生于伽利略祭日卒于爱因斯坦生辰，巨星陨落！谨以此文缅怀霍金
2018/3/14 中国好学者
学者简介
著名的英国物理学家斯蒂芬·霍金于3 月 14 日去世，享年 76 岁。斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)，1942年1月8日出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。
谨以此文缅怀霍金
撰文 斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)
莱昂纳德·蒙洛迪诺(Leonard Mlodinow)
翻译 庞玮
摘要
2010 年，霍金曾为《科学美国人》撰写过一篇文章，让我们重新回顾这位物理学巨擘对宇宙的思考。
量子论的“现实”与经典物理的“现实”截然不同。在量子论体系中，粒子既没有确定的位置，也没有确定的速度，只有当一个观测者去测量那些量时，它们的值才会确定。有些情况下，单独的物体甚至无法独立存在，只能作为整体的一部分出现。量子物理还极大地挑战了我们对“过去”的认识。在经典物理中，所谓的“过去”就是一系列已成为历史的明确事件，而在量子物理中，“过去”是不确定的，仅仅是一系列事件发生的可能性，跟“未来”没什么两样。甚至连作为一个整体的宇宙，都没有一个明确的过去，或者说历史。因此，量子物理暗含了不同于经典物理的另一种“现实”——虽然经典物理与我们的直觉相符，而且在我们设计建筑、桥梁之类的东西时仍然可以帮上大忙。
这些例子让我们得出一个结论，为诠释现代科学提供了一个重要框架。在我们看来，“现实”不可能脱离图景或者理论而独立存在。相反，我们采纳了一种新观点，称之为“取决于模型的唯实论”(model-dependent realism)。这种观点认为：每一个物理理论或世界图景都是一个模型(通常本质上是一个数学模型)，是一套将模型中的要素与观测联系起来的法则。按照取决于模型的唯实论，追问一个模型本身是否真实没有意义，有意义的只在于它是否与观测相符。如果两个模型都与观测相符，那就不能认为其中一个比另一个更加真实。谁都可以根据具体情况选取更方便的那个模型来用。
别去评判真实
另类现实(alternative realities)已经成为今日大众文化的主流。例如在科幻电影《黑客帝国》(The Matrix)中，人类就毫无察觉地生活在一个由智能计算机生成的虚拟现实中，计算机通过这种方式让人类保持安定并心满意足，以便从他们的肉身实体上抽取生物能量(姑且相信有这么种能量)。我们怎么能知道自己不是一个由计算机生成的角色，此刻就生活在一个黑客帝国那样的世界中呢？如果我们生活在一个虚拟的、想象的世界中，事件之间就没有必要存在任何逻辑，不必自圆其说，也不用遵循任何规律。掌控这个虚拟世界的外星人说不定仅仅因为有趣或者好玩，纯粹为了看看我们的反应，就会让全世界突然对巧克力深恶痛绝，或者一夜之间消除战争实现世界和平——可是这种事情从来没有发生过。如果外星人坚决不肯违背自洽规律，那我们就没有任何办法确定在这个虚拟现实的背后还存在另一个现实了。你当然可以说，外星人生活的那个世界是“真实”的，计算机生成的世界是假的。然而，生活在虚拟世界里的生物无法从外部观察他们的宇宙(我们也一样)，也就没有理由怀疑自己生活的世界并非“现实”。
金鱼的处境也是如此。它们在圆形玻璃缸里看到的景象与我们在鱼缸外看到的显然不同，但这并不妨碍它们发展出一套科学定律，来描述它们观察到的鱼缸外物体的运动。比方说，由于光在由空气进入水中时会发生偏折，在我们看来做直线运动的一个不受外力的物体，在金鱼看来就应该沿曲线运动。尽管身处一个扭曲的参考系，金鱼仍然可以从中总结出一套始终都很正确的科学规律，让它们能够对鱼缸外的物体未来的运动做出预言。它们的规律会比我们的规律复杂得多，但简单与否只与品味有关。如果金鱼能够发展出这样一套理论，我们就必须承认金鱼的观点也是对“现实”的一个有效描述。
还有一个发生在真实世界里的著名例子，同样说明对“现实”可以有不同的描述，那就是托勒密的地心说和哥白尼的日心说之争。尽管人们通常都说，哥白尼证明了托勒密是错的，但事实并非如此。哥白尼和托勒密就好比我们和金鱼，选择任何一种描述作为宇宙模型都可以，因为无论假设是地球不动还是太阳不动，我们都能很好地解释我们观察到的天象变化。抛开哥白尼的日心说在有关宇宙本质的哲学争论上所起的作用不论，它的真正优势只不过在于运动方程在太阳静止不动的参考系中更为简洁而已。
取决于模型的唯实论不仅对科学模型适用，对我们创造出来表述和理解周围世界的意识和潜意识心智模型也同样有效。例如，人类大脑从视觉神经接收原始信息，将来自双眼的信息综合起来，增强细节并填补诸如视觉盲点之类造成的信息缺失。不仅如此，大脑还从视网膜接收到的二维信息中创造出了三维空间感。你觉得自己看到了一把椅子，实际上不过是利用椅子上散射的光，建立起了一个心智图像，或者说是椅子的模型。人类大脑非常擅长这种模型构建，如果给人带上一副特殊眼镜，让呈现在他眼睛里的图像上下颠倒，大脑会改变这个模型让他看到上下不颠倒的物体——但愿在他想坐下来之前，这种改变就已经完成。
管窥深层理论
在追寻终极物理理论的探索中，从未有哪个理论像弦论(string theory)这样让人满怀希望，又如此饱受质疑。弦论是20世纪70年代被首次提出的一种尝试，目的就是要将自然界中所有的作用力都统一到同一个理论框架中去——确切地说，是要把引力并入量子物理体系。然而到了20世纪90年代初，物理学家发现弦论遇到了一个尴尬的问题，那就是同时存在5种不同的弦论。对于鼓吹弦论是唯一可行万有理论的那些人来说，这确实相当难堪。到了90年代中期，研究者开始发觉，这些不同的理论，以及后来才出现的所谓超引力论(supergravity)，其实都是在描述同一个现象，这给了他们一些希望，认为这些理论最终可以统为一体。确实，这些理论通过物理学家所说的“对偶性”(duality)彼此关联，这种对偶性就像是在不同概念之间来回变换的某种数学词典。但很可惜，每种理论只能很好地描述某一特定条件范围内的现象——比如说低能现象。没有哪个理论能够描述宇宙的方方面面。
弦论学家现在相信，这5种不同的弦论只是对更基本的一种理论的不同近似，后者被称为M理论。[似乎没有人知道这里的M代表什么，可能是Master(统领)，可能是Miracle(奇迹)，也可能是Mystery(神秘)，或者兼而有之。]尽管人们还在努力参详M理论的本质，但看上去长期以来期待的单一终极理论或许不会出现，要描述宇宙万物，我们必须针对不同情况选择不同的理论。因此，M理论不是通常意义上的单个理论，而是众多理论组成的一个网络。这有点类似于地图。要将整个地球如实记录在二维平面地图上，人们必须使用一套地图，其中每一张只覆盖一个有限区域。这些地图会互有重叠，在这些重叠的区域，不同地图都展示出相同的地貌。与此类似，M理论大家族中的不同理论看上去可能千差万别，但都可以看成是同一个底层理论的某种版本，在适用范围相互重叠之处，它们都会预言相同的现象，但没有哪个理论能够涵盖所有情况。
只要我们发展出一个描述世界的模型，并且发现它大获成功，我们就会说这个理论描述了“现实”，或者说绝对真理。但就像金鱼那个例子一样，M理论表明同样的物理场景可以用不同的模型来描述，每个模型都有一套不同的基本要素和基本概念。或许，要描述整个宇宙，我们必须在不同情况下使用不同的理论。每个理论对于“现实”或许都有各自不同的理解，但根据基于模型的唯实论，“现实”的这种多样性是可以接受的，不可以说哪一种“现实”比其他“现实”更真实。这不是物理学家传统意义上期待的大统一理论，跟我们日常对“现实”的理解也相去甚远。但这或许正是宇宙的本来面目。
拓展阅读：
生命的意义
文 | 霍金
摘要
BBC消息，2018年3月14日，著名物理学家史蒂芬·霍金去世，享年76岁。他的家人已经确认。关于生命的意义，霍金这样说：
你们好，我是史蒂芬·霍金，一个物理学家，宇宙学家，有时候还是个梦想家，虽然我行动不便，也必须通过电脑发声，但我的思绪却在自由驰骋，得以探索关于宇宙的大哉问。
例如生命有意义吗？在这脆弱珍贵的世界里，我们的存在有何来由吗？究竟活着的意义为何？思考的意义为何？作为人类的意义为何？甚至探讨现实本身的极限……
科学让我们得知非常不可思议的事情：我们人类的大脑远比你意想中更为错综复杂，但若并非如此，你也不可能意想任何事。它包含了许多脑细胞，数目和银河系的星星一样多，约有一千亿上下脑细胞连接在一起，彼此之间的连结比已知宇宙里的星系还要多。大脑研究似乎应该归类于神经科学，但因为大脑受控于基本作用力，例如电磁力。因此思考动作本身最终还是归结到物理学，这是快速复杂的物理现象。
人类是高度复杂的生物机器，行为举止全根据自然法则。大脑得以创造并延续人的意识，有赖于奇妙的神经元互动网络，而人的意识创造了外在世界的三维模型，这种最适模型就是我们所谓的现实。
这种现实的范围，比日常生活中周遭所见还要广大。当我们探索宇宙时，我们认知中的现实世界拓展得愈来愈大。
我们回顾过去，一直到宇宙自身的起源，这一切，这整段137亿年的宇宙历史，都是存在于我们心中的模型。
那我们该如何找出生命的意义呢？我认为答案非常清楚，意义本身不过就是：每个人在大脑里建构的现实模型其中的一部分。
大脑不只是掌握我们感知的现实情况还包括我们的情绪和意义。爱情与荣耀，对与错，都是我们心中建立宇宙的一部分，就像一张桌子，一颗星球，或者一个星系。
我们的大脑，基本上就是依据物理定律动作的众多粒子，竟拥有这种奇妙的能力，不仅能感知现实世界，更能赋予它意义。
那么生命的意义为何，全由你来选择。意义只能存在于人类心智的架构内，如此一来，生命的意义就不在外面某处，而是在我们的脑海里。
正如宇宙学家卡尔萨根所说，我们是宇宙对自己的省思。
【霍金：《生命的意义》 】
附：霍金语录
1、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。
2、是先有鸡，还是先有蛋？
3、宇宙有开端吗？如果有的话，在此之前发生过什么？
4、宇宙从何处来，又往何处去？
5、活着就有希望。
6、时间有没有尽头？
7、我注意过，即使是那些声称“一切都是命中注定的，而且我们无力改变”的人，在过马路前都会左右看。
8、科学家和娼妓都是做他们喜欢的事赚钱。
9、一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾。
10、生活是不公平的，不管你的境遇如何，你只能全力以赴。
11、我的手指还能活动，我的大脑还能思维；我有终身追求的理想，我有爱和爱我的亲人朋友；对了，我还有一颗感恩的心……
11月5日，腾讯第WE大会主题是”若有光”
演讲人：史蒂芬?霍金
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你好，北京!我是史蒂芬?霍金。我今天的演讲，是关于在宇宙这一背景下，地球和人类所扮演的角色。为了最好地阐述，我需要从两个维度出发，一是思考人类的未来，二是研究我们探索太空、寻求其他潜在宜居星球的选择。我今天的目的，是问大家两个问题。首先，我们需要做什么才能够确保，在力所能及的范围内，人类的未来达到尽可能完美？其次，我们为什么要考虑探索其他宜居星球？
一个原因是，对我们来说，地球变得太小了。在过去二百年中，人口增长率是指数级的，即每年人口以相同比例增长。目前这一数值约为1.9%。 这听起来可能不是很多，但它意味着，每四十年世界人口就会翻一番。 2022年，我将庆祝自己80岁的生日，而在我人生的这段历程中，世界人口比我出生时膨胀了四倍。
这样的指数增长不能持续到下个千年。 到2600年，世界将拥挤得 “摩肩擦踵”，电力消耗将让地球变成“炽热”的火球。这是岌岌可危的。然而我是个乐观主义者，我相信我们可以避免这样的世界末日，而最好的方法就是移民到太空，探索人类在其他星球上生活的可能。
但是理由充分吗？难道留在地球上不是更好？ 在某种程度上，今天的情况就如同1492年前的欧洲。当时的人们很可能坚信，哥伦布的探险注定是徒劳无功。 然而，新世界的发现，对旧世界带来了深远的影响。对于那些被剥夺权利地位、走投无路的人来说，新世界成为了他们的乌托邦。人类向太空的拓展，甚至将会产生更深远的影响，这将彻底改变人类的未来，甚至会决定我们是否还有未来。它不会解决地球上任何迫在眉睫的问题，但它将提供解决这些问题的全新视角，让我们着眼于更广的空间，而不是拘泥眼下。希望这能够让我们团结起来，面对共同的挑战。
当我们进入太空时，会有怎样的发现呢？会找到外星生命，还是发现我们终将在宇宙中踽踽独行？我们相信，生命在地球上是自然而生的，是在漫长的进化后，实现了与地球资源的高度契合。因此，在其他条件适宜的星球上，生命的存在也必定是可能的。即使这种可能性极小，但宇宙是无限的，我们还是可以假设，生命会在某处出现。不过，如果概率很低，那么出现生命的两个星球间的距离，可能将异常遥远。
在太阳系中，月球和火星是太空移民地最显而易见的选择。水星和金星太热，而木星和土星是巨大的气体星球，没有坚实的表面。火星的卫星非常小，并不比火星本身更优。木星和土星的一些卫星也存在可能。比如木星的卫星之一欧罗巴，它的表面是冰层，但其下可能会有液态水，也就可能会孕育生命。那么我们如何确定这种可能？是否必须登陆欧罗巴，然后钻一个洞？
星际航行必然是一个长期的目标。我所说的长期，是指未来二百到五百年。
但是，还有另一种选择。去年，我与企业家尤里?米尔纳(YURI MILNER)一起，推出了长期研发计划——“突破摄星”，目标是让星际旅行变成现实。如果成功，在座各位有些人的有生之年内，我们将向太阳系最近的星系——半人马座阿尔法星系发送一个探测器。
“突破摄星”是人类初步迈向外太空的真正机会，为了探索和考量移居太空的可能性。 这是一项概念验证的使命，其中涉及三个概念：迷你太空飞行器、 光动力推进和锁相激光器。“星芯片”是尺寸被缩小到仅几厘米、但功能完备的太空探测器，它将附着于“光帆”上。“光帆”由超材料制成，重量仅有几克。我们设想，一千个由 “星芯片”和 “光帆”组成的纳米飞行器将被送入轨道。 在地面上，激光器阵列将共同形成一道超强光束，光束穿过大气，以数十吉瓦的功率射向太空中的“光帆”。
这项创新背后的想法，是以光束来驱动纳米飞行器的前进。这样产生的速度虽然不及光速，但也能达到其五分之一，约合每小时1亿英里。这样的系统可以在一小时内抵达火星，几天内到达冥王星，一周内就可以追上并超过旅行者号探测器，并在仅二十年后到达半人马座阿尔法星系。重要的是，“星芯片”的轨迹可能包括“比邻星B”，这颗位于半人马座阿尔法星宜居带的行星，与地球的大小类似。正是在今年，“突破摄星”与欧洲南方天文台携手合作，进一步探寻半人马座阿尔法星系的宜居行星。
目前看来，这些都可能成为现实。但我们也看到重大的挑战。1吉瓦功率的激光器仅能提供几牛顿的推力，不过因为纳米飞行器因为只有几克重量，恰恰可以克服这个问题。但是工程方面的挑战是巨大的。纳米飞行器必须经受极限加速、极寒、真空和质子，以及与太空粉尘等垃圾的碰撞。另外，由于大气湍流，将一套总量100吉瓦功率的激光组瞄准太阳帆，也是很困难的事情。
还有一些严峻的问题。如何让数百道激光穿过大气波动时聚合，如何推动纳米飞行器又不烧毁它们，如何让它们瞄准正确的方向？此外，我们还需要让纳米飞行器在冰冷的真空环境中工作二十年，这样它们才能将信号传回到四光年外的地球。然而这些都是工程设计要解决的问题，而工程挑战往往最终都会被解决。随着技术进步日趋成熟，我们可以展望更多令人兴奋的使命。如果“突破摄星”计划能传回毗邻星系中宜居星球的图像，这对人类的未来必将产生深远影响。
希望我已经解答了我演讲一开始所提出的问题。人类作为独立的物种，已经存在了大约二百万年。我们的文明始于约一万年前，其发展一直在稳步加速。如果人类想要延续下一个一百万年，我们就必须大胆前行，涉足无前人所及之处!
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