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都夸霍金成就大,可他为什么拿不到诺贝尔奖?

2018-03-15 袁岚峰 申报馆 申报馆

答案在此。


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⬇️


霍金在科学上的成果有多大?



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:

霍金最重要的科研成果是什么?



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?


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。




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:

《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:

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?




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。


人只不过是一根苇草,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。”

 

(本文作者系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,青年科学家社会责任联盟理事)

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