愛(ài)因斯坦和霍金的碰撞，為我們描繪整個(gè)宇宙

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3月14日，愛(ài)因斯坦誕辰，霍金忌日。

這一天的特殊巧合，是這兩位傳奇科學(xué)家相隔時(shí)空的再一次奇妙相遇。

而他們也曾在無(wú)意間，為彼此給出過(guò)有趣的互文——

宇宙基本準(zhǔn)則之一：不存在所謂的“完美”。

如果沒(méi)有“不完美”，我們將不復(fù)存在。

——霍金

1879年3月14日，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在德國(guó)烏爾姆出生。時(shí)間往前兩百年，牛頓一手建起了物理學(xué)的地基，這位科學(xué)巨人推動(dòng)了工業(yè)革命的齒輪，人類走向翻天覆地的工業(yè)時(shí)代。

這一天的兩周后，是牛頓152周年的忌日，而26年后，這名嬰兒將站在牛頓的肩膀上，重建被牛頓定律統(tǒng)治了兩個(gè)世紀(jì)的時(shí)代。

1905年，愛(ài)因斯坦奇跡年，也是物理學(xué)的奇跡年。

這一年，籍籍無(wú)名的專利審查員愛(ài)因斯坦利用業(yè)余時(shí)間陸續(xù)發(fā)表了5篇論文。他首先論述了光的波粒二象性，論證了普朗克的光量子假說(shuō)，為量子物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)。接著他提出了懸浮微小粒子統(tǒng)計(jì)的“布朗運(yùn)動(dòng)”，以及分子大小的新測(cè)定方法。

《愛(ài)因斯坦傳》，超級(jí)暢銷書(shū)《史蒂夫·喬布斯傳》的作者沃爾特·艾薩克森又一部極有價(jià)值的傳記，值得珍藏的20世紀(jì)科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦的權(quán)威傳記

9月26日，在提出“光速不變”，以及“相對(duì)性原理”之后，愛(ài)因斯坦發(fā)表了質(zhì)能守恒公式E=mc2，狹義相對(duì)論由此誕生。

狹義相對(duì)論重塑了我們的時(shí)間觀——我們習(xí)以為常的時(shí)間，并不是以恒定的速度流逝的，而是會(huì)根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的方式變快或變慢，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速，時(shí)間就會(huì)發(fā)生膨脹。

幾乎是在提出狹義相對(duì)論的同時(shí)，愛(ài)因斯坦就發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論的局限，狹義相對(duì)論只能夠解釋平直的時(shí)空，即四維時(shí)空。

想要相對(duì)論解釋更高維度的宇宙，愛(ài)因斯坦嘗試將引力描述為時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)，在狹義相對(duì)論中融入引力。

愛(ài)因斯坦認(rèn)為：時(shí)間和空間是同一世界的不同維度，時(shí)間和三維空間結(jié)合起來(lái)，就形成了四維時(shí)空。而四維時(shí)空會(huì)發(fā)生扭曲，物質(zhì)決定了它的扭曲方式，引力由此而產(chǎn)生。

1916年，愛(ài)因斯坦正式發(fā)表凝聚了十余年心血的廣義相對(duì)論和引力場(chǎng)方程。

但在彼時(shí)一戰(zhàn)的烏云面前，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論并沒(méi)有立即引起世界性的關(guān)注。直到1919年，英國(guó)天文學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛(ài)丁頓觀測(cè)日食時(shí)發(fā)現(xiàn)水星近日點(diǎn)偏移，間接證明了光線會(huì)被引力扭曲。

宇宙給出的答案，讓廣義相對(duì)論和引力場(chǎng)方程轟動(dòng)世界。

從此，人類握住了解碼宇宙的關(guān)鍵鑰匙。

但正如霍金所言，宇宙沒(méi)有所謂的“完美”，愛(ài)因斯坦也不例外。

除了因相信“上帝不擲骰子”而抗拒被自己間接證明的量子物理學(xué)，愛(ài)因斯坦還曾否認(rèn)過(guò)宇宙膨脹和黑洞理論的存在，而正是這兩個(gè)“錯(cuò)誤”理論，有力證明了廣義相對(duì)論的客觀重要性——

根據(jù)廣義相對(duì)論的場(chǎng)方程，一位名叫卡爾·史瓦西的德國(guó)軍官計(jì)算得出，如果將一個(gè)太陽(yáng)大小的物體壓縮到半徑3公里左右，它會(huì)在時(shí)空中形成一個(gè)無(wú)限深的洞。這個(gè)洞中的一切，都和已知的物理定律不相合，時(shí)間會(huì)停止，空間則會(huì)無(wú)限延伸。

接著，比利時(shí)天文學(xué)家勒梅特根據(jù)引力場(chǎng)方程計(jì)算后，提出宇宙大爆炸理論，而美國(guó)天文學(xué)家哈勃通過(guò)天文觀察，證明了宇宙膨脹，間接證明了該理論。

百年來(lái)，廣義相對(duì)論經(jīng)歷了反復(fù)的檢驗(yàn)，證明其近乎預(yù)言的正確。

而站在愛(ài)因斯坦的肩膀上，有人讓我們看到了更深邃的宇宙。

“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要?！?/p>

——阿爾伯特·愛(ài)因斯坦

1942年1月8日，史蒂芬·威廉·霍金出生于英國(guó)牛津。時(shí)間往前三百年，奠定近代科學(xué)、一生仰望宇宙的伽利略在這一天長(zhǎng)眠。

霍金的聰明讓他從小備受關(guān)注，在中學(xué)時(shí)期被同學(xué)稱為“小愛(ài)因斯坦”，劍橋的學(xué)習(xí)都讓他倍感輕松，直到——

“在我21歲那年，我對(duì)生活的期望值全部歸零。自此以后，生活中的一點(diǎn)一滴都成了恩賜?！?/p>

此后，霍金在跟死神抗?fàn)幍挠嗌?，不斷丈量著宇宙的邊界?/p>

1965年，霍金在論文中論證了宇宙大爆炸理論。他的名字，也將與黑洞這一宇宙中最神秘的天體永遠(yuǎn)關(guān)聯(lián)。

當(dāng)一顆恒星度過(guò)了幾百億年的壽命，最終耗盡所有能量之后，引力會(huì)讓它們坍縮成一個(gè)密度無(wú)窮大的點(diǎn)，它會(huì)吸收包括光在內(nèi)的一切，讓所有能量和物質(zhì)都無(wú)法逃逸，這就是黑洞。科學(xué)家們?cè)J(rèn)為黑洞是永恒的存在。

但在1974年，霍金提出：黑洞并非只能一味地從宇宙中索取能量與物質(zhì)，它也會(huì)因?yàn)槭录暯缟系牧孔訚q落向外輻射能量，終有一天黑洞會(huì)蒸發(fā)直至消失。這就是著名的霍金輻射和黑洞蒸發(fā)理論。

如果按照霍金所說(shuō)，黑洞能夠蒸發(fā)，能量和物質(zhì)會(huì)徹底消失而不會(huì)留下任何痕跡，那么掌握所有信息的可能性就不復(fù)存在，這就是“黑洞信息悖論”，徹底動(dòng)搖了量子物理學(xué)的根基。

“決定論”曾經(jīng)是現(xiàn)代物理的核心理論——信息是不能被毀滅的，如果我們能夠搜集所有粒子的所有信息，就能通過(guò)物理定律，還原和推斷任何系統(tǒng)的完整未來(lái)和過(guò)去，包括一整個(gè)宇宙。

如果霍金是對(duì)的，“決定論”將喪失意義，那么我們此前對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的認(rèn)知，也將隨之毀滅。幾十年來(lái)，量子理論的擁護(hù)者和相對(duì)論的擁護(hù)者之間，圍繞著黑洞信息悖論爭(zhēng)論不休，啟發(fā)了無(wú)數(shù)理論猜想和研究方向，霍金本人也一直致力于研究黑洞數(shù)十年，不斷突破自己的理論，提出新的問(wèn)題。

霍金站在廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，用他的學(xué)識(shí)和想象為我們描繪了無(wú)邊界的宇宙和超乎常識(shí)的黑洞，也如同廣義相對(duì)論一般，霍金理論的重要性也將隨著時(shí)間的推移與日俱增，有望為相對(duì)論和量子力學(xué)的統(tǒng)一提供理論基礎(chǔ)，解答困擾愛(ài)因斯坦人生后30年的疑惑。

霍金是對(duì)的嗎？

“時(shí)間”和宇宙會(huì)給我們答案。

2018年3月14日，愛(ài)因斯坦139周年誕辰，霍金于英國(guó)劍橋去世。

他們的一生都致力于為人類描繪整個(gè)宇宙，不斷刷新我們對(duì)時(shí)間和宇宙的認(rèn)知。

在他們到來(lái)之前和離開(kāi)之后，宇宙呼吸如常，但人類看到的宇宙，從此永遠(yuǎn)不一樣了。

宇宙的盡頭是什么，時(shí)間的起點(diǎn)又是什么？

繼承他們思想的我們何其有幸，能夠沿著他們的思考走向更深邃的宇宙。

《時(shí)間簡(jiǎn)史》，史蒂芬·霍金的代表作品，也是科普創(chuàng)作的里程碑式作品。