霍金临终前回答关于外星人、时间旅行和黑洞等问题

我们来自哪里？外星文明存在吗？宇宙和所有的一切是如何开始的？这背后的意义又是什么？是谁设计了这一切？我们似乎总是被这些问题困扰，而且无论如何也思考不出答案。

那么，对于史蒂芬·霍金这位被誉为爱因斯坦之后人类最伟大的物理学家，他是如何思考这些问题的？霍金在21岁人生最好年华的时候患上了肌肉萎缩症，全身瘫痪，并且只有三根手指可以活动。但即便如此，他仍然凭借惊人的意志在宇宙论特别是黑洞理论方面创造了巨大的成就。

更重要的是，霍金一直致力于将高深的科学理论通俗化，让更多的人理解我们的宇宙。霍金在去世前对关于宇宙的十个终极问题做出了自己的解答，并整理成书，叫做《Brief Answers to the Big Questions》，也就是对于巨大问题的简要回答。这里面整理了霍金对于外星生命、黑洞、时间旅行、预测未来、上帝等终极问题的解答。今天我们就来听听这位人类现代最杰出的物理学家是如何回答这些问题的。

宇宙中存在外星生命吗？

作为一名理论物理学家，霍金对于这个问题也同样感兴趣。霍金认为，外星生命是否存在，首先要确定生命的形式。我们通常认为的生命是基于碳原子。有人推测可能还有一些基于其他化学成分的生命，比如硅，但是在宇宙可观测的范围内，碳似乎是最有利于生命的情况，因为碳的化学性最丰富。

碳原子目前在宇宙中的稳定性表明了宇宙对碳的物理常数进行了微调。如果这些常数不是如此的精妙，碳原子将会很容易坍塌，那么也就不会诞生地球这样的生命了。而宇宙中的其他原子并没有像碳原子一样受到特别的照顾，所以存在的可能性微乎其微。从地球生命来看，有证据显示地球在诞生了10亿年后，出现了最早的生命形式。

再进化到多细胞生物花费了25亿年，再经过10亿年进化成了鱼类，再往后进化似乎更快了。从早期哺乳动物进化到人类只花了大约1亿年，而地球的整个生命周期有大约100亿年。也就是说，地球生命可以在漫长的91亿年的时间里的任何时候发展出宇宙中最简单的生命形式。

而且，地球生命出现得如此早，说明在适当的情况下自发产生生命的机会并不小。在一颗遍布液态海洋的行星上，给予5-10亿年的时间，也存在偶然合成出RNA的合理概率，而RNA就是地球第一种生命的基础。

可以想象，这种情况在其他具备和地球类似环境的行星上也会出现。在我们目前观测到了几千颗超级地球中，有五颗就处于其恒星的宜居带上。按照这个概率可想，整个银河系会有多少行星处于其恒星的宜居带上。所以宇宙中诞生出生命的可能性是极大的，只是问题是它们有多少进化出了像人类一样的智能生物。

又有多少具备发现其他智能生命的能力？而且人类的诞生仍然是一种偶然，因为智慧是否具备长期存在的价值这一点尚不清楚，智慧也不是进化的终极目标。因为如果不是6600万年前小行星的撞击，人类这种智慧生物是无法出现的，恐龙到现在也会存在。

而在撞击之后到人类出现之前的这段时间，只是因为过去的6600万年地球没有再次经历这种重大撞击。但从地球的历史来看，每3000万-6000万年都会经历一次这样的可怕撞击，这种撞击的概率在整个银河系都是存在的。

银河系的其他已经发展出生命的行星，有没有足够长的无碰撞周期来孕育出智慧呢？所以有朝一日我们可能在银河系中发现很多生命形式。但是我们不太可能找到智慧生命。还有一种可能，在银河系以外还有很多形式的智慧生命，但他们彼此之间都不知道对方的存在。即使这些文明的程度比地球高很多，因为星系之间的尺度对于生命存在的周期来说太过于宏大了。我们仅仅是到银河系的中心就需要大约5万年，而到邻近的星系之中需要几百万年，甚至是数十亿年。

而在很多科幻电影中，未来的人类和外星人通过空间弯曲或者额外的维度来克服这个困难，但我认为这些是永远不可能的，无论生命变得多么智慧，因为这是宇宙的物理定律决定的。基于此，宇宙中的智慧生命发现彼此是概率极小的事情。

最后一点就是，在人类变得足够强大之前，不要往宇宙中释放任何我们存在的信号，虽然我们已经在这么做了。而且也不要回答任何收到的可能是疑似外星信号。我们总是倾向于认为外星智慧生命都是美好的、平静的，但我不这样认为。我们不能把人类的观点放在他们身上，这是一种危险的思维方式。想想哥伦布来到美洲大陆之后发生的事情，这一幕极有可能发生在我们身上。

时间旅行可能吗？

在科幻小说中，空间和时间弯曲是司空见惯的桥段，它们用于快速到达遥不可及的宇宙空间来克服宇宙尺度的问题。而且这一行为会影响到时间，很多人由此产生了时间旅行的想法。那么时间旅行是否可能？

我们的地球表面在很久以前被认为是平面的，这意味着两点之间直线最近。但后来我们发现，地球是球形的，表面是弯曲的，那么两点之间最近的就不是直线，而是最接近直线的大圆，这也是航空公司使用的路线。所以地球表面就是所谓的二维空间。

想象一下，从地球北极点到南极点最短的距离就是一条经线的长度大概是2万公里。但如果我们能在北极点到南极点之间打一个洞，那么两者之间的距离就相当于地球的直径为12000公里。这就缩短了近8000公里的距离。这就好比我们的宇宙以前认为也是平面的，但后来被广义相对论证实是弯曲的。

我们居住的三维空间就是我们看不到的另一个维度的球体表面。只是这个球体表面是如此的巨大，以至于空间在各个方向上几乎都是平坦的。爱因斯坦在1905年就意识到了空间和时间的关系，并最终验证出来。所以我们可以将时间和空间视为一个四维的实体。

时空中的每一个点都有四个数字标记，明确了它们在时空中的位置。我们要做时间旅行，就需要一艘飞得比光速还快的飞船。但是根据相对论，这艘飞船的速度越接近光速，所需要的功率就越大，直到它达到并超过光速。那么它需要耗费掉无限的能量，这比整个宇宙的能量还要多，这显然是不可能的。

但是1948年，库尔特·哥德尔找到了广义相对论的一个解，证明了广义相对论允许时间旅行。这点让爱因斯坦感到不安，虽然他认为时间旅行是不可能的，但是这个解也存在很多问题。比如哥德尔的解无法代表我们现在的宇宙，此解中的宇宙常数的量具有相当大的数值，而一般而言，我们认为很小，因为我们的宇宙在不断膨胀。哥德尔的解只适用于一个经典的宇宙模型。

那么我们是否可以把时空的两点折叠来创造一个可以通过飞船的虫洞来实现时间旅行呢？就好比图示，A点代表现在，B点代表100万年后，红线表示AB两点通过正常时间的路径。而绿线则是通过冲动的路径，这样就可以用较短的时间到达未来的某一刻，就是所谓的时间旅行。

但是当这个理论用于回到过去时，就会出现悖论，比如你杀死了你的祖母，你是否还存在？所以很多人提出了多重历史的理论来解释这个悖论，也就是你每一次回到过去的历史和你出发的历史是完全不同的一条线。

但霍金认为不存在多重历史，因为如果有的话，他应该在宇宙微波背景辐射中留下可探测的迹象。可是至今我们也没有发现这些迹象。这只能说明不存在多重历史，或者即使真的存在，多重历史的数量也非常有限，而不是我们想象的是无限的。而这样的话又会产生悖论问题，所以时间旅行在未来的某一刻发生的可能性不大。

同时，当时空被弯曲到几乎足以允许回到过去时，虚粒子的密度和能量会变得非常大，大到难以维持这个虫洞。这意味着宇宙中存在一种时间保护机制，不允许我们回到过去。如果我们能统一广义相对论和量子理论，那么时空应该有11个维度，而不是我们所经历的四个维度。

这11个维度中的七个被蜷缩到了一个小到我们察觉不到的空间中，而剩下的四个方向相当平坦，也就是我们称之为时空的东西。也许我们可以在这四个平坦的方向上混合七个极度弯曲和翘曲的方向来实现时间旅行。但如果广义相对论被证明是正确的，能量密度是正的，那么时间旅行就是不可能的。反之，如果相对论不是绝对正确的，那么时间旅行就是一种出现在我们这个错误时代的正确想法。

黑洞里面是什么？

霍金认为宇宙中的某些事实也许比任何科幻小说家的疯狂想法还要奇特，比如黑洞。其是目前已知宇宙中发现的最奇特的天体。黑洞早在被证实很久以前就被人提出了。这个人就是约翰·米歇尔，他在1783年，也就是爱因斯坦出生的前96年就提出，如果有人向天上发射一颗子弹，那么这颗子弹最终会由于重力而减速并回落到地球。但是当这颗子弹的速度大于11公里每秒时，地球的引力将无法将子弹拉回，这就是地球的逃逸速度。

宇宙中各个天体由于质量不同，逃逸速度都不同，而光却可以轻易逃离任何天体，因为它的速度是如此之快。那么，如果宇宙中有一种天体的质量足够大，密度足够小，那么它表面的逃逸速度会比光速还大，也就是连光都无法从这个天体逃逸，所以这个天体我们是看不到的。米歇尔称之为暗星。

这个天体具备一些我们完全想不到的物理特性，但是它的这一理论在当时太过超前，没有人去深入研究。直到100多年后，德国科学家卡尔·史瓦西在一战停战的战壕中，利用爱因斯坦的方程找到了大质量恒星的精确解，重新发现了米歇尔提到的天体。

宇宙中的天体质量达到一定程度后，就会形成这样的“魔球”，任何东西经过它都会被它吸入，包括光线。史瓦西计算的这个魔球的半径，如果把太阳压缩到三公里大小的一个球体，或者把地球压缩到半径约一厘米的玻璃弹珠的大小，那么太阳和地球就会变成这样的魔球。这个半径就叫做史瓦西半径。到了1967年，约翰·惠勒把这个天体叫做黑洞，这个词是如此的新颖以至于很快就流行开了。

而霍金对黑洞是充满兴趣的，他投入了大量的精力来研究黑洞。在黑洞周围有一个被称为事件视界的边界，可以看作是一种时空界限。在这个地方引力刚好强到足以将光线拽回来，防止它逃逸。

这就有点像你乘坐独木舟穿越一个河流，在你前方正好是一个大瀑布。如果你离瀑布较远，那么你只要快速向反方向划桨离开就可以逃脱。但如果你离瀑布较近，一旦你进入到瀑布的水流范围，你就无法逃脱。如果你驾驶一艘飞船，一旦进入到黑洞的事间视界，你就会变成一根意大利面，被逐渐拉长，拉近黑洞，而且拉伸的速度之快以至于你可以在一瞬间看到你的后脑勺。

只是在事件视界外面的人是看不到你跌进去的场景，因为外部的观察者只会看到你的飞船越来越慢，围绕黑洞旋转直到逐渐消失。当所有人都认为黑洞只会吸收物质而从来不释放时，霍金却在1974年发现黑洞似乎也在以恒定的速度向外发射粒子，这就是霍金著名的黑洞蒸发理论，也是他关于黑洞最大的贡献。

而量子力学的研究也说明了整个宇宙空间充满了成对的虚粒子和反粒子。当虚粒子其中的一个被黑洞吸收时，另一个就会逃逸到无限远。这就是黑洞表现了向外喷发了辐射。很多人想知道穿越黑洞会到达哪里。

根据现有的观测，黑洞中心是一个奇点，它是引力和质量坍塌的极限形成的。这个奇点是所有物理理论崩溃的地方，而且它和宇宙形成初始的奇点是否具备同一性质，我不知道。如果想知道这个问题，我们需要找到一个小型黑洞。那么在瑞士建造了大型强子对撞机，让两个粒子加速到接近光速，然后对撞就有可能制造出一个极其微小的黑洞。那么这个黑洞将为我们研究真正的黑洞提供很多帮助，也许会是人类有史以来最重大的发现。

那么，黑洞存在的意义是什么？假设我们的宇宙时空是完全平坦的，这就像是你来到了一片一望无际，没有任何特色的沙漠，你往任何方向望过去都是一样的，你感到绝望。但是这个时候，突然你的前方出现了一座绿洲，一滩湖泊，甚至是一只骆驼。

那么这个沙漠就会显得不同，方向感和不对称性就有了。时空也是如此，你往其中放入任何一个东西，都会产生引力。黑洞就像是宇宙中的绿洲，给我们指引方向。但我相信黑洞是我们理解宇宙的重要一环。我期待未来的人类可以借由黑洞来理解我们的宇宙和所有的一切。霍金最后说道。