作者：史蒂芬·霍金,等
出版社：天津科学技术出版社
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我们为何在此：霍金香港首次讲演试读：
序言
以浅显易懂的文字，宣扬人类前沿的智慧，是香港科技大学对社会的一项承诺。
2006年6月，香港科技大学高等研究院邀请霍金教授来港，出席高研院首场杰出讲座，他发表了题为“宇宙起源”的演说。霍金教授誉满国际，他的演讲全文，加上其他杰出科学家的鸿文，如今结集成书，让读者能够认识人类杰出心灵对宇宙的观察和体会，实在饶有意义。
抬首遥望穹苍，宇宙浩瀚无垠，人类的确渺小得很。然而，人类对天体演化、物质结构和生命起源的探索，锲而不舍，这份精神，亦显得人类心灵的伟大。早在中国汉代，著名科学家张衡（78—139年）便提出“浑天说”，他认为大地是圆形的。所谓“天如鸡子、地如卵中黄”“天大而地小”“天之包地，犹壳之裹黄”。张衡通过对宇宙的观察，大胆提出“地球是圆形的”的主张，展现了人类追求真知、探索宇宙结构的可贵精神。
随着人类知识的进步，我们逐步了解了更多大自然的奥秘。西方的科学史，从哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿、爱因斯坦到今天的霍金教授；从地心说、日心说、经典力学、量子力学、相对论到今日的宇宙大爆炸，人类在认识宇宙的过程中，伟大的心灵，穷一生之力，试图揭开宇宙神秘面纱的激情，仿佛同宇宙一样，永恒不息。
霍金教授的身躯受到顽疾折磨，但他没有退缩，没有气馁。他在香港科技大学演讲时，有人问他，凭什么力量克服困难？霍金教授说：“形体虽残，精神不废”“生命尚存，便有希望”。这份坚韧不拔的精神，是人类能够以渺小之身，却凭伟大意志去探索无垠宇宙的力量；用薪火相传的追寻精神、一代一代所累积的知识，解开宇宙结构的谜团，这是人类迈步向前的希望源泉。
我很乐见香港科技大学与商务印书馆合作，把霍金教授在香港科技大学高研院所发表的讲话，与其他杰出学者的演讲一起，结集成书，为人类探索宇宙的漫长历史，留下一代杰出心灵的雪泥鸿爪。
是为序。
朱经武 香港科技大学校长
2006年11月12日第一部分 霍金的思想与人生第一章 宇宙的起源
霍金（Stephen Hawking）
根据中非波桑戈人（Boshongo）的传说，太初只有黑暗、水和伟大的天神奔巴（Bumba）。一天，奔巴胃痛发作，呕吐出太阳。太阳灼干了部分的水，留下大地。可是奔巴仍然胃痛不止，又吐出了月亮和星辰，然后吐出一些动物，如豹、鳄鱼、乌龟，最后是人。
上帝何时创世？
这个创世神话和许多其他神话一样，试图回答我们都想问的问题：我们为何在此？我们从何而来？一般的答案是，人类起源于较近期，因为早就显而易见，人类在知识上和科技上不断进步，所以人类不可能存在那么久，否则人类应已有更大的进步。例如，按照爱尔兰大主教厄谢尔（James Ussher）的说法，《创世纪》把创世的时间定于公元前4004年10月23日上午9时。另一方面，诸如山岳和河流的自然环境，在一个人的生命中改变甚微。所以人们通常把它们当作不变的背景，可能是永恒存在的空洞布景，也可能与人类同时被创造。
但是宇宙有开端这个概念，并非所有人都喜欢。例如希腊最著名的哲学家亚里士多德，他就相信宇宙是永恒存在的。永恒的事物比被造的事物更完美。他提出我们之所以经常看到发展的状态，是因为洪水或者其他自然灾害，不断把文明还原回萌芽阶段。相信永恒宇宙的动机是想避免求助于神意的干预，来创造和启动宇宙的运行。相反的，那些相信宇宙有开端的人，将开端当作上帝存在的论据，把上帝当作宇宙的第一原因或者原动力。
如果人们相信宇宙有一个开端，那么很明显的问题是，在开端之前发生了什么？上帝在创造宇宙之前，他在做什么？他是在为那些问这类问题的人准备地狱吗？德国哲学家康德（Immanuel Kant）十分关心宇宙有无开端的问题，他觉得，不管宇宙有无开端，都会引起逻辑矛盾或者二律背反（antinomy）。如果宇宙有一个开端，那为何在它起始之前要等待无限久？康德称它为“正题”。另一方面，如果宇宙已经存在无限久，那为什么它要花费无限长的时间才达到现在的状态？康德称它为“反题”。无论“正题”还是“反题”，都是基于康德的假设，也几乎是所有人的假设，即时间是绝对的。也就是说，时间从无限的过去，向无限的未来流逝。时间独立于宇宙，在这个背景中，宇宙可以存在，也可以不存在。
直至今天，在许多科学家的心中，仍然保持着这样的图像。然而，1915年爱因斯坦提出革命性的广义相对论。在这个理论中，空间和时间不再是绝对的，不再是事件的固定背景。反之，它们是变量，受宇宙中的物质和能量影响。它们只有在宇宙之中才有意义，所以谈论宇宙开端之前的时间是毫无意义的，这就像去寻找比南极还南的一点一样没有意义。
宇宙是去年诞生的？
20世纪20年代之前，一般接受的假设是宇宙根本不随时间改变，所以没有理由不能把时间的定义任意向过去延伸。我们总可以将历史往更早的时刻延展，在这个意义上，任何所谓的宇宙开端都是人为的。于是，我们不能抹杀一个可能，就是宇宙是去年诞生的，但是所有记忆和物证，都被造成古旧的模样。这就引发了有关存在意义的高深哲学问题。我将采用所谓的“实证主义”（positivism）方法来处理这些问题，它的中心思想是，按照我们建构的世界模型，来解释感官经验。人们没法知道这个模型是否代表实际情况，只能问它是否行得通。怎么样的模型才是好呢？首先，它能简单而优美地解释大量观测；其次，它又能做出明确的预测，让人们通过观察来检验或证伪。
根据实证主义，我们可以比较宇宙的两个模型。第一个模型，宇宙是去年被造的；另一个模型，宇宙已经存在了远为长久的时间。宇宙已经存在超过一年的模型，能够解释某些事物，例如一对超过一岁的孪生子，他们有共同的来源。
反观宇宙去年被造的模型，它就不能解释这类事件，所以第二个模型比较好。但是人们不能查问宇宙究竟在一年前是否确实存在过，抑或仅仅看起来是那样。在实证主义者看来，两者没有区别。
在不变的宇宙中，不存在一个自然的起点。然而，20世纪20年代当哈勃（Edwin Hubble）在威尔逊山上开始利用100英寸（254厘米）胡克望远镜观测星空时，有了根本的改变。
哈勃发现，恒星并非均匀分布在太空中，而是聚集在称为“星系”的大量的群体中。
所有的星系都离我们而去
哈勃通过测量来自星系的光，能够确定它们的速度。他预料朝我们飞来的星系和离我们飞去的星系一样多。这是在一个稳恒宇宙中应有的。但令哈勃惊讶的是，他发现几乎所有的星系都离我们而去。此外，星系离我们越远，飞离的速度越快。与所有人原来的想法相反，宇宙并非是不变的，它正在膨胀，使星系之间的距离随时间增大。
宇宙膨胀，是20世纪，甚至是任何世纪，最重要的理智发现之一。它使宇宙是否有开端的争论有了突破。如果星系现在正在互相远离，那么它们在过去一定更加靠近。如果它们过去的速度一直不变，则大约137亿年前，所有的星系应该互相重叠。这个时刻是宇宙的开端吗？
许多科学家仍然不喜欢宇宙有开端这个假设。因为这似乎意味着物理学崩溃了。人们为确定宇宙如何起始，就不得不去求助于外界的力量，为方便起见，可以把它称作“上帝”。因此他们提出一些理论，认为宇宙此刻正在膨胀，但是没有开端。邦迪（Bondi）、高尔德（Gold）和霍伊尔（Hoyle）于1948年提出的稳恒态理论（Steady State Theory），就是其中之一。
稳恒态理论的主张，就是随着星系的互相远离，假设物质在空间中连续创造，形成的新的星系。宇宙永恒存在，在任何时刻看来都一样。从实证主义的观点来看，这个性质有很大的优点，就是作为一个明确的预言，它可以透过观察来检验。在莱尔（Martin Ryle）领导下，英国剑桥无线电天文组在20世纪60年代早期，研究了弱射电源（weak radio source）。它们在天空中分布得相当均匀，显示大部分都位于银河系外。平均而言，较弱的射电源距离较远。
稳恒态理论，对射电源数目和射电源强度关系有所预测。但是观测数据表明，微弱的射电源比预测的更多，显示射电源的密度，在过往比较高。这结果有异于稳恒态理论中，万物都是恒久不变的基本假设。除此之外，加上其他原因，稳恒态理论就遭放弃了。
另一个避免宇宙有开端的尝试，就是主张以前存在一个收缩期，但由于旋转和局域的不规则，物质没有聚在一点。相反，不同的物质会擦身而过，宇宙便重新膨胀，过程中密度保持有限。两位俄国人，利弗席兹（Lifshitz）和卡拉尼科夫（Khalatnikov）竟然声称，他们证明了，没有严格对称的一般收缩总会引起反弹，过程中密度保持有限。这结果对马克思列宁主义的辩证唯物论十分有利，因为它避免了有关宇宙创生的棘手问题。
奇点是时间的开端
当利弗席兹和卡拉尼科夫发表属于他们自己的主张时，我还是一名21岁的研究生，为了完成博士论文，我正在寻找题材。我不相信他们所谓的证明，于是就着手和彭罗斯（Roger Penrose）一起发展新的数学方法去研究这个问题。我们证明了宇宙不能反弹。如果爱因斯坦的广义相对论是正确的，那么就有奇点（singularity）存在，它具有无限的密度和无限的时空曲率，时间在那里有一个开端。
1965年10月，也就是我首次得到奇点结果的数月之后，证实宇宙有一个非常密集开端的观察结果面世了，那就是贯穿整个太空的微波背景。这些微波和微波炉中的微波是一样的，只是更微弱一些。它们只能将意大利薄饼加热到-270.4℃，解冻薄饼都做不到，更别说烤熟它了。实际上你自己可以观察到这些微波。把你的电视调到一个空的频道，荧幕上看到的雪花，有一部分就是由微波背景引起的。这背景唯一的合理解释是，它是宇宙早期非常热和密集状态遗留下来的辐射。随着宇宙膨胀，辐射一直冷却下来，直至成为我们今天观察到的微弱残余。
虽然彭罗斯和我的奇点定理预测宇宙有一个开端，但并没有说明宇宙的起始。广义相对论方程在奇点处也崩溃了。爱因斯坦理论不能预测宇宙的起始，它只能预测一旦起始后宇宙演化的过程。对彭罗斯和我的结果可有两种态度。一种认为上帝基于我们不能理解的原因，选择宇宙启动的方式。这是教皇约翰·保罗（Pope John Paul）的观点。在梵蒂冈的一次宇宙论会议上，教皇告诉与会者，你们可以研究启动后的宇宙，但不能去探究宇宙的起始，因为在创世的时刻，这是上帝的工作。我暗自庆幸，因为他没有意识到，我在会议上刚发表了一篇论文，刚好提到宇宙是如何起始的。我可不想像伽利略那样被送到宗教裁判所。
对我们研究结果的另一种诠释，也是得到大多数科学家赞同的诠释，就是它显示广义相对论在早期宇宙非常强大的引力场中崩溃了。必须用一个更完备的理论来取代它。这也是意料之内的，因为广义相对论没有注意到物质小尺度的结构，这必须遵循量子论（Quantum Theory）。在一般情况下，宇宙的尺度和量子论的微观尺度有天壤之别，所以问题不大。但是当宇宙处于普朗克尺度，也就是一千亿亿亿亿分之一米时，这两个尺度变得相同，就必须考虑量子论了。
宇宙经历了所有可能的历史
为了理解宇宙的起源，我们必须将广义相对论和量子论结合。实现这一目标的最佳方法，似乎是采用费曼（Richard Feynman）将历史叠加的概念。费曼是一位经历丰富的人物，例如，他是帕沙迪那脱衣舞酒吧的小鼓演员，又是加州理工学院杰出的物理学家。他提出一个系统从状态A到状态B，其过程经历了所有可能的路径或历史。
每段路径或历史都有一定的振幅或强度，而系统从A到B的概率是将每段路径的振幅加起来。一个由蓝色奶酪制成月亮的历史，也可以存在，只是它振幅很低（这对于老鼠来说不是一个好消息）。
若要求得宇宙现在状态的概率，则可以把终点设为该个状态的所有历史的叠加。但是这些历史是如何起始的呢？是否需要一位造物主下达命令，决定宇宙如何起始？抑或由科学定律来确定宇宙的初始条件呢？
事实上，即使宇宙的历史回到无限远的过去，这个问题依然存在。如果宇宙只在137亿年前起始，那这个问题就更迫切了。问到在时间的开端发生什么事情，有点像认为世界是平坦的人，要问在世界的边缘发生什么事情一样。世界是否一块平板，海洋从它边缘倾泻下去吗？我已经用实验对此验证过。我环球旅行，没有掉下去。
宇宙的创生
人所共知，宇宙边缘发生了什么事情这个问题，在人们意识到世界不是一块平板，而是一个弯曲面时，便被解决了。然而，时间似乎与此不同。它看来和空间相分离，有如铁路轨道模型。如果它有一个开端，就必须有人去启动火车运行。
爱因斯坦的广义相对论将时间和空间统一成时空，但是时间仍然异于空间，它有如一道走廊，或是有开端和终结，或是无限伸展。然而，哈特尔（James B. Hartle）和我意识到，当广义相对论和量子论相结合时，在极端情形下，时间的性质有如空间的另一方向。这意味着，我们可以抛开时间开端的问题，有如我们抛开世界边缘的问题那样。
假定宇宙的开端为地球的南极，纬度为时间，那么宇宙的起始点就在南极。随着往北移动，相等纬度的圆圈，代表宇宙尺度，就会膨胀。追问在宇宙开端之前发生什么事情，就变成毫无意义的问题，因为在南极的南方没有任何事物。
时间，以纬度量度，在南极处有一个开端。但是南极和其他任意一点非常相像。至少别人是这样告诉我的。我去过南极洲，但没有去过南极。
同样的自然定律，在南极成立，正如在其他地方一样。长期以来，有人认为正常定律在宇宙的开端会失效，因而反对宇宙有开端之说。而现在，宇宙的开端也遵循科学定律，所以据此反对宇宙有开端的说法不再成立。
哈特尔和我发展出宇宙自创的图像，有一点像气泡在沸腾的水中形成那样。
从泡泡暴胀的宇宙
宇宙最可能的历史像是泡泡的表面。许多小泡会出现，然后再消失。这些泡泡对应于微小的宇宙，它们膨胀，但在仍然处于微观尺度时再次塌缩。它们是其他的可能宇宙，但由于不能维持足够长的时间，来不及发展星系和恒星，更别说智慧生命了，所以我们对它们没有多大兴趣。然而其中有些小泡泡会膨胀到一定的尺度，安全地免于塌缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀，形成我们看到的泡泡；它们对应于开始以不断增加速率膨胀的宇宙。这就是所谓的“暴胀”（inflation），正如每年的物价上涨一样。
通货膨胀的世界纪录，发生于第一次世界大战后的德国。在18个月期间物价上升了1000万倍。但是，它和早期宇宙中的暴胀相比实在微不足道。宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了1030倍。和通货膨胀不同，早期宇宙的暴胀是非常好的事情。它产生了一个巨大和均匀的宇宙，正如我们观察到的。然而，它不是完全均匀的。在把历史叠加的过程中，稍微不规则的历史和完全均匀与规则的历史，拥有几乎相同的概率。因此，理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规则性，在不同方向来的微波背景强度上产生了微小的变化。MAP（现称WMAP）卫星已对微波背景进行观测，发现了和预测完全一致的强度变化。如此，我们知道已经找对了方向。
早期宇宙中的无规性，意味着在有些区域的密度，会比其他区域的稍高。这些额外密度的引力使这个区域的膨胀减缓，最终使这些区域塌缩形成星系和恒星。仔细看微波天图，它是宇宙中一切结构的蓝图，我们是极早期宇宙的量子起伏（quantum fluctuation）的产物。上帝的确在掷骰子。
在过去百年间，我们在宇宙学上取得了巨大的进步。广义相对论和宇宙膨胀的发现，粉碎了宇宙永恒存在并将永远延续的古老图像。取而代之，广义相对论预测，宇宙和时间本身，都在大爆炸（Big Bang，又译大霹雳）中开始，它还预测时间在黑洞中终结。宇宙微波背景的发现，以及黑洞的观测，支持了这些结论。这是我们对宇宙图像和实体本身，一次深刻的改革。
虽然广义相对论预测宇宙源于过去一个高曲率的时期，但它不能预测宇宙如何在大爆炸中形成。广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题—为何宇宙具有今日的形态。然而，如果广义相对论和量子论相合并，就可能预测宇宙是如何起始的。它开始以不断增大的速率膨胀。这两个理论的结合预言，在这个称作暴胀的时期，微小的起伏会演化发展成星系、恒星以及宇宙中所有其他的结构。证据是在宇宙微波背景中观测到的微小起伏，性质与预测完全吻合。这样看来，我们正朝着理解宇宙起源的正确方向前进，尽管这还有许多工作要做。我们将会打开一道理解极早期宇宙的新窗户，就是通过精密测量宇宙飞船之间的距离，以检测引力波。引力波从宇宙最早的时刻自由地向我们传播，所有介入的物质都无法阻碍它。相比之下，光受到自由电子的多次散射。光的散射一直维持到30万年，直至电子被凝结。
宇宙的未来
尽管我们已经取得了一些伟大的成就，但是并非一切问题都已解决。我们观察到，宇宙的膨胀在长期的变缓之后，再次加速。对此我们还未能在理论上理解清楚。缺乏这种理解，我们就无法确定宇宙的未来。
它会继续地不断膨胀下去吗？暴胀是一个自然定律吗？抑或宇宙最终会再次塌缩？新的观测结果和理论上的进展，正迅速涌来。宇宙学是一门非常激动人心和活跃的学科。我们正接近解答出这个古老的问题：我们为何在此？我们从何而来？
翻译：吴忠超第二章 霍金的科学对话与人生妙语
编按：2006年6月霍金访问香港期间，响应了不少媒体和大众的提问，其中有关于科学的，也有关于人生的，摘录如下。
科学对话
Q.科学研究如何促进经济发展？
A.基础科学研究应从科学考虑出发，不应由经济带动，但科研发展往往带来经济效益。例如我的前辈、剑桥大学狄拉克（Paul Dirac）研发的晶体管，便成为现代电子及计算机工业的基础；另一位同样来自剑桥大学的克里克（Francis Crick）发现DNA结构，亦奠定了生物科技工业的基础。
Q.你认为人类真的可以移居第二个星球吗？有需要这样做吗？
A.20年内，我们可在月球建立永久基地；40年内，则可在火星建立基地。但月球和火星都很小，缺乏或完全没有大气层。除非我们进入另一个星系，否则找不到像地球一样美好的地方。扩展人类的生存空间相当重要，因为地球面对的危机愈来愈多，例如全球暖化、核战、基因改造病毒或一些超乎想象的危险等。如果人类避免在未来数百年内自我毁灭，则应寻找地球以外能够生存的空间。
Q.重力（引力）会否扭曲光线？
A.重力的确会扭曲光线，这是爱因斯坦1915年发表广义相对论时的一个推测。太阳的重力扭曲了附近的空间，把经过的光线转向。1919年的一次日食观察，证实了这个说法。遥远的星体发出的光线在通过太阳附近时，光线的方向被扭曲了一个细小角度，引致星体影像的位置出现少许移动。
Q.宇宙中有很多常数，例如光速、水的沸点。这些常数从何而来？因何而生？若这些常数改变会出现什么情况？
A.自然里的常数是由标准模型的参数决定的。根据M理论，这些常数是由收缩了的六维空间里的几何形成的。常数的数值有很大空间，但大部分都不能产生适合发展生命的宇宙，只有少数宇宙能够产生有智慧的生命，并且懂得探问为何自然的常数具有如此的数值。
Q.上帝在宇宙中扮演什么角色？
A.法国科学家拉普拉斯曾向拿破仑解释科学的法则如何决定宇宙的演化。拿破仑问他上帝在当中扮演什么样的角色。“我不需要这个假设”，就是他的答案。
Q.宇宙是否是一个黑洞？
A.乍一看，宇宙大爆炸真的有点像一个黑洞塌缩过程的时间倒流，但两者之间存在重大区别。在大爆炸期间，宇宙是流畅而划一的扩张，只有轻微涨落。而黑洞的塌缩则是高度不规则、不均匀的。这个分别可以由无边构想解释。在虚时间里，宇宙是一个关闭而趋近平滑的表面。可是，基于测不准原理（uncertainty principle），宇宙会出现微小的涨落，从虚时间延续到实时间，这些涨落会随时间增加。当我们追溯过去，会发现这些涨落在早期宇宙时是轻微的，但在重力塌缩时就很巨大，早期宇宙不会是黑洞形成过程的时间倒流。
Q.你有何建议给对科学和宇宙有兴趣的学生？
A.我研究物理和宇宙，因为我想找出重大问题的答案：我们为何在此，从何而来。我鼓励年轻人做同样的事情。没有什么比发掘前人未知的领域更叫人兴奋。
人生妙语
Q.你与子女的关系怎样？你花很多时间跟他们相处吗？
A.我有三个很讨人喜欢的子女，分别是Robert、Lucy和Tim。虽然他们已长大成人，但我跟他们的关系仍很密切。这次陪我来港的女儿Lucy，她正和我合著一本儿童科普书，这本书有点像哈利·波特和宇宙，读者对象也是同年龄的儿童。这本书主要谈科学，不是魔法。
Q.香港有一位叫斌仔（邓绍斌）的瘫痪病人曾要求安乐死，引起社会广泛讨论。你曾否因身体的状况而感到沮丧？你又如何去面对？
A.如果他想结束自己的生命，我认为他有权这样做，但这是一个很大的错误。无论一个人的生命是如何的差劲，总有一些事情是可以做的，而且也能做出一点成绩来。只要活着，就有希望。
Q.你如何面对身体残疾的挑战，保持积极的人生观？
A.即使身体残疾，也总有很多事情可以干，我便是一个例子。形体虽残，精神不废。否则的话，别人也不会理你。
Q.为何你说话带美国口音？
A.我的语音合成器于1986年制成，已经很旧了。我仍然使用，是因为没有其他我更喜欢的声音，而且这已经成了我的声音。这套硬件既大又容易毁坏，而且零件也停产了。我一直试图物色一套新软件去代替，但看来很困难。其中一套软件带法国口音，我怕如果用了，太太会跟我离婚。
Q.你还有哪些未完的心愿？
A.我仍想窥探黑洞内的秘密，宇宙如何开始，也许更迫切的问题是，人类在未来100年如何生存下来。我也想更加了解女人。第三章 霍金女儿谈霍金
余珍珠 香港科技大学高研院行政总裁
编按：2006年6月霍金访问香港期间，香港科技大学高等研究院行政总裁余珍珠专访了霍金的女儿露西·霍金（Lucy Hawking），其间谈到霍金如何教育儿女、如何思考、喜欢什么音乐、如何鼓励残疾人士等，让人对霍金有了更具体而鲜明的印象。访谈内容摘录如下。
余珍珠（下称“余”）：你们的香港之旅怎样？
露西·霍金（下称“霍”）：这趟旅程真是非常特别。我们真的十分期待来香港，心情非常激动，因为我们知道香港是一个充满活力和热闹的城市，不过我们倒没料到香港人的反应如此热烈，这令我们非常惊讶。
余：这股“霍金热”就如旋风般横扫香港，简直超乎想象，实在太好了！
霍：是的！我们抵达香港机场才看到一些端倪。其实我们早料到会有摄影记者在场，所以已经有所准备。对了，我们也享受了一次非常好的空中之旅。国泰航空好得没话说，父亲觉得非常舒适，整个航程十分顺利。当我们下飞机，整个机场都轰动起来了！我从来也没有遇到过这种事，警察手牵手组成人链，把推来推去的人群隔开。父亲的看护莫尼卡（Monica）是一位长得高挑、美丽又聪明的女性，她紧紧地护住父亲！他们像逃跑般躲入升降机，然后把门关上，将我们都留在外面，而在场的记者也闹哄哄地跑来跑去。机场的一幕真的让我们非常感动，尤其是那些来接机的小朋友。
那些小朋友写了一首歌，还制作了一个特别的横幅。我们都感动得快要掉下眼泪来了，因为对父亲来说，能够接触世界另一端的年轻人是一件非常有意思的事。
余：我得告诉你，这些孩子是自发来接机的，不是我们组织他们来的。
霍：我们还以为那一定是预先安排的呢！
独一无二，多才多艺
余：不是的，他们都是发自内心的，真叫人惊讶。对了，请问你如何形容你父亲斯蒂芬·霍金呢？
霍：从某方面来说，这十分困难，他几乎是无法形容的，因为他是如此非凡，无人可比。如果真的要形容他，我会先想到“独特”一词。他真的是独一无二，而且多才多艺。最了不起的是，他的意志长期与残疾和衰退症对抗着，却又能保持正面乐观的心态，换了其他人，一定会觉得压力非常沉重，沉重得令他们失去对其他事物的兴趣。不过我父亲却能够超越自己，以物理学探索宇宙。此外，他也十分重视人与人之间的交往，对人非常友善体贴，因此也得到其他人的关爱。你只要留意他怎样和随团的人相处，便会知道平常在他身边、替他工作的人会多么尊敬他、爱护他、关心他。
父亲除了对科学做出贡献外，他在英国时也经常参与慈善筹款活动及为残疾人士争取改善公共设施。这些活动真的有很大的成效，现在残疾人士不论到哪里都方便多了……所以说，有时我真不知道要怎样形容父亲。
余：他有没有一个属于自己的私人世界？你能否进入这个世界？
霍：每个人都有私人世界。我认为即使是公众人物也有权拥有隐私，和亲友享受私人生活。作为一位父亲和祖父，他也有属于自己的私生活，有很多十分关心他的朋友。现在每个周六，我们会一起看电影。在我们到访香港前的那个星期六，父亲、我和莫尼卡还一起去家附近的电影院看《达·芬奇密码》呢！
霍金非常关心子女
余：他是一个温柔体贴的父亲吗？
霍：是的，他是一位非常关心子女的父亲，常常想多了解及融入孩子的生活，并且十分努力地维持和我们的关系。我的大哥住在美国西雅图，他的儿子在几个月前出生，父亲为了看他的孙子，竟长途跋涉跑到美国去。父亲也和我的儿子非常亲近，经常和他在一起，我和儿子在周末时都会待在他的家里，也会在周末和他外出吃午饭，消磨一个下午。
余：你有没有遗传父亲乐观的基因？
霍：我绝对是个很乐观的人，即使有时遇到挫折，也会保持乐观。虽然我的乐观主义也会受到挑战，但总能很快恢复过来。我热爱生命，对什么都能正面积极地面对。
余：霍金最令人感到不可思议的，是在重重逆境中仍能保持开朗的性格。你有没有见过他感到难过或忧伤的时候？
霍：他当然也有忧伤的时候，因为他也是人，有人的感情。当他得悉克里斯托弗·里夫（Christopher Reeve，科幻电影《超人》的男主角，1995年参加一次马术比赛时发生意外，脊椎严重受伤，全身瘫痪，2004年死于心脏衰竭）去世时，更是难过得哭了。那是我最近一次看见他流泪，因为里夫是他的朋友，两人曾经见面，也一直保持联系，因此里夫的逝世令他十分伤心。人生不会永远称心如意的，父亲也总有感到哀伤、疲惫和寂寞的时候。这就是人生命的一部分，是人之常情。
把理论都图像化
余：你说得对。有时我对他的思路感到好奇。你有没有问过他是怎样思考的？他是根据图像、数字、声音，还是文字来思考？
霍：这是一个有趣的问题。正巧他在不久前的一个电视节目中，谈到把自己的思考过程变成图像。
余：我明白了，你的意思是他会把理论都图像化了？
霍：这我也答不上来，因为那个节目是有关思考过程中的影像特性的。
余：那你有没有发觉他的思想常在宇宙和日常生活中来来回回？
霍：这是一个有趣的问题！有时你跟他说话，会发觉他心不在焉，根本是在神游太空！这不是很有趣吗？不过我倒认为他完全能掌握生活和科研。
余：而且他很有耐性？
霍：是的，父亲是个极有耐性的人，他的看护也一定认同。有时他虽然要办一些紧急的事，但如果有新的看护，他会细心地说明他的要求及应该怎样做。
如何教育儿女？
余：作为霍金的女儿，你要代表他发言，也要把他的学说传承下去，你会不会感到压力很大？
霍：天呐！昨天已经有很多记者问过这问题，他们问我是否感觉肩上有很多责任？会不会感到压力很大？的确，我年轻时曾感到困惑，我知道自己永远不可能有父亲的成就，这是一种十分负面的想法，令人觉得自己一事无成，不过我已经克服了，因为当我渐渐长大，便开始明白不必和父亲比较，只要凡事尽力，看清自己的长短处，再取长补短就可以了。我现在非常满足，因为对我和父母来说，只要我能够尽力做好自己就足够了。
余：在霍金身边长大有什么感觉？
霍：我有一个非常愉快的童年，剑桥是一个适合小孩子成长的地方，周围都是树木，经常阳光普照。虽然剑桥是一个安静的地方，但却带点田园风味，不会令孩子觉得无聊，而且那里也有很多年轻人，所以我交了很多朋友。现在当我看着儿子，就感到我俩的童年截然不同。我在十二岁才第一次考试，但现在的孩子五岁便得考试，当年我还不知道“考试”是什么呢！
余：难道你父亲没有考过你吗？
霍：没有，他没有这样做。老实说我也不知道为什么……
余：他没有替你温习过考试内容吗？
霍：当然没有！父亲对我们所做的总是很有兴趣，不过他和母亲都不会给我们太大压力，不会老在背后叫我们“去呀！去呀！”。当然父母也对我们有所期望，这是理所当然的事。
余：对，不过他却不会抱着不切实际的期望。
霍：一点没错。父亲曾满怀希望地问我会不会投身科学界，我说“不”，他接受了，因此我在写作上的创意比研究光谱高明得多。
父女合力创作科幻故事
余：听说你正在和父亲合作写书，你们是如何分工的？
霍：这本书的灵感其实是来自我八岁的儿子。我希望以故事的形式给儿子解释父亲的学说，并征询父亲的意见。我们花了整整一年的时间挑选适合的题目以及尝试了解儿童对科学理解的程度。我草拟了故事大纲，由于我很了解父亲，熟知他的喜恶，并将他的生平融入故事中，因此我把大纲交给他时还是蛮有信心的。我的故事里有一位很像父亲的年轻科学家，向孩子们解释物理理论。
余：真是有趣极了！那就是说，当你构思故事时，你把父亲想成是一个年轻人。
霍：正是！其实变成年轻人全是父亲的主意。
余：没有什么比父女合力创作更好的了。
霍：就如我所说，我们一直也有写书的念头。我们认为应善用我作为作家的创意和组织能力，创作一部既是儿童故事书也是物理读物的作品。两者看似互不相干，但我们却将之融合，虽然花了不少时间，不过我非常满意。现在这本书还没有完成，我会继续努力。
余：这本书可说是你父亲的投影，一个幻想故事，同时也是科幻故事，是你送给父亲的礼物吗？
霍：也是他送我的礼物！如果我们把这本书想成是一份礼物，那应该是送给我儿子的。我想书的题词会是：赠威廉，爱你的母亲和外祖父。
余：这本书是由你来起草，他提意见？
霍：是的。我们会先交换意见，然后我将之归纳写成故事，再电邮给父亲提意见，之后再进行修改。有时他会指出我的创作在科学的角度看来是说不通的，有时他会说我的故事太天马行空……真是很有趣呢！
特喜欢华格纳
余：你说霍金喜欢音乐，更会在工作时播放华格纳的乐曲？
霍：他特别喜欢华格纳。他有一台iPod，里面有他喜欢的乐曲。由于我们住的酒店房间是相连的，所以每当早上音乐响起时，我就知道他已经起床了。我看过他的iPod，里面有很多莫扎特和贝多芬的乐曲，华格纳的反而不多，我想酒店的其他客人会大呼“好险”吧！（按：华格纳的曲风比较雄壮。）
余：看来他真有分身术呢！可以同时听音乐、研究物理，还可以兼顾生活、朋友和家人。
霍：是的。这次的访港之旅把所有该做的都共冶一炉，父亲可以跟其他科学家交流，这对他来说是极为重要的。另外，他也十分支持香港科技大学，希望此行能帮上忙。
余：这也使我们非常感动呢！我们真的非常感谢霍金为我们做的一切。
霍：父亲一向非常热心支持科学教育事业，不过媒体好像只集中在他“想多了解女性”一事上。
余：这正是我想问他的事呢！
霍：父亲很爱开玩笑。事实上，可以让公众知道他活泼的一面是一件好事，不过前提是不影响他严肃的科研工作。另外他也很热心推广科学的教育工作，鼓励年轻人从事科研及让有志者获得深造的机会。
余：我一直在想，霍金得到全世界人的喜爱和崇拜，人们把他看成是一位超级英雄，甚至是半个神。
霍：在英国有不少年轻人参加最尊敬人物的选举，除了英格兰国家队队长大卫·贝克汉姆（David Beckham）外，他们最尊敬的就是史蒂芬·霍金。
形体虽残，精神不废
余：你认为霍金想留给后世一个什么印象？
霍：这真是一个好问题！我想父亲一定希望人家记得他对科学的贡献以及他对科学严谨认真的态度。他是一个伟大的科学家。他也希望大家记得他是一个享受生活、爱好音乐、喜欢鉴赏美女的人。当然，父亲也是一个敢于接受挑战的人，把不可能变为可能。他曾经在演讲中提及他对残疾的看法，内容感人至深。他说：“形体虽残，精神不废。”最令我感动的是父亲以身作则，用自己的经历鼓励其他残疾人士，让他们知道自己不是低人一等的。
余：他把这重要的信息带给我们，叫我非常感动。十分感谢你接受我的访问。
翻译：罗宇正第四章 霍金：第一动因与人类命运
郑绍远 香港科技大学理学院院长
1642年1月8日，伽利略逝世；同一年，牛顿诞生。300年后的1942年，就在伽利略逝世那天，霍金出生了。这些伟大天才诞生的日子是这么巧合，在科学和人类发展史上，留下了一个让人充满想象空间的话题——上天为什么如此安排？
霍金是最早用爱因斯坦广义相对论推演宇宙演变的科学家之一。他在著作《时间简史》中，提出“宇宙起源于大爆炸，并将终结于黑洞”的论断，已被科学界所接受。可以说，时空的历史与未来，就是霍金的研究对象。
从历史看，当代宇宙学的诞生，可以将天文学家哈勃（Edwin Hubble）的观察和研究作为起点。哈勃于1929年在天文观察中发现，河外星系的光谱，出现了红移现象，由此推断，愈远的星系以愈快的速度离我们而去，这表明整个宇宙处于膨胀状态。若将时间回溯到过去，估计在100亿至200亿年前，宇宙从一个极其致密、极热的状态中大爆炸而产生。
1948年，俄裔美籍宇宙学家伽莫夫（George Gamow）发表了一篇热大爆炸的文章，他做出了惊人的预言—早期大爆炸的辐射，仍残留在我们周围。不过，由于宇宙膨胀引起的红移，其绝对温度只剩下几摄氏度左右。在这种温度下，辐射是处于微波的波段。到1965年，美国AT&T贝尔实验室的彭齐亚斯（Arno Allan Penzias）和威尔逊（Robert Wilson）无意中发现宇宙背景3K微波辐射，这让宇宙膨胀理论，得到了强大的支持和论证基础。
广义相对论陷入困境
霍金在爱因斯坦相对论的基础上，提出新的修正和补充。霍金和彭罗斯（Roger Penrose）推断，在极一般的条件下，空间-时间必然存在着“奇点”（singularity）。他们二人于1970年证明了“奇点定理”（The Hawking Penrose Singularity Theorem），并由此获得1988年的沃尔夫物理学奖（Wolf prize）。
按照广义相对论，宇宙从大爆炸奇点开始，即大爆炸的起点。奇点是一个密度无限大、质量无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”，在奇点处，一切科学定律包括相对论本身都失效了，甚至连时空也失效了。奇点可以看成空间和时间的边缘或边界，只有给定了奇点处的边界条件，才能由爱因斯坦方程阐释到宇宙的演化。但边界条件只能由宇宙外的“造物主”给定，因此，宇宙的命运和演化，无疑操纵在造物主手上，这样一来，我们又回到牛顿时代，看到一直困扰人类智慧的“第一动因”（first cause）问题—宇宙的起源和演化，真的由造物主看不见的手推动？
如果奇点是非物理性的，一切科学理论都将失效，这样一来，就构成宇宙学最大的疑难，广义相对论也陷入了理论困局。霍金回忆，“广义相对论在奇点的崩溃，将使我们预言宇宙未来的幻想破灭”，故此必须另辟蹊径去解决这个问题（参见《果壳里的60年》）。霍金相信，在宇宙极早期，整个宇宙非常微小，故此必须考虑量子效应，把广义相对论的思想和量子场结合起来；对于宇宙奇点疑难，也必须用量子引力论才能解决。
1983年，霍金和哈特尔（James B. Hartle）发表论文《宇宙的波函数》，正式提出“无边界宇宙”的设想，即“宇宙的边界条件就是没有条件”。如果时空没有边界，就无需造物主的第一动因。霍金论证，宇宙的量子态处于一种基态，空间和时间可看成一个有限无边的四维面。
打破“第一动因”的苦恼
既然宇宙是一个有限无边的闭合模型，那么我们便得出一个“自含”而且“自足”的宇宙，亦即在原则上，人类凭科学定律，便可以将宇宙中的一切论证出来。霍金和他的学生吴忠超证明了，在无边界假定的条件下，宇宙必须从零动量态向三维几何态演化，于是经典奇点疑难，就被量子效应所解决了，而且宇宙的起点正是由此奇点开始的。人类“第一动因”的300年迷惘，也就被打破了。
既然宇宙是“自含”“自足”的，也就是说，宇宙自己创造自己，自己发展自己。霍金相信宇宙是可以认识、可以理解的，但他又同时冷静地认识到，人类不可能穷尽对宇宙的所有认识。
可以说，人类对宇宙一切的认识只能是相对真理。正如哲学家波普尔（Karl Popper）指出，人类在无穷的相对真理的长路中不断探索、不断进步，通过“除错法”，不断认识真理、逼近绝对真理。人类在认识宇宙的过程中，得到无穷的启迪；而人类的文明也得以不断进步。
这种对科学定律和真理锲而不舍的探究精神，就是人类文明发展的动力，人类的生命在追寻真理的过程中，显得无比珍贵。所以，在香港科大召开的霍金记者招待会上，有记者提问，因病身体不能活动的斌仔（邓绍斌）要求安乐死，这种做法究竟对不对？霍金首先表示，他有这种选择自由，肯定人类自由选择的价值，但他却随即指出，生命是可贵的，寻死是愚笨的决定，只要一息尚存，生命便有希望。
人类命运掌握在自己手上
事实上，霍金一生的确充满传奇色彩。他在牛津大学攻读博士学位时，患上肌肉萎缩症。这种疾病不仅难以治愈，并且会影响到控制运动功能的那部分大脑。这个顽疾到最后使霍金全身不能动弹，只有两根手指头可以随心所欲。但他没有因此而意志消沉，反而以不屈的坚强意志，克服困难，用理性和智慧，对时间、空间、黑洞、宇宙起源与未来建立新的理论和范式，并震撼整个科学界。
2006年6月15日，霍金于香港科大举行公开讲座后，接受提问。有人问他，身体的残缺并没有阻挡他的前进，他凭什么力量克服困难？霍金很清楚地表示，“形体虽残，精神不废”。这种坚韧不拔的精神，充分肯定了人类在宇宙中存在的价值，也充分显露了人类生命的价值。也因为有这种坚韧不拔、锲而不舍的精神，人类才有力量和智慧，在无边的茫茫宇宙中，孤独地寻找宇宙的起源和自身存在的原因！
没有“第一动因”，人类的前途和人类社会的发展，也像宇宙一样，自己演化自己，自己发展自己！第五章 霍金与黑洞
王国彝 香港科技大学物理系教授
在霍金的研究成果中，关于黑洞本质的探讨极为引人注目。今日的天文学界已广泛接纳黑洞的存在，但在很多人眼中，黑洞仍然神秘莫测。黑洞真是黑的吗？如果黑洞是黑的，我们怎样知道它的存在？黑洞的强大引力能吞噬周围的物质，是一个从无序重归有序的过程，会不会违反宇宙从有序变为无序的自然定律？黑洞是不是一条通往未来的时空，甚至是通往其他宇宙的隧道？我们可以想象对自然界充满好奇的霍金，也会对这些问题着迷。在研究过程中，甚至令他本人也出乎意料的，就是发现黑洞不是完全漆黑一片，而是可以发出辐射的。这出人意料的发现，在今日人们一般称之为“霍金辐射”。我将在本文中介绍霍金在黑洞研究中的贡献，也借此了解一下他个人风格上有趣的一面。
黑洞代表万有引力的胜利
在星体的演化过程中，万有引力（重力）使星体产生向内塌缩的压力。在星体还生存的时候，核聚变不断燃烧气体，产生光和热，也产生向外的压力，抵消向内的万有引力，使星体维持在一个平衡状态中。可是当星体渐渐老化的时候，可用的核燃料逐渐消耗净尽，再没有向外的压力和万有引力对抗。于是当星体死亡的时候，万有引力使它变成高密度的物体，称为“致密星体”（compact star）。例如我们的太阳，从诞生到现在，相信已有50亿年的岁数。科学家预测它的寿命是100亿年，于是从现在算起50亿年后，太阳也会走向死亡，变成致密星体。
因此，致密星体可以说是星体演化的残骸，它的形态是由星体的质量决定的。质量和太阳相仿的星体，死亡的时候会变成白矮星（white dwarfs）。质量再大一点的，死亡的时候会产生强烈的爆炸，称为“超新星爆炸”（Supernova explosion），爆炸后会留下一颗中子星（neutron star）。质量最大的星体，死亡的时候留下的残骸，就是黑洞。这类黑洞的质量为数个至数十个太阳的质量，半径为数千米至数十千米，所以它密度之大，简直不能想象。因此可以说，黑洞代表万有引力最终的胜利！
连光也不能逃逸
黑洞之所以是黑的，就是因为它的万有引力，强大至连光也不能逃逸。换句话说，黑洞边缘的“逃逸速度”，达到光速那么高！我们都知道，要从地球发射宇宙飞船，离开地球引力范围进入太空，它的速度必须超过一个临界值，这个起码的速度，就是我们所谓的逃逸速度。所有星体、行星和卫星都有它们各自的逃逸速度，质量愈大，半径愈小，逃逸速度愈大。地球表面的逃逸速度约为秒速11千米，可是黑洞的质量大得多，半径也小得多，要从黑洞表面发射宇宙飞船，必须达到光速！
带质量的物体逃不过万有引力，我们可以理解。可是不带质量的光，为什么仍会受万有引力影响呢？要解答这个问题，我们需要换一个角度，从爱因斯坦的广义相对论来解释万有引力。根据广义相对论，物质之间之所以存在万有引力，是因为物质能够把它周围的时空扭曲，这样当其他物质在经过扭曲的时空时，便不能如同没有外力一样匀速直线运动，这效应便有如经过的物质感受到万有引力一般。
我们可以将平面空间的运动做个比喻。例如一张弹簧床上，在没有物质存在的时候，弹簧床是平滑的。如果有人在弹簧床上滚动乒乓球，乒乓球便会匀速直线运动。可是当在弹簧床当中放了一个铅球时，弹簧床的表面就产生了扭曲。当乒乓球在床上经过扭曲的表面时，便会跟随着弯曲的轨迹运动。
我们可以将这个比喻引申到立体空间，原理完全一样，只是扭曲的形态不能以平面图描绘而已。在相对论的体系中，除了空间扭曲外，时间也受到扭曲，那么扭曲的形态就更需要用电影去描绘，只是物质扭曲时空的原理仍如出一辙。当光线经过扭曲的时空时，轨迹便不再是直线，而是像乒乓球滚过扭曲的弹簧床表面一样，变成曲线。爱因斯坦根据这个原理，预测星光经过太阳边缘时会产生偏折，又观测到星体的位置偏离太阳。这个预测在1919年的日全食期间被完全证实，爱因斯坦也在一夜间成为家喻户晓的人物。
至此还要提一下另一位经典人物。1916年，第一次世界大战期间，德国的史瓦西（Karl Schwarzschild）在对俄战斗的前线担任军职，负责计算轰击敌方的炮弹轨迹。那时爱因斯坦正在完成广义相对论，史瓦西便在公干之余研究爱因斯坦的理论。他推导出如果星体的质量集中在一个临界半径内，它周围空间的扭曲程度，便可以极端到连光也不能逃逸。这临界半径的数值，便是以逃逸速度等于光速这个条件来决定的，被现代研究者称为“史瓦西半径”（Schwarzschild radius）。
奇点的密度趋于无限
霍金提出，黑洞的大小由史瓦西半径决定，不旋转的黑洞，结构特别简单。黑洞的质量集中在中点，称为奇点（singularity）。奇点的密度趋于无限，它的性质不能以今日的物理定律描述，尚有待下一代物理学家的努力。
黑洞的边缘是一个球面，半径为史瓦西半径，称为“穹界”（event horizon）。穹界没有一定的物质形态，所以航天员从黑洞的外面越过穹界进入里面的一剎那，没有任何特殊的感觉，可是航天员已在不知不觉中，踏上不归路，从此不能逃出黑洞了。进入穹界后，航天员再也不能向外界发送任何信息，因为连光也不能逃逸，所以穹界内的形态如何，我们现在只能凭理论推测，实际如何，还不能证实。
既然没有任何信息可以通过穹界传递到外面的世界，那么我们对神秘的奇点便无从知晓了。这个问题一直引起理论物理学家的兴趣；如果能找到暴露在外的奇点，那么一定可以刺激人们对奇点新物理的
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