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发信人: redfox (心静如冰), 信区: Science
标  题: 《黑洞、婴儿宇宙及其他》--02
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月13日12:32:32 星期二), 站内信件

                             二、牛津和剑桥



    我父亲非常希望我能进牛津或剑桥。他本人上过牛津的大学学院，所以他认为

我应该申请这个学院，这样我被接受的机会更大些。那时大学学院没有数学的研究

员，这是他要我学习化学的另一个原因：我可以尝试自然科学而非数学方面的奖学

金。

    我家的其他成员去了印度有一年， 但是我必须留下准备A水平和大学入学的考

试。 我的校长认为我去投考牛津太年轻了些，但是在1959年3月我还是和学校中另

外两个比我高一年的男孩参加了奖学金考试。当大学监考讲师和其他人讲话而不理

我时，我相信我考得很糟，所以非常沮丧，在从牛津回家后几天，我收到了一封电

报，说我得到了奖学金。

    我那时十七岁，同年级同学中的大多数都在军队服务过，所以比我大许多。在

大学第一年以及第二年的部分时间里我觉得相当孤单。只有到了第三年我才真正感

到快乐。当时笼罩牛津的气氛是极端厌学。要是你不属于聪明而老不用功的，则就

甘心承认自己不行得到四等。由于用功而得到好分数被认为是灰人，这是牛津词汇

中最坏的诨名。

    那时牛律的物理学课程安排得特别容易，你可以毫不用功。在牛津上学的三年

中只在刚入学和快结束时各考一回。找曾计算过，三年期间我总共用了一千小时的

功，也就是平均每天一小时。我并不为我的懒惰感到自豪。我只不过描述当时我和

大多数同学的共同态度：对一切完全厌倦并觉得没有任何值得努力追求的东西。我

的疾病的一个结果就是把这一切都改变了：当你面临着夭折的可能性，你就会意识

到，生命是宝贵的，你有大量的事情要做。

    因为我没有用功，为了通过期终考我就打算做理论物理的问题，避免记忆性的

知识。可是，考试前夜我由于神经紧张而失眠，因此考得不很好。我处于第一等和

第二等的边缘，所以必须接受考官的面试才能最后决定。他们在面试时问我未来的

计划。我回答说要做研究。如果他们给我一等，我就去剑桥。如果我只得到二等，

我则留在牛津。他们给了我一等。

    我觉得理论物理中有两个领域是基本的，我可以做研究的，一个是研究非常大

尺度的即宇宙学，另一个是研究非常小尺度的即基本粒子。因为基本粒子缺乏合适

的理论，所以我认为它较不吸引人。虽然科学家发现许多新粒子，他们能做的只不

过是和植物学一样把各种粒子分门别类。相反的，在宇宙学方面已有一个定义完好

的理论，即爱因斯坦的广义相对论。

    当时在牛津没人研究宇宙学，而在剑桥的弗古得·霍伊尔却是英国当代最杰出

的天文学家。所以我申请跟霍伊尔作博士论文。我到剑桥做研究的申请被接受了，

其先决条件是我要得到第一等成绩。但是使我恼火的是，我的导师不是霍伊尔，而

是邓尼斯·西阿玛，我以前没有听说过他。然而，最后发现这是最佳的安排。霍伊

尔经常在国外，我也许不能经常见到他。另一方面，西阿玛总在那里，他的教导总

是发人深省，尽管我们之间经常意见相左。

    因为我在学校和牛津并没有学到许多数学，所以一开始时发现广义相对论非常

艰深，进展缓慢。此外，我在上牛津的最后一年发现自己的行动越来越笨拙。到了

剑桥不久即被诊断患了肌肉萎缩性侧面硬化病，在英国称作运动神经细胞病。（在

美国又称作庐伽雷病。）医生对于治愈甚至控制它的恶化都束手无策。

    最初这种病恶化得相当迅速。因为我预料自己不会活到结束博士论文，所以看

来没有必要作研究。然而，随着时间的过去，这种病的恶化似乎减慢了下来。我还

开始理解了广义相对论并在研究上有所进展。真正使我生活改观的是我和一位名叫

简·瓦尔德的姑娘定婚。

    我邂逅她之时大约便是诊断得了运动神经细胞病前后。这就使我有了一些活头
。

    但是为了结婚，我需要一个工作，为了得到工作，需要一个博士学位。因此在

我的一生中首次开始用功。令我惊讶的是，我发现自己喜欢研究。也许把它称作工

作是不公平的。有人说道：科学家和妓女都为他们喜爱的职业得到报酬。

    我向龚维尔和凯尔斯（发音作基斯）学院申请研究奖金。我希望简能为我的申

请表打字，可是当她来剑桥看望我时，她的手臂因为骨折打上石膏。我必须承认，

我应对她更为体贴才对。还好，她是伤了左臂，所以她还能按照我的口授填好该表
，
我再请另外的一个人打字。

    我在申请时列入两个人的名字作为我的推荐人。我的导师建议我请赫曼·邦迪

作为其中之一。邦迪那时是伦敦国王学院的数学教授，他是一名广义相对论专家。

我见过他两回，他还为我提交过要在《皇家学会会报》上发表的一篇文章。我在他

有一次在剑桥演讲后要求此事，他以迷惑的眼神凝视我，然后答应说可以。他显然

遗忘了我，因为当学院写信问他时，他回答说没有听说过我。现在，有这么多人申

请学院的研究奖金，如果候选人的推荐人中有一人说对他不了解，他也就不会有机

会了。但是那时竞争没有这么激烈。学院写信通知我这推荐人的难堪的答复，而我

的导师到邦迪那儿去使他回想起我来。邦迪后来为我写了一封也许溢美的推荐信。

我如愿得到了研究奖金，从此以后一直是凯尔斯学院的研究员。

    我在得到了研究奖金后才得以和简在1965年7月完婚。 我们在苏福克渡了一周

蜜月，这是我们仅能负担的。后来我们去了纽约州的康奈尔大学举行的广义相对论

暑期班。这是一项错误。我们住的宿舍充满了带着哭闹小孩的夫妻，这使我们的婚

姻生活不甚愉快。但在，这个暑期班在其他方面对我们非常有益，因为我结识了许

多在该领域的头面人物。

    直至1970年止我的研究集中于宇宙论，也就是在大尺度上研究宇宙。这个时期

我最重要的成果是关于奇性。对遥远星系的观测表明它们正远离我们而去：宇宙正

在膨胀。这说明在过去这些星系必然更加相近。这就产生了这个问题：是否有过产

个日寸刻，所有星系都相互重叠在一起，而宇宙的密度是无限的？或者早先是否存

在一个收缩相，那时在这个收缩相中这些星系想法避免相互对撞？也许它们相互穿

越， 然而再相互离开。 要回答这个问题需要新的数学技巧。这些就是在1965年和

1970年之间主要由罗杰·彭罗斯和我自己所发展的。彭罗斯那时在伦敦的比尔贝克

学院，现在他在牛津。我们用这些技巧来证明，如果广义相对论是正确的话，则在

过去必然存在过一个无限密度的状态。

    这个无限密度的状态被叫作大爆炸奇性。它意味着，如果广义相对论是正确的
，
则科学不能预言宇宙是如何启始的。然而，我更新近的研究成果表明，如果人们考

虑到量子物理理论，这个有关非常小尺度的理论，则可能预言宇宙是如何启始的。


    广义相对论还预言，当大质量恒星耗尽其核燃料时将会向自身坍缩。彭罗斯和

我证明了，它们会继续坍缩直至达到具有无限密度的奇点。至少对于该恒星以及在

它上面的一切，这个奇点即是时间的终点。奇点的引力场是如此之强，甚至光线都

不能从围绕它的区域逃逸，它被引力场拉回去。不可能从该处逃逸的区域就叫做黑

洞，黑洞的边界叫做事件视界。任何通过事件视界掉进黑洞的东西或人都在奇点达

到其时间的终结。

    1970年的一个晚上，当我要上床之时思考黑洞的问题，那是我的女儿露西诞生

不久的事。我忽然意识到，彭罗斯和我发展的用于证明奇性的技巧可以适用于黑洞
。
特别是，黑洞的边界，即事件视界的面积不会随时间减小。而且当两颗黑洞碰撞并

合并成一颗单独的黑洞时，最终黑洞的视界面积比原先两颗黑洞的视界面积的和更

大。这就为黑洞碰撞时可能发射的能量立下了一个重要的限制。那个晚上我激动得

难以入眠。

    从1970年到1974年我主要研究黑洞。但是在1974年我也许做了毕生最令人吃惊

的发现：黑洞不是完全黑的！当人们顾及物质的小尺度行为时，粒子和辐射可以从

黑洞漏出来。黑洞正如同一个热体似地发射辐射。

    1974年之后，我从事把广义相对论和量子力学合并成一个协调理论的研究。其

中一个结果便是我和加利福尼亚大学圣他巴巴拉分校的詹姆·哈特尔在1983年提出

的一个设想：无论时间还是空间在范围上都是有限的，但是它们没有任何边界。它

们像是地球的表面，只不过多了两维。地球表面具有有限的面积，但是没有任何边

界。在我的所有旅行中，我从未落到世界的边缘外去。如果这个设想是正确的，就

不存在奇性，科学定律就处处有效，包括宇宙的开端在内。宇宙启始的方式就完全

由科学定律所确定。我也就实现了发现宇宙如何启始的抱负。但是我仍然不知道它

为什么启始。

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