——读《霍金讲演录》一书随记

读了霍金的《时间简史》之后，心中还是有很多疑团的，这促使我进一步阅读霍金的其他作品，期望能够解答我的一些疑惑。

《霍金讲演录》是霍金自1976年到1992年期间所写文章以及讲演的结集，由14篇文章组成。前面的三篇文章可以看作是霍金的自传，接下来的三篇文章表达了霍金对科学的看法和态度，后面的7篇文章，重点讨论了20世纪以来人们对宇宙的认识，对宇宙演化的探索和思考，其中就包括了黑洞模型的建立、婴儿宇宙等一系列前沿问题。最后的一篇文章是霍金接受英国广播公司《沙漠孤岛》节目采访的访谈录，也是从一个角度对前面所讨论问题的回顾和总结。

1．霍金的科学观

科学的发展是一把双刃剑，在造福人类的同时，也给人类带来了很多不可挽回的灾难性后果。比如说物种的灭绝、生态环境的恶化、食品安全……等等。霍金说：“如果我们都同意说，无法阻止科学技术去改变我们的世界，至少要尽量保证它们引起在正确方向上的变化。在一个民主社会中，这意味着公众需要对科学有基本的理解，这样做的决定才能是消息灵通，而不会只受少数专家的操纵”。

现在的公众是如何对待科学的呢？一方面，他们希望科学技术新发展继续导致生活水平的稳定提高，另一方面，由于对科学本身的理解不够，又常常表现出对科学的不信任。举一个简单的事例：很多人认为草鸡蛋的营养价值比养鸡场里生产的鸡蛋营养价值高，当报纸上刊登了专业机构的检测结果，告诉大家从营养的角度看，两者没有什么明显的差异后，人们第一个反应不是反思自己在购买鸡蛋时的“逻辑”，而是质疑这样的报道是否有什么功利的目的在其中。

《时间简史》能够在畅销书排行榜上占据4年多的时间，以至于创了吉尼斯记录，说明公众对科学还是兴趣盎然的，尽管有些人购买了这些书之后并没有认真的阅读。霍金说：“如何利用这些兴趣向公众提供必须的科学背景，使之在诸如酸雨、温室效应、核武器和遗传工程方面做出真知灼见的决定？很清楚，根本的问题是中学基础教育。可惜中学的科学教育既枯燥又乏味。孩子们依赖死记硬背蒙混过关，根本不知道科学和他们周围世界有何相关。”这段话提醒我们，学校教育要担负起增进公众对科学理解的重要责任。

但是学校教育也有一个问题，那就是人在学校里的学习总也跟不上科学技术进步的节奏。一方面，学校要培养学生一些能力，使他们在离开学校之后，能够具有进一步理解新的科技成果的本领；另一方面，社会也要采取多样化的途径，去更好地普及科学。现在看来，书籍的出版受众面太小，网络媒体也有特定的人群，“只有电视才能触及真正的广大观众”。要大力推进科学节目的制作和播放，同时也要让这些电视工作者意识到，他们不仅有娱乐的功能，而且有教育公众的责任。美国好莱坞和科学机构一直致力于这样的科学作品的研制，他们在普及科学方面的努力，很值得我们借鉴。

2．我所理解的黑洞

通过对《时间简史》和《霍金讲演录》的比较阅读，我对黑洞有了进一步的了解。现在将我看书之后获得的有关黑洞的知识梳理如下。

1）黑洞的最早研究

首先讨论黑洞的是一位名叫约翰·米歇尔的剑桥人，他在1783年写了一篇有关的论文。他的思想如下：假设你在地球表面上向上点燃一颗炮弹。在它上升的过程中，其速度由于引力效应而减慢。它最终会停止上升而落回到地球上。然而，如果它的初速度大于某个临界值，它将永远不会停止上升并下落回来，而是继续向外运动。这个临界速度称为逃逸速度。米歇尔推论道，也许可能有这样的一颗恒星，它的质量足够大而尺度足够小，这样它的逃逸速度就比光速还大。换句话说所有从该恒星表面发出的光都会被恒星的引力场拉曳回去，所以恒星发出的光不能到达我们这里，因此我们不能看到这颗恒星。然而，我们可以根据它的引力场作用到附近物体上的效应检测到它的存在。

2）黑洞的最早定义

1967年，在研究新发现的脉冲波动星的时候，美国物理学家约翰·惠勒提出脉冲波动星的中心可能是一个完全重力塌缩的物体，怎样用一个简短的词汇来说明这一“完全重力塌缩的物体”呢？惠勒为此命名了“黑洞”这一概念。霍金认为，为原先没有满意名字的某种东西提供确切的名字也刺激了科学研究。在科学中不可低估好名字的重要性。

3）黑洞是如何产生的？

想象一颗具有十倍太阳质量的恒星。在它大约十亿年寿命的大部分时间里，该恒星在其中心把氢转化成氦而产生热。释放出的能量会产生足够的压力，以支持该恒星去抵抗自身的引力，这就产生了半径约为太阳半径五倍的物体。当恒星耗尽其核能，那就没有东西可维持其向外的压力，恒星就由于自身的引力开始坍缩。随着恒星收缩，表面上的引力场变得越来越强大，当它的半径缩小到三十公里以后，任何从该恒星发出的光都不能逃逸到无穷远，而只能被引力场拖曳回来，其结果就是一颗黑洞，黑洞的边界被称作事件视界。事件视界之内的黑洞区域的半径为2GM/√c，其中G是牛顿引力常数，M是恒星质量，而c是光速。

4）黑洞能被观察到吗？

如果所有的光都像上面介绍的那样，被黑洞自身的引力场所拖曳回来，我们能观测到黑洞的存在吗？看来通过直接的观察是不可能的。不过对一些星系团中个别星系的观察表明，这些星系的运动速度非常的高，可以肯定它们受到非常强大的引力作用，这个引力所需要的质量远比星系的总质量要大很多，说明星系以外一定存在额外的暗物质。人们推测，黑洞就是其中的一种暗物质。

现在黑洞已在事实上被说成是科学的现实，而非科学的幻想。我们已有很强的理由预言黑洞必然存在。观测证据强烈地显示，在我们自身的银河系中有些黑洞，而在其他星系中则更多。

5）黑洞最终的命运是什么？

量子力学表明，整个空间充满了“虚的”粒子反粒子对，它们不断地成对产生、分开，然而又聚到一块并互相湮灭。因为这些粒子不像“实的”粒子那样，不能用粒子加速器直接观测到，所以被称作虚的。在黑洞的附近，这些虚粒子对中的一个成员可以落到黑洞中去，留下来的另一个成员可以跟随其配偶落到黑洞中去，也可能逃逸到无穷远去，看上去就像从黑洞发射出的辐射那样。现在，很多人用各种不同的方法从数学上证明了黑洞确实能产生热发射。

随着黑洞发射粒子，它的质量和尺度就稳恒地减小。这使得更多粒子更容易穿透出来，这样发射就以不断增加的速度继续下去，直到黑洞最终把自己发射殆尽。黑洞蒸发的最后阶段会进行得如此快速，以至于它会在一次极其猛烈的爆发中终结。

6）黑洞研究有什么意义？

大爆炸和黑洞爆炸相类似，只不过是在一个极大的尺度范围内而已。所以人们希望，理解黑洞如何创生粒子将导致类似地理解大爆炸如何创生宇宙中的万物。在一颗黑洞中，物质坍缩并且永远地损失掉，但是新物质在该处创生。所以事情也许是这样的，存在宇宙更早的一个相，物质在大爆炸处坍缩并且重新创生出来。

7）黑洞在霍金研究中的作用

从对黑洞的研究，推广到对宇宙起源的研究，是霍金的研究思路。要进行研究，必然需要依据相应的规律。霍金发现，在事件视界之内的粒子的运动可以用量子力学来描述，事件视界之外的物体的运动可以用广义相对论来描述，这样两个互相不相容理论，在事件视界之处，可能存在着联系和统一的可能性。如果能够借助黑洞，找到两种理论相统一的办法，或者发展出一种基本的统一理论，则将是科学界一场新的革命。

“异型超弦”是目前各种有关基本统一理论之中最被人看好的一个理论。这一理论最初可能发源于对小提琴弦的观察，后来进行了多次的修改。其基本思想是时空充满了许多像一根弦似的小圈圈。我们平时所说的基本粒子实际上就是这些以不同方式振动的小圈圈。关于这个理论我还不是很能理解，就不多说了。

不过，即使我们找到了这样的大统一理论，可能也还是无法解决所有的问题。就说这个理论本身吧，你如何检验它是一个终极理论呢？？

8）黑洞旅行的幻想能变成现实吗？

物理定律是时间对称的。如果存在东西能落进去而不能跑出来的叫作黑洞的物体，那就还应该存在东西能跑出来而不能落进去的其他物体。人们可以把这些物体叫做白洞。人们可以猜测，一个人可以在一处跳进一颗黑洞，而在另一处从一颗白洞跑出来。

霍金还为此设计了虫洞的模型，对这一长距离空间旅行的设想进行研究。不过一个基本的问题必需要清楚，那就是当你进入黑洞的时候，那巨大的引力撕扯着你，你会在瞬间变成一个个基本粒子。就算有一部分你的基本粒子能够通过白洞出来，它也就是一个普通的基本粒子，不会携带关于你的任何信息，和你也没有任何关联了。

这样的旅行，还是甚重一点好。呵呵。

    《霍金讲演录》[英]史蒂芬·霍金/著  杜欣欣、吴忠超/译  湖南科学技术出版社 2003年2月