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霍金的三次“豪赌”

2005-04-27 来源:中华读书报  我有话说

图片说明:霍金给索恩和普里斯基尔的T恤衫,上面印着“Nature abhors a Naked Singularity(自然憎恨裸奇点)”的字句。

在生活中,我们常常会遇到打赌的事情,这多半出现在为

什么事情发生争论的时候。最有名的打赌,也许是俄罗斯作家契诃夫的小说《打赌》里的打赌。在这篇小说里,一位25岁的年轻律师和一位银行家打赌,赌注是一笔巨款―――200万卢布。如果年轻的律师能够牺牲自己的自由,在一间小屋子里关上15年,200万卢布就是律师的了。在这15年中,律师不能走出房门一步,不能与任何人说话,他的生活由银行家请一个佣人专门负责,有什么要求写在纸上交给佣人(不能说话!)。

结果怎么样?你猜得出来吗?结果律师真的在小屋里关了15年!那么他得到了这笔巨款吗?没有!银行家不给?是,也不是。律师在关满了15年的前一天晚上,银行家的确不想给这笔钱,于是起了杀人之心。当银行家在满期的前一天半夜想去谋杀律师时,惊讶地发现,15年前精力充沛的年轻人已经变成一个可怕的骷髅架子!皮包骨头、头发长得比女人的还长、蓬松的胡子……简直像一个可怕的鬼魂!律师坐在桌子前,似乎睡着了。银行家偷偷溜进屋里,律师似乎一点知觉也没有,根本不知道银行家进来。银行家从律师的背后发现,桌子上有一封信,他好奇地拿起来看。信上写道:“我不要那两百万卢布,当初我向往它如同向往天堂一样,现在我却藐视它。为了解除我接受这笔钱的权利,我要在规定时期的五个小时之前走出这个地方,因而破坏了合约……”

银行家看了这封信以后,泪流满面地走出了房间,他虽然保住了他的财产,但是他却非常厌恶自己,“从来没有像现在这样深刻地轻视自己”。

这个结局有一些让人感到意外,但是也让人惊心动魄!

下面要讲的是科学家打赌的事。科学家也喜欢打赌,这些打赌的故事也非常有趣。

英国著名的宇宙学家霍金(Stephen W.Hawking)是一位残疾非常严重的人,后来他每天只能坐在轮椅里,连头也只能斜靠在肩上;不能说话,只能靠计算机和语音合成器与他人交流。

但是,霍金却有非同一般的活力,他不仅在轮椅上使自己成为一位世界最著名的科学家,而且他还出奇地喜欢开玩笑,尤其爱打赌。恰好在美国加州理工学院他碰上了一个也喜欢凑热闹的物理学家索恩(Kip.S.Thorne),于是霍金与索恩前后作了三次“豪赌”!

第一次打赌是在1974年12月,打赌的原因是:在天鹅星座中的X 1双星(Cygnus X-1;X指的是X射线源,1代表天鹅星座中最亮的星)是否包含一个黑洞。索恩说有,霍金说没有。他们为此还写了一个赌状,表示输了或赢了,一定按赌状上说的条件兑现:如果真有黑洞,那索恩就赢了,霍金就给他订一年的《阁楼》杂志;如果没有,霍金就赢了,那索恩就要为霍金订4年的《私家侦探》杂志。

后来,霍金曾解释他为什么要打这个赌,他说这是一种“保险策略”。其实,他们两人都相信在天鹅座X 1中肯定有一个黑洞,霍金只不过由于喜欢热闹,热衷于恶作剧,才打这个赌以缓和研究的紧张。他还装模作样地说:“如果索恩输了,那我的关于黑洞的研究整个就是浪费时间,毫无价值,但却可以得到4年的《私家侦探》杂志,聊以自慰;如果索恩赢了,那我的研究就获得了成功,并且是一件激动人心的成就,这时我也乐于给索恩一些安慰。”

这次打赌,索恩赢了,以后他按时收到《阁楼》杂志。其实,这次打赌是双赢:霍金的黑洞理论取得了胜利,索恩可以不花钱地看一年《阁楼》。据说这一次打赌还引来索恩夫人的不满,大约是因为赌注不公平:一年的杂志对四年的,霍金太狡猾!

有趣的是,以后他们又打过两次赌。1991年12月24日,索恩和霍金打赌:这次赌的是宇宙中是否有“裸奇点”存在。所谓“奇点”(singularity)一般被看成是一个点,因此我们熟知的物理学定律在奇点失效;而“裸奇点”(naked singularities)顾名思义是裸体的奇点,没有任何东西包围着它。霍金认为“奇点”只能够存在于黑洞之中,不能够“裸”;而索恩则不然。这次索恩把普雷斯基尔(JohnP.Preskill)也拉进来了。那次赌状上是这样写的:“霍金坚信裸奇点是应该被经典物理学定律禁止的讨厌的东西,而普雷斯基尔和索恩认为裸奇点作为量子引力体,可以不被视界遮蔽,而让整个宇宙都能看到。……”

“输家为赢家买一件蔽体的衣服,衣服上绣上适当的认输字句。”

霍金最后输了,并在加利福尼亚的一个公开演讲时低头。但当索恩高兴地准备接过霍金输给他们的T恤衫,却看见T恤衫上印的“认输”字句,气就不打一处来(见图)。在庆祝霍金60大寿的报告会上,索恩在讲话中他趁机抖落了出来:

“斯蒂芬认输了,给我们每个人买了件约定的衣服:一件印着他认输字句的T恤衫。遗憾的是,我必须告诉你们,斯蒂芬的话大失风度!他在T恤衫上印了一个披着毛巾的女孩子。(我的太太和斯蒂芬的太太吓了一跳,但斯蒂芬说话向来是没有遮拦的)你们看到了,女孩子披的毛巾上面写着“自然憎恶裸奇点”。斯蒂芬勉强认输了,却声称大自然憎恶他承认大自然能做的事情。那么,他为什么认输呢?又为什么那么没有风度、那么公然自相矛盾呢?”

霍金并没有真正认输。1997年2月5日,在“半”认输的当天,霍金承认在“特殊情况”下,裸奇点可以形成,但是他又同时向索恩和普雷斯基尔发起了新的挑战。霍金说:上次在立赌状时他措辞不小心,让索恩他们捡了一个便宜,虽然赔了两件T恤衫,但他们两位很不满意我在T恤衫上写的字句。结果,双方再次打赌,新赌状上是这样说的:“霍金因为没有要求一般性……而输了一次赌,但仍然坚信裸奇点是讨厌的东西应该被经典物理学定律禁止。……有鉴于此,霍金特向普雷斯基尔和索恩提出如下的赌状……从一般初始条件出发的动力学演化……绝不可能产生裸奇点。”

输了的仍然像上次一样给赢家买一件蔽体的衣服,衣服上必须绣上恰当的、真正认输的字句。这一次措辞严密,所以索恩惊叹说:“这一次,我和普雷斯基尔恐怕要输了!”但双方都知道,这是一次更大的挑战,他们决定利用超级计算机模拟和用引力波探测器作更多的观测,去寻找更大的和普遍存在的裸奇点。索恩还激情地说:这是多么激动人心的挑战啊!霍金的学生,香港的李启明博士也说:“我也觉得他们要输。”

就在“半”认输的第二天,即1997年2月6日,他们三人又迫不及待地第三次打赌。霍金认为黑洞不能向黑洞外释放任何信息;如果一个天体最后坍塌成为一个黑洞,那么这个星体的大量信息就从此完全丢失。而根据量子力学的定律,信息是不可能被彻底抹掉的。这就是有名的“黑洞信息佯谬”。如果霍金对了,那么大自然就有了更大的不确定性。正因为这一点,所以科学界有这样的故事:

爱因斯坦:“我不相信上帝会玩掷骰子的游戏!”

玻尔:“你怎么知道上帝不掷骰子?”

霍金:“上帝不仅掷骰子,有时他还把骰子扔到了找不到它们的地方(God not only play dice,he sometimes throws them where they can’t be seen)。”

但是,索恩和普雷斯基尔提出了相反的观点,他们认为黑洞可以隐藏它内部的信息。为此,他们三人打赌:黑洞到底能不能释放它的信息。赌注是一本《棒球百科全书》。

霍金又输了。去年7月21日,霍金正式认输,但是赌注改了。霍金说:“我在英国很难找到一本《棒球百科全书》,只能用《板球百科全书》代替了。”

现在霍金承认:“上帝没有把骰子掷到我们看不见的地方。”

我们还可以讲出许许多多科学家打赌的故事。有一个问题读者也许要问:“为什么科学家喜欢打赌?”

科学家打赌肯定和前面银行家打赌的目的很不一样。他们打赌是因为渴望认识大自然的奥秘,是一种形而上学的焦虑;而且设下赌局,可以激励年轻科学家更有兴趣从事科学研究,还可以引发公众对科学的关注。再说,科学家在极其紧张的研究中和焦虑中,他们也需要自己为自己找点乐子―――自得其乐嘛!

注:有关资料见《果壳里的60年》、《时空的未来》(李泳译,湖南科技出版社2005年2月出版)

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