科学大家|纪念霍金:没得诺贝尔奖却是最伟大科学家

科学大家|纪念霍金:没得诺贝尔奖却是最伟大科学家
2018年03月15日 09:46 新浪科技

  出品 | 新浪科技《科学大家》

  撰文| 袁岚峰 中国科学技术大学化学博士、中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员、科技与战略风云学会会长

  2018年3月14日,英国物理学家、当代科学界的传奇人物斯蒂芬·霍金去世,享年76岁。

  作为科学工作者,我在这里不打算重复那些经常被传来传去的老生常谈或者以讹传讹,而是希望向公众尽量清楚准确地介绍一下霍金的实际成就。

第一个问题,也是最基础的问题??第一个问题,也是最基础的问题??

  霍金在科学上的成果有多大?

  基本的回答是:霍金是一位卓越的科学家。你如果说他是一位伟大的科学家,我也不会反对。

  不过,经常有媒体把他称为爱因斯坦之后最伟大的科学家、当世最伟大的科学家之类,这就说过头了。曾经有人问我:“为什么科学界公认霍金是爱因斯坦之后最伟大的科学家?”我的内心是崩溃的,不禁要反问他:“谁跟你说这是科学界公认的?科学界完全没有这样认为,好不好!”

  实际上,从一个明显的指标就可以看出来:霍金连诺贝尔奖都没有得,怎么可能是当世最伟大的科学家呢?

  这就引出第二个问题,也是一个经常被问起的问题:

  霍金为什么没有得诺贝尔奖?

  回答其实很简单:因为他的成果没有达到诺贝尔奖的级别。并不是因为诺贝尔奖委员会有偏见或者搞什么政治,而是因为单纯科学上的原因。

由此引出第三个问题:由此引出第三个问题:

  霍金最重要的科研成果是什么?

  对于这个问题的回答,就必不可免要讲一些科学术语了。正如霍金在《时间简史》里提到的,每一个公式都会吓跑一半的读者。不过,如果你真的想知道这个问题的答案,我希望你耐心地看下面的解释,我相信你肯定可以从中了解一个基本的图景。

  霍金的研究领域主要是宇宙学,这是一门科学,而不是哲学。是的,研究宇宙现在不是哲学家的事,而是科学家的事。人们不再是通过像“两小儿辩日”这样的哲学辩论去思考“宇宙是有限的还是无限的”这种问题了,而是通过观测和理论,去实证地、定量地研究宇宙。

  宇宙学里用到的理论,首先是爱因斯坦提出的广义相对论,霍金应用广义相对论做出了许多贡献。后来人们发现,跟广义相对论并列的另外一个基础物理学理论“量子力学”也需要用到,在这方面霍金也有很多贡献,而且更加重要。

  霍金的科学成果很多,如果一定要在其中挑一个最突出的,那应该就是“霍金辐射”了。霍金辐射说的是个什么事呢?

  我们知道,广义相对论预言了一种天体,叫做“黑洞”。黑洞的质量是如此之大,在它周围的引力是如此之强,以至于连光都跑不出去,其他比光慢的物质自然就更跑不出去了。黑洞外部的物质,倒是有可能被黑洞吸进去。由此可见,黑洞就像传说中的貔貅一样只进不出,可以说是“绝对的黑”。

  在日常生活中,大家都经常用生态黑洞、财务黑洞这样的说法,可见黑洞这个概念是多么深入人心了。作为一个现代科学术语,黑洞真是创造了一个传播学上的奇迹。

  但是,霍金却提出:黑洞并不是只进不出的,黑洞不是绝对的黑!

  他的道理是这样的:传统上对黑洞的研究,都只考虑了广义相对论。但当你加上量子力学的时候,你就会发现,在空间的任何地方,都有许多的粒子和反粒子的对在瞬间产生,又瞬间湮灭。看似真空的东西,其实是暗流汹涌,无数粒子反粒子方生方灭,流动不息。在黑洞的边界上,也是如此。

  好,也许现在黑洞把边界上一个瞬间产生的粒子吸进去了。与此同时,原本应该跟那个粒子湮灭的反粒子现在就不会湮灭了,它作为一个持续存在的真实的粒子出现在了世界上。从外界观察者的视角看来,就相当于黑洞发射出了一个反粒子!

  按照这个理论,黑洞确实会发出物质。这种效应,就叫做霍金辐射。黑洞并不是必然会长大的,也可能越变越小,最后消失。这对人们的思想观念,确实是个很大的震撼!

  你肯定会问第四个问题了:

  为什么霍金辐射没有得诺贝尔奖?

  回答是:这只是个理论预测,还没有被实验验证。诺贝尔奖的评选非常慎重,一定要选那些经过验证、得到公认的成果。这就是为什么屠呦呦要在发现青蒿素几十年后才得奖,因为要等到青蒿素大规模使用、成为世界首选的抗疟疾特效药之后。即使这么慎重,还不时有发错的,诺贝尔奖委员会也是压力山大。

  实际上,不要说霍金辐射这样的对黑洞理论的修正了,就连黑洞本身的存在,还没有直接的实验证据呢!当然,绝大多数科学家都相信黑洞的存在,因为间接的证据已经很多了。这种情况就像引力波,在2015年首次直接探测到引力波以前,大多数科学家早就相信了引力波的存在,因为间接的证据已经很充分了。

  即使霍金辐射得到了实验验证,霍金得到了诺贝尔奖,我们还是可以指出:霍金的成果主要是在已有的框架内改进,这固然很好,但比起那些提出新的框架的,还是要低至少一个层次。

  哪些人提出了新的框架?例如牛顿,提出牛顿力学。麦克斯韦,提出电磁理论。爱因斯坦,提出狭义和广义相对论。普朗克、海森堡、薛定谔、狄拉克,提出量子力学。杨振宁,提出规范场论。是的,在专业人士看来,杨振宁的科学成就比霍金至少高一个层次。这当然没有任何不敬的意思,只是做一个客观分析,反映一个业内共识。

  由此引出第五个问题:

  既然霍金的科学成就并不像很多媒体说的那么伟大,那么他为什么这么出名?

  回答是:霍金的崇高名望,一方面固然来自他对科学的卓越贡献,但更多的还是来自其他三个因素。

  第一个因素,是他的这个专业领域,宇宙学。虽然大多数人都缺乏宇宙学的专业知识,但几乎所有人都天然地对宇宙学感兴趣,人人都喜欢评论几句。在这方面,只能说有些学科是“自带流量”的,而有些学科就没有这么幸运。例如我的专业,理论与计算化学,大多数人都没听说过这么个学科,公众即使想问问题,也不知道该问什么。

  第二个因素,是霍金传奇的病情和身残志坚的精神。霍金得的病,叫做“肌肉萎缩性侧索硬化症”,常被称为“渐冻人症”。2014年流行的活动“冰桶挑战”,初始目的就是提起大家对于渐冻人症的注意。

  许多人在第一次见到霍金的时候,虽然早有思想准备,还是被他残疾的程度震惊得说不出话来。霍金的中国学生、《时间简史》的中文翻译者吴忠超就是如此,而霍金对此已经习以为常。

  在身体如此极端的禁锢之下,霍金的心灵却是如此的自由,一直关心着整个宇宙的基本问题,这是多么感人的英雄形象!《哈姆雷特》里有一句台词:“即使把我关在一个果壳里,我也会把自己当作一个拥有着无限空间的君王。”这种精神,在霍金身上正得到了充分的体现。事实上,霍金在《时间简史》之后,还写了一部科普著作,就叫做《果壳中的宇宙》。

  第三个因素最有意思,是霍金的科普工作。如果说在科研方面,霍金的成就只是卓越,还有许多人在他之上的话,那么在科普方面,他的成就就属于神级了。《时间简史》在全世界的销量以千万计,创造了科普史上的神话。这对全世界的科普作家来说,也是一个巨大的鼓舞。

由此引出第六个问题:由此引出第六个问题:

  《时间简史》这本书,究竟怎么样?

  回答是:我非常欣赏这部著作,从中学到了很多东西。实际上,虽然霍金已经尽力把这么多深奥的话题写得通俗易懂,但这些东西本身的难度在那里放着。大多数读者看这书,恐怕都无法通顺地从头看到尾。我有一个笑谈:对于大多数读者来说,最值得问的问题大概就是:“你是从哪一章开始看不懂的?”

  虽然如此,但最奇妙的就是,即使看不懂,大多数人也还是硬着头皮看下去了,即使不看,也还是买了一本放在书架上。即使是装点门面,但用科学来装点门面,说明读者是知道科学的伟大的。能达到这个效果,科普的作用就已经实现一大半了。正如一句格言所说:伪善,是恶对善最高的致敬!

  从写作的角度来分析,霍金的写法是经过精心选择的,达到了准确性和通俗性之间一种难得的平衡,竟然把这样一本非常硬的科普著作写得很有魅力。我国文学家有许多炼字炼句的故事,例如“推敲”,霍金想必也做了很多这样的推敲。这是值得全世界的科普作者细心体会,认真学习的。

  《时间简史》当中有一个要点,大概是非专业的读者难以察觉的。最后几章介绍宇宙学的最新进展和霍金自己的工作时,我可以看出,驱动霍金的一个基础性的理念就是他对有神论的极度厌恶。对于有神还是无神这个问题,霍金不像许多科学家那样,认为这个问题不重要,或者只是泛泛而言自己支持无神论者或者支持不可知论,而是非常明确地支持无神论,反对有神论。明确到什么程度呢?他的许多研究,就是以把上帝的观念更加彻底地驱逐出去作为动机的。在这个意义上,霍金不仅是一个无神论者,而且是一个战斗的无神论者,就像历史上的范缜、狄德罗、现在的理查德·道金斯等人一样。

  一个典型的例子,就是他晚年的一个重要工作,“无边界的边界条件”,即认为宇宙的边界条件就是“没有边界”。由此就可以自然地解答“大爆炸之前有什么”的问题,因为时空是一个四维的球面,就好比地球的表面,其中没有任何一个点是边界,没有任何一个点是特殊的。大爆炸就好比地球的南极,你觉得它特殊,只不过因为你用的坐标系把它作为最南端而已,其实这完全是人为的。如果你换一套坐标系,你就会发现这个点跟其他点的地位都一样。所以大爆炸之前没有东西,因为大爆炸没有“之前”,就像从南极出发不能再向南走一样。很抱歉,由于篇幅所限,在这里不能对这个问题做更详细的说明,例如“时空”这个词是什么意思。有兴趣的读者,可以参考我的相关文章,例如《听三位诺贝尔奖得主讲引力波》。

第七个问题是:第七个问题是:

  霍金近年来经常发表一些离奇的或者不靠谱的说法,是不是他已经变成神棍了?或者被背后的某个集团控制了,成了这些人的傀儡?

  回答是:没有。

  那些所谓霍金的不靠谱言论,一大半是媒体胡编乱造的,霍金从来没有说过。这些造谣媒体实在是太卑劣了,这种愚蠢的炒作只能反映这些人知识水平和道德水平的低下。

  还有一些确实是霍金说的,即使不见得完全正确,至少也是严肃的发言。有些人不赞同这些发言,这很正常,但认为跟自己意见不一致的就是神棍或者傀儡,这也脑补得太厉害。

  对于霍金或者对于任何的著名科学家,都应该既不要神化,也不要丑化,客观冷静地看待就是了。他说的观点,如果你觉得有道理,就参考一下。如果你觉得没道理,不听就是了,何必要脑补一通阴谋论呢?毕竟,一个伟大人物之所以成为伟大人物,不是因为他做错了什么,而是因为他做对了什么。

  毫无疑问,霍金已经成为了当代的一位伟大人物。

  刘慈欣有一部短篇小说,叫做《朝闻道》,里面就出现了霍金。这部小说说的是,人类建好了一座环绕整个地球的超级加速器,叫做“爱因斯坦赤道”。正要启动这台加速器的时候,一个外星人突然出现来阻止我们。外星人告诉地球人,这部加速器能量太大,可能会导致真空衰变,毁灭整个宇宙,他的任务就是监视全宇宙的智慧生命,排除这种危险。

  地球人问:你们是从什么时候开始注意到地球的?

  排险者的回答是:37万年前,当有10个原始人仰望星空的时间超过了预警的阈值,对宇宙表现出了充分的好奇的时候。

  地球人问:不是说,只有当有能力产生创世能级能量过程的文明出现时,预警系统才会报警吗?

  排险者的回答是:当生命意识到宇宙奥秘的存在时,距它最终解开这个奥秘就只有一步之遥了。比如地球生命,用了四十多亿年时间才第一次意识到宇宙奥秘的存在,但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到四十万年时间,而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对字宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石,其后你们所谓的整个人类文明,不过是弯腰去拾它罢了。

  刘慈欣在这里讲的道理,发人深思。好奇心是人类的一种天性,而且不可遏止。通过科学这项人类最伟大的事业,即使被禁锢在果壳之内,人也仍然可以享有精神的自由。

  帕斯卡的这段名言,正是我们对霍金最恰当的纪念:

  “思想形成人的伟大。

  人只不过是一根芦苇,是自然界最脆弱的东西;但他是一根会思想的苇草。用不着整个宇宙都拿起武器来才能毁灭他;一口气、一滴水就足以致他死命了。然而,纵使宇宙毁灭了他,人却仍然要比致他于死命的东西更高贵得多;因为他知道自己要死亡,以及宇宙对他所具有的优势,而宇宙对此却是一无所知。

  因而,我们全部的尊严就在于思想。正是由于它,而不是由于我们所无法填充的空间和时间,我们才必须提高自己。因此,我们要努力好好地思想;这就是道德的原则。”

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