張建國(guó)

（鄭州大學(xué)外國(guó)語(yǔ)與國(guó)際關(guān)系學(xué)院，河南 鄭州 450001）

史 蒂 芬·霍 金 （StePhen Hawking，1942—2018）是英國(guó)享有國(guó)際盛譽(yù)的理論物理學(xué)家、著名科學(xué)散文作家。他是“繼愛(ài)因斯坦之后最杰出的科學(xué)家”[1]，任英國(guó)劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授達(dá)30 年之久 （該教席曾由艾薩克·牛頓擔(dān)任）。 有學(xué)者指出：“任何科學(xué)散文選集，只要不包含霍金的作品，都是不完整的，這不僅僅是因?yàn)槠洹稌r(shí)間簡(jiǎn)史》的驚人銷(xiāo)量”[2]（P342）。 霍金上大學(xué)期間患上了肌萎縮側(cè)索硬化癥，導(dǎo)致半身不遂，后來(lái)進(jìn)一步惡化，失去了發(fā)聲能力，僅剩手指和眉毛會(huì)動(dòng)，卻以驚人毅力，取得了舉世矚目的科學(xué)成就。除了出版許多專業(yè)性著述之外，他還創(chuàng)作了“向較廣大的公眾解釋科學(xué)”[3]（P104）的科學(xué)散文作品，包括享譽(yù)世界的《時(shí)間簡(jiǎn)史》（A Brief History of Time, 1988）， 以及《 黑 洞 和 嬰 兒 宇 宙 》 （Black Holes and Baby Universe, 1994，一譯為《霍金演講錄》），《果殼中的宇宙》（The Universe in a Nutshell, 2001），《大設(shè)計(jì)》（The Grand Design, 2010），《我的簡(jiǎn)史》（My Brief History, 2013）。

《時(shí)間簡(jiǎn)史》 向大眾述說(shuō)了宇宙學(xué)的基本知識(shí)，包括宇宙學(xué)的歷史，宇宙的起源和未來(lái)，時(shí)空的本質(zhì)，等等。 《黑洞和嬰兒宇宙》收集了13 篇文章，前3 篇是有關(guān)作者自己生平的發(fā)言稿，其余大部分是其關(guān)于宇宙學(xué)的講演稿。 《果殼中的宇宙》圖文并茂，講述了宇宙學(xué)領(lǐng)域的最新探索，涉及超對(duì)稱、超引力、全息論、對(duì)偶論、超弦理論、P 膜等概念。 《大設(shè)計(jì)》是作者與加利福尼亞州理學(xué)院物理學(xué)家列納德·蒙洛迪諾（Leonard Mlodinow）共同創(chuàng)作的作品， 把有關(guān)宇宙起源及生命本身的最基本問(wèn)題的思考，上升到哲學(xué)層面，提出了“依賴模型的實(shí)在論”（Model-dePendent realism），以及 M理論， 最終回答了宇宙產(chǎn)生的第一推動(dòng)的問(wèn)題?！段业暮?jiǎn)史》是霍金的自傳，簡(jiǎn)明扼要地講述了作者的生活故事，求學(xué)經(jīng)歷，主要研究發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，以及《時(shí)間簡(jiǎn)史》創(chuàng)作出版的始末。

霍金的這5 部作品不僅介紹了宇宙學(xué)領(lǐng)域的基本知識(shí)和前沿理論， 而且敘說(shuō)了包括他自己在內(nèi)的理論物理學(xué)家的具體研究過(guò)程和真切體驗(yàn)，比較充分地體現(xiàn)了霍金的科學(xué)精神、 科學(xué)方法和科學(xué)社會(huì)學(xué)意識(shí)。本文擬從這三個(gè)方面出發(fā)，審視霍金科學(xué)散文的科學(xué)哲學(xué)意蘊(yùn)。

科學(xué)哲學(xué)是對(duì)科學(xué)的反思， 主要涉及科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)方法、科學(xué)理論、科學(xué)與社會(huì)、 科學(xué)與價(jià)值等論題。 美國(guó)科學(xué)哲學(xué)學(xué)者杰弗里·戈勒姆（Geoffrey Gorham）強(qiáng)調(diào)，前沿的科學(xué)問(wèn)題常常會(huì)引出一些深刻的哲學(xué)問(wèn)題，“一些偉大的科學(xué)家會(huì)在其研究方向上表現(xiàn)出非常深刻的哲學(xué)性。 這些人除了牛頓，還有伽利略、達(dá)爾文、尼爾斯·玻爾、阿爾伯特·愛(ài)因斯坦、斯蒂芬·杰伊·古爾德和史蒂芬·霍金”[4]（PIII）。 我國(guó)科學(xué)哲學(xué)學(xué)者周林東指出：“當(dāng)代的自然科學(xué)家們對(duì)于哲學(xué)也不乏濃厚的興趣， 他們就科學(xué)中的具體問(wèn)題進(jìn)行的哲學(xué)探討，也應(yīng)當(dāng)被看作為科學(xué)哲學(xué)”[5]（P2）。 國(guó)內(nèi)還有學(xué)者從不同角度初步研究了霍金的普通哲學(xué)思想。 章紅寶探討了霍金的天人觀及其哲學(xué)意義，他指出，霍金“把人擇原理應(yīng)用到宇宙理論中，推知宇宙的初始條件及相應(yīng)的科學(xué)定律， 他的天人觀體現(xiàn)了人和宇宙的和諧統(tǒng)一”[6]（P32）。鮑健強(qiáng)審視了霍金獨(dú)特的哲學(xué)思想和科學(xué)方法，他強(qiáng)調(diào)，霍金的“物質(zhì)觀、時(shí)空觀、宇宙觀等主要哲學(xué)思想獨(dú)樹(shù)一幟、深刻豐富，”他在“理論思維和科學(xué)研究中運(yùn)用了直覺(jué)方法、類(lèi)比方法、數(shù)學(xué)方法和證偽主義等科學(xué)方法”[7]（P89）。 趙煦探究了霍金的依賴模型的實(shí)在論，他認(rèn)為，霍金的這種實(shí)在論“不在終極的客觀存在的有無(wú)之間作無(wú)謂的爭(zhēng)論， 只關(guān)注理論模型的好與壞，對(duì)于自然科學(xué)的發(fā)展，有著積極的意義”；其主張“使得依賴模型的實(shí)在論與科學(xué)史的實(shí)際更相符合”[8]（P150）。

下面主要從霍金的5 部科學(xué)散文作品出發(fā)，對(duì)其中所蘊(yùn)涵的科學(xué)哲學(xué)理念做較為系統(tǒng)和深入的探討。

一、科學(xué)精神

科學(xué)精神既是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前提， 又貫穿科學(xué)活動(dòng)的始終，它是科學(xué)哲學(xué)（之科學(xué)本體論）的重要內(nèi)容。 我國(guó)著名科學(xué)哲學(xué)學(xué)者李醒民說(shuō)：“科學(xué)精神是科學(xué)本性的自然流露或延伸， 體現(xiàn)了科學(xué)的哲學(xué)和文化意蘊(yùn)，是科學(xué)的根本、真詮和靈魂”[9]（P216）。 霍金科學(xué)散文蘊(yùn)含的科學(xué)精神主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

一是求真務(wù)實(shí)精神。 霍金對(duì)自然規(guī)律（真理）不僅有強(qiáng)烈好奇心，而且有執(zhí)著追求；同時(shí)，他注重對(duì)事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的觀察、運(yùn)算和實(shí)證。他坦言：“我總是對(duì)事物如何運(yùn)行感興趣……十三四歲后我知道自己要在物理方面做研究， 因?yàn)檫@是最基礎(chǔ)的學(xué)科，盡管我知道中學(xué)物理太淺顯、太容易、太枯燥……但是物理學(xué)和天文學(xué)有望解決我們從何處來(lái)、為何在這里的問(wèn)題。我想探索宇宙的底蘊(yùn)”[10]（P10）。他如此強(qiáng)調(diào)執(zhí)著追求對(duì)科學(xué)創(chuàng)造的重要意義：“正如古言所說(shuō)，充滿希望的旅途勝過(guò)終點(diǎn)的到達(dá)。我們追求發(fā)現(xiàn)，不僅在科學(xué)中，而且在所有領(lǐng)域中激發(fā)創(chuàng)造性”[11]（Pviii）。 他把伽利略譽(yù)為“近代科學(xué)的奠基人，”原因是，“伽利略是最早做出如下判斷的人之一：人們有望了解世界如何運(yùn)行，而且，我們能通過(guò)觀察現(xiàn)實(shí)世界來(lái)做到這一點(diǎn)”；他舉例說(shuō)：“伽利略很早就相信哥白尼理論 （即行星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)），但只有在他發(fā)現(xiàn)了支持這一觀念需要的證據(jù)后，他才公開(kāi)支持”[1]（P194）。 他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)說(shuō)，伽利略發(fā)現(xiàn)了大量定律，“并且提出了兩個(gè)重要原則，一個(gè)是，觀察是科學(xué)的基礎(chǔ)，另一個(gè)是，科學(xué)的目標(biāo)是研究存在于物理現(xiàn)象之間的定量關(guān)系”[12]（P37）?；艚鹜瞥缱C偽主義的代表人物卡爾·波普爾（Karl PoPPer）的實(shí)證哲學(xué)，他明確指出：“關(guān)于時(shí)間或任何別的概念的任何可靠的科學(xué)理論，依照我的看法，都必須基于最便于操作的科學(xué)哲學(xué)之上： 這就是卡爾·波普爾和其他人提出的實(shí)證主義方法”[11]（P31）。

二是懷疑批判精神。 愛(ài)因斯坦是世界上繼牛頓之后最偉大的科學(xué)家和物理學(xué)家；在霍金筆下，愛(ài)因斯坦敢于懷疑， 他的科學(xué)成就是在批判地繼承以牛頓為代表的科學(xué)家所持的時(shí)空觀和宇宙觀的基礎(chǔ)上獲得的。愛(ài)因斯坦具有好辯性格，蔑視權(quán)威；1909 年， 他在瑞士專利局一個(gè)低級(jí)職位上就發(fā)表了2 篇論文，“開(kāi)啟了兩項(xiàng)革命，”改變了現(xiàn)當(dāng)代人“對(duì)時(shí)間、空間以及實(shí)在本身的理解”[11]（P4）；他“推翻了19 世紀(jì)科學(xué)的兩個(gè)絕對(duì)物： 以太代表的絕對(duì)靜止， 所有鐘表都測(cè)量到的絕對(duì)時(shí)間或普適時(shí)間”[11]（P11）。 他的廣義相對(duì)論把空間和時(shí)間從事件在其中發(fā)生的被動(dòng)背景， 轉(zhuǎn)變成宇宙動(dòng)力學(xué)的主動(dòng)參與者， 顛覆了牛頓以來(lái)宇宙被視為事件發(fā)生的被動(dòng)背景，以及被視為平坦、無(wú)限的空間這樣的傳統(tǒng)宇宙觀。

同樣，霍金提出自己的宇宙觀，是以懷疑和批判愛(ài)因斯坦的一些觀點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的。在霍金看來(lái)，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是“一個(gè)不完備的理論，它不能告訴我們宇宙是如何開(kāi)始的”，20 世紀(jì)另一個(gè)偉大理論量子力學(xué)也是一個(gè)“不完備的”理論[1]（P54）。因此， 他致力于把愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論與量子力學(xué)結(jié)合起來(lái)。他指出，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論制約著宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)，但其局限是，它沒(méi)有與量子力學(xué)的不確定原理結(jié)合起來(lái)， 量子力學(xué)的不確定原理適用于宇宙大爆炸和黑洞奇點(diǎn)之類(lèi)的無(wú)限小尺度的微觀領(lǐng)域，把這兩個(gè)理論結(jié)合起來(lái)，才有可能充分解釋宇宙的起源——大爆炸， 宇宙漫長(zhǎng)的演變過(guò)程，以及其未來(lái)塌縮所導(dǎo)致的時(shí)空終結(jié)。他說(shuō)，愛(ài)因斯坦不相信不確定原理在大爆炸之前起作用的具體事例，是他的一句話“上帝不擲骰子”[1]（P58）。意思是說(shuō)，愛(ài)因斯坦不認(rèn)為，宇宙起源具有偶然性或不確定性。他針?shù)h相對(duì)地說(shuō)：“所有證據(jù)表明，上帝是一位老賭徒，他在每一種可能的場(chǎng)合擲骰子”[10]（P55）。 意思是說(shuō)，宇宙起源（大爆炸）以及黑洞輻射一定受不確定原理制約。

三是多元開(kāi)放精神。霍金善于兼容并蓄，博采眾長(zhǎng)。 他以批判的態(tài)度審視了多數(shù)現(xiàn)代人視為宗教迷信的宇宙起源傳說(shuō)， 肯定了哈勃的宇宙膨脹理論，基于廣義相對(duì)論，與彭羅斯（Roger Penrose）一起證明了奇性定律， 提出了新的宇宙起源說(shuō)——宇宙始于大爆炸奇點(diǎn)。他基于量子力學(xué)，深入研究了黑洞，進(jìn)一步探索了宇宙的起源，并探討宇宙的歸宿， 提出宇宙將終結(jié)于大塌縮形成的大擠壓（big crunch）奇點(diǎn)。他把麥克斯韋的電磁學(xué)理論和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論與量子論相結(jié)合，提出了量子場(chǎng)論。他把熱力學(xué)定律應(yīng)用于黑洞研究，提出了“黑洞面積定律”；他吸納理查德·費(fèi)因曼的歷史求和法（sum over histories），深入研究宇宙的膨脹和收縮， 并引進(jìn)了虛時(shí)間的概念，1983 年與詹姆士·哈特爾一起提出了“有限無(wú)界”的量子宇宙論[10]（P66）；他采用蘭登·卡特的人擇原理闡釋宇宙演化，并把歷史求和法和弱人擇原理相結(jié)合，主張宇宙與人類(lèi)自身存在互為條件， 宇宙的演化過(guò)程和人類(lèi)存在密切相關(guān)。

霍金還從光的波粒二重性得到啟發(fā)， 認(rèn)為解釋宇宙的完備的統(tǒng)一理論 （comPlete unified theory）不是單一的一個(gè)理論，而是被稱為M 理論的一簇理論的組合。他說(shuō)：“關(guān)于制約宇宙的定律，我們所能說(shuō)的是， 似乎不存在能夠描述宇宙的方方面面的一個(gè)單一的數(shù)學(xué)模型或理論。相反，正如開(kāi)篇提到的，似乎存在一個(gè)稱作M 理論的理論網(wǎng)絡(luò)。 在M 理論網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)理論都能很好地描述一定范圍的現(xiàn)象。只要在其范圍交疊之處，網(wǎng)絡(luò)中的不同理論相符， 它們都能被稱作同一簇理論的不同部分”[12]（P77）。 即是說(shuō)，他主張多種不同的理論共存——用不同的理論去解釋宇宙不同范圍中和不同情形下的現(xiàn)象；他認(rèn)識(shí)到，不存在惟一一個(gè)能解釋宇宙中所有現(xiàn)象的理論。

四是糾錯(cuò)臻美精神?；艚鹪谄? 部作品中，多次坦率承認(rèn)自己理論的錯(cuò)誤或不完善之處；而且，他還不斷糾正自己的錯(cuò)誤， 從而使自己的理論或觀點(diǎn)趨于完美。 1970 年，他與彭羅斯一起提出并證明了奇點(diǎn)定理，認(rèn)為宇宙起始于大爆炸奇點(diǎn)，在這一點(diǎn)，所有的科學(xué)定律都會(huì)無(wú)效。 后來(lái)，他用量子力學(xué)的不確定原理深入研究宇宙起源， 并引入虛時(shí)間概念，于1983 年提出無(wú)邊界條件（假說(shuō)），認(rèn)為宇宙的起始和終結(jié)端都不存在奇點(diǎn)。 他說(shuō)：“我近期的研究似乎使我早年關(guān)于奇點(diǎn)的成果完全付諸東流。 但是，正如上面所指出的，奇點(diǎn)定理的真正重要性在于， 它們證明引力場(chǎng)必然會(huì)強(qiáng)到不能無(wú)視量子引力效應(yīng)的程度。 這進(jìn)而導(dǎo)致也許在虛時(shí)間里宇宙的尺度可以有限但卻沒(méi)有邊界或奇點(diǎn)的觀念”[1]（PP143-144）。也就是說(shuō)，量子力學(xué)定律在奇點(diǎn)處仍然有效。 他原以為，宇宙膨脹時(shí)，無(wú)序度（熵）增加，宇宙塌縮時(shí)，無(wú)序度減少，但他后來(lái)“意識(shí)到自己犯了一個(gè)錯(cuò)誤——無(wú)邊界條件意味著，事實(shí)上在收縮時(shí)無(wú)序度繼續(xù)增加”；他因而特地寫(xiě)道：“當(dāng)你發(fā)現(xiàn)自己犯了這樣的錯(cuò)誤后該怎么辦？……在我看來(lái)，如果你在出版物中承認(rèn)自己錯(cuò)了，那會(huì)好得多，可以少造成混亂”[1]（P155）。 此外，他還坦承自己在認(rèn)識(shí)黑洞方面的曲折經(jīng)歷——最初，他如當(dāng)時(shí)的所有人一樣，“接受黑洞不能發(fā)射任何東西的正統(tǒng)說(shuō)法”，但他勇于改正，“付出相當(dāng)大的努力試圖擺脫這個(gè)令人難堪的效應(yīng)”，最后，他提出了黑洞輻射定律：“黑洞正如通常的熱體那樣產(chǎn)生和發(fā)射粒子， 這熱體的溫度和黑洞的表面引力成比例并且和質(zhì)量成反比”[10]（P85）。

二、科學(xué)方法

霍金的科學(xué)散文作品中倡導(dǎo)的科學(xué)方法主要有以下五種。

一是直覺(jué)方法。 直覺(jué)是沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的分析推理而產(chǎn)生觀點(diǎn)的認(rèn)識(shí)方法， 它基于已獲得的知識(shí)和累積的經(jīng)驗(yàn)。霍金說(shuō)：“我做工作相當(dāng)憑直覺(jué)。我想，嘿！ 涌出一個(gè)想法應(yīng)該是正確的，然后設(shè)法去證明它。有時(shí)我發(fā)現(xiàn)自己錯(cuò)了，但是最初錯(cuò)的想法會(huì)導(dǎo)致新的想法”[13]（P94）。 1965 年，他讀到彭羅斯關(guān)于任何物體在引力作用下塌縮、 最終必定形成一個(gè)奇點(diǎn)的定理，很快意識(shí)到，如果“將彭羅斯定理中的時(shí)間方向顛倒， 并且假定現(xiàn)在宇宙在大尺度上大體類(lèi)似弗里德曼的模型， 這個(gè)定理的條件仍然成立……任何類(lèi)似弗里德曼模型的膨脹宇宙一定是從一個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始的”[1]（PP52-53）。 在隨后幾年里，他發(fā)展了新的數(shù)學(xué)技巧，1970 年，與彭羅斯一起證明了奇點(diǎn)定理，認(rèn)為宇宙起始于大爆炸奇點(diǎn)。1970 年，他的女兒出生后不久的一個(gè)晚上，他上床睡覺(jué)時(shí)，開(kāi)始思考黑洞問(wèn)題，忽然意識(shí)到與黑洞視界面積相關(guān)的一些問(wèn)題， 并想到一個(gè)假設(shè)——黑洞的視界面積只增不減。他興奮得徹夜難眠，次日就打電話告知彭羅斯，得到了其認(rèn)可。[1]（PP103-105）此后，他聯(lián)想到熱力學(xué)第二定律，以此佐證自己的假設(shè)。 他與詹姆·哈特爾基于廣義相對(duì)論和“歷史求和”思想，提出了宇宙有限無(wú)界的重要思想；這一思想也是基于直覺(jué)方法——它無(wú)法證明， 只能稱為“無(wú)邊界條件或假說(shuō)”（No boundary condition/ ProPosal）。 正如他所坦承的：“時(shí)空是有限而‘無(wú)界’的這一思想僅僅是一個(gè)假說(shuō)，它不能從其他原理推導(dǎo)出。正如其他任何科學(xué)理論，它最初可以由于感性的或形而上的原因提出”[1]（PP141-142）。

二是演繹推理。這是從一般性的前提出發(fā)，推導(dǎo)出具體結(jié)論的過(guò)程。霍金有了大膽的假設(shè)之后，通常以已有的物理理論為前提， 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行證明。如前所述，他與彭羅斯提出的奇點(diǎn)定理的前提是廣義相對(duì)論； 他的黑洞輻射理論基于量子力學(xué)。 他說(shuō)：“量子力學(xué)允許粒子從黑洞中逃逸出來(lái)，這是經(jīng)典力學(xué)不允許的事。 然而，在原子和核子物理學(xué)中存在許多其他情形， 有一些按照經(jīng)典原理粒子不能逾越的壁壘， 按照量子力學(xué)原理的隧道效應(yīng)可讓粒子通過(guò)”[10]（P86）。 他與哈特爾一起提出的無(wú)界條件假說(shuō)， 其前提是廣義相對(duì)論的彎曲時(shí)空思想，以及基于“歷史求和”思想的量子力學(xué)理論。 他說(shuō)：“我們?nèi)匀粵](méi)有一個(gè)把量子力學(xué)與引力論相結(jié)合的完備而協(xié)調(diào)的理論。然而，我們對(duì)這樣的統(tǒng)一理論應(yīng)具備的某些特征相當(dāng)有把握。其中一個(gè)特征是， 這一理論應(yīng)該包含費(fèi)恩曼提出的歷史求和思想來(lái)表述量子力學(xué)理論的假說(shuō)”[1]（P138）。

三是證偽主義。 霍金在其作品中多次提及波普爾證偽主義的主要觀點(diǎn)，并奉為圭臬。他說(shuō)：“正如科學(xué)哲學(xué)家卡爾·波普爾強(qiáng)調(diào)的那樣，一個(gè)好的理論的特征是， 它能給出許多在原則上可以通過(guò)觀測(cè)而被否定或者被證偽的預(yù)言。 每當(dāng)我們觀察到與這些預(yù)言相符合的新現(xiàn)象， 這個(gè)理論就能多存活一段時(shí)間，我們對(duì)它的信任度也隨之增加；然而，哪怕只有一次新觀察與之不符，我們就只得拋棄或修正這個(gè)理論”[1]（P10）。 正如上文所提及的，霍金在數(shù)十年的科學(xué)生涯中， 一直在不斷修正和完善自己的相關(guān)理論。在他看來(lái)，人們提出的所有宇宙理論，都只不過(guò)是假定的宇宙圖像或數(shù)學(xué)模型，都是臨時(shí)性的和不完備的，“科學(xué)的終極目的是提供能夠描述整個(gè)宇宙的單一理論”[1]（P11）。 他認(rèn)為，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)都是不完備的理論， 因而當(dāng)代理論物理學(xué)的努力方向和 《時(shí)間簡(jiǎn)史》 的主題，是“尋求一個(gè)能將這兩個(gè)理論結(jié)合起來(lái)的新理論——量子引力論”[1]（P12）。對(duì)于他與哈特爾一起提出的有限無(wú)界宇宙論，他說(shuō)：“在哲學(xué)家卡爾·波普爾定義的意義上說(shuō)， 無(wú)邊界設(shè)想是一種好的科學(xué)理論：它可以被觀測(cè)證偽”[10]（PP73-76）。

四是觸類(lèi)旁通。正如前文所述，霍金倡導(dǎo)開(kāi)放多元的科學(xué)精神，他博采眾長(zhǎng)，經(jīng)常從前人的相關(guān)理論中得到啟發(fā)，進(jìn)行類(lèi)推，提出自己的理論。 可以說(shuō)，他在宇宙學(xué)領(lǐng)域的重要成就大都始于啟發(fā)。1965 年，英國(guó)數(shù)理學(xué)家彭羅斯用奇點(diǎn)理論研究恒星塌縮，認(rèn)為恒星最終塌縮成質(zhì)量極大、體積極小的黑洞奇點(diǎn)[1]（P52）；受此啟發(fā)，霍金把彭羅斯的奇點(diǎn)理論和弗里德曼的膨脹宇宙觀相結(jié)合， 提出了宇宙大爆炸前有一個(gè)奇點(diǎn)，宇宙（時(shí)空）始于大爆炸奇點(diǎn)，1970 年，他與彭羅斯一起證明了奇點(diǎn)定理。此外，霍金通過(guò)對(duì)黑洞的深入研究，認(rèn)為兩個(gè)黑洞碰撞合并成一個(gè)黑洞， 其總面積應(yīng)大于或等于原有兩個(gè)黑洞的面積之和。 他聯(lián)想到熱力學(xué)第二定理涉及的熵的物理量增加的規(guī)律[1]（P106），以此佐證其黑洞面積定理——黑洞的熵增原理。 他基于廣義相對(duì)論和“歷史求和”思想，并受數(shù)學(xué)中的實(shí)數(shù)和虛數(shù)概念的啟發(fā)，假設(shè)了實(shí)時(shí)間和虛時(shí)間，進(jìn)而提出了宇宙無(wú)邊界假說(shuō)。

五是數(shù)學(xué)方法。 霍金是劍橋大學(xué)除牛頓之外最著名的盧卡斯數(shù)學(xué)教授， 他的研究領(lǐng)域宇宙學(xué)屬于理論物理， 他研究的問(wèn)題主要是宇宙的起源和未來(lái)以及黑洞；他對(duì)天文觀測(cè)不感興趣，主要是基于前人的理論，大膽地進(jìn)行假設(shè)，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)進(jìn)行證明。 1965 年，霍金受彭羅斯的黑洞奇點(diǎn)理論的啟發(fā)，提出宇宙大爆炸始于奇點(diǎn)的假設(shè)后，在隨后幾年中，“發(fā)展了新的數(shù)學(xué)技巧，”與彭羅斯一起證明了這一假設(shè)，1970 年發(fā)表了有關(guān)奇點(diǎn)定理的論文[1]（P53）。 1983 年，霍金與哈特爾一起提出宇宙無(wú)邊界假說(shuō)時(shí)，基于實(shí)數(shù)和虛數(shù)的概念，提出了實(shí)時(shí)間和虛時(shí)間的概念。 他說(shuō)：“虛時(shí)間可能聽(tīng)起來(lái)像是科學(xué)幻想，但事實(shí)上，它是定義得很好的數(shù)學(xué)概念”[1]（P139）。 然后，他從“歷史求和”思想及無(wú)邊界假說(shuō)出發(fā)，計(jì)算出“當(dāng)宇宙具有現(xiàn)在密度的某一時(shí)刻時(shí)、在所有方向上以幾乎同等速率膨脹的概率”[1]（P144）。

三、科學(xué)社會(huì)學(xué)意識(shí)

科學(xué)社會(huì)學(xué)既是社會(huì)學(xué)的重要分支， 又是科學(xué)哲學(xué)的重要分支， 它主要研究科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的相互影響。 科學(xué)哲學(xué)學(xué)者杰弗里·戈勒姆指出：“起初，科學(xué)社會(huì)學(xué)研究的重點(diǎn)是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的社會(huì)影響。 不過(guò)，很快，社會(huì)學(xué)家們就開(kāi)始轉(zhuǎn)而研究科學(xué)本身的社會(huì)維度了……科學(xué)與所處的社會(huì)環(huán)境是密不可分的”[4]（PP134-135）。 顯然，科學(xué)社會(huì)學(xué)關(guān)注的對(duì)象既包括科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響，又包括社會(huì)對(duì)科學(xué)的影響。由此可以說(shuō)，霍金的科學(xué)散文蘊(yùn)涵著科學(xué)社會(huì)學(xué)意識(shí)。

一方面，霍金的科學(xué)散文顯示，他從事科研和致力于科學(xué)普及，深受其父親、其就讀中學(xué)以及英國(guó)科學(xué)散文傳統(tǒng)的有益影響。 他的父親從事熱帶病研究，“異常勤奮， 稱得上是獻(xiàn)身于研究了”[3]（P34）?；艚鹛寡裕骸拔腋赣H鼓勵(lì)我在科學(xué)上的興趣， 他甚至指導(dǎo)我學(xué)數(shù)學(xué)，直到超出他的知識(shí)能力為止。有這樣的背景，有我父親的工作做榜樣，我認(rèn)為自己作科學(xué)研究是非常自然的”[3]（P35）。他在中學(xué)的最后兩年，“想專攻數(shù)學(xué)和物理，”原因是，“學(xué)校有一位非常啟發(fā)人的數(shù)學(xué)教師塔他先生； 而且學(xué)校剛建立了一間新的數(shù)學(xué)室。 愛(ài)好數(shù)學(xué)的同伴都將它當(dāng)成自己的教室”[3]（P36）。 雖然他沒(méi)有滿足父親的愿望，成為一名生物學(xué)家，卻依據(jù)自己的興趣，成了一位牛頓曾擔(dān)任的“盧卡斯數(shù)學(xué)教授，”在理論物理（宇宙學(xué)）領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。他以《時(shí)間簡(jiǎn)史》為代表的科學(xué)散文作品，產(chǎn)生了世界性影響，其靈感之一，是英國(guó)另一位著名科學(xué)散文作家布朗諾斯基（Jacob Bronowski）有廣泛影響的電視科普片《人的進(jìn)化》（The Ascent of Man, 1973）及相應(yīng)的同名散文作品①20 世紀(jì)70 年代初，英國(guó)數(shù)學(xué)家和文學(xué)家雅各布·布朗諾斯基在英國(guó)廣播公司（BBC）電視上作了一系列西方科學(xué)史的演講，后來(lái)演講詞以《人的進(jìn)化》（一譯為《人的攀升》）出版，先后贏得了數(shù)百萬(wàn)的觀眾和讀者。在其影響下，美國(guó)著名科學(xué)散文作家卡爾·薩根創(chuàng)作了普利策獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品《伊甸園的龍》，制作了影響廣泛的電視系列片《宇宙》并出版了同名科學(xué)散文《宇宙》；英國(guó)科學(xué)散文作家霍金創(chuàng)作了暢銷(xiāo)世界的《時(shí)間簡(jiǎn)史》。。 霍金坦承：“雅各布·布朗諾斯基的電視系列片《人的進(jìn)化》給我留下深刻印象。 它簡(jiǎn)略地介紹了人類(lèi)在僅僅15000 年內(nèi)從以前的初級(jí)野人進(jìn)化到現(xiàn)代狀態(tài)的成就。 我想在完全理解制約宇宙定律的進(jìn)展方面給人們傳達(dá)類(lèi)似的感覺(jué)”[10]（P27-28）。

另一方面， 霍金認(rèn)識(shí)到了科學(xué)對(duì)社會(huì)的重要影響。他意識(shí)到，科學(xué)是把雙刃劍，既能造福人類(lèi)，又能給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難。他說(shuō)：“迄今毫無(wú)疑問(wèn)的是，我們稱為智慧和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的東西， 為我們的生存帶來(lái)了好處。但我們現(xiàn)在還不清楚，這種情況是否仍會(huì)繼續(xù)下去——我們的科學(xué)發(fā)展可以輕易毀滅我們所有人”[1]（P13）。 其中，他關(guān)注得最多的是科學(xué)的負(fù)面影響， 尤其是科技發(fā)展引發(fā)的生態(tài)危機(jī)和核戰(zhàn)災(zāi)難。在他看來(lái)，科學(xué)的“危險(xiǎn)在于，我們毀壞或消滅環(huán)境的能力的增長(zhǎng)， 比利用這種能力的智慧的增長(zhǎng)快得太多了”[10]（P114）。 他明確指出，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 在近兩個(gè)世紀(jì)， 人口以指數(shù)式增長(zhǎng)，電力消耗量在近40 年內(nèi)增加一倍；“如果人口增長(zhǎng)和電力消耗增加以目前速率持續(xù)下去， 世界人口到2600 年將會(huì)達(dá)到擦肩摩踵的程度，到那時(shí)，地球會(huì)因大量使用電力而發(fā)出紅熱光芒”[11]（P158）；況且，“目前的指數(shù)增長(zhǎng)不可能無(wú)限繼續(xù)下去。 那么將會(huì)發(fā)生什么呢？我們將會(huì)被某些災(zāi)難，比如核戰(zhàn)爭(zhēng)毀滅”[11]（P159）。

需要說(shuō)明的是， 科學(xué)社會(huì)學(xué)實(shí)際上也涵蓋科學(xué)倫理。 科學(xué)倫理主要關(guān)注科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用等科學(xué)活動(dòng)所涉及的倫理問(wèn)題， 而倫理問(wèn)題是重要的社會(huì)問(wèn)題之一。 我國(guó)著名科學(xué)技術(shù)哲學(xué)家劉大椿指出，科學(xué)活動(dòng)的基本倫理原則“是對(duì)科學(xué)的社會(huì)規(guī)范的倫理拓展”；其目標(biāo)是“增進(jìn)人類(lèi)的福利，拓展認(rèn)知在符合這一目標(biāo)的前提下， 成為一個(gè)重要的子目標(biāo)。 這是一個(gè)從認(rèn)知視角向倫理視角的轉(zhuǎn)換過(guò)程，通過(guò)這一轉(zhuǎn)換，認(rèn)知客觀性拓展為客觀公正性， 知識(shí)的公有性拓展為公眾利益的優(yōu)先性，由此產(chǎn)生了科學(xué)活動(dòng)的兩大基本倫理原則”[14]（P153）。即是說(shuō)， 客觀公正和公共利益優(yōu)先是科學(xué)活動(dòng)的兩大基本倫理原則?？茖W(xué)活動(dòng)的主體是科學(xué)家，而科學(xué)家的社會(huì)責(zé)任是科學(xué)工作者道德規(guī)范的主要內(nèi)容——“1949 年9 月‘國(guó)際學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)’第五次大會(huì)通過(guò)的《科學(xué)家憲章》，對(duì)科學(xué)家的義務(wù)有6條規(guī)定，其中5 條都與科學(xué)家的社會(huì)責(zé)任有關(guān)。 ”其中的第3 條是：“用最有益于全人類(lèi)的方法促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展， 要盡可能地發(fā)揮科學(xué)家的影響以防止其誤用”[15]（P181）。

因此還可以說(shuō)，霍金具有科學(xué)倫理意識(shí)。他認(rèn)為，人類(lèi)有自由意志，有能動(dòng)性，應(yīng)為包括科學(xué)活動(dòng)在內(nèi)的自己的行為負(fù)責(zé)， 科學(xué)家應(yīng)積極普及科學(xué)知識(shí)，使大眾明白科學(xué)的雙刃性，從而使公眾督促政府作出智慧的決策， 最終使科學(xué)活動(dòng)能造福人類(lèi)。 他說(shuō)：人們“不能把自己的行為基于一切都是注定的思想之上。相反地，人們必須采取有效理論， 也就是人們具有自由意志以及必須為自己的行為負(fù)責(zé)……我們相信自由意志還有達(dá)爾文主義的原因： 一個(gè)其成員對(duì)于他或她的行為負(fù)責(zé)的社會(huì)更容易合作、存活并擴(kuò)散其價(jià)值”[10]（P107）。 就是說(shuō)，人類(lèi)要發(fā)揮能動(dòng)性，勇于為包括科學(xué)活動(dòng)在內(nèi)的行為負(fù)責(zé)，如此才能確保自己的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。他這樣強(qiáng)調(diào)科學(xué)家普及科學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)進(jìn)程的重要影響：“如果我們同意， 無(wú)法阻止科學(xué)技術(shù)改變我們的世界， 我們至少能盡量保證它們引起的變化是在正確的方向上。在一個(gè)民主社會(huì)中，這意味著公眾需要對(duì)科學(xué)有基本的理解， 這樣做的決定是消息靈通的，而不會(huì)只受少數(shù)專家的操縱”[10]（P23）。

霍金身體力行，積極從事科普事業(yè)。他不顧自己嚴(yán)重的肢體障礙和語(yǔ)言障礙， 運(yùn)用裝在專用輪椅上的小型電腦和語(yǔ)言合成器，盡管“每分鐘處理3 個(gè)單詞，”卻寫(xiě)出了數(shù)部科普作品（科學(xué)散文）和不少科學(xué)論文，“做了科學(xué)和普及的演講”[3]（P90-91）。他心里裝著廣大讀者，寫(xiě)科學(xué)散文時(shí)不用方程。他的《時(shí)間簡(jiǎn)史》用大眾喜聞悅見(jiàn)的生動(dòng)形象的方式寫(xiě)就：“我依靠圖像來(lái)思考， 我這本書(shū)的目標(biāo)是靠語(yǔ)言描繪這些心里的圖像， 還借助于一些熟悉的比喻和圖形”[3]（P99）。 此外，霍金還極力推薦其他一些科普措施。在他看來(lái)，普及科學(xué)的關(guān)鍵在于中學(xué)階段的教育。 他說(shuō)，如何利用公眾的興趣向其“提供必需的科學(xué)背景，使之在諸如酸雨、溫室效應(yīng)、核武器和遺傳工程方面做出真知灼見(jiàn)的決定？ 很清楚，根本的問(wèn)題是中學(xué)的基礎(chǔ)教育”[10]（P23）。 除了生動(dòng)、形象、通俗的科學(xué)散文，他力倡用通過(guò)蘊(yùn)含正確科學(xué)觀、 寓教于樂(lè)的電視科普節(jié)目去影響廣大觀眾。 他說(shuō)：“有關(guān)科學(xué)的通俗著作和雜志文章可以幫助我們知悉新發(fā)展， 但是哪怕是最成功的通俗著作也只為人口中的一小部分閱讀。 只有電視才能觸及真正廣大的觀眾……科學(xué)節(jié)目的電視制作者應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，他們不僅有娛樂(lè)公眾，而且有教育公眾的責(zé)任”[10]（P24）。

綜上所述， 霍金的5 部科學(xué)散文蘊(yùn)含著豐富而發(fā)人深省的科學(xué)哲學(xué)理念。 這些作品體現(xiàn)的科學(xué)精神主要有求真務(wù)實(shí)、懷疑批判、多元開(kāi)放、糾錯(cuò)臻美。它們倡導(dǎo)的科學(xué)方法主要包括直覺(jué)方法、演繹推理、證偽主義、觸類(lèi)旁通、數(shù)學(xué)方法。它們包涵的科學(xué)社會(huì)學(xué)意識(shí)表現(xiàn)在，霍金認(rèn)識(shí)到，良好的家國(guó)傳統(tǒng)可促進(jìn)科學(xué)事業(yè)， 而科學(xué)技術(shù)給社會(huì)既能帶來(lái)益處，也能產(chǎn)生危害；科學(xué)家應(yīng)積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，使科技能有益于人類(lèi)社會(huì)，同時(shí)應(yīng)努力普及科學(xué)知識(shí)， 使公眾督促政府作出有利于環(huán)境和人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)福祉的決策。 這些理念不僅是霍金取得巨大科學(xué)成就和獲得世界性聲譽(yù)的關(guān)鍵因素，而且大大增加了其科學(xué)散文的深厚度， 是這些作品獲得廣大讀者青睞的重要原因。 這對(duì)我國(guó)的科技發(fā)展、 創(chuàng)新型社會(huì)建設(shè)以及科學(xué)散文創(chuàng)作都具有重要啟示意義。 我國(guó)的青少年乃至全體國(guó)民要培養(yǎng)霍金所體現(xiàn)的科學(xué)精神； 我國(guó)科技工作者要結(jié)合自己的科研實(shí)踐，以開(kāi)放型思維，靈活運(yùn)用多種相適宜的科學(xué)方法； 我們的家庭和社會(huì)要積極創(chuàng)造熱愛(ài)科學(xué)和獻(xiàn)身科學(xué)事業(yè)的良好環(huán)境， 我國(guó)的大眾應(yīng)了解基本科學(xué)知識(shí)， 使自己和決策者都能具有責(zé)任意識(shí)， 從而確保科技的運(yùn)用既能保護(hù)環(huán)境，又能造福人類(lèi)；我國(guó)的科學(xué)散文作家在作品中不僅要傳遞相關(guān)科學(xué)知識(shí)，而且要體現(xiàn)科學(xué)精神、科學(xué)方法和科學(xué)社會(huì)學(xué)意識(shí)等科學(xué)哲學(xué)理念，以增加作品的深厚度。