h2听斯蒂芬·霍金聊黑洞、统一场论与玛丽莲·梦露/h2stephenhawkingonblackholes
unifiedfieldtheory,andmarilynmonroe
［美］格里高利·本福德gregorybenford著
刘博洋许卓然译
格里高利·本福德，科幻作家、物理学家、天文学家，加州大学河滨分校物理学教授，当代科学家中能够将科幻小说写得很好的作者之一，也是当今时代最优秀的硬科幻作家之一。独特的风格使他多次获奖：星云奖、约翰·坎贝尔纪念奖和澳大利亚狄特玛奖等。他发表过上百篇物理学领域的学术论文，是伍德罗·威尔逊研究员和剑桥大学访问学者，曾担任美国能源部、nasa和白宫委员会太空项目的顾问。
1989年，他为日本电视节目《太空奥德赛》撰写剧本，这是一部从银河系演化的角度讲述当代物理学和天文学的八集剧集；之后，他还担任过日本广播协会和《星际迷航：下一代》的科学顾问。
跟往常一样，斯蒂芬·霍金看起来气色又稍微差了些。他罹患渐冻症二十多年，仍然紧紧扼住命运的喉咙，这已经是个奇迹了。每次见到他，我都认为这将是最后一次见面，毕竟这条细细的生命线不可能一直维系下去。
2005年，霍金已经六十三岁了。在他辉煌的科学生涯里，他解决了大量黑洞物理的基础命题，其中就包括那项最令人震惊的预测：黑洞不完全是黑的。相反，如果有一个跟一座山差不多质量的黑洞，它就会辐射出各种粒子，而小一点的黑洞则会在辐射中逐渐消失。这是天文学家试图寻找但尚无所获的一种现象。
霍金于1988年出版的《时间简史》取得了巨大成功，令他一举成为略有点奇怪的文化偶像。他也想知道，那么多在脱口秀中提起这本书的小明星和摇滚歌手，究竟有几个真正读过这本书。
他决定在另一本著作《果壳中的宇宙》里提升作品的可读性。他在书中穿插了海量的生动插图，以帮助读者理解诸如超弦理论和时间本质之类的复杂概念。其中的诀窍就是把公式翻译成普通人能看懂的语言，不过这绝非易事，幸亏插图发挥了巨大作用—尽管那些正统学究强烈谴责，认为这些插图有过度简化之嫌，但在我看来，只要这些方法可以帮读者跃过艰深难懂的学术深渊，那就是好方法。
我走进霍金位于剑桥大学的办公室时，他的工作人员对我很警惕，甚至怀疑我是个自创了一套宇宙理论的民科。幸好我提前打过电话，他的秘书也因为在过去这些年里见过我很多次，所以很快认出我来了（我是一名天体物理学家，早在20世纪70年代就认识霍金了。）这间办公室还是跟从前一样，霍金佝偻的身躯蜷缩在电动轮椅上，他正向外张望，厚厚的眼镜片让他的眼神显得有些呆滞。但他只要开口说话，就能让人感到一股如洪钟大吕般鼓舞人心的强大力量。
在很多年前，霍金因为一场紧急的气管切开术失去了声带。他那扭曲孱弱的双手连一支笔都握不住了。术后那段时间，他跟这个世界是完全割裂的，仿佛跌入了他一心研究的黑洞，他的所思所想，想对外界表达的一切都像被黑洞吞噬的信号那样，因引力而红移、减速，在死寂中等待被遗忘。
所幸硅谷的一家公司从天而降。工程师们为霍金量身定制了一款便于操作的软件和一副特殊的键盘。现在，他那枯槁的双手可以在键盘上灵活地移动了。软件便捷灵敏，能让他很迅速地拼出句子。我看着他在悬挂于轮椅前方的液晶显示屏上飞快地移动光标，选择着常用词。硅谷的那帮哥们儿现在已经开始量产这一伟大的发明，服务于全世界正在承受类似病患的人们。
“请不要介意我的美式口音。”安装在轮椅后面的扬声器带着加州腔调说。他只敲了两下键盘就完成了这一整句话。
虽然之前也曾来过他这里，但是看着眼前的场景，我还是被深深触动了：一个饱受身体衰竭和病痛折磨的男人，竟然在墙上贴了好几张巨幅海报，上面都是同一个跟他有着天壤之别的形象—玛丽莲·梦露。我问起她，霍金立即用一只手在键盘上敲出语音：“是啊，她棒极了，像宇宙一样棒。我有想过在新书里放一张她的照片，就作为一种天体的插图。”我则评论道，对我来说，这书就像是法国印象派画家在描摹一头奶牛的光影瞬间，他们绝不会想要呈现一头真真切切、臭烘烘的牲畜的。惊鸿一瞥抵得过万语千言。接着，霍金换了话题，开始聊起目前物理界关于宇宙起源，也就是大爆炸之后那个瞬间的热门话题。
霍金的彬彬有礼让我很不安。我很清楚他平时有多忙，而我，只是路过顺便来聊聊的。
“有那么些年，我跟罗杰·彭罗斯的早期工作对科学似乎是场灾难。”霍金说。
“我们证明了，如果爱因斯坦的广义相对论是正确的话，那么宇宙必然发端于奇点。而这就意味着，科学无法准确描述宇宙是如何起源的，因为物理法则会在密度无穷大的奇点处失效。”的确，数学无法处理这些趋向于无穷大的物理量。实际上，二十世纪的物理学有不少工作是在试图规避无穷，因为那会给粒子物理和宇宙学带来无法处理的麻烦。点粒子的设定倒是能够暂时解围，但终究会带来大麻烦。
我记得，自己曾在国王学院的一次晚会上问过霍金这个问题的数学解决方案。他说，这跟基础量子力学里的一些方法有点类似，他正在努力把这些方法运用到目前这个超现实的领域。
“现在看来，利用虚时间的概念，我们确实可以确定宇宙是如何起源的了。”霍金说。我们就此进行了一番探讨。霍金运用了一个数学技巧，把方程中的时间替换成了虚时间，这就改变了方程式的本质，从而让他能够从微观的量子世界借用一些概念。新的方程式有一种隧穿效应，让宇宙在大爆炸之前，可以有多种不同的途径来穿越奇点。有了虚时间的概念，我们就可以计算出，宇宙经过某个特定隧穿路径进入到我们所谓时间发端之后的早期宇宙的概率。
“当然，你是可以这么解释这些方程，”我争论道，“但这只是一种数学技巧啊，不是吗？”
霍金说：“没错，但大概是一个精致的技巧。”
“但我们并没有真正地深入理解时间，”我回答，“把实时间换成虚时间并没多大意义。”
“虚时间是一个新的维度，与实时间垂直，”霍金解释说，“沿着这条轴线，如果宇宙满足‘无界’条件，我们就能展开计算了。这个‘无界’的意思是宇宙在虚时间方向上没有奇点或者边界。在‘无界’条件下，虚时间没有起点或终点，就像地球表面的路径没有起点或终点一样。”
“如果这条路径能围着地球绕一圈的话。”我补充道，“但是当然了，我们并不能确知虚时间没有边界。”
“我的直觉告诉我，在那个特别的坐标轴上是没有什么边界的，所以我们可以展开计算。”
“这只是你的感觉罢了，而这正是问题所在，不是吗？虚时间只是一个数学上便利的概念而已。”我有点恼火，耸耸肩。冷酷完美的数学世界和真实的物理世界之间总是隔着巨大的鸿沟。在物理研究方面，这种冲突太常见了。“虚时间跟我们所感知到的时间—逝者如斯，生老病死—毫无关系。”
“没错。我们的思想是在实时间中运行的，时间随着大爆炸开始，也将会随着大坍缩终结，虽然根据目前观测到的加速膨胀数据，大坍缩不太可能会出现，但意识总归会在奇点处终结。”
“这可算不上什么安慰。”我说。他笑了笑，“是不算，但是我喜欢‘无界’条件。它似乎意味着宇宙在实时间的一端处于高度有序状态，而在另一端则处于无序状态，且这种无序会沿着时间轴的另一个方向增加—我们将其定义为时间向前的方向。当我们在脑中记住什么事情的时候，宇宙的无序度便又增加了一点。这就解释了为什么我们只能记住我们称之为‘过去’发生的事情，而不能记住未来的事情。”
“那你还记得自己在1980年关于终极理论的预言吗？”我反问他。
“当时我说，我们可能会在二十世纪末形成完整的大统一理论。”霍金的语音合成器发出一阵干笑,“好吧，我承认自己错了。在那时，大统一理论的最佳候选人似乎是n=8超引力理论。但现在看来，这个理论可能近似于一种更加基本的超弦理论。我之前过分乐观了，以为我们能在二十世纪末解决这个问题。不过直到现在，我仍然相信在接下来二十年里我们有一半胜算能得到完整的大统一理论。”
“我经常怀疑，当我们看向更小的尺度时，物质结构永远不会有终点—相应的物理学理论也是。”我提起这样的观点。
“也有可能世界上根本就没有终极物理理论，我们只是在不断地发现新的物质结构层级罢了。不过，似乎我们研究得越微观，物理学理论就变得越简单、越统一。而普朗克尺度是一个终极尺度，小于这个尺度，时空将无法被定义。所以我想，物质结构的层级还会是有极限的，只要我们足够聪明，总会找到一个大统一理论。”
“那你觉得我们足够聪明吗？”我问。
他又笑了，“这你得从别处找找信心了。”
“我有点跟不上目前超弦领域的研究节奏。”数学物理学就像音乐，只有年轻热烈的灵魂方能理解和驾驭，好比神童莫扎特那种人。
“我也只是在努力跟上。”他谦虚地说。我们又开始讨论最近的一些研究，关于“婴儿宇宙”，也就是时空泡沫。对于人类这种宏观生物而言，时空就像在远洋邮轮上一眼望见的大海，风平浪静，静谧浩渺。可一旦你凑近看，则是波浪汹涌，气泡翻腾。在极小的尺度上，时空中虚虚实实的涨落可以随机产生—凭空出现，又无声消散。
粒子物理中还有一些鲜为人知的结论称，在某些罕见但无法避免的情况下，这些泡沫可以发展为一个成熟的宇宙。
在大爆炸之后的那个瞬间，这样的情况可能在一瞬间发生过很多次。实际上，我们这个宇宙的某些性质，可能正是由那个极短瞬间中喷薄而出的时空泡沫所决定的。而研究这种可能性，则要用到“虫洞微积分”理论，也就是从无穷多可能出现的泡沫（以及连接它们的虫洞）当中进行采样分析。
霍金和一些科学家在数学上把这些泡沫做了个平均，把它的物理性质校正了一下，想要判断出，像我们所处的这样一个相当温和且平静的宇宙，是否是早期湍动发展的必然结果。这件宇宙公案没有陪审团，而且可能永远没有—这些计算太复杂了，而且更多是基于直觉，并非事实。而要断定他们是否给出了任何有意义的预言，就见仁见智了。这不禁让人想起王尔德的名言：“对于重大事宜，形式总是比内容重要。”
退一万步讲，就算关于宇宙最初那一瞬的假设是正确的，宇宙的样子很大程度上还要取决于那些时空泡沫的能量。把这些泡沫吹起来的能量将会受到一种负能量的制衡，这来自泡沫里面的物质之间的引力。如果向外的压力刚好和向内的引力（其实也是一种压力）相平衡，你就会得到一个蛮像我们宇宙的宇宙：比较温和、没有极端的时空曲率—天文学家称之为“平坦”。我们的宇宙，至少从太阳系这么微小的尺度来说，还真是挺平坦的，对于银河系这么大的尺度也仍然如此。实际上，一直到遥远宇宙中我们可以观测到的极限，宇宙都仍然保持着平坦。
这些泡沫直到现在都在不断形成，也就是说，你的客厅里随时有可能冒出一整个完全独立的时空。它起初会无穷小，然后膨胀成一个西瓜大，但是你的双眼看不见—出于一些基本的物理原因，你肯定是啥也看不见的。
“它们当然不会在空间里出现，”霍金说，“去追究它们会在空间里哪个位置出现是没有意义的。”它们并不占据我们这个宇宙的空间，而是会形成它们自己的宇宙，再往那些此前并不存在的空间膨胀扩张开去。
“它们在我们这个宇宙中产生之后，就跟我们的宇宙断了联系，”我问霍金，“没有遗骸，也没有痕迹？”
“我不认为会有。”
“就像一个从不给家里写信的不肖子。”当聊到极为宏大之处，我喜欢拿寻常之物做比。
“它并非在我们的空间形成，而是本身就是另一个时空。”
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