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霍金為什麼能成為科學界第一大IP


這兩天新聞不斷,今天剛剛聽到的消息是,霍金去世了。

霍金可能是繼愛因斯坦之後在公眾社會影響最大的科學家。就在去年11月5號,他通過連線以視頻演講的方式向人們闡釋了「未來之光」,這個演講主題是「突破攝星」項目。他解釋了這個項目的三大核心概念,是「迷你太空飛行器、 光動力推進和鎖相激光器」,項目的目標在於實現星際旅行,不遠的將來,人類很可能向距太陽系最近的星系半人馬座阿爾法星系發送一個探測器。

霍金生於1942年,這一年,出生了不少以研究黑洞著名的人,比如說,羅馬大學魯菲尼教授。霍金自己說,他對伽利略有特別的親近感,因為他出生在伽利略去世的三百年後。雖然1942年出生了不少以研究黑洞、萬有引力著名的物理學家,霍金似乎可以這麼說,因為伽利略去世的日期是1月8號,霍金出生的日期恰好也是1月8號

霍金為什麼能成為科學界第一大IPStephen William Hawking,1942年1月8日-2018年3月14日,英國物理學家與宇宙學家

我先大致總結一下這位著名物理學家的科學成就

首先,他和彭羅斯一起證明了所謂奇點定理,這條定理說,我們的宇宙一定起源於一個奇點,在這個奇點上,空間和時間消失,物質密度無限大。當然,這個結論是基於愛因斯坦的萬有引力理論,也就是廣義相對論。在一個奇點上,物理學定律不再適用,包括廣義相對論,所以,愛因斯坦的理論在那裡自己毀滅了自己。這麼說來,我們需要一個更好的理論,自然,量子力學也告訴我們,其實在奇點附近,廣義相對論已經不再成立。物理學家企圖找到一個更好的理論取代廣義相對論,這種努力進行了大約60年了。可以肯定地說,我們離得到這個物理學聖杯還很遠。

霍金對物理學的第二大貢獻就是發現黑洞不黑,也就是說,黑洞會發光,會輻射幾乎所有的基本粒子,這種現象叫霍金蒸發。但是,由於宇宙中的黑洞都很大,它們的質量至少是太陽的好幾倍,天文學家幾乎不可能觀測到這種輻射。為什麼呢,因為根據霍金的研究,每一個黑洞的輻射都有一個溫度,黑洞的質量越大,溫度就越低。比方說,一個幾倍於太陽質量的黑洞,溫度只有一千萬分之一度(絕對溫度),遠遠低於無所不在的微波背景輻射的溫度。只有當黑洞的溫度高於微波背景輻射的溫度,才有被觀測到的可能。於是,霍金就設想了一種可能,也許在宇宙大爆炸剛剛發生之後,產生過一些質量比較小的黑洞,質量大約是一座山的樣子。這些黑洞到了今天因為不斷蒸發,質量已經很小了,小到可以輻射X射線,或者能量更高的射線。當然,天文學家並沒有觀測到這種輻射。因此,霍金最為重要的研究並沒有事實來支持。

物理學家中沒有人懷疑霍金的黑洞不黑的結論,儘管很難用實驗和觀測來證明。霍金蒸發的最重要的作用,是鼓勵一大批物理學家來研究萬有引力和量子力學的結合。

以上是霍金的兩個站得住的重要研究。霍金第三個重要研究,不見得站得住,是關於宇宙的量子起源的研究。這個研究說起來比較抽象,我們就不做介紹了。只說一點,他的這個理論認為宇宙不需要設定原始狀態,宇宙是通過量子漲落蹦出來的。這個理論叫無界理論

往往有人誤會霍金對所謂「萬物理論」有重大貢獻,甚至有人認為霍金髮明了「萬物理論」,這是錯的。萬物理論不是別的,就是超弦理論,霍金基本沒有參與超弦理論的研究。

我有幸見過霍金四次。第一次是在霍金第一次訪問中國的時候,那是1985年。1986年,我去劍橋大學,又見到了霍金。後來兩次,都是在美國。

三年前,有一個霍金的傳記電影《萬物理論》比較火,裡面提到了霍金關於宇宙起源的無界理論。1985年,我第一見到霍金,用結結巴巴的英語向霍金等人報告了我們在他的「無界理論」中計算宇宙早期黑洞生成率的結果,他有些懷疑,我給他看了我的計算草稿,他貌似打消了懷疑。

又過了若干年,我才真正明白當時他為什麼懷疑,因為我們的結果似乎可以從他早期的一個計算得到,但我們的解看上去與他們的解沒有關係。其實,直到今天我也不知道兩者之間是否存在任何關係,因為我不怎麼相信他的「無界理論」了。

霍金為什麼能成為科學界第一大IP霍金與其傳記電影《萬物理論》主演合影

接下來我談談霍金的科普

霍金被翻譯成中文的科普書有五本,其中一本是他自己的故事,《我的簡史》。

當然,影響最大的是《時間簡史》,這是有史以來賣得最多的科普著作,也是霍金的第一本科普書。英文版初版於1988年,本來霍金打算起名為《從大爆炸到黑洞》,霍金的編輯認為這個書名一點也不討好,雖然霍金那時在學術界如日中天。他在那一年才46歲,對於市場一點也不懂。編輯名叫西蒙・米頓,是劍橋大學天文學博士同時也是科普作家。早在1983年,他就邀請霍金寫宇宙學的科普書。他建議霍金將書名改成《時間簡史》。這麼一改不得了,十年內賣了1千萬本(英文版),至今翻譯40多種語言,賣了2500萬。我不知道數字是否真實。麥當娜在1992年出版她的寫真集,霍金1993年說他的書賣得比麥當娜的寫真集還好。

霍金為什麼能成為科學界第一大IP《時間簡史》第一版封面

我們會問一個問題,霍金的書為什麼賣得好。我覺得有三點:第一,霍金是科學界的第一IP,他太有名,太勵志了。第二點,霍金喜歡在書里講故事,他懂得講故事太重要了。第三點,傳為美談的,霍金在整本書里只用了一個公式,也就是愛因斯坦的質能關係E=mc2。因為編輯告訴他多一個公式少一半讀者

霍金出生於牛津,17歲上牛津大學,顯示了驚人的能力。他不需要學別人解決具體科學問題,只要知道這個問題有答案,他就自己能解決。霍金喜歡科幻小說,還參加划船比賽,而且做得非常好。今年他75歲了,他如果不得病,可定會是個肌肉男。在牛津大學,他只花了1000個小時學習,這是傳為美談的1萬小時定律的十分之一。然後20歲成功地去劍橋大學讀宇宙學的研究生,24歲時寫完博士論文,是關於宇宙中的奇點的。

霍金在學術界最有名的書是他與艾利斯合寫的《時空的大尺度結構》,這本書非常抽象,影響了好幾代物理學家,包括我自己。寫書時他31,就在這一年他作出了一生最大的成就――黑洞不是黑的,黑洞會蒸發。

霍金為什麼能成為科學界第一大IP《時空的大尺度結構》

霍金在劍橋大學做研究生時,1963年遇到他的第一任妻子簡,簡被他的風趣幽默吸引。霍金那時已經得病了,漸凍症。無葯可治,患者通常只活2,3年。但1964年他們還是結婚了。霍金說這一紙婚約改變他的人生,給予他生活新的動力,1967年他們的大兒子出生,到1979年第三個孩子出生。

霍金為什麼能成為科學界第一大IP霍金和他第一任太太Jane Wilde

經常有人說霍金是繼愛因斯坦之後最偉大的物理學家,這種說法不對。我前面說了,霍金是繼愛因斯坦之後社會影響最大的科學家,今後五十年也許不會再有社會影響這麼大的科學家出現。就物理學上的成就來說,霍金當然是20世紀下半葉最大的物理學家之一。

霍金的研究已經激勵很多物理學家去尋找「萬物理論」這個聖杯,今後還會激勵更多的人投入這項了不起的事業中去。不過,近些年來,我對「萬物理論」的前途很悲觀,覺得量子力學與引力的結合需要幾百年的時間。問題出在哪裡呢?我認為是很難有實驗幫助物理學家檢驗更多的想法。