內容簡介

「我叫做史蒂芬．霍金，是物理學家、宇宙學家，也是夢想家。」

愛因斯坦之後，當代最傑出的物理學家
也是影響人類進程的大科學家
本書為最具代表性的霍金傳記

作者吉蒂．弗格森是位科學作家，與霍金相識二十多年，曾協助霍金完成大作《胡桃裡的宇宙》。這次由她再次出擊，以報導文學的筆調，記述霍金的童年生活、和疾病搏鬥的歷程，以及致力追尋物理、宇宙科學知識的過程，側寫有關霍金的人生事蹟！

霍金說，身體和精神不能同時殘缺，無論命運有多麼糟，我們都要有所作為，如果沒有夢想，宛如沒有靈魂的軀殼。這是一本最能了解霍金的傳記，記載從霍金出生到二〇一六年的所有記事。透過本書，你將能一窺霍金的生活、學術研究外，更可以了解他的人生哲學。不僅是科普愛好者必讀的大書，也是科學門外漢探究霍金宇宙思想、非凡一生，不能錯過的經典大作。

國外媒體一致好評

迷人！弗格森筆下的同情和知性，對霍金的獨特、創造貢獻，在科學和人性下了一個很好的總結
——《自然》期刊（Nature）

弗格森抓住了在我們這個時代中最活躍的人的生活和工作
——《出版者週刊》（Publishers Weekly）

內容引人入勝！
——《觀察家報》（The Observer）

讀者可藉由一些科學定義、例子，簡單陳述來了解這是非常有趣的寫作
——《倫敦標準晚報》(Evening Standard)

弗格森巧妙地傳達了史蒂芬．霍金本人和他在現代理論物理學中的傑出地位，以及激動人心的感覺……這是非常棒的一本霍金自己的「時間簡史」
——《書目》（Booklist）

目錄

推薦序 不能沒有你！（台大物理系暨天文物理研究所教授吳俊輝）

第一篇 宇宙的先行者：一九四二至一九七五年
1 追尋統世理論
2 我們的目標不外乎完整描述棲居的宇宙
3 挺身面對一切
4 得知染上不治絕症，還有可能在幾年內要我的命，著實讓人嚇了一跳
5 最大的問題是，那時是不是有個起點？
6 我們從前有一個奇異點

第二篇 大霹靂挑戰：一九七〇至一九九〇年
7 這些人一定都以為，我們習慣天文等級的生活標準
8 科學家假定過去、未來在因果之間都有獨特連結，一旦喪失資訊，這種連結就不存在。
9 孕育我們這種生命的宇宙，是極不可能出現的
10 我周遊各地四處旅行，卻始終沒辦法跌出世界的邊緣
11 往下到底全都是烏龜
12 嬰宇宙領域依然身處襁褓期

第三篇 胡桃裡的宇宙：一九九〇至二〇〇〇年
13 理論物理學是否終點在望？
14 不拍片演戲時，我喜歡解決物理學問題
15 我想我們大有機會避開世界末日，同時也不會陷入另一次黑暗時代
16 在我看來很明白了

第四篇 偉大的設計：二〇〇〇至二〇一一年
17 不斷拓展的可能視界
18 爺爺有輪子
19 我的走向總是有點不同
20 我叫做史蒂芬．霍金，是物理學家、宇宙學家，也是夢想家

第五篇 愛的萬物論：二〇一二至二〇一六年
21 啊！優美的新世界，裡面有著這樣的人！

名詞解釋

內文試閱

　　床邊故事
　　
　　大家都知道，物理學家從頭到尾都沉溺於他們的物理學。霍金的情況比他的多數同事更甚，部份也是他的身體障礙帶來的結果，不管在什麼時候，他到哪裡都可以把研究工作帶著走，因為他的研究幾乎全部在他腦中進行。索恩便曾這樣描述，他發展出非常少見的能力，能熟練操作種種心像，好比物體、曲線、表面和形狀，而且不只採用三個維度，還在時空四維中運作。
　　　　
　　霍金的工作模式，經常出現他在《時間簡史》書中記述的那種床邊發現的事例：「一九七〇年十一月某晚，我女兒露西誕生後不久，我一邊準備就寢，一邊開始思索黑洞。由於我有身障問題，這個過程也就相當緩慢，因此我有很多時間。」換了其他物理學家，或許就會奔向書桌，提筆塗寫筆記和方程式，霍金卻是在腦中產生他事業生涯最重要的發現之一，而且那時他已經躺在床上，於是整晚他都醒著，急切等待黎明破曉，他才可以打電話給潘洛斯，告訴他這項新洞見。霍金堅稱，潘洛斯早先就想到這點，卻沒有領會這其中的意涵。
　　　　
　　霍金浮現的想法是，黑洞永遠不會變得更小，因為事件視界的面積（無法回頭的半徑，這裡的脫離速度會變得超過光速）永遠不會縮減。
　　　　
　　簡短複習一下，塌縮恆星會收縮到脫離速度等於光速的半徑。恆星塌縮跨越那個半徑之際，它發出的光子會發生什麼事情？那裡的重力太強了，不容光子脫離，卻也不足以把它們拉入黑洞，光子就待在那裡徘徊。那個半徑就是事件視界。一旦恆星繼續收縮，隨後它發出的一切光子，也全都要被拉進內部。
　　　　
　　霍金想到的事情是，在事件視界徘徊的光線路徑，不可能是彼此趨近的光線留下的路徑。彼此趨近的光線路徑最終會撞在一起，接著就墜入黑洞，不再徘徊。事件視界的面積想要縮小（也就是讓黑洞縮小），則其上的光線路徑就必須彼此接近。然而一旦發生這種事，它們就會墜入內部，而事件視界也就不會變小。
　　　　
　　還可用另一種思考方式，就是了解到黑洞其實可以變得更大。黑洞的尺寸由本身的質量來決定，所以每當有新東西墜入並增添原有質量，黑洞都會變大。倘若沒有東西能脫離黑洞，它的質量就不可能縮減。黑洞不可能變小。
　　
　　後來霍金的這項發現便稱為黑洞動力學第二定律：事件視界（黑洞邊界）的面積有可能保持不變或增加，但永遠不會縮減。倘若兩顆或多顆黑洞互撞，形成一顆黑洞，新的事件視界就等於或大於先前兩處事件視界之累加的和。不論遭受多麼猛烈轟擊，黑洞都不可能變小，也不可能被摧毀或分成兩個黑洞。霍金的發現聽起來滿耳熟的，這就像物理學的另一種第二定律：熱力學第二定律，談的是熵（entropy）。
　　　　
　　熵是一個系統的無序程度，即亂度。亂度會一直增大，永遠不會減小。把拼好的拼圖小心擺進盒子，經過推擠碰撞，零片就可能混合，毀了那幅拼圖。不過若是碰撞盒子讓一堆沒有拼好的零片全部就定位，拼成一幅拼圖，那就令人大吃一驚了。我們宇宙間的熵（亂度）會一直增大。破碎茶杯永遠不會自行組合起來，髒亂的房間永遠不會自己變得整潔。
　　　　
　　假定你把茶杯補好，或把房間收拾整齊，這時確實東西會變得更有秩序。熵有沒有減小？沒有。你處理時燃燒的心理和物理能量，把能量轉化成比較沒有用的形式，這就表示宇宙間的秩序量減小了，而且減量超過你增多的秩序量。
　　　　
　　從另一個角度來看，熵也很像黑洞的事件視界。當兩個系統合併，結合而成的系統的熵，便等於或大於兩系統的累加的熵值。有個常見的例子，描述的是盒中氣體分子。設想分子是一種纖細小球，彼此互撞或撞擊盒壁便會反彈。盒子中央有個隔板，一半（隔板一側）填滿氧分子，另一半裝滿氮分子，把隔板挪開，氧、氮分子便開始混合。很快的，兩半邊盒子就全都混合得相當均勻，不過和隔板仍在原地時相比，這是一種比較沒有秩序的狀態：熵—亂度—提增了（熱力學第二定律不見得總能成立：有個大海撈針般千億萬分之一的機率，氮分子在某時候會全部回到自己那半邊盒子，氧分子則全都待在另一半。）
　　　　
　　假定你把那個盒子拋進某個黑洞，連同盒內的混合分子，或其他任何具有熵的事物，也都隨手拋擲進去。你大概會想，不過就這麼一點熵。黑洞之外的熵數量比之前少了。你這樣做是不是就違反了第二定律？或有人論稱，（黑洞內外的）整個宇宙並沒有失去任何熵。然而事實卻是，凡是進入黑洞的一切事物，完全都從我們的宇宙流失。是這樣嗎？
　　
　　惠勒有個普林斯頓研究生，叫做第米特律奧斯．克里斯托多羅（Demetrios Christodoulou），他曾指出，根據熱力學第二定律，一封閉系統的熵（亂度）只會增多，永遠不會減少，相同道理，不論黑洞發生什麼事情，其不可約化質量（irreducible mass）也永遠不會減少（克里斯托多羅所指稱的不可約化質量是把黑洞的質量及轉速進行某種形式的數學結合）這種雷同特性只是巧合嗎？克里斯托多羅的概念或霍金的較一般性、較有力陳述（事件視界永不縮減的面積），和熵與熱力學第二定律有什麼關聯？
　　
　　逃脫黑洞？
　　
　　一九七〇年十二月，霍金首度向科學界發表有關黑洞事件視界永遠不會變小的觀點，當時他在德州相對論天體物理學研討會（Texas Symposium of Relativistic Astrophysics）上堅稱，儘管事件視界面積增大和熵增大確實相仿，兩邊卻也只是一種類比。
　　　　
　　惠勒另一位叫做雅各布．貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）的普林斯頓研究生，則有不同見解。貝肯斯坦堅稱黑洞事件視界的面積不只是像熵，那就是熵。當你測量事件視界的面積，同時也是在測量黑洞的熵。倘若你把熵拋進黑洞，你並不會摧毀熵。黑洞始終有熵，你只是增加熵的量。
　　　　
　　當某件事物落入黑洞，好比一盒分子，它就會增添黑洞的質量，於是事件視界也跟著變大。同時，它還會增添黑洞的熵量。
　　　　
　　這一切把我們帶進一場困局。若某件事物有熵，意思就是它有溫度，不是完全寒冷的。若某件事物有溫度，它就必定散發能量。若某件事物散發能量，你就不能說沒有東西從那裡出來。照理說，是不會有東西從黑洞出來的。
　　
　　霍金認為貝肯斯坦錯了。他很惱怒，覺得貝肯斯坦誤用了他有關事件視界永遠不會增大的發現。一九七二和七三年期間，他和詹姆斯．巴丁（James Bardeen）與卡特兩位物理學家聯手合作，結果似乎真的該認輸了，他們做出足足四個黑洞力學定律，而且「只要我們把『視界面積』一詞拿掉，把『熵』換上，再把『視界表面重力』換上『溫度』」，看來也就和熱力學四項著名定律幾乎如出一轍。不論如何，三位作者依然強調這些都不過是類比，然後他們還在最終版論文重申，他們的四項黑洞力學定律和熱力學四項定律雷同，卻又有所區別。儘管熵和事件視界的面積有眾多相似之處，然而黑洞並不放射出任何東西，因此不可能有熵。貝肯斯坦是沒辦法反駁這個論點的，不過即便他以一個研究生，隻身對抗三位地位穩固的物理學家，他依然不信服。到頭來仍是霍金、巴丁和卡特錯了，最後是由霍金親自說明個中原委。
　　　　
　　一九六二年，霍金開始攻讀劍橋研究所，那時他選擇研究非常大尺度的宇宙學，而不是研究非常小尺度的量子力學。但到了一九七三年，他決定轉換陣地，透過量子力學的眼界來檢視黑洞。這是史上第一次，有人認真嘗試結合二十世紀兩大理論：相對論和量子力學，並成功讓兩者融於一爐，這種融合（你應該記得第二章也曾著墨）就是邁向統世理論的艱難路障。
　　　　
　　一九七三年一月，霍金三十一歲。他的第一本大部頭書籍就在這新的一年發表，新書由他和埃利斯合寫，題獻給夏瑪。霍金形容那本《時空大尺度結構》（The Large Scale Structure of Space Time）是「高度技術性，而且相當難讀」的著作。如今學術書店仍有那本書，若是你抽出那本書，而你也不是學有所成的物理學家，大概就會贊同他這句話。儘管那本書的銷售量永遠比不上《時間簡史》，卻已經成為那個領域的經典論述。
　　
　　當年八月和九月，就在劍橋放長假之時，霍金和潔恩聯袂前往華沙，慶祝哥白尼五百歲冥誕，隨後又轉往莫斯科。由於索恩當時和蘇俄幾位物理學家合作研究已有五年，也深知蘇聯內情，於是他們要求索恩一道前往。霍金希望和雅可夫．澤爾多維奇（Yakov Borisovich Zel'dovich），以及他的研究生亞歷山大．斯塔羅賓斯基（Alexander Starobinsky）討論。這兩位俄羅斯物理學家已經有辦法闡明：從測不準原理可以推知，旋轉黑洞能生成、釋出粒子，而促成這種現象的是黑洞的轉動能量。這種輻射應該是發自事件視界外側接壤位置，而且會減緩黑洞轉速，到最後就不再轉動並停止輻射。霍金認為，澤爾多維奇和斯塔羅賓斯基確實能夠做出重要成果，不過他也覺得他們的計算還不夠好。回到劍橋之後，他決意設計一種更好的數學處理做法。
　　　　
　　霍金期許自己的計算結果能夠驗證俄羅斯物理學家的預測，顯示旋轉黑洞確實發出輻射。結果他的發現還更搶眼：「結果讓我驚訝、煩惱，我發現，就連無旋轉黑洞顯然也應該以穩定速率生成、發出粒子。」起初，他以為自己的計算肯定是哪裡出了錯，於是花了許多時間查核。霍金特別在意的是，別讓貝肯斯坦知道這項發現，免得被他拿來當成佐證，用來支持自己的事件視界和熵的論點。然而霍金思索愈深，愈覺得必須承認，自己的計算絕對不會離譜。關鍵在於發出的粒子頻譜，完全就是你心目中一切熱體都該有的樣式。
　　　　
　　貝肯斯坦對了：你拿黑洞當成大垃圾桶，把具有熵的物質拋進黑洞，並不能讓熵減少，讓宇宙變得更為有序。具有熵的物質進入黑洞，事件視界的面積就會變大：黑洞的熵增多，宇宙（包括黑洞內、

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