读霍金的《宇宙简史》有感

    史蒂芬·霍金（见上图）于1942年1月8日，即现代科学的奠基人伽利略逝世300年的那一天，出生于英国的牛津。他被当代誉为自爱因斯坦以来世界最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。他也是黑洞理论和“大爆炸”理论的创始人。他现在已67岁，尽管他在牛津大学毕业后到剑桥大学读研究生时患了“卢伽雷病”（肌肉萎缩性侧索硬化症），并在不久后完全瘫痪，但他至今仍坐在轮椅上，在剑桥大学任牛顿曾担任过的卢卡逊数学教授之职。他的思想却超越了相对论、量子力学、大爆炸理论而迈入创造宇宙的源头。他的《宇宙简史》回答着自牛顿以来一直困扰着人类的宇宙的“第一推力”问题。试图找到宇宙的奇点。
    《宇宙简史》这本书应被叫做《时间简史》更确切些，因为它的原著名字是“A Brief History of Time”。或许翻译者认为《宇宙简史》这一名字更切合本书内容，不太抽象或更易懂吧。现在我就对《宇宙简史》这本书谈一下个人感悟。
    霍金在本书的一开始就深入浅出地从公元前340年的亚里士多德（Aristotle)的著作《天论》（On the Heavens)谈起，又提到托勒密（Ptolemy）的地心说及哥白尼神父（Nicholas Copernicus）的日心说，又到牛顿的万有引力。也点明了20世纪前没有人提出宇宙是膨胀或收缩的理论。人们都普遍认为宇宙以永恒不变的状态存在着，但霍金笔锋一转说：“牛顿的引力理论表明宇宙不可能是静态的……”（8页）他又引用天主教教父圣奥斯丁的话说：“文明是渐进的，我们都铭记着是谁完成的这项功绩，或者是谁开发的那种技术。因此，人类，或许宇宙也如此，不可能有太过悠久的历史。”（9-10页）显然,霍金不愿停留在圣奥斯丁这神学性的简单断语。他以圣奥斯丁所定的思想作为跳板，拿着哈勃望远镜一下跳到了大约100亿年或200亿年前的一个位置（因为他相信那是宇宙的诞生期）。以他的话说：用哈勃望远镜所看到的“遥远的星系正急速地远离我们而去。换言之，宇宙正在膨胀。这意味着，在较早的时候星体相互之间更加靠近。”（10页）言外之意，在某一时刻宇宙发生了大爆炸。霍金想站在大爆炸的那一时刻、那一位置，敲开宇宙始祖的大门，看一眼宇宙的开端，就是牛顿到死也没有明白的宇宙第一动力，那神秘的开始……
    尽管霍金坦率地说：“就物理学而言……宇宙必定有一个开端。人们仍然可以相信，天主是在大爆炸的瞬间创造了宇宙，他甚至可能恰恰以使人看起来似乎发生过大爆炸似的方式，在较晚的时刻创造了宇宙……膨胀着的宇宙并不排斥造物主……”（11页）但聪明的霍金不会把他的智慧停留在这个未证明的神学结论上，他愿代表我们人类卓越的才智并带领着大家试图去接近宇宙爆炸前的奇点。
    霍金借助哈勃望远镜、爱因斯坦的广泛相对论、牛顿的万有引力、量子力学的不确定原理、热力学第一定律等诸多人类的结晶展开了他的宇宙历史研究。诸如，宇宙星体的引力塌缩形成黑洞、黑洞不太黑、黑洞发射粒子、黑洞爆炸及时间和空间有限而无界，天主的启动等等。
    霍金清楚了解我们的银河系是数千亿个星系中的一个。“每个星系本身都包含数千亿颗恒星。我们所在的星系在缓慢地旋转，其宽度大约为十万光年；在它的各个旋转臂上的恒星，大约每一亿年绕其中心转一圈。我们的太阳只是一个普通的、中等大小的黄色恒星，靠近一个螺旋臂的外缘。”但霍金想要弄懂的是它们的开始、宇宙的开端。

    霍金首先从研究黑洞开始。在了解黑洞之前，他又让我们热身般地先从恒星的生命周期开始。他解释道：“起初，大量的气体（大部分为氢）受自身的引力吸引，而开始向自身坍缩而形成恒星。当它收缩时，气体原子相互越来越频繁地以越来越大的速度碰撞——气体的温度上升。最后，气体变得如此之热，以至于当氢原子碰撞时，它们不再弹开而是聚合形成氦。如同一个受控氢弹爆炸，反应中释放出来的热使得恒星发光（并抵消本身引力的吸引）。”（29页）我们的太阳已经燃烧了大约50亿年，大概它的燃料还足够再燃烧50多亿年。接下来，他要自问黑洞又是怎样形成的呢？
    霍金先从爱丁顿在1919年5月29日日全食时测到的光线在大质量恒星引力作用下发生弯曲开始，引深到当恒星耗尽了燃料时，它开始变冷，并开始收缩。恒星的收缩使光锥弯曲。“当恒星收缩到某个临界点时，其表面的引力场强到使光锥向内拐的如此厉害，以至于光也无法逸出。根据相对论，任何物体都不可能比光运动的快。因此，如果光都无法逃逸，那任何物体也就无法逃逸。一切都被吸力场拉了回来。所以就有了这个事件集合、一个时空区域……这个区域就是我们所说的黑洞（见上图）。”（34页）黑洞里没有绝对时间，这里有一个密度无穷大的奇点。在“奇点”处，科学定律和我们预测未来的能力都会失效。”（35页）尽管爱因斯坦“在经典广义相对论里（提到），宇宙的开端必定是一个密度和时空曲率无穷大的奇点。（但是）在这样的条件下，所有已知的物理学定律都会失效。”（82页）况且在一次实验中，“通过观察物质（如炙热的气团）坠入天鹅座XR-1这颗巨大致密的星体的事件视界后面时”（见本书插图16）这些物质就消失了。霍金清楚知道并相信“已塌缩星体的极大量信息必定在黑洞形成时失落。因为之后我们可对该星体测量的一切，只能是其质量和旋转速率。”（39页）此刻霍金对如此情景又如何面对呢？看来天主的圣容不是那么容易被看到的，因为人类的智慧在天主面前就如同一群小猫在一个人面前，它不可能懂得人造飞船是怎么回事，及人是怎样造飞船的。无怪乎当霍金在1981年来到梵蒂冈参加关于宇宙学的会议时，教宗若望·保禄二世在接见他时神学性地说：“研究大爆炸之后的宇宙演化是可以的，但是我们不应该去过问大爆炸本身，因为那是创世时刻，因此那是天主的工作。”（58页）  
    （待续）