剑桥大学人才济济,罗杰·彭罗斯(Roger Penrose,理论物理领域的发明狂)证明了恒星生命结束、重力塌陷(坍缩)之际会变成一个黑洞,黑洞中心则有一个密度和曲率无穷大的引力奇点。霍金觉得这个思路很有趣,于是把它转了个方向(黑洞向内吞没一切),假设将宇宙扩张往回倒带,会否看到一个密度和曲率无限大的奇点?这一设想是否符合广义相对论?能否提供一个可信的证据,让大爆炸成为一个正经的学说,不再被霍伊尔之流当做玩笑?
霍金顺着这个思路撰写了《宇宙膨胀的性质》和《奇点与时空几何》。前者帮助他拿到了博士学问,后者则为他赢得了剑桥大学的亚当斯奖(和彭罗斯一起)。他的导师夏玛认为,霍金的学术贡献在当代,堪比牛顿之于经典力学的地位。
确定自己的病情并没有早前想象糟糕之后,霍金开始了开挂一般的学术之旅:他抓住了奇点这一崭新的、高度可证明和容易被相信的学说,继续研究了下去;1968年,他得到了更多证据,认定宇宙背景辐射的存在能够证明宇宙的确发生过大爆炸。
他继续和彭罗斯等人继续研究宇宙初始,终于在1970年共同发表论文,证明在宇宙遵循广义相对论,并且包含足够多物质的前提下(这两个前提,后者属实,前者被广泛认为非常可靠),宇宙的初始一定是一个奇点,而诞生的方式一顶是大爆炸。他还跟乔治·艾利斯(George Ellis)合作,把自己的物理学和艾利斯的数学结合在一起,通过微分几何来检验广义相对论,撰写了《时空的大尺度结构》(The Large Scale Structure of Space-Time)一书。
后来,他转而研究黑洞,却依然继续着疯狂的一年两三篇论文的节奏。这中间并不是没有出现错误,比如他一度认为没有任何粒子可能从黑洞内部逃逸出去,但后来却通过计算发现自己是错的。他很快在1974年发布了论文,用正负结对的“虚拟”粒子来演绎黑洞可能出现的粒子逃逸、质量减小,也即黑洞辐射(霍金辐射)的情况。
在此之前,人们认为黑洞是一个只进不出的天体,而霍金将引力和量子力学联系在了一起,证伪了旧观点。学术界广泛认为,霍金辐射是霍金在理论物理学科上两大最重要贡献其一。其二,则是他和彭罗斯合作提出的,在广义相对论框架内的彭罗斯-霍金奇性定理。
史蒂芬·霍金在芝加哥,1986年
你能看出,霍金主要的学术贡献,在他的严肃学术生涯的头10年就已经完成了。在这10年里,他从大爆炸假说的十字军变成了一位成就卓越的理论物理大师,他和少数几位其他理论物理学家共同构造了基于广义相对论的当代黑洞研究,也让它成为了公众在当时最流行的讨论话题。
冷战仍在持续着,但美国刚刚结束了越战,世界重新回复了相对稳定的状态,而科技的飞速发展引发了公众对科学的兴趣。1974年的学术发布,还有另外一个重要的作用,即是让他正式从学术大师升华成为全国、甚至整个西方世界家喻户晓的知名科学家——不是所有科学家都能这般好运。
他的采访时常见报,人们也通过电视认识了这位坐姿怪怪的英国天才。1979年,剑桥大学授予他卢卡斯数学教授席位(Lucasian Chair of Mathematics),剑桥数理科教授最高的荣誉。由于研究的前沿性,霍金或多或少被赋予了一种前沿学家的身份,参加各类科技甚至科幻的探讨。好在他做出的猜测在几十年后都得到了应验,比如他在1979年演讲中就指出计算机运算能力将会超过人脑,而届时理论物理学者可能会失去工作。
可能因为变得自傲,抑或由于感受到了人的生命有限,霍金改变了物理研究的风格,一定程度上放弃了严密的数学论证,开始大胆地进行假设、推测和相信直觉。他告诉自己的朋友,著名天体物理学家基普·索恩,“在正确和严密两种选项之间,我宁愿选择正确。”
没有悬念,在这之后霍金开始更多地提出不够严谨、缺乏可靠证明,甚至在逻辑上错误的理念。一个最有代表性的例子是在1997年,当时他和天体物理学家基普·索恩(Kip Thorne,引力波的重要理论贡献者,《星际穿越》的科学编剧)、约翰·裴斯基(JohnPreskill)之间就黑洞逸出信息是否来自黑洞视界内部开盘设赌。类似的赌局有过好几次,霍金因此得名“黑洞赌王”。
霍金,一如和他同时代的英国数理专家,热衷于挑战权威和发明新鲜事物
这并没有影响霍金在学术、精英和公众视野内继续提高影响力。他在上世纪80年代拿到了更多的勋章和荣誉身份。需要明确的是,这并不是说霍金名不副实——正相反,他以一己之力推动了整个社会对于前沿技术的对话和思考,而这理应得到重奖。更何况徽章不能卖钱,这些荣誉上的奖励并不代表着他获得了什么物质奖励。
大红大紫如霍金也要赚钱养家,更何况85年的那次肺炎已经让他倾家荡产。克服了无法说话等百般困难,霍金终于在1988年完成了自己在“后学术黄金时代”对整个世界最重要的一次贡献:发行新书《时间简史:从大爆炸到黑洞》(A Brief History of Time: from the Big Bang to Black Holes)。