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《时间简史续编》 作者:作品集

第五章更新时间:2014-07-10

  daxueshengxiaoshuowang白纳德?卡尔当史蒂芬和我在加州理工学院时,我们在午餐时讨论过名望的性质。他提出的定义是,名望是知道你的人比你所知道的人更多。午餐后我们回到系里,有一个人从旁边走过并打招呼:“你好。”我不知道他是谁,因此我说:“史蒂芬,那是谁?”史蒂芬看了我一眼,他那时还能讲话,他说:“那是名望。”史蒂芬?霍金1979年我被选为卢卡逊数学教授。这是伊萨克?牛顿曾经担任过的同一教席。他们有一本大书,每个大学教授都必须在上面签字。在我担任卢卡逊教授一年多后,他们意识到我从未签过字。所以他们把这本书带到我的办公室来,我勉为其难地签了名。这是我最后一次签名。白纳德?卡尔我很敬畏我的导师史蒂芬。人们对自己的导师总有点敬畏。而当导师是史蒂芬时,他显然会使人更加敬畏。另一方面,当我在史蒂芬家生活了一年后,他成为我的朋友,所以我对史蒂芬知之甚详。史蒂芬在那些日子里仍然能讲话,是以一种和他不熟悉的人很难理解的方式讲话。他仍然作学术报告,尽最大的努力使人们听懂。但是,通常我们开会时,史蒂芬的学生或者他的家人经常必须做翻译。随着岁月流逝,情况越来越严重。有一次史蒂芬离开酒会,有人帮助他下楼。史蒂芬想对这个人说点什么,可是这个人听不懂,所以史蒂芬自己就不停地重复。这个人变成非常忧虑,并且想道:“我的老天,这也许非常严重。史蒂芬可能病得很重。”因此,他急急忙忙离开史蒂芬跑到楼上来,“快来帮助我,史蒂芬需要帮忙!”每个人闻讯都跑下楼来,有人能翻译史蒂芬所讲的,他只是在讲一个笑话中使人发笑的那一段。1982年当史蒂芬?霍金面临着他女儿露西新学校昂责的学费时,决定针对没有科学背景的读者写一本有关宇宙的书。1984年他完成了《时间简史》的初稿并进行修改。后来,在一次访问瑞士日内瓦时,他得了肺炎,并且必须进行急救气管切开术,这种手术使他完全失去讲话能力。布里安?维特布里安?维特从1982到1985年,在史蒂芬?霍金指导下写有关量子引力的博士论文,之后以研究员身份和霍金工作三年。现在在剑桥开了一家电脑公司。他在瑞士生病了。回来时,他必须靠通气管呼吸,在他的喉咙插入一根管子。从那个时候起他就不能讲话了。我记不得他在剑桥住了多久的加护病房。可是在那个时期,也许有两个月之久,由于他不能和护士交谈,所以每周有两三天我就在医院中过夜,不仅是因为他病情严重;也因为护士根本不能理解史蒂芬要什么。如果他不舒服,他们不知道为什么。我们一些人实际上全天候在那里。很长一段时间以后,至少感觉像很久,有人发明一种聪明的玩意,一块中间开一个洞的塑胶板配上字母。当你把塑胶板举在你和另一个人之间,他盯着字母,你就能说出他在看那个字母。大部分时间你能做到这一点。有时不能完全确定、所以必须耐心地把他想要的说出来。他们挑“A”,而你说“A?”这正和猜谜语一样。史蒂芬花了很长时间,才能接受利用电脑沟通的主意。这不仅是“啊,我不想麻烦。”而是“我不要这么做。”史蒂芬不愿意接受他不再能讲话的事实。他认为找到一种言语以外的沟通方法是表示屈服。我记得有一天晚上去他那里,他第一次叫我帮他起床去用电脑。在打了“你好”以后,他打的第一句是“你愿意帮助我完成我的书吗?”史蒂芬在这类事情上总是非常礼貌的。史蒂芬?霍金在手术之前,我说话变得更不清楚,只有少数和我很熟的人才能理解。我要依靠向秘书口授来写科学论文,还要透过一名译员来作学术报告。气管切开术使我完全丧失了说话能力。布里安?维特他能综观事物如何运行。当他不愿说:“看这篇论文,这就是证明,”史蒂芬是试图理解世界运行的方式,他说:“根据我的理解,这必须是它运行的方式”,而不是根据他当时已知的可以证明这一点。当然,有时他也会弄错。有时他告诉你一些东西时,你会离开去计算,然后回来对他说:“看,你弄错了。”而他不会相信你。以后你会谈论这些,你会在两周后意识到他是对的,他的预感比你的计算强得多。我认为这是他头脑中非常重要的一面:靠直觉思维而不必一步一步推算,跳过简单计算而直接得出结论。我们两人都有谈论科学的强烈欲望。让科学家以外的人理解科学为何物是很重要的。我们都热切希望写一本大众要读的书,尽管我们从未预料过;会发生后来发生的事。史蒂芬不愿在精确性上作任何妥协。你有时当然必须润饰一下,也不可能解释每一个细节。可是要尽量地做。如果你使用比喻,你不愿意在第一道障碍即告失效。你希望使用足够精确的比喻,使得如果有人要利用它思考时,他们不会把这种比喻过分外推而使之丧失意义。我们花费大量时间来讨论比喻,并且推敲其可行性。例如,史蒂芬在第一稿中要用科学术语来解释某些东西,后来他说:“噢,没人能理解那个。让我们使用比喻来取代。”我们刻意一步步地这么做。现在,其中的一些比喻当然是沿用爱因斯坦或其他人历史性的解释,可是有些是我们提出或加以改善的。例如,我们用这样的一个比喻来解释如下复杂概念:在低能量时显得不同的粒子,也许在高能量时实际上是相同的粒子。你说:“我们这里有不同的东西,而且我们能看到并能解释它们如何不同,它们具有不同质量、不同性质等等。”然后你会说:“但是根据我们的理论,这些东西在高能量时是同样的东西;它们只是在低能量时显得不同。那么,这是什么意思呢?”我们使用轮赌盘上转动的球来比喻。当旋转轮盘时,球会快速滚动并接触到任何一个数字。所以球停在轮盘的任何格子内实际上几率是相同的。随着整个系统慢下来并损失能量,它最终会落到一个数字上,譬如22。22这个数字并没有任何特殊之处。能量降低时,同一个球可能落到任何其他格子内。而且如果你重新旋转轮盘以增加能量,那么它又会一蹦一蹦地跳跃,并可能落到其中的任何一个数字。这就是苦思熟虑后得到的一个比喻。我们想要得到的是一个可以摹像的比喻。因?莫斯因?莫斯是史蒂芬?霍金80年代初在剑桥的研究生。现在在纽卡索大学任物理讲师。史蒂芬上午离家,自己操作轮椅,十一点到达办公室。因此大部分人也在十一点到。之后我们开始喝咖啡聊天。一直到中午左右去吃午饭,午饭从一点左右开始,直到三点左右结束。大家会问史蒂芬对他们的研究或者任何有趣东西的看法,不停地讨论,如果必要的话可以花费整个下午时间。我们老是坐在咖啡室里讨论,还能完成任何工作真是奇迹。我已记不得我们什么时候曾坐在办公室里做研究。那种气氛很好。布里安?维特主要因为史蒂芬愿意为学生花费大量时间和心力,所以他是一位非常好的老师。很多大学教授显得非常疏远,他们很少和学生见面。史蒂芬整天都和学生见面。他说的话几乎无法听得懂,只有几个人能听懂他的话。后来当他失声后,情况当然也就改变了。可是在某些方面反而变得更好了,因为失声后,他反而能和每个人沟通了。克里斯多福?伊宣蒙在他仍能讲话的日子里,还是有可能理解他说的话。但我发现如果我离开很久,就会丧失这个能力。不过当我回到他身旁时,在两三分钟里又可以重新明白他的话。肯定有时候当他与不熟悉他的研究生讲话时,而不能使他们理解他讲的话,他会非常懊恼。现在由于使用语言合成器,情况当然也就不同了。史蒂芬?霍金在做气管切开术后的一段时间里,我唯一的沟通方法是一个字母一个字母地把词拼出来。在某个人指着拼写板上正确的字母时,我就扬起我的眉毛。如此进行交谈当然十分困难,更不用说写科学论文了。然而,加州一位电脑专家听说我的困境,就给我寄来一套电脑软件,它能让我从屏幕上一系列的目录中选择词汇,只要我按手中的开关即可。这个软件也可由头部或者眼睛的动作来控制开关。当我累积了足够多要说的话,就可以输送到语言合成器。这台合成器连同一台电脑安装在我的轮椅上。这个系统使我与人交谈比以前容易得多。我可以在一分钟内组合十五个字。我可以把所写的文字用合成器说出来,或者存到磁碟里。一个人的声音很重要。如果你的声音含糊,人们很可能以为你有智能缺陷。我的合成器是我迄今为止所听到最好的,因为它会抑扬顿挫,并不像一台机器在讲话。唯一的问题是它使我说话带有美国口音。法兰克?霍金在史蒂芬气管切开术的恢复期间得了重病,并于1986年去世。玛丽?霍金我父亲花费极多时间研究所有被试过或已知的运动神经疾病治疗方法。他的同事说,他等于停职一年在做这件事,接触任何可能知道或尝试过任何方法的人。甚至直到今天,我仍然陆续收到寄给他的有关慢性病毒的研究论文。伊莎贝尔?霍金他父亲的死使他非常难过,这是一件悲惨的事。史蒂芬动过气管切开术后在医院住了很长的时间,并且没有特别合适的车可供他往返。让他回来非常困难,我去看史蒂芬也是同样困难,这是因为他父亲需要我。玛丽是一名医生,所以由她就近照料。所以除了玛丽外,没人意识到他们父亲是多么濒临死亡。她打电话给史蒂芬并告诉他。他以前都不知道。我想他第二天就赶回来了。他非常喜爱他的父亲,可是后来他们变得相当陌生,最后几年也很少见面。我认为史蒂芬对他父亲的研究毫无兴趣,而他的父亲从未试图使史蒂芬对它感兴趣,因为他们的兴趣截然不同。但是,他们有许多共同点。因为他简洁的思想,对史蒂芬是一种莫大的启发。史蒂芬在他父亲死之前正在写《时间简史》,所以我认为他们在此书的早期阶段就讨论过它。我想,事实上他父亲读过初稿,而且非常感兴趣。力学(不管经典的还是量子的)不能区分时间的方向。如果你为绕太阳公转的行星拍电影,并把它由后往前放。反演的运动就和原先的一样好地服从牛顿引力定律。它在原则上可以是某个遥远太阳系行星的实际运动。可是宇宙具有一个较偏爱的时间方向。恒星把它的核燃料烧掉、动物变老、人们记住过去而不是将来的事。更有甚者,所有恒星、动物和人都往同一方向做这些事,而不是我们一些人记住过去,而其他人记住将未。有一个普适的时间箭头存在。人们在一个多世纪前就已经理解了时间箭头是怎么引起的。取来一副新牌,并用任何方法洗牌。洗三、四次并且在每次重洗之前记录牌的顺序。得到这种记录的人毫不费力即能把它们按时序排列。第一个记录即是盒子是新的时候,牌按照顺序排列。下一个记录是牌有些乱,再下一个就更乱些等等(在洗了四至五次后,纸牌就变成完全无序了,而这个过程就失效了。但是,如果你想象用比五十二张多很多的牌开始,你要进行更多得多的次数这才会发生。)这与如何洗牌的细节无关。更重要的是你必须从一副新牌开始,而且这副牌具有高度顺序的条件。按照热力学第二定律,不仅仅是洗一副牌,任何力学过程都会增加(至少不会减少)一个系统的无序度。如果宇宙,正如一副新牌那样,从一个高度有序的条件开始,这个原则足以解释所有观察到的时间箭头事件(尽管在某些情形下,展现这理论的推理过程既冗长又困难)。因此时间箭头的一个完整解释必须说明为何宇宙是这样开始的。这是宇宙学的问题。史蒂芬?霍金如果宇宙停止膨胀并且开始收缩时,将会发生什么呢?热力学箭头会不会倒转过来反演,而无序度开始随时间减少吗?我们会看到破杯子的碎片集合在一起,并从地板上跃回到桌子上吗?我们是否能记住明天的价格,并在股票市场发财呢?我觉得宇宙在坍缩时,会回到一种光滑有序的状态。如果情形果真如此,则人们的生命在收缩时会往过去回溯。他们先死后生,随着宇宙再次变小,他们会变年轻。最终他们会消失并回到子宫中去。雷蒙?拉夫勒蒙雷蒙?拉夫勒蒙是法裔加拿大人。1984至1988年他在史蒂芬?霍金指导下学习。他关于量子宇宙论/宇宙波函数的研究推翻了霍金在宇宙收缩时,时间箭头会反向的理论。他现在是剑桥彼得学院的研究员。他给了我第一个研究问题。实际上当他给一个问题时,已经差不多知道答案应是什么。我仔细推敲了几个月才理解他给我的问题。我回来对他说:“史蒂芬,这是我的答案。”他对我说:“不,那不是我所预料的。”但是我说:“史蒂芬,那是我得到的答案。”我走到黑板前进行解释。他说:“你想过这种特殊情形吗?”我说:“噢,我没有。”因此,我回去计算他对我所讲的,几周后又回来。我说:“史蒂芬,我没有得到这个。我仍然得到原先的那个答案。”他说:“不,不,这不行。你想过那个没有?”我说:“噢,没有。我忘记了那种特殊情况。”这样我又回去开始重新计算。我再次得到同样的答案。因此我回去见史蒂芬。这大约拖延了两、三个月。他最后说:“也许你有一个近似不能成立。”于是我和一位合作者决定利用电脑来计算。这花费了大量时间,写出所有程序,把它算出来,还得保证程序是正确的。我们仍然得到我以前得到的同样结果。此刻,刚好当?佩奇进来了,他说:“雷蒙,我对那个结果十分感兴趣,因为我得到大致相同的结果。不过是从不同的角度。”于是我们决定必须去说服史蒂芬,在时间箭头特定的领域内我们是对的。我记得当告诉我:“我们最好慢慢进行。先使史蒂芬对我们的假设信服,再告诉他最后的结果。因为如果我们告诉他结果,而这结果又不是他要的,他就会下结论说,我们的假设有什么地方错了。相反地,我们决定在告诉史蒂芬结果前,先确立我们的假设,这样他才会同意。我们共花了大约一个月,最后才说服史蒂芬相信我们是对的。史蒂芬?霍金我犯了一个错误。原因在于我用了一个过于简单的模型。当宇宙开始收缩时,时间不颠倒方向。人们会继续变老,所以不能指望等待宇宙收缩时去恢复你的青春。白纳德?卡尔在某种意义上,史蒂芬永远在面临着死亡。随时死亡的可能永远存在。我认为在史蒂芬的事业发展中,这是一个重要的因素。因为他意识到时间可能是短促的,他必须非常快速地工作,所以他决定专心一致迅速工作。我认为一个鞭策史蒂芬前进的原动力,是他要理解宇宙的坚定决心。我们谁也逃脱不了死亡,对于史蒂芬更是如此。因而它提供了一个强烈的动机。人们总爱提的一个问题是:如果他没有生病的话,能否对科学做出如此伟大,甚至更伟大的贡献?他的残疾是否阻碍了他的科学贡献,这我并不清楚。如果他没生病的话,也许不能产生这么多好的成果。所以我认为各有利弊。史蒂芬?霍金宇宙有两种可能的结局。它可以永远地膨胀下去,或者它会坍缩而在大挤压处终结。我预言宇宙总有一天会终结于大挤压之处。然而,我比其他的末日预言者都占便宜,不管一百亿年后会发生什么,我不期望自己会活到那时候而被证明为是错误的。当?佩奇我们最近住在莫斯科的一个饭店里,那里有一间小小的舞厅。史蒂芬想找我们中的一些人去跳舞。我们中没人有这等勇气。但是后来在我们出来的路上,大家都得通过这舞厅,而史蒂芬在大厅里转动着他的轮椅,真是一大奇景。因?莫斯轮椅是旅行中的一个后勤问题。因为它必须放到飞机里同行,如果把它放到行李舱里,那么史蒂芬就必须在附近花一、两个钟头等待行李出来,在这之前没有地方可以安置他,这可是一个大问题。有一次他十分坚持,空中服务员也就同意把轮椅放在头等舱的座位上,而我们都坐在二等舱。此外,他在机场通过安全检查也是一个大问题。因为任何坐轮椅的人都得通过金属探测门,而轮椅过不去。只有一次,安全人员坚持要搜查他,我认为这有损尊严。但是我能想象史蒂芬的情形颇具危险性。事实上,我有一次就是把一盒雪茄藏在他的轮椅中而走私过关的。当?佩奇当霍金被选为皇家学会会员时,他是最年轻的会员。他们在一、两年后也选了查理王子。他们邀请一些比较年轻的会员来伦敦。我没有去。可是简回来说,查理王子极爱史蒂芬的轮椅。史蒂芬喜欢旋转这个轮椅来炫耀。结果在他旋转时压到查理王子的脚趾头。我希望王子的脚趾头依然无恙。我想这是我和查理王子共同的经验。我们俩都被史蒂芬的轮椅压过。史蒂芬?霍金1991年3月5日,星期二晚上,大约10点45分,我在往松林公离的归途中。天黑又下雨。轮椅的前后都安有自行车灯。我上了格兰治路并且看到了汽车的灯光向我趋近,可是我判断它们还很远,我还来得及安全过马路。然而,这车子一定行驶得非常快,当我刚好到达路的中间时,护士惊叫起来:“小心!”我听到了轮胎刹车的声音,而我的轮椅后面挨了一下极其猛烈的冲击。我跌落到路上,我的腿还停在轮椅的残骸上。这件事故毁了我的轮椅,并且破坏了我借以沟通的电脑系统。我的左上臂骨折,我的头被划破,需要缝十三针。四十八小时之后,他回到办公室工作。伊莎贝尔?霍金他的确不相信自己在任何方面和其他人有何不同。如果他能做到,则任何人也能做到。这就是为什么他的书不是一本给专家看的书。我是说,他的读者是任何人,而且他相信任何人都能理解。他相信我能理解。我想这有点过于乐观。但是他真心相信这一点。克里斯多福?伊宣蒙正常情形下,你在做理论物理研究时,只需要在你面前放一张纸,在上面涂涂写写,然后想一想再继续涂涂写写。我扔到纸篓中的和记到笔记中的消耗率,大概是十比一。而史蒂芬当然必须在他头脑中进行这一切。他论文最引人注目的是:他是真正地贯注于关键处,而不像我们一些人那样,受相关细节的诱惑。他使用时间非常有效率。他尽可能用最简单的方法,这在物理学中当然是很高明的。我想,他的疾病在那个意义上对他的工作方法具有直接的影响。当然,其他明显的影响,是和科学家朋友沟通变得很困难,这对他来说一定是十分沮丧,对我们也是这样。你不好直接上前问他:“看这个,我对这不理解。你看,你的论文中有一些问题,还有……。”如果你这么做,他就得花大半天宝贵的时间才能给你恰当的回答。这明显地妨碍了科学交流。我们在理论物理界有一种传达研究成果很有效宰的办法:我们相互寄预印本。只要读史蒂芬所写的,就能对他所做的研究有透彻了解。我认为他在许多方面使自己几乎像没有残疾那样工作。你确实不能从他工作的任何阶段,找到他正和可怕疾病搏斗的迹象,也许除了他发展出来一种特别清晰的风格之外。我想,如果你有任何形式的残障,你会倾向于自我沉思。如果你是内向的人,这肯定对研究理论物理有利。理论物理实在是一种寂寞的工作。虽然人们有时两个人或甚至三个人成组工作,一天结束后,你必须独自坐下,伴随着一叠纸,进行自己的研究。我想,史蒂芬的残疾鼓励他在特别适合应用深入思维的科学领域作研究,而不仅是处理一大堆繁琐计算。例如,有许多基本粒子物理的分支,一点研究就会牵涉到非常复杂的计算,不管是在纸上,还是用电脑,都是大量的工作。很清楚,史蒂芬没有深入这类研究就是因为这个原因。相反地——尤其在近年,他有意深入研究那些需要专心思考的题目。他当然会讨论到形而上学的方面。他非常努力地思考它,还有关于量子力学基础,以及它们如何和他的研究相关。在那个意义上,人们也许可以了解,他的疾病如何使他更向内心集中注意力。珍娜?韩福瑞时间在霍金的理论中如此重要,我想这一点是意味深远的。一定是史蒂芬用他自己的经验来解释他的观点。我对史蒂芬过去的模样记忆仍然是生动如昔。他总是好动。他喜欢动作和富有表情。但是这些都只成回忆。我最近找到了一些照片,使我想起了每个人大概的样子。我真的认为史蒂芬过去的模样和现在很相像。伊莎贝尔?霍金他非常强烈地相信人类头脑几乎无限的可能性。你必须先找到那些超出你能力的,你才知道什么是办不到的,所以我根本不认为思想要受任何限制。为何你不应该继续思考不可思议的东西呢?总要有人先开始吧!一世纪前多少事情是不可想象的?当时一定也有人思考过,然而那些想法多半被认为很不切实际。史蒂芬说的一切,不太可能全被当作绝对真理。他是探索者,他在寻求事物。如果有时他说没有意义的话,我们不也都会这样吗?关键在于,人们必须思考,他们必须不停地思考,他们必须尽力扩展知识的边界;然而他们有时候不知道从何开始。不知道什么地方是边界、也不知道何处是起点。约翰?惠勒七月有一天早上5点30分, 在新墨西哥州沙漠上,人们首次把一颗恒星放到地球上。1945年,那一点物体的行为和人们预期的一模一样。这为我们知道如何预言,以及我们的理论是正确的提供了美妙的证据。这超出了地球人类所有的经验的。然而人们也可以说,爱因斯坦预言的宇宙的膨胀,是如此之荒谬,以至于在开始时连他本人都不能相信。这是最伟大的证据,表明人类具有这样的本领,即我们的理论是有效的,并能以超出我们原先意识到的威力来预言。我们曾经有过错误的理论,而科学界的好处是错误总会被发现。在从错误的理论中找出何处出错时,我们学会了某些新东西。对我来说,围绕我们的世界,充满了古罗马人称为燃烧的世界城堡——人类知识的前沿。从基因如何起作用、生命如何繁殖、宇宙如何膨胀,直至黑洞如何吞没信息——所有这些不仅是科学的前沿。而且也是人类本身的前沿。依我的观点,现在我们仅是小孩。有这么多领域尚未被探索,这么多美妙事物有待揭示。我想,男女老幼都越来越意识到,现今我们正从事着人类最美妙的探险,就在此时此地探索着这些前沿。史蒂芬?霍金如果我们确实发现了一套完整的理论,它应该在一般原理上及时让所有人(而不仅是少数科学家)所理解。那时,我们所有人,包括哲学家、科学家以及普普通通的人,都能参加为何我们存在和为什么宇宙存在的问题的讨论。如果我们对此找到了答案,则将是人类智慧的终极的胜利——因为那时我们知道了上帝的精神。WWW.DXSXS.COM
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