丨科學家筆記·躍過深淵丨 聽斯蒂芬·霍金聊黑洞、統一場論與瑪麗蓮·夢露
STEPHEN HAWKING ON BLACK HOLES.
UNIFIED FIELD THEORY, AND MARILYN MONROE.
［美］格裏高利·本福德 Gregory Benford 著
劉博洋許卓然 譯
格裏高利·本福德，科幻作家、物理學家、天文學家，加州大學河濱分校物理學教授，當代科學家中能夠將科幻小說寫得很好的作者之一，也是當今時代最優秀的硬科幻作家之一。獨特的風格使他多次獲獎：星雲獎、約翰·坎貝爾紀念獎和澳大利亞狄特瑪獎等。他發表過上百篇物理學領域的學術論文，是伍德羅·威爾遜研究員和劍橋大學訪問學者，曾擔任美國能源部、NASA和白宮委員會太空項目的顧問。
1989年，他為日本電視節目《太空奧德賽》撰寫劇本，這是一部從銀河係演化的角度講述當代物理學和天文學的八集劇集；之後，他還擔任過日本廣播協會和《星際迷航：下一代》的科學顧問。
跟往常一樣，斯蒂芬·霍金看起來氣色又稍微差了些。他罹患漸凍症二十多年，仍然緊緊扼住命運的喉嚨，這已經是個奇跡了。每次見到他，我都認為這將是最後一次見麵，畢竟這條細細的生命線不可能一直維係下去。
2005年，霍金已經六十三歲了。在他輝煌的科學生涯裏，他解決了大量黑洞物理的基礎命題，其中就包括那項最令人震驚的預測：黑洞不完全是黑的。相反，如果有一個跟一座山差不多質量的黑洞，它就會輻射出各種粒子，而小一點的黑洞則會在輻射中逐漸消失。這是天文學家試圖尋找但尚無所獲的一種現象。
霍金於1988年出版的《時間簡史》取得了巨大成功，令他一舉成為略有點奇怪的文化偶像。他也想知道，那麽多在脫口秀中提起這本書的小明星和搖滾歌手，究竟有幾個真正讀過這本書。
他決定在另一本 著作《果殼中的宇宙》裏提升作品的可讀性。他在書中穿插了海量的生動插圖，以幫助讀者理解諸如超弦理論和時間本質之類的複雜概念。其中的訣竅就是把公式翻 譯成普通人能看懂的語言，不過這絕非易事，幸虧插圖發揮了巨大作用——盡管那些正統學究強烈譴責，認為這些插圖有過度簡化之嫌，但在我看來，隻要這些方法可以幫讀者躍過艱深難懂的學術深淵，那就是好方法。
我走進霍金位於劍橋大學的辦公室時，他的工作人員對我很警惕，甚至懷疑我是個自創了一套宇宙理論的民科。幸好我提前打過電話，他的秘書也因為在過去這些年裏見過我很多次，所以很快認出我來了（我是一名天體物理學家，早在20世紀70年代就認識霍金了。）這間辦公室還是跟從前一樣，霍金佝僂的身軀蜷縮在電動輪椅上，他正向外張望，厚厚的眼鏡片讓他的眼神顯得有些呆滯。但他隻要開口說話，就能讓人感到一股如洪鍾大呂般鼓舞人心的強大力量。
在很多年前，霍金因為一場緊急的氣管切開術失去了聲帶。他那扭曲孱弱的雙手連一支筆都握不住了。術後那段時間，他跟這個世界是完全割裂的，仿佛跌入了他一心研究的黑洞，他的所思所想，想對外界表達的一切都像被黑洞吞噬的信號那樣，因引力而紅移、減速，在死寂中等待被遺忘。
所幸矽穀的一家公司從天而降。工程師們為霍金量身定製了一款便於操作的軟件和一副特殊的鍵盤。現在，他那枯槁的雙手可以在鍵盤上靈活地移動了。軟件便捷靈敏，能讓他很迅速地拚出句子。我看著他在懸掛於輪椅前方的液晶顯示屏上飛快地移動光標，選擇著常用詞。矽穀的那幫哥們兒現在已經開始量產這一偉大的發明，服務於全世界正在承受類似病患的人們。
“請不要介意我的美式口音。”安裝在輪椅後麵的揚聲器帶著加州腔調說。他隻敲了兩下鍵盤就完成了這一整句話。
雖然之前也曾來過他這裏，但是看著眼前的場景，我還是被深深觸動了：一個飽受身體衰竭和病痛折磨的男人，竟然在牆上貼了好幾張巨幅海報，上麵都是同一個跟他有著天壤之別的形象——瑪麗蓮·夢露。我問起她，霍金立即用一隻手在鍵盤上敲出語音：“是啊，她棒極了，像宇宙一樣棒。我有想過在新書裏放一張她的照片，就作為一種天體的插圖。”我則評論道，對我來說，這書就像是法國印象派畫家在描摹一頭奶牛的光影瞬間，他們絕不會想要呈現一頭真真切切、臭烘烘的牲畜的。驚鴻一瞥抵得過萬語千言。接著，霍金換了話題，開始聊起目前物理界關於宇宙起源，也就是大爆炸之後那個瞬間的熱門話題。
霍金的彬彬有禮讓我很不安。我很清楚他平時有多忙，而我，隻是路過順便來聊聊的。
“有那麽些年，我跟羅傑·彭羅斯的早期工作對科學似乎是場災難。”霍金說。
“我們證明了，如果愛因斯坦的廣義相對論是正確的話，那麽宇宙必然發端於奇點。而這就意味著，科學無法準確描述宇宙是如何起源的，因為物理法則會在密度無窮大的奇點處失效。”的確，數學無法處理這些趨向於無窮大的物理量。實際上，二十世紀的物理學有不少工作是在試圖規避無窮，因為那會給粒子物理和宇宙學帶來無法處理的麻煩。點粒子 的設定倒是能夠暫時解圍，但終究會帶來大麻煩。
我記得，自己曾在國王學院的一次晚會上問過霍金這個問題的數學解決方案。他說，這跟基礎量子力學裏的一些方法有點類似，他正在努力把這些方法運用到目前這個超現實的領域。
“現在看來，利用虛時間 的概念，我們確實可以確定宇宙是如何起源的了。”霍金說。我們就此進行了一番探討。霍金運用了一個數學技巧，把方程中的時間替換成了虛時間，這就改變了方程式的本質，從而讓他能夠從微觀的量子世界借用一些概念。新的方程式有一種隧穿效應，讓宇宙在大爆炸之前，可以有多種不同的途徑來穿越奇點。有了虛時間的概念，我們就可以計算出，宇宙經過某個特定隧穿路徑進入到我們所謂時間發端之後的早期宇宙的概率。
“當然，你是可以這麽解釋這些方程，”我爭論道，“但這隻是一種數學技巧啊，不是嗎？”
霍金說：“沒錯，但大概是一個精致的技巧。”
“但我們並沒有真正地深入理解時間，”我回答，“把實時間換成虛時間並沒多大意義。”
“虛時間是一個新的維度，與實時間垂直，”霍金解釋說，“沿著這條軸線，如果宇宙滿足‘無界’條件，我們就能展開計算了。這個‘無界’的意思是宇宙在虛時間方向上沒有奇點或者邊界。在‘無界’條件下，虛時間沒有起點或終點，就像地球表麵的路徑沒有起點或終點一樣。”
“如果這條路徑能圍著地球繞一圈的話。”我補充道，“但是當然了，我們並不能確知虛時間沒有邊界。”
“我的直覺告訴我，在那個特別的坐標軸上是沒有什麽邊界的，所以我們可以展開計算。”
“這隻是你的感覺罷了，而這正是問題所在，不是嗎？虛時間隻是一個數學上便利的概念而已。”我有點惱火，聳聳肩。冷酷完美的數學世界和真實的物理世界之間總是隔著巨大的鴻溝。在物理研究方麵，這種衝突太常見了。“虛時間跟我們所感知到的時間——逝者如斯，生老病死——毫無關係。”
“沒錯。我們的思想是在實時間中運行的，時間隨著大爆炸開始，也將會隨著大坍縮終結，雖然根據目前觀測到的加速膨脹數據，大坍縮不太可能會出現，但意識總歸會在奇點處終結。”
“這可算不上什麽安慰。”我說。他笑了笑，“是不算，但是我喜歡‘無界’條件。它似乎意味著宇宙在實時間的一端處於高度有序狀態，而在另一端則處於無序狀態，且這種無序會沿著時間軸的另一個方向增加——我們將其定義為時間向前的方向。當我們在腦中記住什麽事情的時候，宇宙的無序度便又增加了一點。這就解釋了為什麽我們隻能記住我們稱之為‘過去’發生的事情，而不能記住未來的事情。”
“那你還記得自己在1980年關於終極理論的預言嗎？”我反問他。
“當時我說，我們可能會在二十世紀末形成完整的大統一理論 。”霍金的語音合成器發出一陣幹笑,“好吧，我承認自己錯了。在那時，大統一理論的最佳候選人似乎是N=8超引力理論 。但現在看來，這個理論可能近似於一種更加基本的超弦理論。我之前過分樂觀了，以為我們能在二十世紀末解決這個問題。不過直到現在，我仍然相信在接下來二十年裏我們有一半勝算能得到完整的大統一理論。”
“我經常懷疑，當我們看向更小的尺度時，物質結構永遠不會有終點——相應的物理學理論也是。”我提起這樣的觀點。
“也有可能世界上根本就沒有終極物理理論，我們隻是在不斷地發現新的物質結構層級罷了。不過，似乎我們研究得越微觀，物理學理論就變得越簡單、越統一。而普朗克尺度是一個終極尺度，小於這個尺度，時空將無法被定義。所以我想，物質結構的層級還會是有極限的，隻要我們足夠聰明，總會找到一個大統一理論。”
“那你覺得我們足夠聰明嗎？”我問。
他又笑了，“這你得從別處找找信心了。”
“我有點跟不上目前超弦領域的研究節奏。”數學物理學就像音樂，隻有年輕熱烈的靈魂方能理解和駕馭，好比神童莫紮特那種人。
“我也隻是在努力跟上。”他謙虛地說。我們又開始討論最近的一些研究，關於“嬰兒宇宙”，也就是時空泡沫。對於人類這種宏觀生物而言，時空就像在遠洋郵輪上一眼望見的大海，風平浪靜，靜謐浩渺。可一旦你湊近看，則是波浪洶湧，氣泡翻騰。在極小的尺度上，時空中虛虛實實的漲落可以隨機產生——憑空出現，又無聲消散。
粒子物理中還有一些鮮為人知的結論稱，在某些罕見但無法避免的情況下，這些泡沫可以發展為一個成熟的宇宙。
在大爆炸之後的那個瞬間，這樣的情況可能在一瞬間發生過很多次。實際上，我們這個宇宙的某些性質，可能正是由那個極短瞬間中噴薄而出的時空泡沫所決定的。而研究這種可能性，則要用到“蟲洞微積分”理論，也就是從無窮多可能出現的泡沫（以及連接它們的蟲洞）當中進行采樣分析。
霍金和一些科學家在數學上把這些泡沫做了個平均，把它的物理性質校正了一下，想要判斷出，像我們所處的這樣一個相當溫和且平靜的宇宙，是否是早期湍動發展的必然結果。這件宇宙公案沒有陪審團，而且可能永遠沒有——這些計算太複雜了，而且更多是基於直覺，並非事實。而要斷定他們是否給出了任何有意義的預言，就見仁見智了。這不禁讓人想起王爾德的名言：“對於重大事宜，形式總是比內容重要。”
退一萬步講，就算關於宇宙最初那一瞬的假設是正確的，宇宙的樣子很大程度上還要取決於那些時空泡沫的能量。把這些泡沫吹起來的能量將會受到一種負能量的製衡，這來自泡沫裏麵的物質之間的引力。如果向外的壓力剛好和向內的引力（其實也是一種壓力）相平衡，你就會得到一個蠻像我們宇宙的宇宙：比較溫和、沒有極端的時空曲率——天文學家稱之為“平坦”。我們的宇宙，至少從太陽係這麽微小的尺度來說，還真是挺平坦的，對於銀河係這麽大的尺度也仍然如此。實際上，一直到遙遠宇宙中我們可以觀測到的極限，宇宙都仍然保持著平坦。
這些泡沫直到現在都在不斷形成，也就是說，你的客廳裏隨時有可能冒出一整個完全獨立的時空。它起初會無窮小，然後膨脹成一個西瓜大，但是你的雙眼看不見——出於一些基本的物理原因，你肯定是啥也看不見的。
“它們當然不會在空間裏出現，”霍金說，“去追究它們會在空間裏哪個位置出現是沒有意義的。” 它們並不占據我們這個宇宙的空間，而是會形成它們自己的宇宙，再往那些此前並不存在的空間膨脹擴張開去。
“它們在我們這個宇宙中產生之後，就跟我們的宇宙斷了聯係，”我問霍金，“沒有遺骸，也沒有痕跡？”
“我不認為會有。”
“就像一個從不給家裏寫信的不肖子。” 當聊到極為宏大之處，我喜歡拿尋常之物做比。
“它並非在我們的空間形成，而是本身就是另一個時空。”
我們又開始討論我基於上述理論擬定的一些科幻設定，我用這些設定寫過兩篇小說：《宇》和《時間逃逸》。我采用了劍橋的英式科學風格，在小說出版的1980年，這些理論還沒有現在那麽為人熟知。這些構思之所以能夠產生，部分原因得歸功於我跟霍金的一些海聊——當然，我在書裏周詳地說明了霍金的貢獻。我給這些隔離的閉合時空起名叫作“洋蔥宇宙”，因為原則上這裏麵還可以嵌套更多層閉合的時空。這是一種神奇的感覺：一個猜想，居然能變出些真東西來——就好像輕如鴻毛的事物，也可以變得重於泰山。
“那麽，它們就這麽輕輕地來、輕輕地走，”我沉思著，“就這麽消失了。在我們和這些其他宇宙之間，嚴格意義上什麽都沒有——沒有時間，沒有空間，沒有物質，沒有能量。”
“沒有任何辦法能觸及它們，”霍金單調的合成聲說道，“這是無法跨越的鴻溝。這也超出了物理學能解決的範疇，因為那裏真的什麽也沒有，不再是物理世界了。”
那個機械合成的笑聲再次響起。霍金喜歡這種哲思帶來的愉悅，宇宙就好像泡沫一樣沉沉浮浮、生生死死，他對於自己這個念頭喜歡極了。
這時他的護士走了進來，要給他清理一下身體，於是我先回避了。被束縛在一把輪椅裏動彈不得，肯定是有損尊嚴的，但是每天接受他人這種極其私密的例行護理，他卻能泰然處之。也許對他而言，也就這會兒，他才能把思想從與世界的碰撞之中解放出來。
我坐在他辦公室外的公共休息室裏，一邊喝茶一邊跟他的幾個博士後學生聊天。這些學生也在研究類似的瘋狂理論，他們思維敏捷、詼諧機智、觀察敏銳，偶爾喝一口濃鬱的錫蘭紅茶。一群很厲害的家夥，可能還有點嫉妒我在占用霍金的時間。他們大概都在納悶兒，這人是誰——沒人聽說過這麽個搞天體物理和等離子體物理的、帶南方口音的加州人——在這個研究領域嚴酷細分的年代，我跟他們的領域已經相隔十萬八千裏了。我沒有多做解釋，畢竟我的來訪也確實沒啥正當理由，除了我跟霍金是朋友。
霍金的秘書悄悄走出來，問我願不願意跟霍金在凱斯學院 共進晚餐。我本來想去自己最喜歡的印度餐廳，那裏的咖喱雞能讓人把一切煩惱拋諸腦後，我還想飯後獨自在劍橋校園的小徑上溜達，我太愛這裏的氛圍了——但我立馬接受了霍金的邀請。參加大學裏的高桌晚宴是在英國最富傳奇色彩的體驗，我清楚地記得我每一次的參加經曆。席間的口舌之快絕勝於口福之享。
我們走過一座座氛圍典雅的學院小樓，人聲、自行車鈴聲在那青石古木間回**。在朦朧的暮光中，回響著學生的叫嚷，霍金的輪椅在鵝卵石路麵上咯噔咯噔地碾過。他堅持自己操控輪椅，盡管他的護士在一旁焦急地守候著。我從未意識到，全天候地照料霍金讓他團隊中的每一個人承受了多大的壓力。有些路人跟在我們後麵，隻是為了看霍金。“別在意，”他的合成音說道，“他們很多人到這兒就是來圍觀我的。”
我們繞過古老的石製建築和精心維護的花園，終於來到了凱斯學院。擁進餐廳的學生們發出陣陣喧囂，霍金乘坐電梯上去，我走的則是嘎吱作響的樓梯。
教職員工在學生們之後進來，我跟在護士後麵。
“高桌”名副其實。他們精心安排了霍金的座位，讓他背對著本科生們圍坐的又長又寬的餐桌。我很快意識到，這是因為霍金進餐時是無法控製嘴唇的——樣子有些不雅，他吃的是特別準備的、無須咀嚼的套餐。他的護士需要把食物切碎，用勺子喂給他。
晚宴很吵，今年的新生們都盯著大名鼎鼎的霍金的後背在看。霍金則通過他的鍵盤平穩地輸出語音，來進行一場事實上的“對話”。
他聊起他的擔憂，對於那事關物理學家的聖杯、能夠解釋萬物的大統一理論心生疑慮。即便我們已經可以穿越數學的層層滯障、窺得大統一理論的輪廓，但我們尚不能看得真切——也就是說，我們還有很多可能的其他選項。物理學的發展可能會在某些難點上搖擺不定，那些事情與我們作為靈長類動物的經驗相去甚遠。從這裏開始，就是審美發揮作用的時候了。
“如果不存在獨一無二的大統一理論，”他說，“你將不得不求助於一些外在的準則，我們可以稱其為上帝。”
我眉頭一皺，“敢情他老人家不是來當造物主，而是來當裁判員的？”
“他可以決定哪個理論不僅僅是一組公式，而是描述了一個真實存在的宇宙。”
“也即我們的宇宙。”
“或許所有可能的理論都會有一個對應的宇宙存在！”他歡呼道，“還不清楚說什麽東西存在到底意味著什麽。如果問‘在劍橋是否存在擁有兩隻左腳的人？’，你可以檢查劍橋每個人的腳。但你如果不在一個宇宙裏，你就無法確定它是否存在。”
“時空版的《第二十二條軍規》啊。”
“所以要說清‘宇宙為什麽存在？’這樣的問題到底什麽意思並不容易，不過，這是一個讓人忍不住想問的問題。”
餐廳的環節結束後，高桌晚宴在樓上的高級公共休息室繼續。我們圍著一張光滑的長桌，倚坐在舒適的軟椅上休憩，享用著傳統的脆皮核桃、有些年頭的紅酒、古巴雪茄和高談闊論，其中時不時穿插著霍金的幽默發言。
有人提到美國物理學家史蒂芬·溫伯格在《最初三分鍾》中的觀點，所謂“我們越理解這個宇宙，它就越顯得沒有意義”。這話霍金不同意，我也不同意，但他給出了更好的理由：“說宇宙是無意義的，或者說它是為了什麽目的而被造就的，這種論調本身就是無意義的。”
我問道：“那追尋宇宙的意義這種行為，也是無意義的嗎？”
“要追尋宇宙的意義，你得站在宇宙之外，但那是不可能的。”
又是一個“研究者與被研究對象之間存在鴻溝”的圖景。“但是，”我堅持道，“我們身處宇宙內部，也能看到宇宙的一些驚人結構。”
“宇宙給人的最深刻印象即它是有序的。我們了解宇宙越多，就越發覺它是被符合理性的法則所主宰的。如果有人樂意的話，大可將宇宙的秩序歸功於上帝。愛因斯坦就是這樣認為的。”
在座的一位學院同僚問道：“理性的信仰？”
霍金在鍵盤上快速地敲打著：“我們的宇宙擁有適宜生命生存的條件，但這不應令人驚訝，因為這並非宇宙刻意被設計成適宜產生生命的證據。我們可以把這種秩序稱為‘上帝’，但這應當是一種非人格化的上帝。物理法則沒什麽是可以被人格化的。”
核桃吃完了，酒喝完了，煙也抽完了，到散場的時間了。我們走時，霍金操控他的輪椅穿過樓間陰暗處，這讓我燃起了對一項劍橋大學傳統學生運動的好奇心：夜攀劍橋。
在夜裏，年輕人們有時會在那些古老建築的陡峭外牆上攀爬，包括最難爬上去的一些地方。他們為了爭奪勝利的榮耀，甚至把命都賭上了。這當然是嚴重違反規定的。這項活動的刺激感，一部分也是來自跟那些夜巡屋頂、監聽異響的保安鬥智鬥勇。甚至還有人寫過一本爬牆手冊 ，記載了這項運動的榮耀和長達幾個世紀的悠久曆史。
霍金帶我走了一條我走過很多次的小徑，那是一條穿過高聳的本科生宿舍樓直抵康河的捷徑。他說，“夜攀劍橋”中最艱險的玩法之一便是，在小徑上方跳過這兩棟樓間的深淵，爬到對側陡峭、光滑的屋頂上。
那小徑兩側相距大約三米，我簡直無法想象在黑漆漆的屋頂上跳過這麽遠的距離，何況是在晚上。
“這麽寬嗎？”我問道。我的聲音在夜霧間回**。
“是的。”霍金說。
“有人摔下來過嗎？”
“有。”
“受傷了嗎？”
“是的。”
“死了？”
他的雙眸閃了閃，咧嘴大笑，“是的。”得了，這些劍橋人真有種。
在那個清涼的夜，霍金還追憶了一些他最喜歡的科幻小說。他說自己在十二歲之後，就很少讀科幻以外的小說了，“這是唯一一種關乎我們物種在宇宙中的真實地位的小說。”他這麽說道。
不過即便是那些小說家，又怎能料想到宇宙本身的奧妙跟小說比有過之而無不及？即便他們會討論下一個十億年的事情，也猜不到僅僅下一代的物理學家將會提出怎樣的奇怪理論。現在有人認為，我們的宇宙有十一個維度，但除了三維空間和一維時間以外，都蜷曲到極小的尺度。這會改變宇宙學嗎？沒人說得清。但是這些想法本身就極有意思。
從劍橋回來一周之後，我收到了霍金秘書發來的那晚他全部的發言記錄。我利用這份記錄，在本文中複現了他的語言風格。這記錄是從他輪椅電腦裏導出的，那電腦是他跟我們唯一的連結點，這讓這些文字像是從一個極遙遠的地方飛躍深淵而來。
科學的駭人複雜與驚人神奇糾纏在一起，描摹它冷酷的一麵既是技術，又是藝術。我們有的人用小說來描摹，而霍金用他對廣闊冷峻的數學世界的深刻洞察來描摹。要彌合我們這個撕裂的時代，要跨越文化的鴻溝，也需要這些手段——甚至很多其他手段，如果我們能將其創造出來的話。
年複一年，霍金在麵對著令人絕望的身體萎縮的同時，卻向著那些終極問題發起了衝擊，縱橫於廣袤的空間和時間；日複一日，他泰然以最孱弱的身軀作鬥爭，卻沒有絲毫怨言。我想起他對夢露的愛，那是他對生命的深刻執著，是他在熵增的大潮中屹立不倒的象征。
我意識到，我在那短短幾天學到了很多，而那絕不僅僅隻是關於宇宙學。