读书 | 借着引力波看点儿科普,让霍金带你走出人生黑洞

LIGO让引力波又火了一把。

新近引发了一股不明觉厉的膜拜热潮的引力波,是由两颗经过引力坍缩后的中子星合并而造成的(据说比两个黑洞合并产生引力波更加激动人心)。果然大家都激动了!好多人纷纷表示虽然看了半天没看明白到底是怎么回事儿但依然还是特别激动。

我也属于“没看明白但还特别激动”人群中的一个。主要是因为我头好多天就开始写这篇儿小文儿但是由于这几天一直忙出天际,导致这个本来就一知半解的话题变得更难入手了。不过,今天趁着引力波的劲儿,凑个热闹发一篇儿吧~

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自从迷上霍金教授之后,我把市面上所有霍老师自个儿写的以及与人合著的科普书都买来看了,陆陆续续都会分享出来;今儿想强烈推荐一下儿的是一个小薄本儿,我是用了差不多俩钟头看完的。

书名儿叫做Black Holes: The BBC Reith Lectures,现在也有中文版,译名为《黑洞不是黑的》。这本儿书里面的很多观点都在霍金的其它著作里有更详尽的讲述,但作为之前没有疯狂读过霍老师作品的人来说,拿这本儿开启膜拜霍金之旅简直完美!迷霍让你不再迷惑~

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BBC Reith Lectures · 里斯讲座

从1948起,英国广播公司开始每年制作由各界翘楚带来的广播讲座,并在Radio 4播出。他们请到的第一位演讲嘉宾是著名哲学家、诺贝尔文学奖获得者罗素。2016年,霍金的里斯讲座分别在1月26日和2月2日播出。今天聊的这本儿小书记录的就是这两场讲座——每场仅仅15分钟,短小精悍,字字珠玑。

真是超小一本儿,还没有普通的笔记本儿大~非常适合随手扔在包儿里,有个二三十分钟闲暇的时候就可以拎出来翻上几页,堪称居家出行探亲访友之必备良册。


"It is said that fact is sometimes stranger than fiction, and nowhere is that more true than in the case of black holes."

据说世间现实远比杜撰的故事更加离奇;而最能体现这一点的,莫过于黑洞。

这是正文儿开篇的第一句话。讲座一开始,霍金就以爱因斯坦在1939年发表的论文为引子,指出不到一个世纪前,连全世界最聪明的头脑都感到引力坍缩的概念实在是令人费解到难以置信(虽然归根结底这些点子之所以能涌现出来也全是靠爱因斯坦他本人)。

而现在所说的黑洞,正是拥有巨大质量的恒星在经过核聚变反应后将自己的能量燃烧殆尽,发生引力坍缩而形成的(也有可能形成其它形式的星体,比如开头儿提到的中子星)。

也就是说,黑洞其实是一种天体;所以,在了解黑洞到底黑不黑之前,先要意识到黑洞不是一个真正的洞。那它为什么看上去黑不隆咚地像个大洞呢?因为不亮。为什么不亮呢?因为光跑不出来。而光又是为什么跑不出来呢?

这就要从一样儿东西如何能从一个星体逃离讲起。比如怎么才能发射一个航天器,让它飞出地球?答案就是它必须快到能摆脱地球的引力——这个速度叫做逃逸速度。对于咱们的蔚蓝色小家园来说,速度达到每秒11.2公里就可以跑出去了,所以11.2公里/秒就是地球的逃逸速度,也叫第二宇宙速度(那第一宇宙速度是干嘛的?是7.9公里/秒,也就是航天器可以绕着地球转圈儿的速度)。

现在说回黑洞。刚才不是提过黑洞质量巨大嘛?这就意味着它拥有着超强的引力,强到需要从这类天体逃逸的速度已经超过了光速,所以光就跑不出来了。(这里要特别注明一下儿,我在其它关于这个话题的讨论中看到很多内行说黑洞不能发光并不是引力导致的,而是另有原因;我作为一个外行,从目前看过的科普读物里暂时只领会到了引力这一层——所以要是哪位大神发现以上这一两段儿说得有错儿的话,万望不吝赐教)。

那么如果连宇宙第一快的光都跑不出来的话,黑洞里是不是什么都出不来呢?不一定。我偶像霍老师在理论物理研究中提出的最重要的概念叫做霍金辐射(Hawking Radiation),这是非常微量的一种热辐射。

目前,霍金辐射仅在实验室中通过模拟重力实验被认为是可能存在的,却没有被实际观测到(不然霍老师早就拿诺奖了)。也正是因为考虑到霍金辐射存在的可能,霍老师才说“黑洞不黑”。(其实,黑洞不仅不黑,最近还很红。具体有多红?前不久刚拿下诺贝尔物理奖的引力波,便是由十多亿年前两个巨大黑洞碰撞合并而引发的。)

絮絮叨叨地聊到了这儿,才触及到关于开头儿这句话我最深切的感受——现实有多离奇?我想到的还是关于霍金本人。

对于霍金的理论和研究有所了解的人不少,但可能了解他的病情的人比了解他的研究的人还要再更多一些:他在伽利略诞生后整整三百年,跟这位天文界先贤同年同月出生,出生地不是别地儿,正是我学习生活了勉强算是有一年就爱得不行不行的牛津;他本科儿念的是牛津,但读博的时候去了剑桥,并在此期间发现了自己患有ALS渐冻症(学名为“肌萎缩侧索硬化”,英国常称MND“运动神经元疾病”,前几年席卷全球的“冰桶挑战”就是为了提升人们对于这种疾病的认知)。

看霍金的著作时,总是忍不住想象他的生活状态——一个人要坚强睿智到何种程度,才能半个多世纪以来都在这样不理想的健康状况下坚持通过不间断的思考去探索宇宙的奥秘。他说现在的人们生活在一个非常令人振奋的时期,因为总有新的发现让科学家们感到,距离人类能彻底揭示宇宙奥秘只差一步之遥。

每当他这样提及的时候,我总是先一激动,然后又想着可能我有生之年也未必能见证物理学家找到真正完美的量子引力理论了。但其实,可能没人能等到这一天吧。因为回望历史,人类对于宇宙的认知屡次被刷新,每个时代大概都有人在感叹自己生活在了科学发展进程最快速的时代。几百年后如果人类还存活着,再看今天,也许都会不敢相信居然量子力学和经典力学还有过冲突?

一个二十出头儿就被告知大概还能活两年的人,却一直在研究那些138亿年来都无解的问题,这可能是“以有限的时间做无限的事业”的最好实例。

从另一个角度想,也可能正是因为一早儿意识到生命短促,才更会倾心于那些时间与空间都大到超乎凡人理解能力范畴的课题。毕竟在138亿年的宇宙历史面前,活两年和活一百年的区别早已可以忽略不计了。


"If you feel you are in a black hole, don't give up: there is a way out!"

若你感到身陷黑洞,不要放弃:因为总有出口在前方。

这句话很奇特,也是这本儿小书的最后一句话。单看吧,有点儿暖心,像是一种慰藉,又可能是励志名言。但结合书里记录的讲座内容来看,却又多了一层挣扎过后的云淡风轻感。

我这么说不是矫情,而是因为书里先是提出了一个假设:如果能找到质量体积完全相等的黑洞,是否可以通过量子纠缠式的信息传递,这边儿进去那边儿出来,实现所谓虫洞式的时空穿越?然后给出了答案:不可以。

但整段儿演讲依然以这样一句话作为结尾。我个人的理解就是,无论现在如何肯定,对于未来和未知,总要有一些开放的态度。

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简单一句“don't give up”,有时候会被人描述为属于那些“说着容易做起来难”的话;而对于霍金而言,就连说出这句话也不怎么容易,但至今也未见他放弃对宇宙的探索。

有时候我觉得自己看霍金的书的过程有点儿像是那些关于中小学语文考试里阅读理解的段子——存在严重的过度解读,爱胡乱揣测作者意图,导致老觉得从科普书里看到满满的人生哲理。

嗯,又何妨呢?反正阅读的乐趣本来就是因人而异的。


后记

(我觉得现在已经养成了写后记的习惯很难改了)

在霍金的书里,这本儿无疑是最短小精悍的了,所以如果觉得《时间简史》太难懂,《果壳中的宇宙》啃不动,《大设计》又没空儿看,从这个小册子入手会比较容易。这本儿小书受众面儿很广,所以其实看下来我收获到更多的是一些人生感悟,可能这也就是科普的意义吧——并不一定是要在这个过程中激发多少人的科研热情(当然要能有这效果也不错)或是把一部分文科生拧成理科生,而是让更多的人能在生活中体会到科学带来的乐趣和享受。

这是我阅读科普著作时所得到的,也是我努力写下这些文章时想要分享出来的。

(微信公众号:金刚钻与瓷器活儿)

(知乎专栏:英文原版书阅读笔记)

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