霍金的离去,引起了学界关注,自不必言。而在微博、微信上,看到更多的普通人反应惊人一致,“我不懂他的研究,也看不懂他的书,但依然感到震动,深深悲伤”……类似言语无数。
霍金,世界上可能只有三位数的人能完全读懂他的研究,他生命的余波,因何在全球荡起涟漪?美国犹他大学物理天文系终身杰出教授,复旦大学场论和粒子物理中心主任吴咏时对此回答,和爱因斯坦一样,霍金可以说是一个时代的科学icon(标志性人物)。
三项重要科学工作,指向黑洞探寻
在吴咏时看来,霍金是当前物理学界,也是科学界最知名的学者。从科学研究的角度来讲,他也是当代最伟大的科学家之一。他的经历非常具有传奇色彩的。大家对他在科学上的拼搏精神非常崇敬。
霍金在科学研究中,留下了三项重要工作。首先,是与英国数学家彭罗斯合作,在广义相对论里证明了非常著名的奇性定理——在满足一些一般物理上允许的能量条件下,爱因斯坦广义相对论的时空必然包含一些奇异点,这些点主要分两类,一类是在黑洞的内部,一类在宇宙的开端。他的工作实际上证明了爱因斯坦的广义相对论中,时间必然有起点和终点。值得一提的是,为此霍金还专门写了一篇科普性通俗读物,叫做时间简史,以大众能够理解的语言来介绍重要定理。
第二项工作,在于证明了面积定理,即黑洞的熵正比于黑洞的面积。由此,也证明了关于黑洞的令人惊讶的结论——黑洞是有确定温度的。霍金使用的是数学方法和物理中的量子场论的办法。这无疑是让科学家和所有人都相当震惊的结果,因为在此之前,黑洞都被看作是爱因斯坦相对论场方程的一个解,谁也没想到探寻还能继续深入。
第三项工作,是预言了黑洞会有特殊的热辐射。这也与黑洞温度有关系,这个预言理论上被称为霍金辐射。这个预言的重要性在于,结合了爱因斯坦广义相对论和量子场论。很遗憾,虽然目前预言尚未被实验验证,但从理论上来说,已经提出了黑洞是否有信息损失的重大问题。更为关键的是,黑洞信息损失的佯谬的提出,同时也开启了一个关于量子力学的理论和爱因斯坦广义相对论二者是否彼此相容的宏大科学问题。这个问题自霍金上世纪70年代初提出以来,一直是科学界研究的热点,且迄今还未达成共识,其影响力可见一斑。
科普报告上妙语如珠的人
“我跟霍金没有在科学研究上合作过,不过个人见过他两次,听过两场报告,印象深刻,”吴咏时教授说。
第一次是上世纪八十年代初,霍金到爱因斯坦晚年工作过的普林斯顿高等研究院访问。当时吴咏时教授也在那里当访问学者。霍金讲的正是主题为黑洞信息损失的佯谬的报告。吴教授记得,普林斯顿高等研究院和普林斯顿大学物理系的许多知名教授全部到场,“大家对霍金在科学研究上的功力都很钦佩和认可。”吴教授说。
他记得,霍金当时已经不能正常说话了,本人的声音非常小,也非常细,普通听者根本听不清,而现在大家熟悉的电子合成音发声设备还没有出现。整个一个多小时的报告过程中,专门有位助理在他身边聆听,边听边大声复述,并将霍金提到的公式写在黑板上。“做一次报告,霍金满费劲的。”吴咏时说,即使这样,学术报告该有的提问环节等也一个不落。同时,现场听他对研究的思考和解读,比起看论文,收获更大,许多霍金思考上独到的地方,他毫无保留。
说起第二次听霍金的报告,那是十年后。上世纪九十年代。当时吴咏时在美国犹他大学任教,犹他州盐湖城市的天文馆邀请霍金来做科普报告,吴咏时也去听了。会场上,听众满满,从十岁的孩子,到耄耋老人都有,与学界科学家不一样,他们基本都对物理没有很深的了解。
“我发现,从某种意义上来说,他的科普报告比学术报告更加精彩。”吴咏时回忆,面对普通大众,霍金将最前沿的物理学研究,转换成生动的表达,许多出彩的句子信手拈来。举例来说,爱因斯坦曾说过,上帝不掷骰子。霍金说:“我认为上帝是掷骰子的,只不过他把骰子掷到人类看不见的地方(黑洞里或黑洞附近)。”类似的句子不少,作为业内研究人员,他也非常佩服,“把艰深的研究,用非常睿智、有趣的方式表达出来,传递给公众,我认为是一件对科学非常有益的事情。”
在吴咏时看来,同样有益的是,霍金不仅在科学研究和科普上不断耕耘,也积极参与社会活动,包括成为火爆美剧的客串嘉宾,以各种方式告诉公众,告诉世界,科学家们在做什么,物理多么有趣、有力。这或许,是在今天,许多并不懂物理的人,在自己的社交媒体上,点起一支哀悼蜡烛的原因。