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    英國劍橋大學分會:史蒂芬·霍金作品集

    作家簡介:
      斯蒂芬·威廉·霍金,英國劍橋大學應用數學及理論物理學系教授,當代最重要的廣義相對論和宇宙論家,是當今享有國際盛譽的偉人之一,被稱為在世的最偉大的科學家,還被稱為“宇宙之王”。70年代他與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他因此被譽為繼愛因斯坦之后世界上最著名的科學思想家和最杰出的理論物理學家。他還證明了黑洞的面積定理,即隨著時間的增加黑洞的面積不減。這很自然使人將黑洞的面積和熱力學的熵聯系在一起。


                                                      ·黑洞、嬰兒宇宙及其他
      科學,特別是自然科學,最重要的目標之一,就是追尋科學本身的原動力,或曰追趕尋其第一推動。同時,科學的這種追求精神本身,又成為社會發展和人類進步的一種最根本的推動。史蒂芬·霍金,是繼愛因斯坦之后本世紀最杰出的理論物理學家,他改變了我們對宇宙的看法,他對黑洞的開創性研究提供了宇宙源于何時這一難題的線索,他不僅是偉大的物理學家,也是對我們朝代及今后影響深遠的思想家。本書是《第一推動叢書》之一,主要介紹了霍金關于黑洞、嬰兒宇宙等內容的講演,對宇宙起源有興趣卻畏于艱深理論的一般讀者,也可通過本書解讀霍金精湛的智慧。

    童年[1]

      我出生于1942年1月8日,這一天剛好是伽利略的三百年忌日。我估計大約有二十萬個嬰兒在同日誕生。我不知道他們中是否有人在長大后對天文學感興趣。雖然我的父母當時住在倫敦,但我卻是在牛津出生的。這是由于第二次世界大戰之時德國承諾不轟炸牛津和劍橋,所以當時牛津是個安全的出生地。英國亦以不轟炸海德堡和哥廷根作為回報。可惜的是,英德兩國這類文明的協議卻不能惠及更多的城市。

      [1]作者注:這篇和下一篇文章是基于1987年9月在蘇黎士對國際運動神經細胞病學學會的發言,并和1991年8月寫的材料相合并。

      我父親是約克郡人。他的祖父,也就是我的曾祖父曾是一個富裕的農民。他曾買下太多的農場,并在本世紀初農業大蕭條時宣告破產。這次破產使我祖父母一蹶不振,但是他們仍然節衣縮食送我父親念了牛津的醫學院。之后,我父親從事熱帶病研究。1937年他去了東非。第二次世界大戰爆發時,他正在東非,他橫貫非洲大陸才得以搭船回到英國。回到英國后,盡管他知道他在醫學界作研究更有價值,他仍然自愿入伍了。


      我母親生于蘇格蘭的格拉斯哥,是一位家庭醫生的七個孩子中的老二。在我母親十二歲那年,他們舉家遷往南方的德汶。像我父親的家一樣,她的家也從未大富大貴過。盡管如此,他們還是設法送她念了牛津大學。牛津畢業后,我母親從小過各種各樣的職業,其中包括她挺討厭的查稅員工作。后來她辭去了這個工作做了秘書。也就是這個工作使我父母得以在第二次世界大戰初期相識。

      我們家住在倫敦以北的海格特。我的妹妹瑪麗比我晚出生十八個月。后來大人告訴我說,當時我不歡迎她的來臨。由于我們之間年齡相差太少,所以我們在整個童年期間關系都有一點緊張。然而,在我們成年之后,由于各奔前程,相互之間的不愉快就化為烏有。她成了一名醫生,這很討我父親歡心。我的更小的妹妹菲利珀出生時,我已快滿五周歲,并且知道發生了什么事情。我還能記得,我盼望她的到來,這樣我們三個人好在一道作游戲。她是一名非常深沉穎悟的小孩。我總是尊重她的判斷和意見。我的弟弟愛德華來得很晚,那時我已十四歲了,所以他幾乎根本沒有進入過我的童年。他和其他三個小孩非常不同,成為完全非學術性和非知識型的了。這對我們也許是件好事。他是名相當淘氣的孩子,但是你不能不喜歡他。

      我最早的記憶是站在海格特的拜倫宮的托兒所里嚎啕大哭。我周圍的小孩都在玩似乎非常美妙的玩具。我想參加進去,但是我才兩歲半,這是第一回我被放到不認識的人群當中去。我是父母的第一個小孩,我父母遵循育嬰手冊的說法,小孩在兩歲時必須開始社交。所以我想我的反應一定使他們十分驚訝。度過這么糟糕的上午后,他們即把我帶走,一年半之內再也沒有把我送回到拜倫宮。

      那正是世界大戰結束不久,海格特是許多科學家和學術界人士的住處。他們如果在其他國家就會被稱作知識分子,但是英國從未承認有過任何知識分子。所有這些人都把孩子送到拜倫宮學校,這是一所當時非常先進的學校。我記得自己曾向父母親報怨過,說他們沒有教我任何東西。他們不相信當時接受的填鴨式教學法,你必須在不知不覺之中學會閱讀。最終我是學會了閱讀,那是直到八歲的相當晚的年齡。我的妹妹菲利珀是用更方便的方法被教會閱讀的,四歲時就會閱讀了。那時候,她一定比我能干。

      我們住在一幢又高又窄的維多利亞式的房子里。這是我父母親在戰時以非常廉價買下的,那時所有人都認為倫敦會被炸平。事實上,一枚V-2火箭在離開我們幾幢房子處著地。當時我和母親以及妹妹都不在,而我的父親在房子里。幸運的是,他沒有受傷,房子也未受重創。有好幾年的時間路上一直遺留有一個大彈坑,我經常和我的朋友霍佛在里面玩,他家和我隔三個門。霍佛無異為我揭開了一個新天地,因為他的父母不是知識分子,不像我所認識的其他小孩父母那樣。他上公立學校,而不是拜倫宮,他通曉足球和拳擊,這些都是我父母堅決禁止的。

      另一個最早的回憶是得到玩具火車。戰時不制造玩具,至少不對國內市場。但是,我對模型火車極其著迷。我父親為我做了一列木頭火車,這并不使我滿足,因為我要一列會開動的。所以我父親搞到一列二手貨的帶發條的火車,焊好后給我作為圣誕禮物,那時我快滿三歲了。那火車不能很好行駛。戰事剛結束我父親就去了美國,在乘“瑪麗皇后”的歸途中,他為我母親買了一些尼龍,當時在英國得不到尼龍。他給我妹妹瑪麗買回一個玩具娃娃,這個玩具娃娃一躺下就把眼睛閉上。他為我買了一列美國火車,還帶有排障器和8字型的軌道。我尚能記得自己在打開盒子時的激動之情。

      發條火車似乎是盡善盡美了,但是我真正想要的是電動火車。我經常花好幾個鐘頭觀看海格特附近的模型鐵路俱樂部展覽。電動火車是我夢寐以求的東西。最后,當我父母親都不在的時候,我把存在郵局銀行的非常有限的錢全部取出,這是大家在特殊場合譬如講我受洗禮時給我的。我用這些錢買了一列電動火車,但使人非常沮喪的是,它運行得不怎么好。今天我們知道了顧客的權益。我應該把它送回,要求商店或者廠家換一列。但是在那個時候,人們以為買東西便是一種特權,如果商品有毛病的話,就只能怪你運氣欠佳。這樣我花錢買了電動馬達,它卻從未正常工作過。

      后來,我在十幾歲時制作了模型飛機和輪船。我的手工從來就不靈巧,這是和我的學友約翰-馬克連納漢合作的。他比我能干得多;而且他父親在家里有一個車間。我的目標總是建造我能控制的可以開動的模型。我不在乎其外觀如何。我想正是同樣的沖動驅使我和另外一位學友羅杰-費尼霍弗去發明一系列非常復雜的游戲。有一種制作游戲,還包括制造不同顏色零件的工廠,運載產品的公路鐵路以及股票市場。有一種戰爭游戲是在有四千個方格的紙板上玩的。甚至還有一種封建游戲,每一個參與者都是一個帶有家譜的皇朝。我想這些游戲以及火車、輪船和飛機都來自于探究事物并且進而進行控制的要求。從我開始攻讀博士之后,這種渴求在宇宙論研究中才得到滿足。

      1950年我父親工作的地點從海格特附近的漢姆斯達德遷到倫敦北界的碾坊山新建的國立藥物研究所。看來遷到倫敦郊區再通勤到城里比從海格特向外面通勤更方便些。我父母親因此在教堂城圣阿爾班斯購買了一幢房子,大約在碾坊山以北十英里以及倫敦以北二十英里的地方;這是一幢頗為典雅頗具特色的巨大的維多利亞時代的房子。我父母買房子時手頭并不富裕,所以在我們遷進去之前要做許多修繕。此后我的父親正如同他的約克郡老鄉一樣,再也不愿花錢作任何修繕。他自己盡量地維護并油漆房子,但是房子太大而且他又不擅長此道。然而,房子建得很穩固,所以能經受得了多年失修。1985年我父親病得很重時(他死于1986年),我父母親把它賣掉了。我最近還看到它。似乎從那時以后就沒有整修過,但是看起來卻沒有什么改變。

      這幢房子是為帶仆人的家庭設計的。在食物室里有一塊指示板,上面可以顯示哪個房間在按鈴。我們當然雇不起傭人,我的第一個臥室是L形狀的,大概以前是傭人的房間。我的表姐薩拉建議我要這個房間,她比我稍大些,我非常贊賞她。她說我們在那里會很開心。這間房子的一個吸引人之處是,可以從窗戶爬到外面的自行車庫的房頂上,然后再回到地面上來。

      薩拉是我母親的姐姐詹尼特的女兒。我的姨媽是一名醫生,她機一名心理分析家結了婚。他們住在哈本頓的一幢相似的房子里,那是再往北五英里的一個村莊。他們是我們搬到圣阿爾班斯的一個原因。使我得以接近薩拉真是個大獎賞。我時常乘公共汽車去哈本頓。圣阿爾班斯本身緊臨羅馬人古城委魯拉明的遺址,它是除了倫敦以外的羅馬人在英國的最重要駐地。中世紀時這兒有英國最富有的寺院。這個城市是圍繞著圣阿爾班斯的陵墓建筑起來的,他是一名羅馬軍官,據說是第一個在英國因信仰耶穌而被處死的人。寺院殘留下的只是非常大且相當丑陋的教堂以及老寺院正門的建筑物,后者成為圣阿爾班斯學校的一部分,我后來就在這里上學。

      圣阿爾班斯和海格特或哈本頓相比較是有點枯燥而保守的地方。我父母親在這里幾乎沒有朋友。這應該部分怪他們自己,因為他們尤其是我父親天性孤癖。但是這也反映了這兒的居民是不同的,我的圣阿爾班斯同學的父母中幾乎完全沒有知識分子。

      我們家在海格特顯得是相當正常,而在圣阿爾班斯一定被認為是怪異的。這種看法因為我父親的行為而得到加強,他只要能省錢就根本不在乎外表。在他年幼時家境曾經非常窮困,這給他留下終身的印象。他不能忍受為了自身的舒服而花錢,甚至直到晚年他有能力這么做時也是如此。他拒絕安裝中心取暖系統,盡管他覺得非常冷。他寧愿穿幾件毛衣并在他通常衣服之外再罩上一件睡衣,但是他對他人卻非常慷慨。

      在本世紀五十年代他覺得買不起新車,所以就購買了一輛戰前的倫敦的出租車,他和我用波紋金屬板建成一座車房。鄰居被激怒了,但是他們無法阻止我們。我和多數孩子一樣需要群體活動,但是我為父母親感到難為情。而他們卻從未為此擔心過。

      當我第一次到圣阿爾班斯時,我被送到女子高級學校去,這個學校也收十歲以下的男孩。我在那里上了一學期之后,我父親又要進行幾乎一年一度的非洲走訪。這一回需要大約四個月的相當長的時間。我母親不想被留下這么長時間,這樣她就帶著我的兩個妹妹和我去看望她的學友貝瑞爾,貝瑞爾是詩人羅伯特-格雷夫斯的妻子。他們住在西班牙的馬約嘉島上的叫德雅的村莊上。這是戰后才五年的事,曾與希特勒和莫索里尼同盟的西班牙的獨裁者佛朗西斯科-佛朗哥尚在臺上。(事實上,之后他仍掌了二十多年的權。)盡管如此,曾在戰前參加過共產主義青年團的我的母親,挽帶著這三個子女乘輪船火車抵達馬約嘉。我們在德雅租了一幢房子,度過了快樂的時光。我和羅伯特的兒子威廉共有一位導師。這位導師是羅伯特的門徒,他對為愛丁堡戲劇節寫劇本比對教導我們更感興趣。所以他每天布置我們閱讀一章《圣經》并要求依此作一篇文章。他的想法是教我們英國語言的美。在我離開之前我們學完了全部《創世記》和《出埃及記》的部分。我從這兒學到的一件主要東西便是造句時不用“還有”起頭。我指出在《圣經》中多數文章都以“還有”起頭的,但是據我所知英文從詹姆士王之后即改變了。我爭辯道,如果情形如此,為何強迫我們念《圣經》?但這一切都是徒勞的。那時候羅伯特-格雷夫斯十分沉迷于《圣經》的象征主義和神秘主義。

      當我們從馬約嘉回來后,我又在另一所學校上了一年,然后我參加了所謂的十一加考試。這是那時一種對所有要獲取國家教育的孩子進行的智力試驗。主要是因為一些中產階級的孩子通不過并被送進非學術性的學校,所以現在這種試驗已被取消。但是我的表現在試驗中比在課程中要優異得多,所以就通過了十一加并允許在圣阿爾班斯學校免費就讀。

      我十三歲時父親要我去考西敏學校,這是一所主要的付費住校的——那也就是說私立的學校。那時候的教育在階級劃分上有很深的鴻溝。父親覺得,由于他缺乏權勢,使得許多能力不如卻門第更高貴的人爬到他前面去。因為我父母不甚富裕,所以我必須獲得獎學金。然而,由于我在獎學金考試時生病,所以未能參加。我只好留在圣阿爾班斯學校。我在那里受到的教育至少和西敏學校一樣好。我從未覺得自己的出身的平凡成為人生的障礙。

      那時的英國教育是等級森嚴的。學校不但被分成學術的和非學術的,而且學術學校還分成A、B和C等。這對A等的學生非常有利,對B等的學生就不怎么有利,而對不受鼓勵的C等學生則非常不利。我因為十一加考得好被分配到A等中。但是一年后班級里第二十名以下的所有學生都被測到B等去。這對他們的自信心是一個巨大的打擊,有些人再也沒有恢復過來。我在圣阿爾班斯的前兩個學期分別是第二十四和第二十三名,但是在第二學期變到第十八名。就這樣僥幸逃脫。

      我在班級里從未名列在前一半過(這是一個非常優秀的班級)。我的作業很不整潔,老師覺得我的書寫無可救藥。但是同學們給我的綽號是愛因斯坦,可能他們看出某些更好的征兆。當我十二歲時,我的兩位朋友用一袋糖果打賭,說我永遠不可能成才。我不知道這樁賭事是否已經塵埃落定,如果是這樣的話,何方取勝。

      我有六七位好朋友,我和他們中的多數迄今仍有聯系。我們通常進行長時間的討論和爭議,其主題涵蓋一切,從無線電遙控模型至宗教,從靈學一直到物理學。我們談論的一件事是關于宇宙的起源以及是否需要上帝去創生它再使它運行。我聽說從遙遠星系來的光線受到向光譜紅端的移動,而且這種現象被認為表示宇宙正在膨脹。(向藍端的移動被認為是在收縮。)但是我斷定紅移必定是由其他原因引起的。也許光線在傳播到我們的路途中累了并且變得更紅了。一個本質上不變的并且水存的宇宙顯得更為自然得多。只有在我進行了兩年博士研究之后才意識到過去錯了。

      在我進入學校的最后兩年,我才定下數理的專業。有一位非常具有啟發性的數學老師,他名叫塔他先生。學校里剛設了一間數學教室,可以用來放置數學器具。但是我父親對此極為反對。他認為數學家除了教書之外找不到工作。他確實希望我從事醫學,但是我對生物學毫無興趣,對我而言這個學科過于敘述性并且不夠基礎。我父親知道我不愿學生物學,但是他讓我學化學和少量數學。他覺得這樣可讓我將來在學科上再作選擇留下余地。我現在是一名數學教授,但自從我十七歲離開圣阿爾班斯學校之后再也沒有正式上過數學課。在數學方面我必須做到需要什么就吸收什么。我曾經在劍橋指導過本科生,只要在進度上比他們提前一個禮拜即可以了。

      我父親從事熱帶病的研究。他有時帶我上他在碾坊山的實驗室。我很喜歡這個,尤其是通過顯微鏡作觀察。他還帶我去昆蟲館,他養一些染上熱帶病的蚊子。因為我總覺得有一些蚊子到處亂飛,所以很擔心。他非常勤奮并且專心致志于研究。因為他覺得其他有背景和關系但不如他的人爬到他上頭去,所以得更加奮力挑戰才行。他經常警告我要提防這種人。但是我認為物理學和醫學略有不同。你上哪個學校以及和誰有關系是無所謂的。關鍵在于你的成果。

      我總是對人物的如何運行深感興趣,經常把東西拆散以窮根究底,但在再把它們恢復組裝回去時束手無策。我的實際能力從來跟不上我的理論探討。我的父親鼓勵我在科學上的興趣,他甚至在他的知識范圍內做我數學上的教練。有這樣的背景再加上父親的工作,我要進入科學研究就是水到渠成的事。在我幼年時代對所有科學都一視同仁。十三、四歲后我知道自已經在物理學方面作研究,因為這是最基礎的科學,盡管我知道中學物理學太容易太淺顯所以最枯燥。化學就好玩得多了,不斷發生許多意料之外的事,如爆炸等等。但是物理學和天文學有望解決我們從何處來和為何在這里的問題。我想探索宇宙的底蘊。也許我在一個小的程度上獲得了成功,但是還有大量問題有待研究。

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