也在這個時候被診斷患上了肌萎縮性硬化癥，一種罕見而且難以治愈的疾病。
這種疾病會影響控制運動功能的那部分大腦，當(dāng)肌萎縮蔓延到全身后，就會引起癱瘓。不過，大腦的思維和記憶等高級功能不會受到影響。幸運的是，霍金研究理論物理學(xué)，真正需要的工具就是大腦。
霍金的博士學(xué)位也面臨威脅。以他前兩年多的研究進展，他很可能通不過博士學(xué)位的審定。而一次偶然的機遇，他的命運發(fā)生了新的轉(zhuǎn)折。這使得他將可以成為霍金博士，而且從此走上超級科學(xué)明星的道路。
這本來可能只是一念之差。在參加完倫敦一個學(xué)術(shù)會議返回劍橋的列車上，霍金的同事們正在熱烈討論會議中的一個數(shù)學(xué)問題。而沉默的霍金將視線離開車窗，突然一個念頭閃過：“如果將會議中的奇點理論應(yīng)用于整個宇宙，不知道會發(fā)生什么情況？”
這個故事似乎在牛頓和愛因斯坦的身上都發(fā)生過。牛頓在想：“為什么蘋果不會拋向空中，而是落向地面？”愛因斯坦則在思考：“如果人騎在光上飛行，將會看到怎樣一個世界呢？”
進入21世紀(jì)的今天，“黑洞”已經(jīng)成為融入大眾詞典的科學(xué)名詞之一。但在20世紀(jì)60年代，了解并研究黑洞的科學(xué)家也并不是很多。愛因斯坦的廣義相對論認為，宇宙不可能是穩(wěn)定的，它不是在擴展就是在收縮。天文觀測證實我們所處的宇宙正在膨脹，那么很久以前的宇宙一定緊密地挨在一起。更早的時候又是什么樣子呢？愛因斯坦的方程式顯示，宇宙必定產(chǎn)生于150億年前一個密度無限大的點---奇點。它又被稱為“宇宙蛋”，實際上也相當(dāng)于一個黑洞。
在那時，全世界只有少數(shù)幾個人相信黑洞或許真的存在，也只有幾個人相信宇宙起源于一個奇點。黑洞成為霍金第一項真正的研究課題，這使他的博士論文得以通過。而進一步的突破，樹立了他具有世界影響的聲譽。
1973年初，霍金和那位在倫敦會議上提出奇點理論的物理學(xué)家一起，研究黑洞內(nèi)部發(fā)生的事情。1974年3月1日，霍金在《自然》雜志上發(fā)表論文，闡述自己的新發(fā)現(xiàn)--黑洞是有輻射的。幾個星期內(nèi)，全世界的物理學(xué)家都在討論霍金的研究工作。黑洞輻射被稱為霍金輻射，這個新發(fā)現(xiàn)被認為是理論物理學(xué)多年以來最重要的進展。
在霍金輻射發(fā)表幾個星期后，年僅32歲的他獲得了作為科學(xué)家的極高榮譽，成為英國皇家學(xué)會的成員。這是皇家學(xué)會悠久歷史上最為年輕的科學(xué)家之一。
然而，霍金在黑洞研究的基礎(chǔ)上繼續(xù)追根溯源。他在思考另一個問題：僅運用廣義相對論，可以預(yù)言宇宙必定產(chǎn)生于150億年前一個密度無限、體積為零的的奇點。如果將微觀世界的量子規(guī)則加進來，這個預(yù)言將會發(fā)生什么變化？
這正是愛因斯坦后半生所追求的夢想---把量子理論和相對論統(tǒng)一成一個理論。愛因斯坦渴望清晰地揭示宇宙活動的奧秘，展示自然界的美麗和優(yōu)雅。由于他所處的時代沒有后來的一系列重大發(fā)現(xiàn)，結(jié)果沒有找到統(tǒng)一的理論。
霍金發(fā)現(xiàn)，假如宇宙有一個特別簡單的形式，那么就有一種方法簡化計算。他提出一個模型，描述宇宙整個歷史是一個完全彎曲的時空。1978年，由于這項工作他獲得物理學(xué)界最有威望的大獎---愛因斯坦獎。嘉獎詞稱，霍金的研究將可能導(dǎo)致建立統(tǒng)一場論。
在《時間簡史》的最后，霍金附上了伽利略、牛頓和愛因斯坦的傳略。有人認為，這是霍金自命不凡，暗示他的名字將列入未來的“時間簡史”中。而另一些人認為，霍金完全可以將自己和這3位偉大科學(xué)家并列。
霍金本人仍然在量子宇宙科學(xué)的世界里遨游---這也是愛因斯坦所夢想的地方。正如有人評論的那樣：盡管他那么無助地坐在輪椅上，他的思想?yún)s出色地遨游到廣袤的時空，去揭開宇宙之謎。
[霍金：想像黑洞]相關(guān)文章：
5.
6.霍金的勵志小故事
7.輪椅上的霍金教案