70歲以後的史蒂芬霍金:無論如何,就是要「留神看這片天!」

70歲以後的史蒂芬霍金:無論如何,就是要「留神看這片天!」
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我們想讓你知道的是

從他七十歲生日起,往後幾年期間,史蒂芬.霍金的注意焦點出現明顯轉折,納入了他認為對人類存續不可或缺的一些目標,不過他投身從事的科學,也比以往都更側重於前沿部分──惠勒所稱「世界的熾烈壁壘」。

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文:吉蒂.弗格森

二〇一六年──作案兇器

霍金在一月二十六日和二月二日擔任聲譽卓著的「瑞思講座」(Reith Lectures)主講人,這個年度現場廣播講座是為了褒揚約翰.瑞思(John Reith,即BBC首任總幹事瑞思勳爵)創辦的公共教育廣播傳統而設。霍金追溯黑洞研究歷史以及他本人的參與事跡。他指出,資訊流失悖論之解,或許就是以費曼之宇宙觀為本的構想。費曼認為宇宙並非具有單一歷史,而是有許多不同的可能歷史。隨後霍金繼續介紹新的解說──「超平移」(super translations)──也就是稍早他、佩里和斯特隆明格三週之前才發表的論點。他勸聽眾最好是「留神看這片天。」媒體更迫切地拿他的推測來當素材,報導一顆夠大的自轉黑洞有可能構成通往另一處宇宙的單向管道。霍金強調「單向」,並告訴聽眾,即便他這般熱愛太空飛行構想,不過「我是不會去嘗試的」。

兩次講座霍金都比以往對上帝寬容一些。他提到拉普拉斯(Laplace)回應拿破崙質疑的著名答覆,解釋了該如何把上帝納入拉普拉斯的科學觀──「我向來都不需要那項假設」──接著他評述說道,「我想拉普拉斯並不是主張上帝不存在。他只是認為,祂並不插手違反科學定律。那肯定就是所有科學家的立場。」

略超過一週之後,二月十一日的新聞報導了一起期盼已久的突破發現,時機恰到好處,完美尾隨霍金的黑洞講座之後成真:故事的開始相當合宜,那是很久很久以前,發生在很遠很遠的星系。兩顆黑洞(各為二十九和三十六倍於太陽質量)以將近光速之半慘烈互撞,形成單獨一顆黑洞,也把合併成的質量部分轉換為能量,放射出陣陣重力波。這些波動傳播跨越太空十三億年,在二○一五年九月十四日北美東部時區上午五點五十一分傳抵LIGO。資料經嚴謹分析,五個月後,LIGO實驗室執行董事大衛.萊茲(David Reitze)在華盛頓特區一次記者招待會上透露,「各位女士各位先生,我們偵測到了重力波。我們辦到了!」這項發現是黑洞存在的第一項直接證據。理論驗證和間接觀測證據早已有之,然而這可是「作案兇器」啊!

LIGO含兩台偵測器,分別座落在華盛頓州和路易斯安那州。預料當重力波掃過地球時,兩台偵測器幾乎會同時偵測得知,不過並不是完全同步。從二○○二年LIGO啟用迄至二○一○年關機做重要升級這段期間,完全沒有出現這種現象。升級作業幾乎立刻帶來回報,150914號重力波傳抵路易斯安那偵測器。百分之一秒後,波動在華盛頓州現身。從南到北順序顯示波動源頭是在地球南半球天空。

霍金熱情恭賀他的老朋友索恩,以及LIGO團隊,並強調這項發現對天文學的未來,具有何等重大的意義:「在此之前,我們的宇宙探勘還只運用了光、無線電波和其他電磁輻射。重力波提供一種全新的方法來檢視宇宙。《科學美國人》的塞斯.佛萊契(Seth Fletcher)詳加說明:

「啟用電波探測天空促成發現了射電星系、類星體和天體物理黑洞。偵測到重力波同樣具有改頭換面的功能,因為它會標誌出一個時代的開端,從此科學家就可以像使用電磁輻射那般來使用重力波──作為一種觀測宇宙的工具。」

霍金又說,「我們可以指望能見到縱貫宇宙歷史的黑洞。使用這些黑洞構成的宇宙距離等級階梯,應該會極端準確,還能補足現存以超新星等為基準的距離階梯之不足……甚至我們還說不定能夠見到,在非常早期宇宙可能達最高極端等級能量之大霹靂階段留下的殘跡。」迄今觀測到的體系之諸般特性,正順利地逐步驗證霍金在一九七○年提出的預測,也就是當兩顆黑洞合併,最後所得黑洞的範圍,等於或大於先前兩黑洞範圍之和。料想未來的觀測當能就他的預測提供比較嚴謹的測試。

三月過得比較安靜。不久「英國脫歐」公投就要在六月舉辦,霍金呼籲英國不要脫離歐盟,這樣的呼聲,許多選民後來都決定不予理會。霍金讀聖奧爾本斯學校時的數學老師通過初選,角逐瓦爾基基金會全球教師獎(Varkey Foundation Global Teacher Prize)時,他向「塔塔先生」致敬:「他的課堂很活潑,很令人振奮。所有事情都可以提出辯論。我們一起製造我的第一台電腦。謝謝迪克蘭.塔塔(Dikran Tahta),我今天當上了劍橋的數學教授,以薩.牛頓當初擔任的職位。當我們每個人思索自己這輩子能做什麼時,很可能就因為某位教師,我們才能辦到。」還有,為了嘉惠創新教育,霍金讓「科學快打」(Science Kombat)電玩使用他的「角色」。電玩設了八個遊戲格鬥科學家,各具六項基本攻擊手法,還有兩項「特殊攻擊」技能。達爾文使用「演化攻擊」;居里夫人使用的超能力是放射性;霍金的是黑洞。玩家必須把各角色的「超能力」和該角色的科學串連在一起。

春季期間,出版計畫逐步進展,倫敦寰宇出版社為霍金推出了行動應用程式,把他的大賣暢銷書《時間簡史》帶給新一群讀者。霍金開始投入為那款應用程式更新好幾個篇章,納入他有關無邊界構想方面的最新思維,也提供多方領域的相關新資訊,包括暗能量、資訊悖論、永恆膨脹、微波背景輻射之觀測,以及重力波的發現。該應用程式在二○一六年九月發表。

「遲早我們必須放眼星辰。」

四月十二日星期二,霍金加入中國社群媒體平台──微博(Weibo),不到一個小時就累積了超過百萬個好友和追隨者。到了週末,數字更增長到了三百四十萬。他的第一篇貼文開頭就說,「問候我在中國的朋友。實在等太久了。」接著他提到他幾度拜訪中國,並在結語表示:「期望透過這個網頁能和各位多聊聊我的生活和工作,也盼望得到各位的迴響。」下一篇文字很快就貼出,回覆了一道有關中國哲學家莊子的問題,內容非比尋常:

「我們怎麼知道自己是活在我們的夢中或者是活在實境──我們完全不知道,或許也不可能知道!莊子夢到化為蝴蝶──也許是因為他熱愛自由。我有可能夢到宇宙,接著還納悶,宇宙是否夢到我。我們必須不斷努力來認識存在的基本問題。或許我們就會明白,蝴蝶──和宇宙──是不是真的,或者只存在我們的夢中。」

同個星期二,霍金和俄羅斯物理學家暨億萬富翁,尤里.米爾納(Yuri Milner)以及臉書協同創辦人,馬克.祖克柏(Mark Zuckerberg)共同宣布了一項計畫,這稱得上是自從一九六一年五月,美國總統約翰.甘迺迪宣布送人上月球的計畫以來,最大膽,也最令人振奮的壯舉。霍金解釋,「『突破攝星』(Breakthrough Starshot)是未來的太空任務,會派出好幾千艘細小的『毫微探測器』,以五分之一光速航行,前往兩千倍於迄今最遠太空任務所及距離之外,借助光束、光帆和迄今所建造的最輕型太空船,我們可以啟動一項任務,在一個世代期間抵達南門二(半人馬座α),」他宣布。

超強雷射能夠用來推動這種太空船的構想,最早在一九七○年代出現,由美國物理學家/航太工程師/科幻作家羅伯特.福爾沃德(Robert L. Forward)構思成形。這項方案要能落實,必須面對種種艱鉅的技術難題,所以看來並不像實際可行的計畫,還比較像是他比較離奇的科幻構想。不過那項構想有很札實的科學基礎,如今又過了四十年,雷射技術、微型化、微電子學和奈米技術都有長足進展,科幻看來已經有可能成真。

攝星方案第一項真正創新的相關理念是,太空船的推進系統不必隨太空船一道航行。那可以是種極端龐大、沉重,威力十足的裝置──能發出幾十億瓦的雷射束──而且始終不離開地球。根據愛因斯坦的相對論,儘管光沒有質量,卻仍具有動量,所以光觸及鏡面時,仍會施出微小的壓力。只要有極亮光線和幾無絲毫重量的鏡面,這股壓力就能推動鏡面。

既然不搭載引擎和燃料,太空船就不必比郵票大上多少。哈佛大學札克.曼徹斯特(Zac Manchester)已經設想出那種大小的衛星,而且以矽「星片」(starchip)作為載具也完全可行,可以在上面加裝微型攝影機和電腦、一台通訊用雷射,以及一小片鈽來提供太空船動力。毫微太空船還會需要一張比本身尺寸大許多的帆。

根據加州大學聖巴巴拉分校的菲利普.盧賓(Philip Lubin)所述,船帆必須只反射特定波長(即雷射光波)的光線,對其餘波長全都透明。盧賓是攝星團隊成員,他的研究啟發了該計畫的早期規畫。帆上玻璃層的厚度只達幾十顆原子。帆和太空船的總質量只有五克。這批微小的太空船可由一艘母船搭載升空,逐一釋出,等候地表雷射束衝擊,送它們上路。

依計畫地基推進系統由分布在一處高海拔空曠沙漠地帶的幾套雷射共組而成,發射時,這組雷射的輸出聚焦構成一道千億瓦光束,向毫微太空船船隊的光帆射去,約短短十分鐘,就讓它們跨越前往火星軌道的三分之一路途,並以船上通訊雷射向發射陣列發回資料。船隊不到二十年就能抵達最接近的恆星。

不用說,涉入這項宏大計畫的(迄今總計)二十五位頂尖科學家組成的國際團隊,肯定要面對種種艱鉅挑戰。如何保護毫微太空船在高速航行時,不受星際間塵埃等物體的衝撞。如何屏蔽對宇宙射線高計量輻射有超高靈敏反應的微晶片。如何讓太空船在果真受損時有辦法自行修復。如何讓雷射射束對焦,以免在外太空摧毀衛星,或造成其他損壞。地球大氣會散射光線,只有部分雷射射束能抵達毫微太空船,該如何補償這種現象。

另一項挑戰是籌措資金。和迄今的重大太空任務不同,攝星計畫會由私人出資促成。米爾納估計,費用介於五十億到百億美元。到現在為止,他個人已經投資了一億元,作為種子資金,而且他和祖克柏都很熱心延攬其他人贊助。

倘若這一切都能落實,霍金和我(因為我們同齡)以及我們的同時代民眾,或有可能活著見到頭一批毫微船隊在距今二十年後啟程,不過也許活不到太空船約在又二十年後航抵南門二,也或許等不到抵達時發出的頭一批資訊在四年過後傳抵地球。不過,本書讀者或許有機會見到所有這些想像力、科學成就和金融投資所結出的果實。「地球是個美妙的地方,」霍金表示,「不過它也許不會存續到永遠。遲早我們必須仰望星辰。突破攝星是那趟旅程非常令人振奮的第一步。」

六月時,他啟程踏上一段比較短的行程,同樣搭郵輪前往特內里費島,參加第三屆斯塔爾慕斯節。第一屆斯塔爾慕斯節是向俄羅斯太空人加加林(Yuri Gagarin)致敬。第三屆斯塔爾慕斯節──集聲、光、音樂和大眾科學講座之大成──的標題稱為「超越地平線:向史蒂芬.霍金致敬」(Beyond the Horizon:A Tribute to Stephen Hawking)。這次與會人士多達一千兩百人。傑出科學家、太空人和諾貝爾獎得主,以及來自世界各地的科學傳播者、音樂家和有幸得到入場券的其他人士齊聚一堂。在那之前一年,霍金已經向倫敦皇家學會公布「史蒂芬.霍金科學傳播獎」(Stephen Hawking Medal for Science Communication)成立計畫,並打算在第三屆斯塔爾慕斯節頒發,來彰顯:

「科學傳播者讓所有人參與科學,包括從學童到政治家,乃至於退休人士,從而把科學擺進日常生活的核心。把科學帶給民眾,也把民眾帶進科學。這對我、對你,還有對世界都很重要。」

他親自選出三位獲獎人。包括從科學界遴選的薩里大學(University of Surrey)的理論物理學家吉姆.艾爾-卡利里(Jim Al-Khalili)、從影視界選出的科學記錄片《粒子狂熱》(Particle Fever),以及從藝術界遴選的作曲家漢斯.季默(Hans Zimmer)。第三屆斯塔爾慕斯節火力四射的終場請來了搖滾樂團奇咒(Anathema)演出平克.佛洛伊德(Pink Floyd)的歌曲《不停說話》(Keep Talking)。那首曲子呼籲棲居這處疏離世界的所有民眾,都要不停相互對話。就斯塔爾慕斯節的背景,霍金在台上由聚光燈照亮身形,《不停說話》有特別深遠的共鳴。聽了這首曲子,有誰能不想到,眼前這個人要如何努力掙扎來講出每一個字眼,儘管處境日益艱困,他依然在全世界為正義、人權和人類的未來熱情發聲。演唱的目的是籲請他別放棄,也提醒重視他所褒揚的科學傳播者以及他們的世界各地同行所扮演的重大角色。

動身前往參加第三屆斯塔爾慕斯節之前一個月,就在獲頒BBVA基金會知識前沿獎(BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award)之際,霍金業已回歸二○一二年殘奧開幕式主題之一:對我們人類處境的真正認識,以及對我們的問題的解決做法,不能單靠科學來達成。我們必須持續投身科學工作,不過也期許有見多識廣,責任重大的民眾,採行合宜方法來運用科學答案和發現:

科學研究以實驗和觀測資料來檢核其一致性。我們的公眾生活必須像這樣具有更嚴苛的理智要求,來協助我們面對全球的挑戰。有好些大問題必須求解,而這也需要對科學有興趣、能潛心投入,並具有相當科學知識的新一代人士來參與。我希望科學和技術能為這些問題帶來解答,不過仍必須仰賴人力,得靠有知識和認識的人類,來落實解決之道。

從他七十歲生日起,往後幾年期間,史蒂芬.霍金的注意焦點出現明顯轉折,納入了他認為對人類存續不可或缺的一些目標,不過他投身從事的科學,也比以往都更側重於前沿部分──惠勒所稱「世界的熾烈壁壘」。霍金向他的老師塔塔獻上致敬詞,開宗明義便講:「一切都從愛的種子開始。音樂之愛、歷史之愛……對我來講,則是科學之愛。」而且迄今依舊。

無論如何,就是要「留神看這片天!」

書籍介紹

《時空旅行的夢想家:史蒂芬.霍金(2017年全新增訂版)》,時報文化出版
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作者:吉蒂.弗格森
譯者:蔡承志

「我叫做史蒂芬.霍金,是物理學家、宇宙學家,也是夢想家。」

  • 愛因斯坦之後,當代最傑出的物理學家
  • 也是影響人類進程的大科學家
  • 本書為最具代表性的霍金傳記

作者吉蒂.弗格森是位科學作家,與霍金相識二十多年,曾協助霍金完成大作《胡桃裡的宇宙》。這次由她再次出擊,以報導文學的筆調,記述霍金的童年生活、和疾病搏鬥的歷程,以及致力追尋物理、宇宙科學知識的過程,側寫有關霍金的人生事蹟!

霍金說,身體和精神不能同時殘缺,無論命運有多麼糟,我們都要有所作為,如果沒有夢想,宛如沒有靈魂的軀殼。這是一本最能了解霍金的傳記,記載從霍金出生到二〇一六年的所有記事。透過本書,你將能一窺霍金的生活、學術研究外,更可以了解他的人生哲學。不僅是科普愛好者必讀的大書,也是科學門外漢探究霍金宇宙思想、非凡一生,不能錯過的經典大作。

《時空旅行的夢想家》立體書封
Photo Credit:時報文化出版

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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