(主持人:刘子华)
2018年3月14日,英国剑桥大学的物理学家史蒂芬·霍金,这位享誉全球的科学巨匠,在世人的瞩目下走完了他辉煌的一生,享年76岁。作为当代最杰出的引力物理学家,霍金对时空的理解之深刻,无人能及。值此霍金逝世两周年的之际,我们特别邀请到霍金的学术门生,也是其广受赞誉的科普著作《时间简史》中文版的翻译者吴忠超教授,与我们一同探讨“霍金眼中的宇宙奥秘。”
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在剑桥大学举行的追思仪式和伦敦西敏寺的安葬仪式上,我认真聆听了各界对霍金的悼念辞。霍金下葬后,来宾们受邀前往西敏寺的后花园参加招待活动,此时霍金标志性的合成声音响起,欧洲空间局将其同步传向浩瀚的宇宙深处。这一举动象征着地球文明在孤独中寻找宇宙伙伴的不懈追求。
霍金在学术领域取得的卓越成就包括:广义相对论的奇性定理的发现、黑洞视界面积不减定理的提出以及黑洞辐射理论的创立。他还创立了引力热力学和欧氏量子引力理论,预言了宇宙结构的形成源于太初的量子涨落,并提出了“无边界设想”,描绘了宇宙无中生有的诞生图景。
他所揭示的黑洞辐射机制堪称近百年引力物理学领域最伟大的成就之一。这一成就已被铭刻在他的伦敦西敏寺墓碑之上。而他的另一项重大贡献,宇宙学的“无边界设想”,同样具有划时代的意义。那么,霍金本人如何看待这两项重要成就呢?
2004年冬季,我受邀访问剑桥。同年12月10日,我向他提出了一个长期萦绕于心的问题:“史蒂芬,你认为你的黑洞辐射理论和无边界设想,哪一项贡献更为重要?”他操作着轮椅上的鼠标,在屏幕上敲下了一行字:“Other people think the black hole, because that is now accepted, but I think no-boundry.”(翻译为中文即:人们认为黑洞辐射更重要,因为它已被广泛接受。但我认为无边界设想更为重要。)
宇宙学作为一门严谨的科学,其发展历程以两个重要事件为标志:一是爱因斯坦提出了三维静态宇宙模型,二是哈勃发现了红移现象。

1948年,伽莫夫等人提出了后来被称为“热大爆炸”的宇宙模型。该模型认为,宇宙早期具有极高的物质密度和温度。在大爆炸后的几秒钟内,宇宙的物质主要由电子、质子、中子及其反粒子以及辐射构成,而在更早的时期,宇宙完全由基本粒子组成。随着宇宙的不断膨胀,其温度逐渐降低。
1970年,霍金与彭罗斯通过严谨的数学证明指出,在经典广义相对论的框架下,只要满足合理的物理条件,宇宙的大爆炸奇点是不可避免的。奇点应当被视为经典时空的不可逾越的边界。因此,广义相对论本身是不完备的。要完整地描述宇宙图像,特别是大爆炸的初始阶段,需要借助尚未发现的量子引力理论。
宇宙中存在着许多美妙而难以解释的现象。1973年,霍金与科林斯在研究宇宙各向同性问题时发现:宇宙之所以呈现现在这样的状态,是因为我们的存在。这一思想后来发展成为所谓的“人存原理”,揭示了物理对象与观察者之间的关系并非简单的映射关系,而是更为复杂和深刻。
1998年,珀尔马特、施密特和里斯发现了宇宙正在加速膨胀。人们普遍认为,这种加速现象是由所谓的“暗能量”引起的。经过天文学家和宇宙学家的不懈努力,科学界达成共识:宇宙空间是平坦的,宇宙现有的物质组成中,约68%为暗能量(通常被认为是宇宙常数),约5%为可见物质,约27%为暗物质。目前,宇宙公认的年龄约为138亿年。
宇宙学面临的最重大挑战之一是宇宙的创生问题。哲学、神学和科学都对这一课题给予了高度关注。1981年,霍金提出了“无边界设想”:宇宙没有边界!在所有边界条件中,霍金提出的“无边界设想”最为简洁、合理,也最为壮丽!这一设想使得长期困扰人类理性的“第一推动问题”迎刃而解,因为从时空的角度来看,宇宙的开端就是一个边界。也正因为如此,上帝在宇宙创生的过程中被排除在外。
“无边界设想”使宇宙学首次具备了预测能力。人们利用这一设想重新审视了宇宙学的所有问题。
“无边界设想”不仅制约着宇宙的演化,还制约着宇宙的创生,使上帝在宇宙中没有存在的空间。宇宙本身就是物理定律的体现。时空不能独立于宇宙之外。“无边界设想”实现了宇宙无中生有的壮丽景象。现在的问题转变为:宇宙为什么存在?而“存在”本身却是一个没有定义的概念。
《时间简史》
[英]史蒂芬.霍金 著
湖南科技出版社
【内容简介】
一部经典的科普巨著,汇集了思想家、宇宙学家史蒂芬·霍金的智慧结晶。从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制,他对量子宇宙论的发展做出了卓越贡献。在全球性的科学普及方面享有崇高声誉。他的《时间简史》、《果壳中的宇宙》、《大设计》等科普著作,引领了不同文化背景的人们走进科学的殿堂。他赋予宇宙学研究以艺术般的魅力,使“黑洞”成为我们日常生活的一部分,他激发了我们的好奇心,丰富了人类的精神世界,更打破了科学非人化的刻板印象。尽管长期被严重的肌肉萎缩性疾病所困扰,被禁锢在轮椅之上,但他依然以超凡的毅力和斗志为科学进步做出了巨大贡献。
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