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一、听三位诺贝尔奖得主讲引力波
出品：科普中国
制作：中国科学技术大学 袁岚峰
监制：中国科学院计算机网络信息中心
导读：400年前，伽利略开始用望远镜仰望星空。两年前，我们第一次直接观测到了引力波。人类认识世界的进程，令人心潮澎湃。科学的火种，在宗教、战争的威逼面前或许显得弱小，但人类一旦开始科学的征途，就绝对不会停息。最终，科学会证明自身才是最强大的力量。
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2015年9月14日，人类首次直接探测到了引力波这个爱因斯坦在一百年前预言的奇妙现象，并在2016年初公布后引爆了公众舆论。2017年的诺贝尔物理学奖，授予了对此做出决定性贡献的三位科学家雷纳·韦斯（Rainer Weiss）、巴里•巴里什（Barry Clark Barish）和基普·索恩（Kip Stephen Thorne）。
2017年12月18日，中国科学技术大学上海研究院的科普论坛“墨子沙龙”举行了引力波大会，邀请这三位诺贝尔奖得主演讲，并现场回答提问。科大常务副校长潘建伟院士担任主持人，台下的观众充满热情，提问络绎不绝，网络直播也有几十万人观看。
墨子沙龙引力波大会
三人的报告题目都是《向科学家、工程师以及他们的学生介绍LIGO和引力波》（LIGO and Gravitation Waves for Scientists, Engineers and their Students），LIGO就是他们的探测器（激光干涉引力波天文台，Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）。雷纳·韦斯、巴里•巴里什和基普·索恩依次介绍这个题目的第一、二、三部分。我躬逢其盛，在这里向大家介绍一下引力波的基本概念，以及这次大会的有趣见闻。
向科学家、工程师以及他们的学生介绍LIGO和引力波，第一部分
最基本的问题是：“引力”为什么会有个“波”？
两个黑洞合并，放出引力波，形成类似太极的图案
对此基本的回答是：因为时空有了结构。
展开来解释一下。我们平时观察到的物质的运动，都是发生在时空之中的。不妨理解为，物质是演员，时空是这些演员表演的舞台。普通的波，例如水波、声波、电磁波，都是演员在运动，舞台不动。而引力波，是舞台本身的运动。所以在许多报道中，把引力波称为“时空的涟漪”。
舞台能有波动，是因为它在不同的地方可以有所不同，也就是“有结构”。这是广义相对论特有的性质，牛顿力学和狭义相对论都没有。
牛顿：又有人要把我批判一番，搞个大新闻？
如果你对引力波、相对论的细节不感兴趣，或者无法看懂，那么你只需要记住“引力波是舞台本身的运动”就够了，这一点认识就足以使你超越大多数的吃瓜群众。如果你想了解更多，那么我们继续往下谈。
在牛顿力学中，时空是一个平淡无奇的舞台，因为时间就是均匀的流逝，空间就是均匀的绵延。无论物质有多少、怎么运动，对这个舞台都没有影响，所以不可能有波动。现在我们把牛顿的时空观称为绝对时空观。
爱因斯坦的相对论之所以叫相对论，就是因为他打破了牛顿的绝对时空观，从此时空变成相对的东西了。
牛顿力学有什么地方不对呢？不对的是“速度的叠加”。比如说，你在一列速度为50米每秒的火车里前进，你相对于火车的速度是5米每秒，那么你相对于地面的速度就是55米每秒。这很符合日常的经验，但应用到光速时，问题就来了。
地球既然在宇宙中运动，根据牛顿力学，光在地球不同方向（例如经线和纬线方向）的速度就应该不同。1887年，真的有人做了这样的实验，这是一个非常著名的实验，叫做迈克尔孙-莫雷实验（Michelson–Morley experiment）。这个实验设计得非常精密，如果光在地球不同方向的速度有差值，就会由于两路光走过的路程不同（即有“光程差”），产生干涉条纹。但实验结果却让所有人大吃一惊：看不到干涉条纹。也就是说，测不出任何差值！
迈克尔孙-莫雷实验，本来以为会观测到干涉条纹，结果却是没有干涉条纹
许多科学家对此提出了种种解释，但都是小修小补，只在这里打块补丁，顾不上其他地方，结果是左支右绌，把整个物理学体系搞得矛盾百出。1905年，爱因斯坦迈出了革命性的一步。他提议，“光速在所有的参照系中都不变”应该作为一条基本原理，而不是一个要从其他原理推出的结论。
爱因斯坦：大家好，我来了
一旦迈出这一步，后面的推理就顺理成章了。根据光速不变原理，再加上一条“相对性原理”（在所有的惯性参照系即做匀速直线运动的参照系中，物理规律都具有相同的形式），爱因斯坦就推出了整个狭义相对论。
根据狭义相对论，可以得到许多惊人的结果，例如钟慢效应（在运动的参照系中时间流逝得比静止的参照系中慢）、尺缩效应（在运动的参照系中距离比静止的参照系中短）。
而所有结果中最惊人的，是质能关系E = mc2（这里c是光速，约等于30万公里每秒），一个体系包含的能量等于它的质量乘以光速的平方。能量和质量在某种意义上是一回事，只差一个常数因子。
根据质能关系，只要知道任何一个过程（例如核反应）前后的质量差，就可以预测这个过程放出的能量，都不需要知道过程的细节。这正是核武器的基本原理。所以对于怀疑狭义相对论的人（尤其是热衷于推翻相对论的民科），我们可以提出一个非常硬的证明，就是核武器！
广岛和长崎的原子弹爆炸
狭义相对论使我们对时空的理解，也发生了深刻的变化。在牛顿力学中，时间就是时间，空间就是空间，两者不会混合到一起。而在狭义相对论中，时间和空间必不可免地会混合到一起。
对此最方便的理解，是回顾一下高中学的解析几何。在解析几何中，如果你把坐标系旋转一下，就可以把新的坐标轴方向x′、y′变成旧的坐标轴方向x、y的组合。但无论你采用什么坐标系，解题时都会得到相同的结果。所以任何一个单独的坐标轴方向都不重要，真正重要的只是它们的组合。
坐标系的旋转，把新的坐标轴方向x′、y′变成旧的坐标轴方向x、y的组合
同样的，在狭义相对论中，换一个参照系就可以把时间部分地变成空间，把空间部分地变成时间，所以时间和空间各自都不重要，真正重要的是它们的整体，即“时空”。原来的一维时间、三维空间，整合成了四维的时空。钟慢效应、尺缩效应、质能关系等等，原因都在于这个新的时空观。
狭义相对论表明了，所有的惯性参照系都是等价的，物理规律在所有的惯性参照系中都具有相同的形式。下一个问题自然就是，非惯性的参照系怎么办？我们能不能构造一种理论，使得物理规律在所有的参照系中都具有相同的形式，无论它们是不是惯性参照系？
非惯性的参照系，就是存在加速度的参照系。爱因斯坦注意到，一个质量为m的物体受到的万有引力正比于m，而由此产生的加速度等于引力除以质量，把m又除掉了，所以跟m无关。因此，一个非惯性参照系跟一个引力场，在物理上是等价的。
举个例子，如果你置身于一艘远离任何星球的宇宙飞船之中，它的加速度等于地球上的重力加速度，那么你看到的现象将跟在地面上完全一样。你会感到向下的重力，所有的物体会自发地往下掉。如果不向外看，你无法判断你是在地球上，还是在这样一艘飞船里。
引力场和非惯性参照系的等价性，叫做“等效原理”。爱因斯坦从这个原理出发，把狭义相对论推广成了广义相对论。
爱因斯坦：大家好，我又来了
狭义相对论的数学比较简单，基本的微积分就够了，甚至不用微积分、只用高中数学都能得到大半。而广义相对论的数学就非常复杂，要用到“微分几何”，连大学物理系里非理论物理专业的学生都大多不会，爱因斯坦本人也是在推导的过程中找数学家朋友现学的。
但最重要的是，这样一套复杂的理论居然推导出来了，而且经过许多实验的验证，证实它非常精确。凡是广义相对论跟牛顿力学预测不同的地方，全都是广义相对论正确，牛顿力学错误。
这样的例子包括，水星近日点进动、光在经过太阳时的偏折、不同高度钟表的走时差别等等。最后这个效应对于GPS、北斗等卫星导航系统非常重要，如果不考虑原子钟在地面和在卫星上的时间差，定位就会差之毫厘谬以千里。
在广义相对论中，我们对引力的描述方式变得比牛顿的平方反比律复杂多了，成了绕一个很大的弯子：质量引起时空的弯曲，物体在弯曲的时空中运动，看起来就像是受到引力的作用一样。
这话是什么意思？
我们看一张平坦的纸，它的曲率是零。在这张纸上面，三角形的内角和等于180度，圆的周长等于2π乘以半径，如此等等，欧几里得几何（就是你初中学的平面几何）的定理都成立。
如果把这张纸变形一下，比如说变成一个球面，曲率大于零，许多欧几里得几何的定理在这里就不成立了。例如，三角形的内角和大于180度（你甚至可以做出三个内角都是直角的球面三角形，它的内角和高达270度），圆的周长小于2π乘以半径。
球面三角形
如果把这张纸变成马鞍形，曲率小于零，你同样也会发现许多违反欧几里得几何的现象，只是表现在相反的方向。例如，三角形的内角和小于180度，圆的周长大于2π乘以半径。
马鞍面上的三角形，内角和小于180度
当我们把弯曲的对象从一张纸（一个二维的面）推广到相对论的时空（一个四维的几何结构），就明白“时空弯曲”是什么意思了，就是时空的每一点都可以有个或正或负或零的曲率。广义相对论给出了质量与附近的时空曲率之间的关系，质量越大，对周围的时空产生的弯曲就越大。
当一个物体不受其他力、只在引力的作用下运动时，无论时空是弯曲的还是平坦的，它都只是按照距离最短的路线即“短程线”运动。如果时空是平坦的，短程线就是直线，这时没有引力，它做的就是匀速直线运动。如果时空是弯折的，短程线就变成了曲线。这时在其他观察者看来，这个物体似乎就是在引力的作用下运动。例如地球绕太阳的公转轨道，就是地球在太阳周围的弯曲时空中的短程线。
太阳导致的时空弯曲，使地球的短程线变成曲线（虚线是直线，实线是实际走的路线，即短程线）
用一个常用的比喻来说：太阳好比一个大胖子，他往沙发上一坐，就产生一个大坑，其他人坐在沙发上时，都会不由自主地被这个大坑陷进去！
太阳导致时空弯曲
现在你可以明白，在广义相对论中，不同地方的时空可以具有不同的曲率，所以说时空有了结构。既然有了结构，自然就可以波动了。实际上，根据广义相对论，引力波应该是一种极其常见的现象，任何不是球对称的物体的加速运动都会产生引力波。
任何非球对称物体的加速运动都会产生引力波
咦，既然引力波这么常见，我们为什么花了这么久才探测到它？
原因在于，引力波的可观测效应非常小。
引力波的实际效果，是使时空在某一个方向压缩，在另一个垂直的方向伸长。在武侠电影中，经常有一拳打出造成时空波动的形象，对，就是这个feel！
霸王拳！（《三国演义》动画2017版，第一季第一集）
更具体地说，引力波在距离为L的两点之间产生的变形，等于L乘以一个常数h。实验上真正要测量的目标，就是这个比例常数h。
但是这个比例常数小得惊人。对于两个黑洞合并、把三个太阳质量的能量转化为引力波这样暴烈的事件（这就是2015年9月14日探测到的引力波事件），h也只有10的-21次方的量级！
LIGO的光路长度是4公里。在这个距离上，变形只有10的-18次方米的量级。一个原子的半径，都大约有10的-10次方米。一个原子核的半径，大约是10的-15次米。想想看，在几公里的长度上，只差一个原子核半径的千分之一，这是什么样的难度！这种实验是不是堪称疯狂！
引力波测量的挑战
这正是人类花了100年才探测到引力波的原因。但最神奇的是，我们终究还是做到了！
LIGO的探测原理，跟迈克尔孙-莫雷实验有相似之处，都是通过光程差产生干涉条纹。不同之处在于，相对论会告诉你，迈克尔孙-莫雷实验中看起来应该有光程差，但“这个真没有”，而LIGO实验中看起来没有光程差，但在引力波通过时就“这个可以有”。正是由于干涉条纹对于光程差的极端敏感性，才能测出这么微小的效应。
LIGO的探测原理
实际上，现代科学的许多成果，都来自探测技术的进步。
2016年8月16日，中国发射了世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”。它的主要成果之一，是在卫星与地面站之间实现量子保密通信。而要实现这一点，关键就是在星地之间上千公里的距离上，探测到单个光子，因为量子保密通信要求一个光脉冲只能包含一个光子。
卫星和地面处于高速的相对运动之中，所以它们之间的对准难度很大，好比“在五十公里以外把一枚一角硬币扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里”。但经过潘建伟等研究者的艰苦努力，我们终究还是做到了！
墨子号量子卫星与兴隆地面站用信标光对准
最近，日本科学家也发射了一颗卫星，用来研究量子保密通信。由于他们的对准精度不够，为了收到信号，一个光脉冲不得不包含一亿个光子，所以这颗卫星没有实现量子保密通信，只是验证了一些相关的技术。对此事的详细分析，可以参见我的文章《日本真的成功进行超小型卫星量子通信实验了吗？》（https://mp.weixin.qq.com/s/h0X0Tz6Ijw-eWaxqi9q2cg）。这件事从反面表现出，探测技术的进步有多么重要。
实际上，科学界在直接探测到引力波之前，就普遍相信引力波的存在，因为它早就被间接探测到了。1993年的诺贝尔物理学奖，授予了拉塞尔·赫尔斯（Russell A. Hulse）和小约瑟夫·泰勒（Joseph H. Taylor Jr.），原因是他们在1974年发现了一种新的脉冲星，这就是引力波的间接证据。
拉塞尔·赫尔斯和小约瑟夫·泰勒
请注意，这两人的成果不是发现脉冲星，而是发现一种新的脉冲星。脉冲星是一种发出周期性电磁脉冲的天体。由于它的周期很准，最初人们把这种脉冲当作外星人发来的信号，甚至还为外星人起了个名字“小绿人”。
小绿人
发现脉冲星的，是剑桥大学教授安东尼·休伊什（Antony Hewish）和他的学生乔瑟琳·贝尔（Jocelyn Bell），时间是1967年。1974年，安东尼·休伊什获得了诺贝尔物理学奖。很遗憾，乔瑟琳·贝尔没有获奖。诺贝尔奖委员会可能压根没注意到她的存在。这是诺贝尔奖历史上一个重大的缺憾。
拉塞尔·赫尔斯和小约瑟夫·泰勒的新发现是，有一个脉冲星的周期在逐渐伸长，说明它的能量在逐渐损失。两人对此的解释是，这个体系其实是两颗相互围绕旋转的脉冲星，它们在通过引力波放出能量。观测到的能量损失的速度，跟理论预测的完全相符，所以大家都公认这是引力波存在的强有力证据，不过毕竟是间接证据。所以LIGO的成果，是第一次发现引力波存在的直接证据，是个“实锤”。
引力波存在的间接证据。右图中的各个点是能量损失的观测数据，曲线是理论预测，两者吻合的程度惊人
引力波的传播速度跟电磁波一样，都是光速。但引力波有一个特点跟电磁波非常不同，就是它很难被吸收，也就是说很不容易衰减。在这个意义上，引力波可以传遍整个宇宙。我们甚至有望听到“原初引力波”，它是138亿年前作为宇宙开端的大爆炸的余响。
电磁波与引力波的对比
因此，引力波是一种全新的探测工具，通过它，我们可以对许多以前无法观察的现象获得了解。这可能给我们对宇宙的认识，带来一场革命。未来15年，多个领域的引力波探测窗口将一个个打开，我们将迎来一个引力波科学的黄金时代！
四个领域的引力波窗口将在未来15年内开启
原则上，引力波也可以作为一种发送信息的手段。在刘慈欣的小说《三体》中，人类就是通过引力波广播的方式，把三体星的坐标公布出去的。有趣的是，发射引力波的那艘飞船就叫做“万有引力号”。
《三体》中的头号英雄章北海
现场有观众提问：引力波作为一种传送信息的工具，效果怎么样？
基普·索恩的回答是：在发射方面，可以认为引力波是一种很好的方法，因为它可以传遍整个宇宙。但是，在接收方面，引力波是一种非常糟糕的选择，因为探测它实在太困难了。因此，引力波会是你愿意采取的最后一种传送信息的方法。如果不是别无选择，你应该是没有理由用引力波来传送信息的。
我想，《三体》里受到三体人攻击、要被赶到澳大利亚团灭的地球人，就是到了这种别无选择的时候吧！
现场还有观众提问：按照粒子物理的描述，引力是由引力子来传递的。我们已经探测到了引力波这么微弱的信号，是不是也快探测到引力子了？
回答是：理论分析表明，引力子的数量是如此巨大，以至于几乎无法探测到单个的引力子。我的估计是，我们这一代看不到，你这一代看不到，你的下一代也看不到。
在这些关于引力波的科学知识之外，三位诺贝尔奖得主的人生感悟也给我留下了深刻的印象。
基普·索恩是三人中唯一的理论家。1953年，他在13岁时，读到了美籍俄裔物理学家、大爆炸理论的提出者之一乔治·伽莫夫（George Gamow）的科普著作《从一到无穷大》（One Two Three ... Infinity），从此立志投身科学。我也看过伽莫夫这本名著，也深受感动，这确实是一部值得向所有人推荐的经典著作。
基普·索恩被《从一到无穷大》感动：烟雨，我平凡事，此生，我怀大志……（背景音乐：《一人饮酒醉》【https://y.qq.com/n/yqq/song/004CUmOM0vQjER.html】）
在加州理工学院上大学的时候（1958-1962），基普·索恩的感受并不像一般人想象的那样轻松愉快，反而是感到许多同学都比自己聪明，压力不小。用他的话说，“我挣扎了一番”（I struggled）。
基普·索恩的挣扎方法，是坚持用自己的方式学习物理，理解物理。他写了很多笔记，用自己的方式证明定理，现场展示了几条他当年的笔记。最终，他的坚持不懈得到了回报，他对这些物理问题获得了透彻的理解。虽然他的理解方式可能跟其他人不一样，但他的记忆更长久，更适合科研应用。
我挣扎了一番
从正常的观点看来，基普·索恩是个“学霸”，但是他讲的偏偏是这样一个“勤能补拙”的故事。因此，我觉得我们对科学家的宣传大可不必在“学霸”、“学神”方面着墨太多，这是把重点带偏了，过多地强调天分，反而给普通人找到了不学习的借口。真正值得多宣传的，是学习的精神和学习的方法。
最早开始探测引力波的，是美国物理学家约瑟夫·韦伯（Joseph Weber，1919-2000），从1960年代就开始了。现在普遍认为，他的技术路线精度不够，不可能探测到引力波。但无论如何，大家都公认他是这个领域的开创者。
如果没有他，根本就不会有人认真对待这个想法。大家只会觉得引力波在理论上存在，探测不可能，然后就直接跳过了。只有约瑟夫·韦伯，用他的想象力、热情以至于疯狂，告诉大家探测引力波是在人力所及范围内的，激起了科学界对这个目标的兴趣。
约瑟夫·韦伯
引力波探测到之后，LIGO的领导人都向约瑟夫·韦伯表达了敬意。“成功不必在我，而功力必不唐捐”，约瑟夫·韦伯达到了这样的境界！
雷纳·韦斯在职业生涯之初，就投身于引力波探测这个大坑，将此作为自己毕生的目标。而基普·索恩却不是这样，在他刚开始作教授时，是不相信人类能够探测到引力波的。
一开始我是拒绝的
为此，在1973-1975年间，他跟雷纳·韦斯等人进行了一番辩论，但结果却是……他被说服了！从此，他决心付出全部的努力，想尽一切办法，和雷纳·韦斯等人一起实现这个目标。
我被他们说服了：我痴情红颜，我心甘情愿，我千里把君寻……为了佳人回眸一笑，我立下这毒誓！（背景音乐：《一人饮酒醉》）【https://y.qq.com/n/yqq/song/004CUmOM0vQjER.html】
经过多年的奋斗，他们终于搭建了LIGO装置。但科学家一般并不擅长做管理，团队一大，管理就变得焦头烂额，项目的进度非常慢，中间还有一段时间失去了政府的资助。一个字：惨。幸好他们引进了精通管理的巴里•巴里什，把这样一个大型的国际合作项目整顿得井井有条，快速推进。如果没有巴里•巴里什，可能他们永远都不会成功。
最初的LIGO由于分辨率不够，没有得到任何结果，以至于美国国家科学基金会只愿意再给他们一次“最后的机会”。但当2015年9月系统升级之后，刚刚运行了两天，就探测到了引力波。幸福来得太突然，令他们自己都感到意外。这就像烧水，烧到99摄氏度都不开，但再提高一度到100摄氏度，水就沸腾了。世上无难事，只要肯登攀！
在LIGO团队中，还有一位重要的开创者，英国物理学家罗纳德·德雷弗（Ronald William Prest Drever）。令人遗憾的是，他在2017年3月7日去世，享年85岁。诺贝尔奖不能颁给去世的人，罗纳德·德雷弗可以说是与诺贝尔奖失之交臂。
1976-1978年，罗纳德·德雷弗参与创建引力波实验室。当年大家都在青葱岁月，现在已经阴阳相隔。送战友，踏征程，默默无语两眼泪，耳边响起驼铃声……（背景音乐：《驼铃》）【https://i.y.qq.com/v8/playsong.html?songmid=004W7Wew2JzSXq&ADTAG=myqq&from=myqq&channel=10007100】
事实上，雷纳·韦斯、巴里•巴里什和基普·索恩也分别是85岁、81岁和77岁高龄了。所以2017年的诺贝尔物理学奖授予这三人，可以理解为“抢救性颁奖”。这样三位老人家，仍然为了科学四处奔走，向各国人民传播科学的知识与精神，真是令人敬佩！（当然，出场费也不会少……）
引力波大会圆桌会议，三位诺贝尔奖得主演讲之后回答观众的提问。一点儿也不虚伪，受到了创伤不流泪，爱的路上不徘徊，像激流中的鱼儿永远不气馁，真叫人敬佩，真叫人敬佩，真叫人敬佩……（背景音乐：邓丽君《你可知道我爱谁》）【https://i.y.qq.com/v8/playsong.html?songmid=004UmANY2Exazr&ADTAG=myqq&from=myqq&channel=10007100】
观众问得最多的问题之一，就是在长达几十年的艰苦工作中，你们有没有想过得奖？有没有想过放弃？
他们的回答，在科学工作者听来都是顺理成章的，几乎是必然的回答：得奖从来都不是科学研究的原因。我们做这些研究，是因为对研究本身的兴趣，日常的研究工作都是乐趣的来源。如果不是这样，没有人能忍受几十年的艰苦而且可能失败的劳动。
著名的物理学家、1965年诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼（Richard P. Feynman）长期在加州理工学院担任教授，基普·索恩当年想必也听过他的课。费曼讲过这样一个故事。有一家杂志来采访他，一开始双方都聊得很开心。最后杂志社提了个问题：你能不能讲讲你生活中人性的那些方面？没想到，这个问题令费曼勃然大怒：你的意思是，研究物理学就不是人性了？我认为研究物理学很人性，跟旅行、打鼓或者任何其他的活动同样的人性！我非常人性地希望，你的杂志见鬼去吧！
理查德·费曼
这个故事反映了对科学的一种常见的误解。费曼的态度虽然比较冲动，但话糙理不糙。在我看来，好奇心就是人类的天性之一，对科学的追寻不但不违反人性，而且是人性中最可贵的一部分。
在雷纳·韦斯、巴里•巴里什和基普·索恩三人当中，公众名声最大的大概是基普·索恩，因为他跟斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）是好朋友，许多人都在《时间简史》等著作中看到过他跟霍金就各种科学问题打赌的故事。
斯蒂芬·霍金
此外，基普·索恩还为电影《星际穿越》作过科学顾问。不出所料，现场也有观众问他关于这部电影的问题。问的是：按照《星际穿越》的启示，通过进入五维空间，是不是就可以时间旅行？
这个问题属于脑洞大开，基普·索恩的回答却是中规中矩：其实，我们压根不知道时间旅行有没有可能。按照现在的标准理论，应该是不可能的。我只是和霍金探讨过，如果要使时间旅行成为可能，需要对理论做什么样的修正。至于真实的宇宙是否满足这样的理论，还需要更多的实验，我们现在并不知道。
虽然这个回答可能会让提问者扫兴，但我觉得这个回答很负责任。在公众面前，确实应该这样回答，让他们知道科学家是怎样思考的，知道科学家跟艺术家的区别。
400年前，伽利略开始用望远镜仰望星空。两年前，我们第一次直接观测到了引力波。人类认识世界的进程，令人心潮澎湃。人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西，但他是一根会思想的芦苇。科学的火种，在宗教、战争的威逼面前或许显得弱小，但人类一旦开始科学的征途，就绝对不会停息。最终，科学会证明自身才是最强大的力量。
从400年前的伽利略到两年前的LIGO
如前所述，令基普·索恩决心投身科学的是乔治·伽莫夫的科普著作《从一到无穷大》。为了继承伽莫夫的事业，他后来也写了一本科普著作《星际穿越中的科学》（The Science of Interstellar），希望把科学的火焰传递下去。
《星际穿越中的科学》
这种精神，不也是我们的使命吗？
作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员，科技与战略风云学会会长，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https:///people/yuan-lan-feng-8）。2017年12月18日，中国科学技术大学上海研究院邀请袁岚峰参加墨子沙龙的引力波大会，本文是作者参会后的回顾。
致谢：感谢中国科学院高能物理研究所张双南研究员在科学方面的指教。
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二、在物理领域，杨振宁和霍金谁的成就更伟大
在专业人士看来，杨振宁的科学成就比霍金至少高一个层次。这当然没有任何不敬的意思，只是做一个客观分析，反映一个业内共识。
都夸霍金成就大为何他拿不到诺贝尔奖? 答案在这
（本文作者袁岚峰系中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员，科技与战略风云学会会长，青年科学家社会责任联盟理事）
2018年3月14日，英国物理学家、当代科学界的传奇人物斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。
作为科学工作者，我在这里不打算重复那些经常被传来传去的老生常谈或者以讹传讹，而是希望向公众尽量清楚准确地介绍一下霍金的实际成就。
第一个问题，也是最基础的问题??
霍金在科学上的成果有多大？
基本的回答是：霍金是一位卓越的科学家。你如果说他是一位伟大的科学家，我也不会反对。
不过，经常有媒体把他称为爱因斯坦之后最伟大的科学家、当世最伟大的科学家之类，这就说过头了。曾经有人问我：“为什么科学界公认霍金是爱因斯坦之后最伟大的科学家？”我的内心是崩溃的，不禁要反问他：“谁跟你说这是科学界公认的？科学界完全没有这样认为，好不好！”
实际上，从一个明显的指标就可以看出来：霍金连诺贝尔奖都没有得，怎么可能是当世最伟大的科学家呢？
这就引出第二个问题，也是一个经常被问起的问题：
霍金为什么没有得诺贝尔奖？
回答其实很简单：因为他的成果没有达到诺贝尔奖的级别。并不是因为诺贝尔奖委员会有偏见或者搞什么政治，而是因为单纯科学上的原因。
由此引出第三个问题：
霍金最重要的科研成果是什么？
对于这个问题的回答，就必不可免要讲一些科学术语了。正如霍金在《时间简史》里提到的，每一个公式都会吓跑一半的读者。不过，如果你真的想知道这个问题的答案，我希望你耐心地看下面的解释，我相信你肯定可以从中了解一个基本的图景。
霍金的研究领域主要是宇宙学，这是一门科学，而不是哲学。是的，研究宇宙现在不是哲学家的事，而是科学家的事。人们不再是通过像“两小儿辩日”这样的哲学辩论去思考“宇宙是有限的还是无限的”这种问题了，而是通过观测和理论，去实证地、定量地研究宇宙。
宇宙学里用到的理论，首先是爱因斯坦提出的广义相对论，霍金应用广义相对论做出了许多贡献。后来人们发现，跟广义相对论并列的另外一个基础物理学理论“量子力学”也需要用到，在这方面霍金也有很多贡献，而且更加重要。
霍金的科学成果很多，如果一定要在其中挑一个最突出的，那应该就是“霍金辐射”了。霍金辐射说的是个什么事呢？
我们知道，广义相对论预言了一种天体，叫做“黑洞”。黑洞的质量是如此之大，在它周围的引力是如此之强，以至于连光都跑不出去，其他比光慢的物质自然就更跑不出去了。黑洞外部的物质，倒是有可能被黑洞吸进去。由此可见，黑洞就像传说中的貔貅一样只进不出，可以说是“绝对的黑”。
在日常生活中，大家都经常用生态黑洞、财务黑洞这样的说法，可见黑洞这个概念是多么深入人心了。作为一个现代科学术语，黑洞真是创造了一个传播学上的奇迹。
但是，霍金却提出：黑洞并不是只进不出的，黑洞不是绝对的黑！
他的道理是这样的：传统上对黑洞的研究，都只考虑了广义相对论。但当你加上量子力学的时候，你就会发现，在空间的任何地方，都有许多的粒子和反粒子的对在瞬间产生，又瞬间湮灭。看似真空的东西，其实是暗流汹涌，无数粒子反粒子方生方灭，流动不息。在黑洞的边界上，也是如此。
好，也许现在黑洞把边界上一个瞬间产生的粒子吸进去了。与此同时，原本应该跟那个粒子湮灭的反粒子现在就不会湮灭了，它作为一个持续存在的真实的粒子出现在了世界上。从外界观察者的视角看来，就相当于黑洞发射出了一个反粒子！
按照这个理论，黑洞确实会发出物质。这种效应，就叫做霍金辐射。黑洞并不是必然会长大的，也可能越变越小，最后消失。这对人们的思想观念，确实是个很大的震撼！
你肯定会问第四个问题了：
为什么霍金辐射没有得诺贝尔奖？
回答是：这只是个理论预测，还没有被实验验证。诺贝尔奖的评选非常慎重，一定要选那些经过验证、得到公认的成果。这就是为什么屠呦呦要在发现青蒿素几十年后才得奖，因为要等到青蒿素大规模使用、成为世界首选的抗疟疾特效药之后。即使这么慎重，还不时有发错的，诺贝尔奖委员会也是压力山大。
实际上，不要说霍金辐射这样的对黑洞理论的修正了，就连黑洞本身的存在，还没有直接的实验证据呢！当然，绝大多数科学家都相信黑洞的存在，因为间接的证据已经很多了。这种情况就像引力波，在2015年首次直接探测到引力波以前，大多数科学家早就相信了引力波的存在，因为间接的证据已经很充分了。
即使霍金辐射得到了实验验证，霍金得到了诺贝尔奖，我们还是可以指出：霍金的成果主要是在已有的框架内改进，这固然很好，但比起那些提出新的框架的，还是要低至少一个层次。
哪些人提出了新的框架？例如牛顿，提出牛顿力学。麦克斯韦，提出电磁理论。爱因斯坦，提出狭义和广义相对论。普朗克、海森堡、薛定谔、狄拉克，提出量子力学。杨振宁，提出规范场论。是的，在专业人士看来，杨振宁的科学成就比霍金至少高一个层次。这当然没有任何不敬的意思，只是做一个客观分析，反映一个业内共识。
由此引出第五个问题：
既然霍金的科学成就并不像很多媒体说的那么伟大，那么他为什么这么出名？
回答是：霍金的崇高名望，一方面固然来自他对科学的卓越贡献，但更多的还是来自其他三个因素。
第一个因素，是他的这个专业领域，宇宙学。虽然大多数人都缺乏宇宙学的专业知识，但几乎所有人都天然地对宇宙学感兴趣，人人都喜欢评论几句。在这方面，只能说有些学科是“自带流量”的，而有些学科就没有这么幸运。例如我的专业，理论与计算化学，大多数人都没听说过这么个学科，公众即使想问问题，也不知道该问什么。
第二个因素，是霍金传奇的病情和身残志坚的精神。霍金得的病，叫做“肌肉萎缩性侧索硬化症”，常被称为“渐冻人症”。2014年流行的活动“冰桶挑战”，初始目的就是提起大家对于渐冻人症的注意。
许多人在第一次见到霍金的时候，虽然早有思想准备，还是被他残疾的程度震惊得说不出话来。霍金的中国学生、《时间简史》的中文翻译者吴忠超就是如此，而霍金对此已经习以为常。
在身体如此极端的禁锢之下，霍金的心灵却是如此的自由，一直关心着整个宇宙的基本问题，这是多么感人的英雄形象！《哈姆雷特》里有一句台词：“即使把我关在一个果壳里，我也会把自己当作一个拥有着无限空间的君王。”这种精神，在霍金身上正得到了充分的体现。事实上，霍金在《时间简史》之后，还写了一部科普著作，就叫做《果壳中的宇宙》。
第三个因素最有意思，是霍金的科普工作。如果说在科研方面，霍金的成就只是卓越，还有许多人在他之上的话，那么在科普方面，他的成就就属于神级了。《时间简史》在全世界的销量以千万计，创造了科普史上的神话。这对全世界的科普作家来说，也是一个巨大的鼓舞。
由此引出第六个问题：
《时间简史》这本书，究竟怎么样？
回答是：我非常欣赏这部著作，从中学到了很多东西。实际上，虽然霍金已经尽力把这么多深奥的话题写得通俗易懂，但这些东西本身的难度在那里放着。大多数读者看这书，恐怕都无法通顺地从头看到尾。我有一个笑谈：对于大多数读者来说，最值得问的问题大概就是：“你是从哪一章开始看不懂的？”
虽然如此，但最奇妙的就是，即使看不懂，大多数人也还是硬着头皮看下去了，即使不看，也还是买了一本放在书架上。即使是装点门面，但用科学来装点门面，说明读者是知道科学的伟大的。能达到这个效果，科普的作用就已经实现一大半了。正如一句格言所说：伪善，是恶对善最高的致敬！
从写作的角度来分析，霍金的写法是经过精心选择的，达到了准确性和通俗性之间一种难得的平衡，竟然把这样一本非常硬的科普著作写得很有魅力。我国文学家有许多炼字炼句的故事，例如“推敲”，霍金想必也做了很多这样的推敲。这是值得全世界的科普作者细心体会，认真学习的。
《时间简史》当中有一个要点，大概是非专业的读者难以察觉的。最后几章介绍宇宙学的最新进展和霍金自己的工作时，我可以看出，驱动霍金的一个基础性的理念就是他对有神论的极度厌恶。对于有神还是无神这个问题，霍金不像许多科学家那样，认为这个问题不重要，或者只是泛泛而言自己支持无神论者或者支持不可知论，而是非常明确地支持无神论，反对有神论。明确到什么程度呢？他的许多研究，就是以把上帝的观念更加彻底地驱逐出去作为动机的。在这个意义上，霍金不仅是一个无神论者，而且是一个战斗的无神论者，就像历史上的范缜、狄德罗、现在的理查德·道金斯等人一样。
一个典型的例子，就是他晚年的一个重要工作，“无边界的边界条件”，即认为宇宙的边界条件就是“没有边界”。由此就可以自然地解答“大爆炸之前有什么”的问题，因为时空是一个四维的球面，就好比地球的表面，其中没有任何一个点是边界，没有任何一个点是特殊的。大爆炸就好比地球的南极，你觉得它特殊，只不过因为你用的坐标系把它作为最南端而已，其实这完全是人为的。如果你换一套坐标系，你就会发现这个点跟其他点的地位都一样。所以大爆炸之前没有东西，因为大爆炸没有“之前”，就像从南极出发不能再向南走一样。很抱歉，由于篇幅所限，在这里不能对这个问题做更详细的说明，例如“时空”这个词是什么意思。有兴趣的读者，可以参考我的相关文章，例如《听三位诺贝尔奖得主讲引力波》。
第七个问题是：
霍金近年来经常发表一些离奇的或者不靠谱的说法，是不是他已经变成神棍了？或者被背后的某个集团控制了，成了这些人的傀儡？
回答是：没有。
那些所谓霍金的不靠谱言论，一大半是媒体胡编乱造的，霍金从来没有说过。这些造谣媒体实在是太卑劣了，这种愚蠢的炒作只能反映这些人知识水平和道德水平的低下。
还有一些确实是霍金说的，即使不见得完全正确，至少也是严肃的发言。有些人不赞同这些发言，这很正常，但认为跟自己意见不一致的就是神棍或者傀儡，这也脑补得太厉害。
对于霍金或者对于任何的著名科学家，都应该既不要神化，也不要丑化，客观冷静地看待就是了。他说的观点，如果你觉得有道理，就参考一下。如果你觉得没道理，不听就是了，何必要脑补一通阴谋论呢？毕竟，一个伟大人物之所以成为伟大人物，不是因为他做错了什么，而是因为他做对了什么。
毫无疑问，霍金已经成为了当代的一位伟大人物。
刘慈欣有一部短篇小说，叫做《朝闻道》，里面就出现了霍金。这部小说说的是，人类建好了一座环绕整个地球的超级加速器，叫做“爱因斯坦赤道”。正要启动这台加速器的时候，一个外星人突然出现来阻止我们。外星人告诉地球人，这部加速器能量太大，可能会导致真空衰变，毁灭整个宇宙，他的任务就是监视全宇宙的智慧生命，排除这种危险。
地球人问：你们是从什么时候开始注意到地球的？
排险者的回答是：37万年前，当有10个原始人仰望星空的时间超过了预警的阈值，对宇宙表现出了充分的好奇的时候。
地球人问：不是说，只有当有能力产生创世能级能量过程的文明出现时，预警系统才会报警吗？
排险者的回答是：当生命意识到宇宙奥秘的存在时，距它最终解开这个奥秘就只有一步之遥了。比如地球生命，用了四十多亿年时间才第一次意识到宇宙奥秘的存在，但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到四十万年时间，而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对字宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石，其后你们所谓的整个人类文明，不过是弯腰去拾它罢了。
刘慈欣在这里讲的道理，发人深思。好奇心是人类的一种天性，而且不可遏止。通过科学这项人类最伟大的事业，即使被禁锢在果壳之内，人也仍然可以享有精神的自由。
帕斯卡的这段名言，正是我们对霍金最恰当的纪念：
“思想形成人的伟大。
人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西；但他是一根会思想的苇草。用不着整个宇宙都拿起武器来才能毁灭他；一口气、一滴水就足以致他死命了。然而，纵使宇宙毁灭了他，人却仍然要比致他于死命的东西更高贵得多；因为他知道自己要死亡，以及宇宙对他所具有的优势，而宇宙对此却是一无所知。
因而，我们全部的尊严就在于思想。正是由于它，而不是由于我们所无法填充的空间和时间，我们才必须提高自己。因此，我们要努力好好地思想；这就是道德的原则。”
三、获诺贝尔物理学奖的引力波是啥？
在爱因斯坦的广义相对论中，引力被认为是时空弯曲的一种效应。这种弯曲是因为质量的存在而导致。通常而言，在一个给定的体积内，包含的质量越大，那么在这个体积边界处所导致的时空曲率越大。
当一个有质量的物体在时空当中运动的时候，曲率变化反应了这些物体的位置变化。在某些特定环境之下，加速物体能够对这个曲率产生变化，并且能够以波的形式向外以光速传播。这种传播现象被称之为引力波。
引力波应该能够穿透那些电磁波不能穿透的地方。所以猜测引力波能够提供给地球上的观测者有关遥远宇宙中有关黑洞和其它奇异天体的信息。而这些天体不能够为传统的方式，比如光学望远镜和射电望远镜，所观测到，所以引力波天文学将给我们有关宇宙运转的新认识。
尤其，引力波更为有趣的是，它能够提供一种观测极早期宇宙的方式，而这在传统的天文学中是不可能做到的，因为在宇宙再合并之前，宇宙对于电磁辐射是不透明的。所以，对于引力波的精确测量能够让科学家们更为全面的验证广义相对论。
四、霍金的物理学成就真有那么大吗
2018年3月14日，英国物理学家、当代科学界的传奇人物斯蒂芬·霍金去世，享年76岁。
作为科学工作者，我在这里不打算重复那些经常被传来传去的老生常谈或者以讹传讹，而是希望向公众尽量清楚准确地介绍一下霍金的实际成就。
第一个问题，也是最基础的问题
霍金在科学上的成果有多大？
基本的回答是：霍金是一位卓越的科学家。你如果说他是一位伟大的科学家，我也不会反对。
不过，经常有媒体把他称为爱因斯坦之后最伟大的科学家、当世最伟大的科学家之类，这就说过头了。曾经有人问我：“为什么科学界公认霍金是爱因斯坦之后最伟大的科学家？”我的内心是崩溃的，不禁要反问他：“谁跟你说这是科学界公认的？科学界完全没有这样认为，好不好！”
实际上，从一个明显的指标就可以看出来：霍金连诺贝尔奖都没有得，怎么可能是当世最伟大的科学家呢？
这就引出第二个问题，也是一个经常被问起的问题：
霍金为什么没有得诺贝尔奖？
回答其实很简单：因为他的成果没有达到诺贝尔奖的级别。并不是因为诺贝尔奖委员会有偏见或者搞什么政治，而是因为单纯科学上的原因。
由此引出第三个问题：
霍金最重要的科研成果是什么？
对于这个问题的回答，就必不可免要讲一些科学术语了。正如霍金在《时间简史》里提到的，每一个公式都会吓跑一半的读者。不过，如果你真的想知道这个问题的答案，我希望你耐心地看下面的解释，我相信你肯定可以从中了解一个基本的图景。
霍金的研究领域主要是宇宙学，这是一门科学，而不是哲学。是的，研究宇宙现在不是哲学家的事，而是科学家的事。人们不再是通过像“两小儿辩日”这样的哲学辩论去思考“宇宙是有限的还是无限的”这种问题了，而是通过观测和理论，去实证地、定量地研究宇宙。
宇宙学里用到的理论，首先是爱因斯坦提出的广义相对论，霍金应用广义相对论做出了许多贡献。后来人们发现，跟广义相对论并列的另外一个基础物理学理论“量子力学”也需要用到，在这方面霍金也有很多贡献，而且更加重要。
霍金的科学成果很多，如果一定要在其中挑一个最突出的，那应该就是“霍金辐射”了。霍金辐射说的是个什么事呢？
我们知道，广义相对论预言了一种天体，叫做“黑洞”。黑洞的质量是如此之大，在它周围的引力是如此之强，以至于连光都跑不出去，其他比光慢的物质自然就更跑不出去了。黑洞外部的物质，倒是有可能被黑洞吸进去。由此可见，黑洞就像传说中的貔貅一样只进不出，可以说是“绝对的黑”。
在日常生活中，大家都经常用生态黑洞、财务黑洞这样的说法，可见黑洞这个概念是多么深入人心了。作为一个现代科学术语，黑洞真是创造了一个传播学上的奇迹。
但是，霍金却提出：黑洞并不是只进不出的，黑洞不是绝对的黑！
他的道理是这样的：传统上对黑洞的研究，都只考虑了广义相对论。但当你加上量子力学的时候，你就会发现，在空间的任何地方，都有许多的粒子和反粒子的对在瞬间产生，又瞬间湮灭。看似真空的东西，其实是暗流汹涌，无数粒子反粒子方生方灭，流动不息。在黑洞的边界上，也是如此。
好，也许现在黑洞把边界上一个瞬间产生的粒子吸进去了。与此同时，原本应该跟那个粒子湮灭的反粒子现在就不会湮灭了，它作为一个持续存在的真实的粒子出现在了世界上。从外界观察者的视角看来，就相当于黑洞发射出了一个反粒子！
按照这个理论，黑洞确实会发出物质。这种效应，就叫做霍金辐射。黑洞并不是必然会长大的，也可能越变越小，最后消失。这对人们的思想观念，确实是个很大的震撼！
你肯定会问第四个问题了：
为什么霍金辐射没有得诺贝尔奖？
回答是：这只是个理论预测，还没有被实验验证。诺贝尔奖的评选非常慎重，一定要选那些经过验证、得到公认的成果。这就是为什么屠呦呦要在发现青蒿素几十年后才得奖，因为要等到青蒿素大规模使用、成为世界首选的抗疟疾特效药之后。即使这么慎重，还不时有发错的，诺贝尔奖委员会也是压力山大。
实际上，不要说霍金辐射这样的对黑洞理论的修正了，就连黑洞本身的存在，还没有直接的实验证据呢！当然，绝大多数科学家都相信黑洞的存在，因为间接的证据已经很多了。这种情况就像引力波，在2015年首次直接探测到引力波以前，大多数科学家早就相信了引力波的存在，因为间接的证据已经很充分了。
即使霍金辐射得到了实验验证，霍金得到了诺贝尔奖，我们还是可以指出：霍金的成果主要是在已有的框架内改进，这固然很好，但比起那些提出新的框架的，还是要低至少一个层次。
哪些人提出了新的框架？例如牛顿，提出牛顿力学。麦克斯韦，提出电磁理论。爱因斯坦，提出狭义和广义相对论。普朗克、海森堡、薛定谔、狄拉克，提出量子力学。杨振宁，提出规范场论。是的，在专业人士看来，杨振宁的科学成就比霍金至少高一个层次。这当然没有任何不敬的意思，只是做一个客观分析，反映一个业内共识。
由此引出第五个问题：
既然霍金的科学成就并不像很多媒体说的那么伟大，那么他为什么这么出名？
回答是：霍金的崇高名望，一方面固然来自他对科学的卓越贡献，但更多的还是来自其他三个因素。
第一个因素，是他的这个专业领域，宇宙学。虽然大多数人都缺乏宇宙学的专业知识，但几乎所有人都天然地对宇宙学感兴趣，人人都喜欢评论几句。在这方面，只能说有些学科是“自带流量”的，而有些学科就没有这么幸运。例如我的专业，理论与计算化学，大多数人都没听说过这么个学科，公众即使想问问题，也不知道该问什么。
第二个因素，是霍金传奇的病情和身残志坚的精神。霍金得的病，叫做“肌肉萎缩性侧索硬化症”，常被称为“渐冻人症”。2014年流行的活动“冰桶挑战”，初始目的就是提起大家对于渐冻人症的注意。
许多人在第一次见到霍金的时候，虽然早有思想准备，还是被他残疾的程度震惊得说不出话来。霍金的中国学生、《时间简史》的中文翻译者吴忠超就是如此，而霍金对此已经习以为常。
在身体如此极端的禁锢之下，霍金的心灵却是如此的自由，一直关心着整个宇宙的基本问题，这是多么感人的英雄形象！《哈姆雷特》里有一句台词：“即使把我关在一个果壳里，我也会把自己当作一个拥有着无限空间的君王。”这种精神，在霍金身上正得到了充分的体现。事实上，霍金在《时间简史》之后，还写了一部科普著作，就叫做《果壳中的宇宙》。
第三个因素最有意思，是霍金的科普工作。如果说在科研方面，霍金的成就只是卓越，还有许多人在他之上的话，那么在科普方面，他的成就就属于神级了。《时间简史》在全世界的销量以千万计，创造了科普史上的神话。这对全世界的科普作家来说，也是一个巨大的鼓舞。
由此引出第六个问题：
《时间简史》这本书，究竟怎么样？
回答是：我非常欣赏这部著作，从中学到了很多东西。实际上，虽然霍金已经尽力把这么多深奥的话题写得通俗易懂，但这些东西本身的难度在那里放着。大多数读者看这书，恐怕都无法通顺地从头看到尾。我有一个笑谈：对于大多数读者来说，最值得问的问题大概就是：“你是从哪一章开始看不懂的？”
虽然如此，但最奇妙的就是，即使看不懂，大多数人也还是硬着头皮看下去了，即使不看，也还是买了一本放在书架上。即使是装点门面，但用科学来装点门面，说明读者是知道科学的伟大的。能达到这个效果，科普的作用就已经实现一大半了。正如一句格言所说：伪善，是恶对善最高的致敬！
从写作的角度来分析，霍金的写法是经过精心选择的，达到了准确性和通俗性之间一种难得的平衡，竟然把这样一本非常硬的科普著作写得很有魅力。我国文学家有许多炼字炼句的故事，例如“推敲”，霍金想必也做了很多这样的推敲。这是值得全世界的科普作者细心体会，认真学习的。
《时间简史》当中有一个要点，大概是非专业的读者难以察觉的。最后几章介绍宇宙学的最新进展和霍金自己的工作时，我可以看出，驱动霍金的一个基础性的理念就是他对有神论的极度厌恶。对于有神还是无神这个问题，霍金不像许多科学家那样，认为这个问题不重要，或者只是泛泛而言自己支持无神论者或者支持不可知论，而是非常明确地支持无神论，反对有神论。明确到什么程度呢？他的许多研究，就是以把上帝的观念更加彻底地驱逐出去作为动机的。在这个意义上，霍金不仅是一个无神论者，而且是一个战斗的无神论者，就像历史上的范缜、狄德罗、现在的理查德·道金斯等人一样。
一个典型的例子，就是他晚年的一个重要工作，“无边界的边界条件”，即认为宇宙的边界条件就是“没有边界”。由此就可以自然地解答“大爆炸之前有什么”的问题，因为时空是一个四维的球面，就好比地球的表面，其中没有任何一个点是边界，没有任何一个点是特殊的。大爆炸就好比地球的南极，你觉得它特殊，只不过因为你用的坐标系把它作为最南端而已，其实这完全是人为的。如果你换一套坐标系，你就会发现这个点跟其他点的地位都一样。所以大爆炸之前没有东西，因为大爆炸没有“之前”，就像从南极出发不能再向南走一样。很抱歉，由于篇幅所限，在这里不能对这个问题做更详细的说明，例如“时空”这个词是什么意思。有兴趣的读者，可以参考我的相关文章，例如《听三位诺贝尔奖得主讲引力波》。
第七个问题是：
霍金近年来经常发表一些离奇的或者不靠谱的说法，是不是他已经变成神棍了？或者被背后的某个集团控制了，成了这些人的傀儡？
回答是：没有。
那些所谓霍金的不靠谱言论，一大半是媒体胡编乱造的，霍金从来没有说过。这些造谣媒体实在是太卑劣了，这种愚蠢的炒作只能反映这些人知识水平和道德水平的低下。
还有一些确实是霍金说的，即使不见得完全正确，至少也是严肃的发言。有些人不赞同这些发言，这很正常，但认为跟自己意见不一致的就是神棍或者傀儡，这也脑补得太厉害。
对于霍金或者对于任何的著名科学家，都应该既不要神化，也不要丑化，客观冷静地看待就是了。他说的观点，如果你觉得有道理，就参考一下。如果你觉得没道理，不听就是了，何必要脑补一通阴谋论呢？毕竟，一个伟大人物之所以成为伟大人物，不是因为他做错了什么，而是因为他做对了什么。
毫无疑问，霍金已经成为了当代的一位伟大人物。
刘慈欣有一部短篇小说，叫做《朝闻道》，里面就出现了霍金。这部小说说的是，人类建好了一座环绕整个地球的超级加速器，叫做“爱因斯坦赤道”。正要启动这台加速器的时候，一个外星人突然出现来阻止我们。外星人告诉地球人，这部加速器能量太大，可能会导致真空衰变，毁灭整个宇宙，他的任务就是监视全宇宙的智慧生命，排除这种危险。
地球人问：你们是从什么时候开始注意到地球的？
排险者的回答是：37万年前，当有10个原始人仰望星空的时间超过了预警的阈值，对宇宙表现出了充分的好奇的时候。
地球人问：不是说，只有当有能力产生创世能级能量过程的文明出现时，预警系统才会报警吗？
排险者的回答是：当生命意识到宇宙奥秘的存在时，距它最终解开这个奥秘就只有一步之遥了。比如地球生命，用了四十多亿年时间才第一次意识到宇宙奥秘的存在，但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到四十万年时间，而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对字宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石，其后你们所谓的整个人类文明，不过是弯腰去拾它罢了。
刘慈欣在这里讲的道理，发人深思。好奇心是人类的一种天性，而且不可遏止。通过科学这项人类最伟大的事业，即使被禁锢在果壳之内，人也仍然可以享有精神的自由。
帕斯卡的这段名言，正是我们对霍金最恰当的纪念：
“思想形成人的伟大。人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西；但他是一根会思想的苇草。用不着整个宇宙都拿起武器来才能毁灭他；一口气、一滴水就足以致他死命了。然而，纵使宇宙毁灭了他，人却仍然要比致他于死命的东西更高贵得多；因为他知道自己要死亡，以及宇宙对他所具有的优势，而宇宙对此却是一无所知。
因而，我们全部的尊严就在于思想。正是由于它，而不是由于我们所无法填充的空间和时间，我们才必须提高自己。因此，我们要努力好好地思想；这就是道德的原则。”