下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
理论物理学家，“黑洞”“虫洞”概念首创者｜ 约翰·惠勒（John Wheeler）
美国物理开拓时期的科学家，普林斯顿大学教授，从事原子核结构、粒子理论、广义相对论及宇宙学等研究，是广义相对论和量子引力研究领域领军人物，是“黑洞”“量子泡沫”“中子慢化剂”“虫洞”“比特”等概念的首创者，并创造性地提出了“单电子宇宙”的假设。斯蒂芬·霍金称他是“黑洞故事的英雄”。
代表作有《宇宙逍遥》（ At Home in the Universe ）、《约翰·惠勒自传》（ Geons, Black Holes and Quantum Foam: A Life in Physics ）等。
他对物理学总是保有一种令人震惊的洞察力，而且没有什么理论物理学主题是他尚未深入思考过的。
——约翰·惠勒
1933年秋天第一次遇见爱因斯坦时，我才22岁，是一名初出茅庐的博士生。爱因斯坦那时54岁，是世界上最知名的科学家。那时的我年少轻狂，坚定地认为我对理论物理学的前沿领域——核物理、电子、正电子和光子的量子理论（配对理论，我们那时是这么称呼的）有着清晰的认识。那时我想研究前沿领域，清楚地注意到爱因斯坦有条研究路线必定会走入死胡同。
我们相遇的场合是爱因斯坦在普林斯顿大学的第一场演讲，当时他也是刚刚到达这里，在普林斯顿高等研究院就职。由于害怕引起大规模围观，这场演讲并没有对外部公开。当时普林斯顿大学一位之后成了我好朋友的教授尤金·维格纳（Eugene Wigner）致电纽约大学的格雷戈里·布赖特（Gregory Breit），并邀请他来参加讲座。我那时是布赖特的博士后，他邀请我一起去。于是，我们坐火车来到了普林斯顿，由于火车遭遇了一位农民的卡车（还好没什么大事）而稍有延误。到了普林斯顿大学后，霍华德·罗伯逊（Howard Robertson）将我们介绍给了爱因斯坦（我印象中是这样），之后听取了爱因斯坦关于统一场论的讲座。演讲结束后，我们常规地交流和讨论了一会儿，之后便回到了纽约。
令我印象深刻的是爱因斯坦清晰的表述能力和他对梦想的固执追求，而对于他的梦想本身——引力和电磁力统一场论，并没有什么印象。爱因斯坦带着一种自嘲的幽默感表达对自己当前研究工作的怀疑。我那时被说服了，并一直认为如果物理世界真的存在统一场论，那么就一定不只有引力和电磁力，一定还包含量子实体，比如费米子。谁知道呢，可能弦理论才是正确的。
现在想来，那时的我虽然有些鲁莽，但并没有错。爱因斯坦的重要发现已经是过去式了，他试图统一引力和电磁力的努力不会有什么结果。然而， 他对物理学总是保有一种令人震惊的洞察力，而且没有什么理论物理学主题是他尚未深入思考过的，这些都是非常值得我学习的。
北卡罗来纳大学的一次短期休假给了我第一次结识爱因斯坦的机会。在普林斯顿高等研究院学习的那几个月，也就是1936年12月到1937年3月，我开始感激爱因斯坦为我这位年轻的理论学家所提供的东西。我在这里第一次演讲时，仅仅是他的出现就让我备受鼓舞。那天我早早地到达演讲大厅时，爱因斯坦已经坐在那里了，他是第一位到达的观众。
1938年进入普林斯顿大学之后，我开始定期地约访爱因斯坦。通常我们会在爱因斯坦位于美世街112号的家中的二楼书房见面，而非研究院。他总是很慈祥，带点儿固执，无忧无虑且乐于助人。虽然我们变得亲近且友好，但从未成为亲密的朋友。在年龄、声誉、文化背景和世界观方面，我们俩之间存在着无法弥合的差异。然而在余生里，爱因斯坦一直是我最重要的导师和决策咨询人。
1939年1月，尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）从丹麦起航，到普林斯顿待了几个月。他和爱因斯坦可以再次进行他们已经非常著名的关于量子理论的“辩论”（其实是友好的讨论）。然而就在玻尔刚要起航回国时，他收到了核裂变的信息，于是改变了这一行程。我想说的是，对自己在阻止这些讨论发生的事情中所扮演的角色，我感到很内疚。玻尔和爱因斯坦都喜欢既轻松惬意又能延续过去的主题的“辩论”。不过那年冬天和来年早春，玻尔选择和我一起专注地研究核裂变。即使玻尔的办公室就在爱因斯坦位于普林斯顿大学费恩大厅的办公室隔壁，他们俩也很少在一起。直到研究院位于城镇另一头的第一座大楼在1939年完工前，爱因斯坦和研究院其他同事都居住在大学校园里。
不久之后，一个偶然的机会让我加入了爱因斯坦的量子“辩论”。1941年，我的一位天赋异禀的研究生理查德·费曼（Richard Feynman）想出了一个量子理论的路径积分方法（我将其改名为“历史求和法”），于是，我安排了一次跟爱因斯坦的会面，激动地冲进他的办公室跟他说这个方法，想知道他的回应。费曼的方法提供了一种基本原理，可以用来解释量子力学的概率特征问题，而这个问题一直困扰着爱因斯坦。如果一个粒子能一次沿着所有路径到达目的地（虚拟路径）——这也是历史求和法的本质，那么我们就不需要再考虑粒子如何“决定”该走哪条路的深奥问题。我解释了这个想法并说道：“关于这种解释量子力学的新方法，你不觉得这是完全可行的吗？”
爱因斯坦不为所动。“我仍然不相信上帝会掷骰子。”他回答道。正如爱因斯坦自己所形容的，他就像头骡子一样倔。没有什么能动摇他的坚定信念：量子力学在核心问题上存在缺陷。
第二次有机会向爱因斯坦咨询关于我跟费曼的研究课题，是在20世纪40年代后期，也就是在我从第二次世界大战的武器研究工作回来之后。当时费曼正在普林斯顿大学访问，和我一起去了美世街。这次的谈论主题是经典物理学，爱因斯坦对量子力学的敏感反应没有影响到这次讨论。我和费曼决定将电磁理论中的“场”去掉，结果我们欣喜地发现，整个理论确实可以用“超距作用”理论来解释，而无须用到场，只要我们接受了“超前”作用的事实，也就是结果先于原因发生。我们的研究还得出了一个有趣结论，在一个粒子非常少的世界，时间可以随意前进或倒流，使得未来影响过去成为常态；然而相反的是，我们的世界充满了无数粒子，远距离上的所有辐射吸收者的联合作用抑制了时间倒流的效应，这才产生了我们所观测到的只朝一个方向流逝的时间。
和爱因斯坦讨论这个是很自然的一件事。他点头表示同意和理解。他相信，电磁学的基本定律不包含时间向前流逝或是向后倒流的偏向。他说，观测到的时间单向流动源于统计，这是因为宇宙中有大量粒子的相互作用。这就是爱因斯坦惊人直觉的最佳体现。我和费曼历经了漫长的计算才有所发现，而爱因斯坦仅凭猜想就得出了结果。幸好早先与爱因斯坦有过一次对话，我早在1909年就知道了爱因斯坦当年和瑞士物理学家沃尔特·里茨（Walter Ritz）联合发表了一篇论文。这是一篇非比寻常的论文，原因有两方面：第一，它提出了观点，而非展示成果；第二，两位作者并未达成一致。在这篇论文中，里茨认为自然的不可逆状态（时间的单向流动）是自然本身的基础法则；而爱因斯坦的观点则相反，“不可逆状态完全依赖于概率考量”。我和费曼40年后所做的研究验证了爱因斯坦的观点。
尽管我对爱因斯坦的敬意日益增长，也越发依赖他的智慧，但我仍然质疑他在统一场论上的研究的价值。我也注意到，不少有前途的年轻理论学家在这一研究领域投身于爱因斯坦门下（我称他们为“一条腿”的物理学家）。对于他们来说，广义相对论意味着不用再耗费心思处理理论和实验两方面的问题，只用改动上下标。因此，我自己并不愿陷入关于引力物理学的严肃研究中。对于我来说，做研究就意味着要指引学生，而我不想把学生引到外面的世界。他们还没有受过不同的理论物理分支的广泛训练，还不能敏锐地感知所做研究的实验意义。简而言之，他们还没有学会用两条腿走路（理论和实验是科学的两条腿）。
20世纪50年代早期，我的态度发生了改变。当时粒子物理学兴起的研究方向是复杂的π粒子和无数其他粒子。我开始感觉到，广义相对论这座矿山里可能还有更多金子尚未被开采。为了学习，我不得不去教学，因此在1952年5月，当普林斯顿大学物理系主任艾伦·申斯通（Allen Shenstone）批准了我的请求，允许我在即将到来的学年里教授一年的相对论课程时，我很高兴。这也是这一课程首次开设这么长时间。我决定将爱因斯坦的相对论理论推导至极限，看看还会有什么新发现。
我没有立刻和爱因斯坦讨论我的教学计划，但在课程开始后，我想让学生亲眼见见相对论的提出者。在第一学年的春季——准确来讲是1953年5月16日，爱因斯坦邀请全班同学到他在美世街的家中饮茶。在前一天，我给学生安排了一些任务，其中就有列出“三个你最想问爱因斯坦的问题，每一个问题都用一段话详细说明”。然而当天见到爱因斯坦时，有些学生过于紧张，舌头打结，无法提出任何问题，我不得不替他们表述。他的继女玛戈·爱因斯坦（Margot Einstein）和秘书海伦·杜卡斯（Helen Dukas）为我们提供了茶点。爱因斯坦是一个亲切的主人，非常放松，但这些学生并不放松。
我想跟爱因斯坦讨论的是马赫原理（Mach’s principle），即惯性来自整个宇宙的分布质量。自从20世纪早期恩斯特·马赫（Ernst Mach）提出这个原理后，这个充满争端的原理经历了一段曲折的历史。有些人认为这是一种哲学愚论。我很看重这一原理，并在1979年写下这样的警句打趣那些不这么认为的人：“神秘与模糊是很多人对马赫的意义的衡量标准”。回到1913年，爱因斯坦也很认真地对待了这一原理，并写信给马赫：“因为它必然证明惯性起源于物体之间的相互影响，就如同你对牛顿桶实验
的思考。”
然而到了1953年，爱因斯坦对马赫原理不再上心了。当他说对马赫原理失去兴趣时，我和我的学生都感到很惊讶，因为我告诉过学生，他给马赫写过信。爱因斯坦解释说，之所以失去兴趣，可能是因为自然界里没有任何东西能证明这一原理。之后，我就再也没有机会与爱因斯坦探讨他为何改变想法了。
在那次茶会上，有一位同学提出了一个很大胆的问题：“爱因斯坦教授，在你过世之后，这幢房子会变成什么样子？”尽管他很谦虚，但也非常了解自己的名气。据我回忆，他答道：“这所房子永远都不会成为瞻仰圣人遗骨的朝圣之地。”它确实没有成为朝圣之地，因为他逝世后，普林斯顿大学的其他名人住进了这所房子。游客只能在外面看看。
爱因斯坦也非常清楚自己古怪行为的声誉。我的秘书杰姬·富斯基尼（Jackie Fuschini）在孩提时“见过爱因斯坦”。当时她的妈妈带她去纳苏街，可能是去参观尼尔的移民面包店（Nill’s Colonial Bakery），这可能也是爱因斯坦最喜欢的面包店之一。在街上或者在面包店里，她们碰巧遇到了这位著名的教授（有人告诉杰姬，他是在世的“最聪明的人”）。他头发蓬乱，脚上穿着旧球鞋和不合适的袜子，或者压根没穿袜子。他对她们回以微笑并点头示意。有一次，他还邀请杰姬的小学全班同学到他家去，不是去喝茶，只是去参观和交流。所以，我并不是唯一一个带全班学生到他美世街的家中拜访的普林斯顿教师。
我的学生最后一次邂逅爱因斯坦是在1954年4月14日，也就是在我教授相对论课程的第二年的期末。当时爱因斯坦接受了学生们的邀请，参加他们组织的一场特殊研讨会。在会上，他谈到了自己早期思想的演变、一开始就被狭义相对论的局限性所困扰，以及对量子力学的持续不满。学生们对他这次充满回忆的演讲非常满意，尤其是爱因斯坦对他们所提的问题给出了深思熟虑的回答，他们感到非常高兴。这可能是爱因斯坦最后一次演讲。他在一年之后去世。
我第一篇关于相对论的论文主题是几何子（Geons），指的是电磁束，它们通过自身的引力束缚在一起（在这篇论文中，我也介绍了“量子泡沫”的概念）。1954年夏天，我在瑞士完成论文草稿，一回到普林斯顿就给爱因斯坦送了一份。10月的某一天，他回信了，信里提到，没有立刻回复来信让他感到良心不安，如果能口头告知理由，将会更容易理解。所以我电话与他约定拜访和讨论的时间。事实上，我们在电话里头讨论了几何子——可能是爱因斯坦建议的，而不必等到能见面的时刻。
对于“超压缩能量”的想法早已回旋在爱因斯坦脑海中一事，我一点儿都不感到惊讶。他之前驳回了这一想法，因为“不够自然”。他说自己的相对论方程与我正在探索的那种解法并不矛盾，不过他怀疑这种实体的稳定性。而我几年后的研究证明，爱因斯坦的怀疑是对的。不过，这并不足以作为放弃探索几何子的理由。除了光子几何子，可能还有中子几何子，甚至引力几何子。谁知道呢？一旦量子物理被搅入混合物中，可能还会有更小的几何体。我推测，即便只是转瞬即逝的实体，几何子也在宇宙演化过程中起着非常重要的作用。
虽然我关于几何子的论文是最古典的（非量子的），但里面有一些关于量子物理学的评论，这足以引起爱因斯坦的注意和评论。他又一次告诉我，就像他以前总是做的那样，他不喜欢量子理论的概率性。自他发现量子实体的原型——光子（我们现在这么叫它）起，已经过去了将近50年。他无法停止思考并担忧量子世界，这个世界是在他的帮助下展现在世人面前的。而此时正值晚年的我也在思考量子理论。最有趣的问题之一是：为什么是量子？量子理论中的有些东西比相对论更令人困惑，需要更深层的探索和解释。
那次关于几何子的谈话可能是我与爱因斯坦的最后一次谈话，那年他75岁。仅6个月后，他就去世了，那是1955年4月。如果那年的早些时候我能够和他坐在一起交换想法，那该有多么美好。当我和学生探索黑洞、虫洞和引力辐射时，当科学家从各个方向扩展他的想法时，当我和查利·米斯纳（Charlie Misner）、基普·索恩
（Kip Thorne）在20世纪70年代早期辛苦工作以汇编我们对相对论的理解时，能够和爱因斯坦聊聊，该是多么美好。以其深刻的洞察力，爱因斯坦可能不会对我们当前的研究内容感到多么惊讶，但我总愿意相信他会非常感兴趣，甚至有点激动。这是一件鼓舞人心的事情。我常常幻想与爱因斯坦坐在一起探讨黑洞——当前关于它们存在的证据越来越多。