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哥大物理教授看霍金:重新定義真實世界法則的偉大頭腦

2018/03/26 , 評論
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Photo credit: Reuters/達志影像
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文:Brian Greene
翻譯:Wendy Chang

Brian Greene是哥倫比亞大學物理與數學教授,世界科學節的共同創辦人,最近的著作是《The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos

我在哈佛大學念大二時,同為物理系的同學們很興奮地討論一則傳聞:史蒂芬・霍金(Stephen Hawking)要來物理系最有名的「莫里斯洛布與大衛李講堂」(The Morris Loeb & David M. Lee Lectures)擔任講師,我假裝跟他們一樣興奮,但說實話當時我根本不知道霍金是誰。當時是1980年代早期、《時間簡史》(A Brief History of Time)還沒出版,所以對大部分的物理人來說,霍金還不是霍金大師。謠言後來成真,幾周後哈佛的物理人成群擠入最大的演講廳中,都想要聽霍金討論相對論和宇宙起源。

雖然他的行動能力只剩下動動手指、轉轉眼睛,但當時他仍然可以講話,聽起來像是一段輕柔單調的喃喃自語,很難聽清楚。霍金的研究生受過訓練,能夠理解他的意思,坐在離他輪椅幾英吋外,聚精會神地聆聽,輪著複述霍金的話給屏氣凝神的觀眾們。他緩慢的語速讓我可以跟得上內容,不然可能覺得挫折,整場下來感覺非常棒。我好像在宇宙和時間交界飛翔,不受到坐定的身體禁錮。

如大家所知的,霍金深受肌萎縮性脊髓側索硬化症(ALS)所苦,雖然疾病會摧毀運動元神經,但是認知功能並沒有影響。他從原本一般物理學者會用的工具——筆、紙、白板、電腦,轉而使用靠著心智即能完成的圖表和圖像,如此繼續他的研究,最後看的比過去所有人都還要遠,他的眼界照亮黑洞的深淵。

黑洞並不是霍金發現的,但他推動了一場革命,改變我們對黑洞的了解,直到今日仍在進行。20世紀初期,我們從愛因斯坦的重力理論(也就是廣義相對論)知道,如果你將足夠大的物質塞進足夠小的區域,那麼引力將無比大,所有的物質都無法逸出,即便是光線也一樣,所以重力集中的區域就會陷入黑暗,最終消失於黑暗。

1970年代,霍金利用20世紀前半起發展起來的量子力學重新解釋了這個理論,量子力學是一種數學上描述電子與光子等粒子行為的絕佳原理。霍金的發現令人驚奇,連他自己一開始也不相信,透過量子運動,粒子可以穿透黑洞表層,形成向外流動的光束,讓黑洞看起來是在發光、甚至爆炸。換言之,黑洞並不是全然的黑暗,而是會散發輻射,然而目前為止尚未觀察到「霍金輻射」,而且這種輻射對典型的黑洞來說作用不大,不過普遍仍認為霍金的分析是正確的。

霍金的研究結果不只在黑洞上,也揭開了量子宇宙中空間、時間和引力的奇特性質,這在過去已讓物理學家們興奮,又感到著迷和挫折超過四十年。他的見解不僅令人驚嘆,更走在時代尖端,比如我們居住的三維空間可能類似於立體投影,意思是我們周遭存在一個二維的面,上面發生的所有事經過投影後正是我們現在生活的三維空間。這個理論稱為全像原理,是現代物理學中最奇怪的思想之一,也是科學家們在仔細思索霍金輻射、研究落入黑洞邊界的物質資訊後,發展出來的理論。現在許多人認為若要達到愛因斯坦的理想,找到可解釋一切自然力量的單一理論,全像原理至關重要。

幾年前,霍金曾在紐約擔任世界科學節的年度大師,當我們陪他穿越重重嘉賓、媒體、攝影記者,大家爭相目睹他一眼,擠到水洩不通,有那麼一個瞬間好像回到世界原始起點,然而霍金依舊散步般走過,我記得當時曾疑惑:他神遊到另一個世界了嗎?進入另一個讓他擺脫喧鬧的心理境界了嗎?他的思緒停在黑洞邊界嗎,縮短他在那邊的時間,再安全回到地球嗎?我永遠不會知道答案。但是我現在想起來,會寧願想像他在思索早些年的一個演講,當中他反省了我們身為動物的過去,中肯又直接地道出人們存在的意義:「我們不過是平凡小星球上進化的猴子,但是我們了解宇宙。這讓我們變得不一樣。」我們是如何的特別,才能在平凡小星球生活的同時,還有一顆偉大的頭腦重寫真實世界的法則。

© 2017 Time Inc.版權所有。經Time Inc.授權翻譯並出版,嚴禁未經書面授權的任何形式與語言版本轉載。

責任編輯:翁世航
核稿編輯:潘柏翰

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