卢卡斯数学教授是科学史上最崇高的教席,因为牛顿和狄拉克都是他的前任。我有幸见证了霍金的就职仪式,他发表了题为“理论物理的终结可能在望吗?”的演讲。狄拉克生前多半时间在圣约翰学院埋首研究,很少到应用数学和理论物理系来,而霍金经典相时期和他的研究交集不多。后来狄拉克退休搬到佛罗里达并终老于彼,只有夏天回剑桥,有时会到系里,但我从来没有遇到过他。1975年他在梵蒂冈曾当面告诉霍金,是他推荐霍金获得庇护十一世奖章的。1984年狄拉克逝世后被埋葬在佛罗里达,但1995年伦敦西敏寺为他在牛顿墓旁安放纪念石,并邀请霍金在仪式上致辞。
1982年夏天,霍金和吉本斯在剑桥召开了极早期宇宙学的会议。这是在该领域影响最深远的会议。早在20世纪70年代,狄克等就指出在大爆炸宇宙模型中存在一些严重问题,如宇宙微波背景因果性问题、单极子问题,尤其是空间平性问题,后者体现了宇宙演化对初始条件的极度敏感性。固斯和林德等认为,如果在大爆炸相前宇宙以指数式膨胀,即存在一个暴胀相,那么这些问题就可以避免。不过,由于暴胀的机制或暴胀子不能从第一原理推出,所以不少人对这个场景抱迟疑态度,认为它只是一个唯象模型。但是,这次会议取得了一个重要的进展,那就是霍金等人提出,在暴胀背景下,经典无规性很快就被暴胀抹平,而量子场涨落应是宇宙结构,比如星系团和星系的籽。事实上,那也正是8年前霍金和吉本斯把对黑洞视界辐射推广到宇宙视界时研究过的量子涨落。10年后,宇宙背景探索者卫星探测到由这个涨落引起的微波背景温度在不同方向的差别。后来WMAP和普朗克卫星的观测更证实它和预言精确一致。
▲1991年时的霍金。图片来源:英国《独立报》
这次宇宙极早期的会议重新唤起了霍金对宇宙学,尤其是宇宙学中最重要的问题——宇宙创生的兴趣。他坚信这个问题应属于科学的王国。实际上,早在1981年,他就在梵蒂冈教廷科学院的一次会议上提出了宇宙的边界条件是它没有边界的设想。他认为没有什么边界条件比宇宙没有边界更美妙了。1983年他和哈特尔一起将这个思想用数学表述出来。在他的模型中,无边界设想意味着,宇宙一创生进入实时间就处于暴胀阶段,然后才进入大爆炸阶段。场的量子涨落在暴胀阶段处于基态。与此相比,在暴胀宇宙模型中,暴胀子和基态涨落都是人为设定的。基态的涨落可分解为标量和张量两部分,这些微扰的演化,标量部分可以与宇宙微波背景温度起伏做比较,而张量部分可望与太初引力波的谱做比较。
宇宙学最初的大爆炸模型并没有预见性,暴胀宇宙模型只具有半预见性,即相当广泛的,而非所有的初始条件会导致我们所观测的宇宙。无边界设想赋予宇宙学完全的预见性。事实上,宇宙的演化完全由科学定律所决定。这就彻底解决了从牛顿时代开始就困扰人类的第一推动问题。在无边界宇宙学的框架中可以研究宇宙的暴胀、结构、各向同性、旋转、维数、时间箭头、太初黑洞和太初引力波。
霍金在发展无边界宇宙学的同时萌生了写一部宇宙学和黑洞科普书的想法,这就是畅销至今的《时间简史》。霍金从一位科学天才成为大众明星,主要是因为这部书的出版。
▲霍金与三个孩子
他和简养育了三个孩子,罗伯特、露西和蒂莫西。1995年和简离婚,同年和伊莱恩·梅森结婚。2006年和伊莱恩平和分手。
他一生得到无数荣誉,也到过许多国家讲学。
他对中国有极大的好奇心,但他对中国的学术界很不了解。20世纪80年代,我建议他访问中国科技大学,并帮助联系。1985年他的第一次访华成行,在合肥和北京各做一次学术报告,游览了故宫和长城。
2002年和2006年,他应丘成桐的邀请访问杭州、北京和香港,游览了西湖、天坛、颐和园,再次登上长城。2002年的访华由伊莱恩陪同。我在杭州当他的翻译。2006年访华时伊莱恩没来。应他的要求,我全程陪同他。我用最简单的相机给他在天坛祈年殿前拍的照片,被他选用在自传《我的简史》中。他在世界各地旅行期间拍摄的照片何止万千!可以想见神秘的中国多么吸引他。
从我认识霍金直到他去世,39年是个漫长的时间。1979年,我受他邀请来到他的研究小组,在他指导下完成了博士论文,研究方向是极早期宇宙中的引力效应,包括相变泡碰撞的时空度规准确解,以及引力坍缩问题。1984年在我得到剑桥博士学位后,他继续指导我从事量子宇宙学的研究,我们合作的宇宙波函数第一个数值解发表于1985年。之后他推荐我到欧美游学。
1997年他得知我在梵蒂冈天文台访问,就邀请我在欧洲最好的季节复活节访问剑桥。我在他的办公室第一次见到他的第二任夫人伊莱恩。那次他对我表达了要访问中国的强烈愿望。但后来因为阴错阳差没有成功。
2004年他再次邀我来剑桥。2004年12月10日,我在他的办公室里问他,黑洞辐射和无边界宇宙这两个贡献中,他究竟认为哪项更为重要?他回答道,“别人认为黑洞辐射更重要,因为它已经被接受了,我却认为无边界设想更重要。”
2006年湖南科学技术出版社的朋友们和我应邀来剑桥看望他,他主动提出把所有的科普著作都交给湖南出版。他还单独请我到他的学院上席晚宴,喝咖啡,再到他家闲聊,直到深夜一点。他那回精神非常好。我们仔细讨论了将去北京开会的细节,我问他最喜欢中国哪个城市,他说我才去了这么少的地方。但他对合肥的印象最深。
2009年,我应他邀请又来剑桥时,他大病初愈。他在得知我们要离开时,立即从家里赶到办公室和我们话别。我们看到他满脸病容,心里既难过又感动。我们合影留念,但我们不忍心将照片公开。
2012年我应邀参加他的70岁生日庆祝会议,由于他身体衰弱,医生建议他不要露面。
2017年7月,我去剑桥参加庆祝霍金的75岁生日的学术会议。受霍金著作中文版责编孙桂均之托,我带去了霍金像双面绣,该绣品是长沙五位湘绣大师花7个月时间精心制作的。我将这幅栩栩如生的艺术品当面送给霍金,以感谢他对湖南科学技术出版社几十年的信任。应孙桂均的要求,我为这幅湘绣拟了两行字:“黑洞辐射贯通引力量子信息,无边界律驱动宇宙无中生有。”
这两行字浓缩了霍金一生最重要的科学贡献。第一项研究追索什么才是更基本的,是时空,还是信息?这是本体论的问题。第二项研究宇宙何以创生,这是存在论的问题。他甚至说过,必须存在一套完备的统一理论,如果不存在的话,宇宙就消失了。
在参加剑桥和伦敦的追悼活动时,我曾经用文字将这些历史场景记录下来。他离去的时刻,使我极为真切地感到,“他为这个文明理解时空、宇宙和存在的推进,以及对人类道义和社会的普适关怀,在他逝去后将会逐渐展现出其深远的意义。”
我对霍金逝去的感受,完全符合他这部遗著《十问:霍金沉思录》的主旨。
两千三百多年前,楚国的屈原在《天问》的一开始就追寻宇宙本源问题,一千年后唐代的柳宗元的《天对》对此做了回应。在希腊,大约和屈原同时代,阿利斯塔克就已经提出日心说的雏形。16世纪哥白尼建立了完整的日心说宇宙体系。17世纪的伽利略用天文观测支持哥白尼学说,而开普勒发现了行星运动定律,还把宇宙的和谐视为终极真理。牛顿的学说将伽利略和开普勒的事业发扬光大。直至19世纪末,牛顿的时空观还一直被当作科学界的金科玉律,康德把他对牛顿时空观的迷惑表述为二律背反。直到大约一百年前的哈勃红移定律的发现,以及爱因斯坦广义相对论的提出,人们才大体得到今日之宇宙图像。所有这一切都是对亘古天问的回应。
霍金在本书回答的大问题正是当代的天问,是地球文明的思想家对人类和宇宙命运的叩问,是人和天的问对。它们是:上帝存在吗?一切如何开始?宇宙中存在其他智慧生命吗?我们能预测未来吗?黑洞中是什么?时间旅行可能吗?我们能在地球上存活吗?我们应去太空殖民吗?人工智能会不会超过我们?我们如何塑造未来?也许只有万物之灵的人类才能对宇宙存在等寻根究底,因为他们不甘满足于存活和繁衍,那只是动物的本能。同理,民族的形而上的发展表征其文明演化的程度。
宇宙无中生有地创生后,最美妙的事件是孕育了生命,以及生命的子集升华出意识,而其中最珍贵的子集能理解宇宙和自身。霍金,这个完全以思维为存在方式的生命,在决定以揭开宇宙的奥秘为终身使命后,从来没有抱怨过自己深受的病痛。这使人想起康德,他说自己的生活就是几道观念。霍金已经离开我们远去了,但他对人类命运的关怀和劝诫,都是我们面对这个世界的愚蠢和贪婪时的一剂安慰。