【霍金逝世】畢生致力揭開黑洞的神秘面紗 萬物理論留待後人接力
「宇宙為甚麼是這個樣子？」這個問題，窮盡了英國物理學家霍金的一生。遺憾的是，直到3月14日他離開人世，待解的謎團仍如迷霧。揭開宇宙神秘面紗的工作，只能留下諸位對物理學感興趣的後人接續下去。
生於1942年的霍金雖然在求學時期常常給老師看扁，但從身邊的同學給他綽號「愛因斯坦」，我們大概從中可見霍金的科學頭腦早現光芒。
中學畢業後，霍金拿到獎學金進入牛津大學主修物理，而且以一級榮譽畢業。在云云學科之中，為甚麼唯獨鍾情於物理學？霍金這樣說：「物理學和天文學讓人有望了解我們從何以來，為甚麼我們存在。我希望探索宇宙的深度。」
物理學和天文學讓人有望了解我們從何以來，為甚麼我們存在。
支持膨脹論 論證宇宙大爆炸
立志走物理學研究之路的霍金從牛津大學畢業後轉到劍橋，鑽研應用數學及理論物理學。在那個年代，科學家一個最重要的爭辯是宇宙起源學說。大爆炸派認為宇宙有一個起點，由大爆炸引起，並至今一直在膨脹；穩態理論雖然認同宇宙膨脹，但主張它沒有起點或終結，長遠來看算是靜止。
當時霍金加入了這場炒得正熱鬧的辯論，並以《宇宙膨脹的屬性》作為博士論文題目，應用數學方程式來證明宇宙膨脹理論，並在1966年、24歲之時完成。
那麼他在論文中說了甚麼呢？
站在巨人肩上的霍金
要明白霍金的思考，得先重溫他以前兩位科學偉人——牛頓和愛因斯坦——的貢獻。
牛頓的蘋果樹理論我們都學過，簡言之就是所有物件也有一股力量，可以吸引另一個物件靠近。他相信質量愈大，則吸引力愈大；物件距離愈遠，則吸引力亦愈小。這就是今天我們熟知的萬有引力。
比牛頓晚兩個世紀的愛因斯坦，理論較為抽象，他認為引力並非存在於空間之中，而是引力本身就是空間。打個比喻說，我們可以想像一幅布上放了幾件物品，每一件物件都會牽扯這幅布，影響其他物件。這幅布既是一股引力，亦是空間本身。
依照愛因斯坦的推論，如果一個物件的質量非常之大，大約就是比太陽還要大20倍的話，它就會承受不了自己的引力而向內自吸，最終成為一個黑洞。黑洞之中那個無限壓縮、體質無限細小的物質，我們稱之為奇點。
霍金逆向推論 闡明宇宙膨脹
站在巨人肩上的霍金將愛因斯坦的理論逆向思考，套用到宇宙的起源之上：黑洞和奇點會無限收縮，但目前宇宙正在膨脹，那是否代表兩者正好相反？如果時間倒流，從前的宇宙比現在小，那麼去到最遠古的時候，全宇宙內的物質和能量都藏在一個無限細小、密度無限大的奇點？
1960年代的穩態理論學者認為宇宙奇點不符合物理學定律，但霍金借助數學物理學家彭羅斯（Roger Penrose）的研究，透過數學方程式論證宇宙奇點不但可行，而且令到愛因斯坦的廣義相對論更為完滿，完全切合物理學定律。
他在論文中的推論被視為一次理論學上的突破。取得博士學位後，霍金一直留在劍橋大學研究，與彭羅斯完善宇宙膨脹理論。
微乎其微的黑洞輻射理論
在駁斥穩態理論後，霍金的研究志趣很快給黑洞引吸了去。
由於霍金的理論之中，黑洞只會無限縮小，不斷吸收附近的物質，這是一個不能逆轉、有時間指向的過程。霍金發現，這種現象正好與熱力學第二定律相似，因為第二定律指出雖然宇宙的能量守恆，但在過程中粒子整體只會愈來愈失去秩序，亦即量度單位熵只會不能逆轉地愈來愈多。
黑洞物質和熵一個增多一個減少，霍金公布兩者似乎大有關係，並獲以色列裔物理學家貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）附和。霍金在1974年正式提出「霍金輻射」理論，認為黑洞其實有溫度，雖然微乎其微。他相信黑洞會緩慢地向外輻射能量，臨終關頭發生威力極大的爆炸。
期待萬物理論 解開一切謎團
如果以為黑洞輻射已經很突破，那到了1981年，霍金的大膽猜想更是劃時代。
霍金提出黑洞的結局是完全消失於世間。這一點非常奇怪，因為根據物理學定律，所有物質都只會改變，例如水變水蒸氣，即使是吸入物質的黑洞亦只是將它們無限壓縮，都總不能夠令它們走出宇宙。所以，當霍金提出這個黑洞消失理論後，不少人直覺地認為信不過。
這個理論成為了後來所謂的「黑洞信息悖論」，霍金和物理學界在過去40年來一直嘗試破解，但是異常棘手。要揭開黑洞的真正面紗，霍金相信就要將量子理論和廣義相對論調和，以一個萬物理論（Theory of Everything）拆解當前看來是互相矛盾的局面，最終黑洞、物質、能量、宇宙等所有真相都會大白於人前。
因為霍金的猜想，近年物理學界不少有志之士醉心鑽研弦理論，希望能夠完成這個歷史任務。
理論前瞻 普及物理學於大眾
作為一位理論物理學家，霍金的黑洞理論至今未有實際驗證支持，成為他學術地位雖然超卓，但終其一身未獲頒諾貝爾物理學獎的一大原因。但他信心不淺，相信只是早晚問題。
物質能逃出黑洞，甚至通向另一個宇宙。假如你認為自己身處黑洞，請記住，總有路走出來，別放棄。
不過，這大概是高瞻遠矚的巨人必然遇見的情況。正如愛因斯坦在1915年提出廣義相對論，大膽假設時空二為一體並由重力構成，但在足足一個世紀之後才得設計精密的觀測儀LIGO證實重力波存在，由此印證愛因斯坦的智慧超卓。
但霍金絕不曲高和寡，反而致力將物理學普及於社會大眾。他在1988年推出的《時間簡史》以時間——一個非常貼身、而且人人都有經驗的概念——作為切入點，娓娓道來牛頓、愛因斯坦等巨人的理論，再轉入宇宙膨脹、基本粒子、黑洞等概念，並探討有趣話題如蟲洞、穿梭時空，最後在第11章提出萬物理論，期待有一天能夠調和量子理論和廣義相對論。
推出科普書讓霍金的影響力走出象牙塔，自此廣為人知於國際社會。有趣的是《時間簡史》雖然洛陽紙貴，但其實很多人只買不讀，霍金的入門解說對普羅大眾而言仍然是不敢高攀。
一個大團圓結局最終會否出現，或者在何時出現，告別了世界的霍金只能將解開宇宙之謎的重責交給諸位後學。
（綜合報道）
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