那么当天体足够致密，也就是其表面的引力足够强大时，任何物体都无
法挣脱这个天体的引力场，包括光粒子。所以这样的天体只能吞噬东
西，绝不能释放物质，也不能发射光，因此它是看不见的。拉普拉斯说
的“宇宙中的最大星体可能是看不见的”就是这个意思。他心目中的这种
不可见的恒星就是20世纪中期被惠勒命名为黑洞的天体。其实剑桥的米
歇尔早于拉普拉斯几年就首次提出了黑洞的思想。
万物具有最大速度这一思想显然和伽利略相对性原理相冲突。因为
我们可以很容易选取另一个惯性系，在新的坐标系中看，这个上限就被
突破了。
1865年麦克斯韦根据以他名字命名的方程组预言了电磁波的存在，
并推导出其在真空中传播的速度是光速，由此断言光是电磁波的一种形
式。1888年赫兹用实验证实了电磁波的存在，那已是麦克斯韦死后九
年。
爱因斯坦认为，如果麦克斯韦理论在所有惯性系中都成立，这也是
相对性原理所要求的，那么就只好放弃一些旧观念，如同时的绝对性
等。他把时间和空间合并成四维的时空，而不同惯性系的时空坐标之间
必须进行洛伦兹变换。这就是他在1905年发现的狭义相对论的精义。狭
义相对论还认为，真空中的光速正是万物最大的速度。
要把引力和狭义相对论相合并绝非轻而易举。因为引力和其他的相
互作用非常不同。传说中1590年伽利略在比萨斜塔做的自由落体实验表
明，物体的惯性质量和引力质量相等。这个思想被爱因斯坦精炼为，在
升降机中的乘客无法区分引力和惯性力，这就是所谓的等效原理。他进
一步提出，引力应由弯曲时空的度规来体现，物理定律在任意坐标系中
都采取同样的形式，而时空度规应满足他于1915年发现的以他名字命名
的场方程。这标志着广义相对论的诞生。物质的能量动量张量是引力场
的源，而物质又在场中运动。用惠勒的话说：物质告诉时空如何弯曲，
时空告诉物质如何运动。
广义相对论是相对性原理、光以及引力三者和谐共存的理论。只有
在这个理论中才能建立黑洞的自洽模型。
史瓦兹席尔德早在1915年，在广义相对论诞生一个月后不久就找到
了爱因斯坦场方程的第一个非平坦时空的准确解，正是这个解描写了真
空中的无旋转的黑洞的度规。这篇论文是爱因斯坦推荐发表的，但发表
时作者已病故。爱因斯坦在此前进行有关水星近日点进动的计算，以及
对光线在掠过太阳表面时偏折的预言，用的其实就是这个解的近似表
述。有趣的是，如果把黑洞的所谓视界当成它的表面，那么由广义相对
论推出的黑洞大小恰和从牛顿引力推出的大小一样。尽管如此，爱因斯
坦却认为物质不可能紧致到能形成黑洞，他在1939年断言黑洞不存在。
黑洞的第二个重要的解则迟至1963年才被克尔发现，那是描写在真空中
旋转的黑洞度规。
1928年钱德拉塞卡提出，在恒星内部的核燃料耗尽时，由于阻挡不
住自身的引力而向其中心坍缩，形成致密恒星。如果它的质量小于1.4
倍太阳质量即钱德拉塞卡极限时，则可能是白矮星，超过这个极限则不
是。现在我们知道，当该质量比这高但又比3.2倍太阳质量即奥本海默
——沃尔可夫极限低时，则可能是中子星，甚至夸克星。当这个质量超
过这第二个极限时就产生黑洞。
1939年奥本海默描绘出致密恒星向黑洞演化的场景，在星体表面趋
近于要形成的黑洞视界尺度时，恒星发出的光谱极端红化，星体变得极
度黯淡，直至光线完全消失。同样，一个落向黑洞的航天员在远处的同
伴眼里也是如此，似乎他永远在视界附近徘徊。而航天员本人在刚进入
巨大黑洞时不会感到任何异样，并未意识到他已跨过一扇永远不可返回
的地狱之门——黑洞的视界。没有任何东西包括光线可以从黑洞里和视
界上逃逸出来。而且，如果航天员穿过一个较小黑洞的视界，那么巨大
的引力潮汐作用就会把他撕碎！
从1967年至1971年，引力物理学家们达到共识，在恒星引力坍缩成
黑洞的过程中，星体的大量无规性会被产生的引力波带走。坍缩演化的
终态是只用三个参数表征的一个黑洞，这三个参数是质量、角动量和电
荷。这就是所谓的“黑洞无毛定理”。有关坍缩前的恒星的大量信息全部
丢失了。无毛定理使得黑洞研究变得极度纯粹，并直击自然的核心奥
妙，所以可以说，黑洞和宇宙一样是科学研究的最美对象。
在经典引力物理中，霍金的最主要贡献除了1970年前证明的广义相
对论的奇性定理外（和彭罗斯合作），便是1970年发现的黑洞视界面积
不减定理：黑洞的视界面积永远不可能减小，当多于一个黑洞合并时，
其总的视界面积也如此。
这个定理有一个重要的推论，由黑洞碰撞产生的引力辐射能量必须
有个上限，这正是2015年首次发现的引力波的场景。
因为视界面积不减的定理和热力学第二定律可以相类比，所以1972
年柏肯斯坦将黑洞视界面积猜测为黑洞的熵的度量，它代表黑洞坍缩时
描写其微观状态的所有信息的丢失。但是在经典物理的框架里，黑洞不
能发射任何东西，所以温度应该为零。因此黑洞具有以视界面积为度量
的熵就和热力学第三定律相冲突。这个左右为难只有在考虑量子效应后
才得以解决！经典引力和热力学的共动就这样将量子论扯进来。这使人
想起在科学史上，正是对黑体辐射的热力学研究，才使普朗克开启了量
子世界的大门！
1974年霍金在研究物质受黑洞散射的问题时在理论上发现了后来称
为霍金辐射的现象。他发现在一个恒星坍缩形成黑洞的时空背景里，原
先真空的量子场，在形成黑洞后演化成从视界附近发射出的粒子流，这
些粒子流具有黑体的热谱，其温度由视界的表面引力来度量。在史瓦兹
席尔德黑洞的情形，该温度和黑洞质量成反比。因此随着黑洞辐射，黑
洞质量降低，温度升高，辐射加剧，如此反复正反馈，使黑洞以最后的
爆发而告终。其他黑洞的情形也大体一样。
从黑洞辐射场景可以推出，黑洞的熵果然是以视界面积来度量。准
确地说，在所谓的普朗克单位下，熵等于视界面积的四分之一。
霍金辐射的理论发现是引力物理自爱因斯坦后的最伟大成就。在这
个场景中，引力论、量子论和热力学得到了优美的统一。
但是，具有一个太阳质量的黑洞的辐射温度只有百万分之一开的数
量级，它被淹没在2.7开的宇宙背景微波辐射之中，根本无法被检测
到。因此，为了观测到霍金辐射，人们寻找宇宙早期由于密度起伏引起
的微小黑洞，但迄今还未找到这类黑洞。
严格地讲，真正太初黑洞必须和宇宙同步创生。在量子宇宙学的框
架中，人们发现在闭合的宇宙中，黑洞创生的相对概率是系统熵的指数
函数，而在开放的宇宙背景中，它是系统负熵的指数函数。
1999年帕里克和威尔切克利用隧穿的观点来研究霍金辐射，辐射粒
子的半经典发射率被表达成黑洞熵改变的指数函数。这个研究还具有的
独立意义是，它计算出在势垒因粒子隧穿过程本身而改变的情形下的该
粒子穿透率。
在霍金辐射的场景中，如果黑洞在蒸发后完全消失，那么引力坍缩
前的纯态就转变成霍金辐射的混合态，因此坍缩前的物质的信息丢失
了，即量子论的可预见性丧失了。这就是折磨了物理学界四十年的黑洞
信息佯谬。
柏肯斯坦猜测黑洞的熵被均分在视界上。受此启发，特胡夫特猜测
黑洞内部时空区域的自由度总数与其视界的面积成比例。循着这个思
路，20世纪90年代初人们发展出全息原理。1997年马尔达西那提出的规
范场和引力的对偶性是全息原理的最成功实现。这种对应在一定程度上
解决了黑洞信息佯谬。在五维的反德西特时空中的黑洞对应于它无限边
界上的四维平坦时空中的规范场。而后者进行酉演化，所以黑洞的演化
也应如此，因此信息不应丢失。
那么在黑洞的场景，落入粒子的信息如何在霍金辐射中重现呢？
诺特定理说，任何对称性都拥有与之对应的守恒的荷。1962年，人
们发现在渐进平坦时空的类光无限存在超平移对称，这种对称隐含着无
数由偏振标识的与之相关的荷的守恒律。所谓软引力子正是携带这种
荷，不具有能量，但具有不同角动量的粒子。对应于电磁场也存在类似
的软光子。
2015年霍金意识到在静止黑洞的视界也存在这样的超平移对称。与
此相关的守恒的荷称为引力的软毛，这是和黑洞的质量、角动量和电荷
的硬毛相对照的。全息版处于视界未来边缘上。落入的粒子在视界上植
上这种软毛，相当于引起视界的超平移，它刺激全息版上的像素，即在
那里创生软引力子。同理，电流在穿越视界时也在那里创生软光子。这
么丰茂的软毛只有在量子的框架中才能被看到，而在经典的框架中只能
显现前面提到的三根硬毛。
霍金、佩里和斯特罗明格断言，如果落进黑洞的粒子的空间局域尺
度小于普朗克长度，则无法激发视界上的像素，软粒子自由度的数目和
以普朗克单位量度的黑洞视界面积成比例。但超平移的像素还太稀疏，
不足以完全记录穿越视界物质的信息，即不足以完全体现柏肯斯坦——
霍金熵。于是他们猜测，如果穷尽黑洞视界拥有的所有对称及其相关联
的荷，尤其是超旋转，则柏肯斯坦——霍金熵必然会被充分体现出来。
自然从来不会让我们失望，除非还有更神妙的场景在前面等待。
在量子引力中，由于软粒子的存在，真空不像过去以为的那样，不
是唯一的，而是无限简并的。在黑洞形成和蒸发过程中，与超平移等对
称相关的荷必须守恒，最终的真空态和热的霍金辐射相互关联，以保持
纯态。因此，落入黑洞粒子的信息被恢复，可惜其形式是混沌的，所以
信息并没丢失，但我们无法读出它的含义。
目前，霍金、佩里和斯特罗明格正在沿着这个思路继续进展，黑洞
信息佯谬可望即将得到彻底的解决。
科学界认为黑洞辐射是霍金最伟大的贡献，但他最自豪的却是量子
宇宙学的无边界设想。如果将他的成就凝缩成两句话，那应该是：
黑洞辐射贯通引力量子信息，
无边界律呈现宇宙无中生有。
2016年夏，杭州望湖楼
史蒂芬·霍金年表
1942年
1月8日出生于牛津，父亲是弗朗克，母亲是伊莎贝尔。父亲曾在牛津学
习医学，母亲曾在牛津学习哲学、政治学和经济学。为了躲避二战的轰
炸，伊罗贝尔离开他们在伦敦海格特的住处，去牛津生下史蒂芬。因为
英国和德国在二战有个协定。不轰炸牛津、剑桥、哥廷根和海德堡。
1959年
进入牛津大学的大学学院学习物理学。
1962年
10月被剑桥大学三一堂学院录取，攻读博士学位，师从邓尼斯·西阿
玛。
1963年
被诊断患肌肉萎缩性侧索硬化症（ALS）。
1965年
被选为龚维尔和基斯学院硏党员。7月和简·王尔德结婚，
1966年
3月获得博士学位，博士论文的题目是《膨胀宇宙的性质》。他的论
文“奇性和时空几何”
获亚当斯奖。
1968年
和彭罗斯合作的论文“引力坍缩和宇宙学”获引力研究基金会奖第二名。
1970年
和彭罗斯发表论文“引力探索的奇性和宇宙学”，论证如果宇宙服从广义
相对论并满足某些合理的物理条件，必然起始于一个奇点。证明黑洞视
界面积不减，即黑洞力学第二定律。1970年代初和卡特、伊斯雷尔、罗
宾孙的研究结果强有力地支持惠勒的黑洞无毛定理。
1971年
论文“黑洞”获引力研究基金会奖第一名、发表论文“碰撞黑洞引起的引
力辐射”。
1972年
发表论文“广义相对论中的黑洞”。
1973年
和乔治·艾利斯合著的《时空的大尺度结构》出版，和巴丁与卡特提出
黑洞力学四个定律。转向研究量子引力。
1974年
发表论文“黑洞爆炸么？”，宣布发现霍金辐射，引力论、量子论和热力
学在该场景中得到统一，被选为英国皇家学会会员。
1975年
获爱丁顿奖章和庇护十一世金奖，后者是狄拉克推荐的。
1976年
获海因曼奖、麦克斯韦奖和休斯奖。
1977年
被任命为剑桥大学引力物理教授。和吉朋斯开创引力热力学的研究，所
发现的宇宙视界的热性隐含着宇宙结构的起源。
1978年
获爱因斯坦奖。
1979年
被选为剑桥大学卢卡斯数学教授。
1981年
提出黑洞里的信息被无可挽回地丢失。在梵蒂冈会议上提出“宇宙的边
界条件是它没有边界”的无边界设想，在原则上解决了第一推动问题。
获富兰克林奖章。
1982年
和吉朋所在剑桥组织召开“极早期宇宙”研讨会，发表论文“单泡暴涨宇
宙中的无规性的发展”，这是最早研究字宙结构起源的论文，获英国女
王颁布的CBE勋章。
1983年
和哈特尔发表论文“宇宙的波函数”。
1985年
首次访问中国，并在中国科技大学和北京师范大学做讲演。在瑞士做切
除气管手术，从此依赖电脑和语音合成器进行交流。获皇家天文学会金
奖。
1887年
获狄拉克奖章。
1988年
4月《时间简史》出版。和彭罗斯共获沃尔夫奖。
1989年
获阿斯图里亚斯王子奖，获英国CH勋章。
1993年
和吉朋斯合编的《欧氏量子引力》出版。《霍金讲演录》出版。
1994年
和彭罗斯在剑桥牛顿研究所作六次讲演，讲稿被编成《时空本性》一
书，于1996年出版。
1995年
和简·王尔德离婚。和伊莱恩·梅森结婚。
1998年
获安德鲁·格曼特奖。
1999年
获内勒奖、阿尔伯特奖章和利林菲尔德奖。
2001年
《果壳中的宇宙》出版。
2002年
被BBC民调选为100名英国有史以来最伟大人物的第25名。邱吉尔第1
名。达尔文第4名。莎士比亚第5名。牛顿第6名，图灵第21名。法拉第
第22名，伊丽莎白二世女王第24名，麦克斯韦第91名。
2005年
发表论文“黑洞中的信息丢失”。
2006年
较科普利奖章。和伊莱恩·梅森离婚。决定把全部科学著作的简体中文
版交湖南科学技术出版社出版。
2007年
和女儿露西合作的童书《乔治的宇宙：秘密钥匙》出版，随后几年又出
版了四本系列续集。进行零引力飞行。
2008年
获丰塞卡奖。
2009年
从剑桥卢卡斯数学教席退休。获总统自由奖章。
2010年
和蒙洛迪诺合著的《大设计》出版。
2013年
获俄国特别基本物理学奖。自传《我的简史》出版，
2015年
7月20日帮助发起寻找外星人的突破性规划，井试图得到“我们是否孤
独”的答案，获BBVA
基础前沿知识奖。
2016年
和佩里与斯特罗明格发表论文“黑洞的软毛”，试图彻底解决信息丢失问
题。
史蒂芬·霍金睿语
尽我一生，我一直着迷于我们面临的大问题，并且努力为之寻找科学的
答案。如果你像我那样，凝视星空，并试图理解你之所见，你也会开始
惊讶，何物使宇宙存在。
我所做的仅是证明，宇宙起始的方式可以取决于科学定律。在那种情形
下，没有必要哀求上帝去决定宇宙如何起始。这并非证明没有上帝，只
是说上帝是不必要的。
我们在理解科学之前，很自然相信上帝创造了宇宙。不过现在科学提供
了更令人信服的解释。我说“我们就会通晓上帝的精神”是指，如果存在
上帝的话，我们就通晓上帝通晓的一切，不过上帝不存在。我是一名无
神论者。
除非相信在宇宙的背后存在某种超级的力量，否则你无法领会宇宙的辉
煌。
科学预言从无中自发创生出许多五彩缤纷的宇宙。我们在哪个宇宙中纯
属运气。
我相信上帝不存在是最简单的解释。没有东西创生了宇宙，也没有任何
东西掌握我们的命运。这导致我深切地意识到，也许不存在天堂，也没
有来世。我们拥有此生以鉴赏宇宙的大设计，对此我极度感恩。
我坚信这种可能性。尽管我们如此渺小，如此微不足道，我们仍能完全
理解宇宙。当你仰望浩渺的太空，深感自卑，你是对的。我们确实极为
渺小，但是我们能够完成宏伟的事业。
在宗教和科学之间存在基本的差别，前者基于权威，后者基于观察和理
性。科学有效，所以必定胜出。
在科学对现象或不同观测的联系给出简单解释时，它是美的。
生物学的双螺旋以及物理学的基本方程便是其中的例子。
我认为21世纪将是复杂性的世纪。我们已经发现了制约物质的基本定
律，并且理解了所有正常的情况。我们不知道如何将这些定律相互协
调，也不知在极端条件下会发生什么。不过我预料本世纪某时我们将会
发现一个完备的统一理论。利用那些基本定律，我们能够建立的复杂性
是没有限度的。
我们需要寻求我们行动的最大价值。
我把大脑当成计算机，计算机的元件坏了就停止运行。对于一台毁坏的
计算机而言，没有天堂和来生，那是惧怕黑暗的人的童话。
现在我们一切人都由互联网相连接，犹如巨大头脑中的神经元。
有些人会说，诸如爱、喜悦与美属于和科学不同的范畴，不能以科学的
观点来描述，不过我认为现在用进化论可以解释它们。
在一个政治、社会和环境混乱的世界，人类何以再维持一百年?我没有
答案。我提这个问题的缘由，是要让人们深思，并且意识到我们现在面
临的危险。
挑衅性，这一人类最大的恶癖，将毁灭文明。
政府只有在大众监督之下才能良好运行。缺乏监督必定滥权。
几百万年来，人类动物般地生活。后来发生了焕发我们想象力的事件。
我们学会说话，学会聆听。语言实现了思想交流，使人类协作去实现本
不可能的事业。人类最伟大的成就来自于交最糟糕的失败起源于封闭。
没有必要封闭。我们最伟大的希望在将来会变成现实。借助于触手可及
的技术，其可能性是无限的。我们要做的一切就是保持交流。
我们面临着若干威胁：核子战争、全球温化和遗传工程化病毒。尽管某
年在地球上发生灾难的概率也许甚低，鉴于在时间长河上的积累，此后
千年或万年就几乎肯定逃脱不了。到那时我们应已扩散到太空中，并到
其他星球上，因此这并不意味着人类的末日。然而至少此后百年间我们
还不能在太空建成自持的殖民地。因此，在此期间我们必须非常小心。
如果外星人到访我们，其后果就很像哥伦布登陆美洲，对于原住民就是
厄运。
我们处于因自身的贪婪和愚蠢将自己毁灭的危险。处于微小的日益污染
并拥挤的行星上，我们不能只顾自身。
我们面临的大多数威胁来自于我们在科技上取得的进步。我们不会停止
进步，甚至倒退回去，因此我们必须认清这危险并控制之。我是一名乐
观主义者，并且相信我们能做到。
我们的人口和对地球行星的有限资源使用，伴随着向好的或坏的方向改
变我们环境的技术能力，都正在指数式地增长。科学和技术正出乎意料
地改变着我们的世界，保证这些改变朝向正确就非常重要。
在一个民主社会中，这意味着人人都得对科学有基本理解，以便对未来
做出知情决定。
媒体需要科学的超级英雄，正如生活中的任何领域。
我仅是一个永不长大的儿童，仍然不停地追问“如何”与“为何”。
当我21岁时，我的期望值降低到零。此后的任何东西都是额外惊喜。
我已经在面临早夭的前景下存活了49年。我不怕死，不过我也不急于去
死。我有这么多忙着要做的事情。
对于我的残疾生气仅是浪费时间。人们总得继续生活，而我做得不差。
如果你总是生气或抱怨，无人有时间陪你。
保持活跃的头脑和幽默感对我的存活至关重要。
努力理解你所观察到的，并琢磨是什么引起宇宙存在。保持好奇心，无
论生命多么艰难，你总是有所作为，并获得成功。重要的仅是永不放
弃。
我想做的事太多。我痛恨浪掷光阴。
无论生活多么糟糕，你总是有所作为，并获得成功。生命不息，希望永
存。
我对别的残疾人的忠告是，专注于你的残疾不应妨碍你完成的事业，而
不徒然为受其阻碍而无法进行的事业悲伤。干万不要因身体伤残而精神
也伤残。
如果我必须选取一位超级英雄，我会挑选超人。他拥有我所没有的一
切。
如果你被难倒时，暴怒无济于事。我的做法是不停地思考该问题，不过
同时研究别的东西。有时我等待好多年才见曙光。在信息丢失和黒洞的
情形，我花了29年。
夸耀自己的智商者皆为失败者。
智慧是随机应变的能力。
人各不同，但共享相同的人类精神。也许那正是我们适应并存活的人类
本性。
我在英国接受了最佳的医疗照顾，我觉得澄清这一点很重要。我相信普
遍保健的价值。我不怕这么说。
她们完全是神秘。（关于女人）
首先，要志向远大，而非目光短浅。第二，永不言弃。工作赋予你意义
和目标。没有它生命变成空虚。第三，如果你非常幸运地找到爱，守住
它，千万不要将它抛弃。（给小孩的忠告）
如果下次有人抱怨你犯了错误，就告诉他那也许是件好事。因为如果没
有缺点，你我都不会存在。（论缺点）
我不想将它和性相比，但它持续得更久。（论科学发现的惊喜时刻）
