,也就是在大尺度上研究宇宙。這個時期我最重要的成果是關於奇性。對遙遠星系的觀測表明它們正遠離我們而去:宇宙正在膨脹。這說明在過去這些星系必然更加相近。這就產生了這個問題:是否有過產個日寸刻,所有星系都相互重疊在一起,而宇宙的密度是無限的?或者早先是否存在一個收縮相,那時在這個收縮相中這些星系想法避免相互對撞?也許它們相互穿越,然而再相互離開。要回答這個問題需要新的數學技巧。這些就是在1965年和1970年之間主要由羅傑·彭羅斯和我自己所發展的。彭羅斯那時在倫敦的比爾貝克學院,現在他在牛津。我們用這些技巧來證明,如果廣義相對論是正確的話,則在過去必然存在過一個無限密度的狀態。
這個無限密度的狀態被叫作大爆炸奇性。它意味著,如果廣義相對論是正確的,則科學不能預言宇宙是如何啟始的。然而,我更新近的研究成果表明,如果人們考慮到量子物理理論,這個有關非常小尺度的理論,則可能預言宇宙是如何啟始的。
廣義相對論還預言,當大質量恆星耗盡其核燃料時將會向自身坍縮。彭羅斯和我證明了,它們會繼續坍縮直至達到具有無限密度的奇點。至少對於該恆星以及在它上面的一切,這個奇點即是時間的終點。奇點的引力場是如此之強,甚至光線都不能從圍繞它的區域逃逸,它被引力場拉回去。不可能從該處逃逸的區域就叫做黑洞,黑洞的邊界叫做事件視界。任何透過事件視界掉進黑洞的東西或人都在奇點達到其時間的終結。
1970年的一個晚上,當我要上床之時思考黑洞的問題,那是我的女兒露西誕生不久的事。我忽然意識到,彭羅斯和我發展的用於證明奇性的技巧可以適用於黑洞。特別是,黑洞的邊界,即事件視界的面積不會隨時間減小。而且當兩顆黑洞碰撞併合併成一顆單獨的黑洞時,最終黑洞的視介面積比原先兩顆黑洞的視介面積的和更大。這就為黑洞碰撞時可能發射的能量立下了一個重要的限制。那個晚上我激動得難以入眠。
從1970年到1974年我主要研究黑洞。但是在1974年我也許做了畢生最令人吃驚的發現:黑洞不是完全黑的!當人們顧及物質的小尺度行為時,粒子和輻射可以從黑洞漏出來。黑洞正如同一個熱體似地發射輻射。
1974年之後,我從事把廣義相對論和量子力學合併成一個協調理論的研究。其中一個結果便是我和加利福尼亞大學聖他巴巴拉分校的詹姆·哈特爾在1983年提出的一個設想:無論時間還是空間在範圍上都是有限的,但是它們沒有任何邊界。它們像是地球的表面,只不過多了兩維。地球表面具有有限的面積,但是沒有任何邊界。在我的所有旅行中,我從未落到世界的邊緣外去。如果這個設想是正確的,就不存在奇性,科學定律就處處有效,包括宇宙的開端在內。宇宙啟始的方式就完全由科學定律所確定。我也就實現了發現宇宙如何啟始的抱負。但是我仍然不知道它為什麼啟始。
三、我的病歷'2'
人們經常問我:運動神經細胞病對你有多大的影響?我的回答是,不很大。我儘量地過一個正常人的生活,不去想我的病況或者為這種病阻礙我實現的事情懊喪,這樣的事情不怎麼多。
'2'作者注:這是1987年10月在伯明翰召開的英國運動神經細胞病協會會議上的發言稿。
我被發現患了運動神經細胞病,這對我無疑是晴天霹靂。我在童年時動作一直不能自如。我對球類都不行,也許是因為這個原因我不在乎體育運動。但是,我進牛津後情形似乎有所改變。我參與掌舵和划船。我雖然沒有達到賽船的標準,但是達到了學院間比賽的水平。
但是在牛津上第三年時,我注意到自己變得更笨拙了,有一兩回沒有任何原因地跌倒。直到第二年到劍橋後,我母親才注意到並把我送到家庭醫生那裡去。他又把我介紹給一名專家,在我的二十一歲生日後不久即入院檢查。我住了兩週醫院,其間進行各式各樣的檢查。他們從我的手臂上取下了肌肉樣品,把電極插在我身上,把一些放射性不透明流體注入我的脊柱中,一面使床傾斜,一面用X光來觀察這流體上上下下流動。做過了這一切以後,除了告訴我說這不是多發性硬化,並且是非典型的情形外,什麼也沒說。然而,我合計出,他們估計病情還會繼續惡化,除了給我一些維他命外束手無策。我能看出他們預料維他命無濟於事。這種病況顯然不很妙,所以我也就不尋根究底。
意識到我得了一種不治之症並在幾年內要結束我的性命,對我真是致命打擊