为了忘却的纪念：霍金

木易小小

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       斯蒂芬-威廉-霍金，大不列颠及北爱尔兰联合王国人也，1942年出生于英国牛津，剑桥大学著名物理学家，被誉为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。1963年，年二十一，罹患肌肉萎缩性侧索硬化症，全身瘫痪，不能言语。1979至2009年任卢卡斯数学教授，主要研究领域为宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——相对论和量子力学方面走出了重要一步。获得英国荣誉勋爵、大英帝国司令勋章、英国皇家学会会员、英国皇家艺术协会会员等荣誉。2018年3月14日，霍金于英国逝世，享年76岁，死后葬于威斯敏斯特大教堂。

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       为了那忘却的记念，我们谨以本期节目，告慰霍金在天之灵。愿他孱弱、卑微的肉体安息土中；也愿这一伟大、苦难的灵魂飞向天国。

       说起霍金，他的第一个身份便是物理学家，而他的研究领域最为人所熟悉的便是黑洞。甚至可以说，我们这代人，很多都是先知道了霍金，然后才知道了黑洞。所以今天我们就从霍金的黑洞开始说起。

       黑洞我们都十分熟悉了，这一概念源自广义相对论，广义相对论预言：如果物质被充分压缩，那么到了一定时候，就会形成黑洞，它的引力会增强，并形成一个任何东西都无法逃脱的区域，这个区域的边界就是“事件视界”。理论上来说，黑洞可以比基本粒子还小，它们也有可能出现在地球上。在最简单的情况下，如果将太阳压缩到半径只有3000米，也就是半径的25万分之一，那么它就会变成一个黑洞，当然太阳的质量还不足以坍缩到这么小。而如果换做是地球，则需要将半径压缩到9毫米，也就是目前半径的十亿分之一，地球才能变成黑洞。可见要产生的黑洞越小，需要的压缩率就越高，物体需要被压缩的程度，与质量的平方成反比。

      

       在宇宙中，对于与太阳质量相当的黑洞来说，密度约为每立方米10的19次方千克。这要比原子核的密度还高，基本上就是目前宇宙中，通过引力坍缩能达到的最大密度。实际观测表明，黑洞候选者，最起码也要有数个太阳的质量。不过恒星坍缩，并不是形成黑洞的唯一途径。上世纪70年代初，霍金就研究了早期宇宙中的黑洞形成机制。他认为，随着宇宙的膨胀，物质的平均密度在不断下降，所以早期宇宙的密度要大得多，尤其是在大爆炸后最初的几微秒内，宇宙密度超过了原子核的密度。根据已知的物理定理，这一时期的密度高达每立方米10的97次方千克，这就是普朗克密度。这时的引力极强，量子力学的波动会破坏时空结构，这样的密度足以制造出直径仅为10的35次方分之一米，质量为1亿分之一千克的黑洞，人们也给这一长度和质量做出了定义，这就是普朗克长度和普朗克质量。根据引力的传统描述，这是可能存在的质量最小的黑洞，它比基本粒子质量大，体积却要小很多。随着宇宙密度的降低，形成的原初黑洞可能会越来越重，任何小于10的12次方千克的黑洞，都比质子还要小，但是一旦超过这一质量，黑洞的大小就会与我们熟悉的物体尺度相当。

      

       黑洞有可能很小这一认识，让霍金开始思考究竟是哪些量子效应发挥了作用。1974年，霍金提出了著名的论断，黑洞不仅吞噬粒子，它们还可以吐出粒子。霍金预言，黑洞也在辐射热量，辐射的温度与黑洞的质量成反比。质量与太阳相当的黑洞，辐射温度大约只有百万分之一开尔文。在今天的宇宙里，这样的温度完全可以忽略不计。但是质量仅为1万亿千克，相当于一座山峰质量的黑洞，辐射的温度会高达1万亿开尔文，足以同时辐射出光子和带质量粒子。由于辐射携带着能量，黑洞的质量会因此减小，所以黑洞高度不稳定。随着黑洞的质量逐渐减小，它会变得越来越热，辐射出的粒子的能量也会越来越高，这反过来又加快了黑洞缩小的速度。当黑洞收缩到大约100万千克时，一切就都结束了。在不到一秒内，黑洞就会爆炸，释放出的巨大能量，相当于一百万颗百万吨级的核弹。而一个黑洞蒸发殆尽所需的时间，同它的初始质量的三次方成正比。比如，质量与太阳相当的黑洞，寿命会长达10的64次方年。而10的12次方千克的黑洞，完全蒸发需要100亿年，所以这一质量级别的原初黑洞，应该已经走完了蒸发旅程，爆炸随时会发生。至于那些更小的黑洞，应该在更早的阶段早就玩儿完了。

      

       霍金的理论乍看起来没有什么太牛逼之处，但是他却非凡地将三个物理领域联系在了一起，这便是广义相对论、量子理论和热力学。霍金不仅将三大理论联系在了一起，同时也向完全的量子引力理论前进了一步。更重要的是，霍金理论还引出了一个深奥的悖论，直指物理学中一个重要的核心问题，那就是为什么广义相对论和量子力学如此难以调和。

      

       根据爱因斯坦的理论，物体掉入黑洞后，它携带的信息就永久消失了，也就是不可逆的。但是如果黑洞可以蒸发，那么它包含的信息又会怎么样呢。霍金认为，黑洞会完全蒸发并破坏其中的信息，从而违背了量子力学的基本原则。但是这种对信息的破坏，又与能量守恒定律相抵触，所以这也让霍金的理论看起来不是很靠谱。另一种可能性是，黑洞在蒸发后还会有一些残余物，不过这同样让人难以接受，因为要让这些残余物，对所有之前落入黑洞的信息进行编码，它们必须有无限多的类型。物理学定律预言，粒子产生的速率与该粒子的种类数量成正比，所以，黑洞残余物应该拥有无穷大的产生速率，即使最日常的物理活动，比如启动个微波炉，都会制造出黑洞。如果是这样的话，整个自然界将处于灾难性的不稳定状态。第三种可能，也是最有可能的选项是，信息会通过局域性的裂口逃离黑洞，这里的局域性是指发生在空间上不同位置的事件，只有在光有足够的时间，在这些位置之间传播时，事件才可以相互影响。但是直到今天，这都是理论物理学家面对的超级难题。

       当然了理论上取得进展，往往就需要一些来自实验的指引。所以微型黑洞带来的问题，也推动了搜寻这些黑洞的实验。一种可能的途径是，天文学家或许能探测到初始质量为10的12次方千克的原初黑洞，在当今宇宙中的爆炸，这些黑洞质量的约十分之一，将以γ射线的形式辐射出来。1976年霍金意识到，对γ射线背景的观测结果，为此类黑洞的数量设置了严格的上限。比如，它们不可能牛逼到是宇宙暗物质的主要组成部分，而且它们的爆炸，很少能发生在足够近的距离，从而被我们探测到。但是在上世纪90年代中期，一些科学家提出，持续时间最短的γ射线爆发，可能就源自原初黑洞的爆炸，虽然持续时间更长的爆发，被认为同恒星的爆炸或合并有关，但短时间的爆发或许有另一种解释。但是十分不走运的是，虽然在未来通过对原初微型黑洞的观测，应该可以解决这一问题，但是看目前的趋势，通过天文观测来窥探黑洞蒸发最终阶段的前景，已经让人们望眼欲穿了。所以在大型强子对撞机中，人为创造微型黑洞，就成为了现代物理学研究的热门。

      

       可见，正是霍金，推动了人们对黑洞和宇宙的进一步认识，在他的理论的激励下，物理学也正在走向新的未来。

       在霍金的研究被广泛传播后，霍金一时声名鹊起，各种交流访问纷至沓来。1985年，霍金在访问欧洲核子研究中心的旅途中，患上了肺炎。医生为了治疗，切开了霍金的气管，并把一根管子插了进去。这导致霍金从此以后再也没法说话。在这种情况下，如何和霍金交流，就成为了一个难题。最开始的时候，工作人员尝试使用拼写板，也就是在一个板子上，写有26个英文字母，让霍金去选择对应单词的英文字母。但是，这种沟通方法效率实在太低。于是，霍金团队求助于美国加州“Words+”公司的CEO瓦特-沃托茨，他曾为同患渐冻症的岳母开发过一个程序，叫做“Equalizer”，译为“平等器”。从此霍金的轮椅便成为了世界上科技含量最高的轮椅了，其上不仅安装了平等器这套程序，而且连上了Apple II电脑和一台显示器。这套系统非常简单好用，只需要两个按键，光标就能够一行行地选择屏幕上的字母。当时还有三根手指能动的霍金，依靠这个系统，每分钟能打15到20个单词，这对于一个患有渐冻症的人来说，已经可以用语速太快来形容了。而且，这套系统不仅仅能够打字，还能够将文字转化为语音，把霍金打出来的字朗读出来。

       有人可能不免有疑问了，打出来的字让电脑念出来这太简单了吧？我的手机都可以。不过要知道的，这可是上世纪80年代，那时候电子设备的性能和如今无法同日而语。当时的手机才刚刚商用，好几年以后中国才开始有大哥大，当时国内很多邮电局还在使用解放前的手摇电话机。可见，和当时的科技水平一比较，我们就能发现，霍金当时的轮椅虽然现在看起来很弱，但是在当时绝对是地地道道的黑科技。

       而且随着科技水平的提高，霍金轮椅上的这些设备也越来越好用，越来用小巧。到了1997年，霍金轮椅的电脑和通信系统开始由英特尔公司赞助。英特尔为霍金设计了一套称为ACAT的操作系统，安装有ACAT操作系统的电脑就藏在轮椅的扶手里。

       可是到了2008年，霍金的病情更加恶化，已经没法按开关了。于是，霍金的高科技轮椅就需要重新设计了。既然用手指动不了，没法打字，那还能怎么打字呢？不要紧，办法总比问题多。因为霍金当时面部的肌肉还能运动，所以霍金团队设计了一个装置，安装在霍金的眼镜框上，当霍金的右脸颊肌肉一动，眼镜上的红外线传感器就能够感受到，传感器将感受到的脸部肌肉的活动传到计算机中。那么霍金就能够通过脸部肌肉的活动来打字，简单来说就是“用脸打字”。和一般人打字不同的是，霍金这样用脸部肌肉打字确实非常慢。为了在一定程度上解决这一问题，工程师为霍金设计了一套词语联想系统。当霍金敲进去单词的头两个字母后，这个词语联想系统就能够猜出这个单词。当然了，开头两个字母相同的单词通常有很多。就比如hu开头的词，可以是人类human，也可以是饿了hungry，甚至还可能是霍金想和黄博士谈笑风生，想打出来的是huang，那么到底应该是哪个词，怎么猜出来霍金想输入哪个词呢？这就需要机器学习技术了。简单来说，工程师用霍金写的书和教案来训练词语联想系统，也就是告诉了词语联想系统，霍金写作的风格和用词习惯。所以，这个词语联想系统通常能够猜出霍金想输入哪个词。另外，与之前一样，当一句话都打出来了以后，霍金可以把这句话发送到语音合成器，计算机就能够念出这句话。总的来说，霍金对这个系统还是很满意的，唯一不足之处，是这个语音合成器的声音带有美国口音，以至于英国女王在碰见霍金的时候，也调侃他说：你还是美国口音? 霍金回答说：是的，而且这个声音已经拿到了版权。探玩揽月不是想用就可以用的。

       而且不光是可以打字，霍金还能用脸颊的肌肉控制鼠标、收发邮件、打开浏览器上网，甚至可以打开word写文档，除了比我们健全人慢一些，很多操作霍金自己都能完成。但随着霍金病情的恶化，这套系统的效率也在降低。过去霍金一分钟能够处理3-5个字母，后来退化到一分钟只能处理1个字母。其实，有些技术人员准备让霍金用眼球来控制电脑，甚至用脑电波控制。可是霍金老爷子用过以后表示，不好用，还是用脸打字更方便。

      

       除此以外，霍金的轮椅上还有一个万能遥控器，用来操控霍金的办公室和家里的一切智能设备。比如电视机、音响设备、空调设备、房门开关、灯光等等，一切都能实现远程一键控制。这也就是我们如今所谓的智能家居生活。另一方面，霍金虽然是大科学家，但同时他也是一位罹患重病的病人，他的健康问题是不能不考虑的。所以霍金的轮椅还配备有多功能感应系统，时刻监控他和轮椅的安危。这套系统能够时刻监控霍金的各项生理指标，评测他的健康状况。

      

       值得一提的是，霍金轮椅的电机是正儿八经的中国制造，制造商为浙江联宜电机有限公司。有人会觉得，电机有什么了不起，不就是个马达吗？结构就是线圈加磁铁，和四驱车没多大区别。但事实上，霍金轮椅的电机要比这个复杂得多。这是因为，线圈磁铁做成的马达只能简单地转起来，可是霍金的轮椅需要很多非常精细的操作，这就需要电机能够做出非常精密的动作，这对于电机的要求实际上是非常高的。

       很有意思的一个话题是，虽然霍金完全是在人工智能的帮助下生活、工作。但近年来，霍金一个很有名的观点就是反对人工智能，在生命的最后几年间，霍金还频繁发出对人工智能的警告，他认为人工智能可能毁灭人类。这也使得他与埃隆-马斯克、比尔-盖茨一起，成为了最著名的“人工智能威胁论”boys。2014年，霍金接受在BBC采访时说：人工智能的全面发展，将宣告人类的灭亡。2015年1月份，霍金和埃隆-马斯克，以及许多其他的人工智能专家，签署了一份题目为《应优先研究强大而有益的人工智能》的公开信，警告人工智能的军备开发，可能会助长战争和恐怖主义，成为人类的灾难。2016年10月，剑桥大学未来智力研究中心的启动仪式上，他对人工智能的批评态度有所缓和，但并没有改变基本立场。

      

       2017年12月，在长城会举办的“天工开悟，智行未来”的活动上，霍金再次表达了对人工智能无限制发展的隐忧，这也是他最后一次在中国的活动中露面。霍金的观点总结起来就是，人工智能的发展，会让机器代替了人类。另一方面，更糟糕的是，人工智能技术运用在军事和武器等领域的话，那人类更有可能把自己给作死了。而且霍金认为，人工智能的威胁分短期和长期两种。短期威胁包括自动驾驶、智能性自主武器，以及隐私问题；最主要的方面是人工智能技术应用于军事领域。但是实话实说，各种先进技术运用于军事是不可避免的，甚至许多技术本身就是先军用后民用的，比如互联网，还比如计算机。所以在去年9月，马斯克联合了26国的116名科学家和企业家，向联合国发表公开信，呼吁禁止发展和使用人工智能武器，并对其展开严格监督。信中提到：发展人工智能武器，会带来人类军事史上第三次战争革命，导致武装冲突进入前所未有的规模，且在演变速度上超越人类的理解和控制范围。在这个层面上，霍金的担忧并非全无道理，引入人工智能技术的武器会比传统武器杀伤力大得多，这绝对不是什么好消息。可是，正如美国禁枪面临的两难境地那样，人工智能在军事上的应用一方面是十分危险的，可是为了制止这种杀伤力很强的武器，对手就必须也发展出人工智能武器来制止。就好像为了防止枪支泛滥带来的危险，就需要自己也带上一支枪。而对于长期威胁，霍金认为其主要是人工智能系统失控带来的风险，比如人工智能系统可能不听人类指挥。从长远来看，有可能在未来的某一天，人工智能会真正拥有自己思考的能力，就像《终结者》、《黑客帝国》里面描述的那样，到时候机器会反抗人类，甚至反过来奴役人类。

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       当然了，霍金本人是处于矛盾中的，一方面，霍金反对人工智能，但是另一方面，正是借助人工智能技术研制出的轮椅，霍金才能更好地生活。照目前趋势来看，人工智能的快速发展，一定是霍金不希望见到的，至于未来究竟如何，谁又能预知呢？

      

       要说霍金，霍金神秘的疾病就不得不说，而这便是我们今天最后一个话题了。霍金所罹患的是肌萎缩侧索硬化症，俗称“渐冻人症”，这是一组运动神经元疾病的，特征是脑和脊髓中的运动神经细胞的进行性退化，患者肌肉逐渐萎缩退化，以至瘫痪，以及说话、吞咽和呼吸功能减退，直至呼吸衰竭而死亡。不过由于感觉神经并未受到侵犯，所以这种疾病并不影响患者的智力、记忆及感觉。在临床上，肌萎缩侧索硬化症大致可分为两类：一类是四肢侵犯，表现为首先是四肢肌肉开始萎缩无力，然后向别处蔓延，最后才产生呼吸衰竭。第二类是延髓肌肉麻痹，以延髓肌肉麻痹开始，在四肢动作良好时，患者就会出现吞咽、讲话困难现象，很快地进展成呼吸衰竭。

      

       那么渐冻人症的病因何在呢？可惜的是，病因至今不明，目前主要理论有：一是神经毒性物质的累积，也就是谷氨酸堆积在神经细胞之间，久而久之，造成神经细胞的损伤；二是线粒体能量代谢异常，导致神经细胞膜受损。三是神经生长因子缺乏，使神经细胞无法持续生长、发育。四是遗传基因突变。病情发展主要分为以下5个阶段，分别是：症状开始期、工作困难期、生活困难期、吞咽困难期及呼吸困难期。

      

       由于病因尚不明确，所以针对渐冻人症目前还没有切实有效的疗法，这一点你看百度百科就看出来了，给我的感觉就是百科都觉得自己编不下去了。目前最为通用的，是类似于艾滋病治疗的“鸡尾酒”疗法，也就是针对多种可能的致病原因，开展综合治疗。这其中包括：抗谷氨酸药物、神经保护剂、神经营养因子、对症治疗和干细胞基因治疗等。另外还有全身水疗、饮食疗法、针灸治疗等传统手段。但不论何种疗法，目前的疗效都极其有限，患者的预期寿命仅为2-5年。可以说，这是一种十分残酷的疾病，症状全都在患者神志清醒、思维清晰的情况下发生，他们清晰地逼视着自己逐渐死亡的全过程。据统计，在中国目前有20万“渐冻人”，不过实际上可能更多。

      

       唯一值得我们庆幸的是，关于渐冻人症的研究也在不断取得新的进展。比如说2006年，蛋白质TDP－43被发现，研究者认为，病人的大脑中堆积着的蛋白质TDP－43，能导致神经细胞衰竭，从而引发疾病。所以人们希望这一发现有助于开发针对“渐冻症”的新疗法。另外，日本的一个研究小组，在2012年发现了膜贯通糖蛋白nmb，这种蛋白可以推迟渐冻症的发展。这一发现有望为弄清楚该病的发病机制和开发新的治疗药物作出贡献。一切都还有待时间的检验。

      

       其实不论是在霍金生前还是死后，围绕着他的，一直都有这样一个争论。很多人认为霍金并不伟大，他的名气只是来源于他的疾病，以及一些根本无从验证的假说。还有人说，如果没有缠身的病魔，让霍金每天坐在轮椅上静心思索，霍金也不会有这样的成就。伟大不伟大，我们今天不敢做评价。而渐冻人症，到底为霍金的科学研究，带来了益处还是阻碍，我们谁也无法感同身受。但我想说，对于霍金和霍金的家人来说，即便霍金一生没有什么科学上的崇高地位，即便霍金一生只是一个平凡普通的伦敦货车司机，也即便霍金一生碌碌无为，他们也希望健康可以伴其一生。用自己的双脚，自由地选择人生的前路。

        

       所以，霍金的伟大之处不仅仅是对于科学，更是作为一个与生命抗争的战士，当一切跌入谷底的时候，平凡人早已放弃，而他的故事，才刚刚开始。身体从未离开轮椅，思想早已超出宇宙。世界再无霍金，时间永留简史。当我们今天重新思索与缅怀霍金时，我们也会地发现，他告诉世人的不止有宇宙和黑洞的奥秘。他留给世人的，也不止是轮椅上，为无数人带来福利的种种高科技成果。更为重要的是，他用55年流转的光阴，以一种无言的方式，向整个世界宣告：生命不息，希望不止！而这也许正是霍金的伟大所在。

      

       风萧萧兮，斯人已去。踽踽背影，悠悠天地。

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       命运的垂青，如同天启，给你一颗超然的头脑，穿越宇宙的玄虚，去捕捉太古的讯息。可命运的黑洞，是上帝的心机，也送你一世的藩篱，对他人间的宠儿，总多一分爱的脾气。

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       宇宙是上帝的作品，而你，窥探了上帝的秘密，于是上帝也送你，一道难题。一尺轮椅，是世间最小的监狱，困住了最弱的躯体，也是世间最大的王座，让你睥睨宇宙的终极。

       半个世纪的凄迷，就当是上帝的顽皮，要与你玩一场游戏。输，是弱者的皈。赢，是强者的命题。天才与悲剧，恰如英雄与剑戟，给你铁与血的滋养，但需要强者去演绎。所以，请收下众生的膜拜，和我那真挚的泪滴。伟大，并不一定是天才的神迹，仅仅这份坚毅，就给所有向命运屈服的世人，以沉重的一击。

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       或许，我该向你恭喜，因为你终于摆脱了周身的荆棘。从此伴你的，将是日月星海，还有宇宙那端，孤独等你的上帝。也或许，宇宙中没有永恒的上帝。因为上帝，从来只在你的心里。更何况，命运的上帝，从来都是自己！

       原文链接：为了忘却的纪念

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雨涵

愿他孱弱、卑微的肉体安息土中；也愿这一伟大、苦难的灵魂飞向天国。
谢谢姐姐分享！