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霍金：想像黑洞
张东操
2002年8月18日下午，霍金教授在北京国际会议中心做公众演讲，将人们带入他思想探险的“膜的新奇世界”。在这个新奇世界里，无限大的宇宙和无限小的粒子和谐地统一在一起。
40年前，20岁的霍金在申请攻读剑桥大学博士学位时，面临一个十字路口。一条道路通往微观世界的基本粒子，小得不能再小；另一条则遥指浩渺无穷的宇宙，大得不能再大。
40年后的今天，在霍金看来，这个十字路也许只指向同一个方向。但在当时，霍金的选择还颇费了一番周折。他自己回忆说：“研究基本粒子对我的吸引力较小，因为尽管人们发现了许多新的粒子，但还没有适宜的基本粒子理论。只是像研究植物学一样，把粒子分类而已。相反，在宇宙学方面，已经有了一个明确的理论---爱因斯坦的广义相对论。”
于是，他做出了自己人生最有决定性影响的选择，沿着爱因斯坦的足迹继续前进。如今，由于在理论物理学上的卓越贡献，那个曾经迷茫的霍金已经成为世界当代享有盛誉的伟大科学家。引领他进入宇宙学殿堂，取得丰硕成果的，正是人类历史上最伟大的科学家之一---爱因斯坦。
不过，霍金很快就在攻读宇宙学方向的博士学位过程中遇到麻烦。由于在牛津上大学期间没有认真学数学，他在做广义相对论的复杂计算时碰到障碍，研究迷失了方向。而他也在这个时候被诊断患上了肌萎缩性硬化症，一种罕见而且难以治愈的疾病。
这种疾病会影响控制运动功能的那部分大脑，当肌萎缩蔓延到全身后，就会引起瘫痪。不过，大脑的思维和记忆等高级功能不会受到影响。幸运的是，霍金研究理论物理学，真正需要的工具就是大脑。
霍金的博士学位也面临威胁。以他前两年多的研究进展，他很可能通不过博士学位的审定。而一次偶然的机遇，他的命运发生了新的转折。这使得他将可以成为霍金博士，而且从此走上超级科学明星的道路。
这本来可能只是一念之差。在参加完伦敦一个学术会议返回剑桥的列车上，霍金的同事们正在热烈讨论会议中的一个数学问题。而沉默的霍金将视线离开车窗，突然一个念头闪过：“如果将会议中的奇点理论应用于整个宇宙，不知道会发生什么情况？”
这个故事似乎在牛顿和爱因斯坦的身上都发生过。牛顿在想：“为什么苹果不会抛向空中，而是落向地面？”爱因斯坦则在思考：“如果人骑在光上飞行，将会看到怎样一个世界呢？”
进入21世纪的今天，“黑洞”已经成为融入大众词典的科学名词之一。但在20世纪60年代，了解并研究黑洞的科学家也并不是很多。爱因斯坦的广义相对论认为，宇宙不可能是稳定的，它不是在扩展就是在收缩。天文观测证实我们所处的宇宙正在膨胀，那么很久以前的宇宙一定紧密地挨在一起。更早的时候又是什么样子呢？爱因斯坦的方程式显示，宇宙必定产生于150亿年前一个密度无限大的点---奇点。它又被称为“宇宙蛋”，实际上也相当于一个黑洞。
在那时，全世界只有少数几个人相信黑洞或许真的存在，也只有几个人相信宇宙起源于一个奇点。黑洞成为霍金第一项真正的研究课题，这使他的博士论文得以通过。而进一步的突破，树立了他具有世界影响的声誉。
1973年初，霍金和那位在伦敦会议上提出奇点理论的物理学家一起，研究黑洞内部发生的事情。1974年3月1日，霍金在《自然》杂志上发表论文，阐述自己的新发现--黑洞是有辐射的。几个星期内，全世界的物理学家都在讨论霍金的研究工作。黑洞辐射被称为霍金辐射，这个新发现被认为是理论物理学多年以来最重要的进展。
在霍金辐射发表几个星期后，年仅32岁的他获得了作为科学家的极高荣誉，成为英国皇家学会的成员。这是皇家学会悠久历史上最为年轻的科学家之一。
然而，霍金在黑洞研究的基础上继续追根溯源。他在思考另一个问题：仅运用广义相对论，可以预言宇宙必定产生于150亿年前一个密度无限、体积为零的的奇点。如果将微观世界的量子规则加进来，这个预言将会发生什么变化？
这正是爱因斯坦后半生所追求的梦想---把量子理论和相对论统一成一个理论。爱因斯坦渴望清晰地揭示宇宙活动的奥秘，展示自然界的美丽和优雅。由于他所处的时代没有后来的一系列重大发现，结果没有找到统一的理论。
霍金发现，假如宇宙有一个特别简单的形式，那么就有一种方法简化计算。他提出一个模型，描述宇宙整个历史是一个完全弯曲的时空。1978年，由于这项工作他获得物理学界最有威望的大奖---爱因斯坦奖。嘉奖词称，霍金的研究将可能导致建立统一场论。
在《时间简史》的最后，霍金附上了伽利略、牛顿和爱因斯坦的传略。有人认为，这是霍金自命不凡，暗示他的名字将列入未来的“时间简史”中。而另一些人认为，霍金完全可以将自己和这3位伟大科学家并列。
霍金本人仍然在量子宇宙科学的世界里遨游---这也是爱因斯坦所梦想的地方。正如有人评论的那样：尽管他那么无助地坐在轮椅上，他的思想却出色地遨游到广袤的时空，去揭开宇宙之谜。
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