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告別霍金,摯友索恩:「我們站在霍金的肩膀上」
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告別霍金,摯友索恩:「我們站在霍金的肩膀上」

一流人

編按:本文作者為索恩(Kip S. Thorne)為諾貝爾物理獎得主、 霍金的摯友、電影《星際效應》科學顧問暨執行製作人。

>>霍金逝世一週年專題看這裡

我與霍金初次相遇,是在1965年7月,在倫敦的一場關於廣義相對論與重力的研討會中。霍金當時還是劍橋大學的博士班學生,而我則剛剛從普林斯頓大學取得博士學位。那時,整個研討會的大廳,謠傳著霍金已推導出:宇宙「必定」是在某個有限時間之前誕生的,宇宙的年紀不可能是無限大。

因此,我和其他一百多人,一起擠在一間只能容納40人的小教室,聆聽霍金的演講。除了拄著枴杖行走、以及些許的口齒不清之外,其他運動神經元疾病的症狀並不明顯;此時距他初診確立病情,已有兩年之久。很顯然,霍金的心智絲毫不受影響。

霍金在1965年的演講,讓我印象極其深刻。理由不單單是由於他的論證與結論,更多的是由於他的直覺與創造力。因此,我約了他,單獨談了大約一個小時。這一個小時,是我們終生友誼的開始,這份友誼的基礎,不僅是基於共同的科學興趣,更是一種兩人之間非常契合、言語難以形容的相互理解。很快的,我們又聚在一起,除了科學之外,我們更分享了彼此的生活、珍愛的人、甚至包括對死亡的想法等等。當然,科學仍是把我們彼此黏在一起的膠水。

1974年秋天,霍金帶著他的博士班學生與家人(珍和羅伯特、露西兩個小孩)到美國加州的帕沙迪納,住了一年。如此,霍金與他的學生才能參與我在加州理工學院的學術生活,他們以臨時編組的方式,加入我的研究群組。這是「輝煌的一年」,堪稱是「黑洞研究的黃金時代」的頂峰。

在這一年裡,霍金與他的學生,和我的幾位學生,都極力試圖能更深刻瞭解黑洞;至於我,則沒有像他們投入得那樣多。然而由於霍金的參與,以及他肩負起在我們的黑洞聯合研究群組的領導與管理工作,給了我一些自由,去探索我個人多年來希望能多些瞭解的新方向:重力波。

開啟了重力波天文學時代

霍金返回劍橋後不久,我對重力波的探索過程,有了重要的成果。在某個夜晚,在魏斯下榻的華盛頓特區的旅館房內,我倆徹夜長談,那時我開始相信,這項研究方向的前景,值得我傾注我自己、與我學生未來的研究生涯,去幫助魏斯和其他實驗物理學家,落實我們對於重力波天文學的願景。接下來的部分,如大家所見,已經成為歷史的一部分。

2015年9月14日,雷射干涉儀重力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)探測到第一個重力波的訊號。LIGO 是由魏斯、我與德瑞弗(Ronald Drever, 1931-2017)三人共同倡議,並由加州理工學院的巴利許(Barry Barish, 1936-)負責組織、聚集與領導全球約一千名科學家協力建構完成。(*譯注:本文作者索恩,與魏斯、巴利許,基於「對LIGO 及重力波探測的決定性貢獻」,獲得2017年的諾貝爾物理獎。)

把觀測到的雷射光干涉圖樣與電腦模擬的預測結果做比對,我們團隊得出的結論是:這道重力波是在距離地球13億光年的地方,有兩個大型黑洞碰撞而產生的。這是重力波天文學的濫觴。就和當初伽利略開啟了電磁波天文學的時代一樣,我們的團隊也為天文學的發展,揭開了嶄新的一頁!

我可以很有自信的說,在接下來的數十年時間裡,下一代的重力波天文學家,不僅會透過這項工具來測試霍金的黑洞理論,也會朝著探測大霹靂(Big Bang)這個創生宇宙的奇異點而努力,從而測試由霍金或其他人所提出的關於宇宙創生奧祕的理論。

牛頓給了我們答案,霍金卻給了我們問題

在那個輝煌的一年裡,當我還在猶豫是否要投身重力波的時候,霍金不僅領導我們的聯合研究團隊,他自己更產生一個比霍金輻射還更為激進的想法。他給出一項引人矚目、而且幾近是無懈可擊的證明:當黑洞形成,並開始以輻射的方式蒸發時,稍早之前進入黑洞的訊息,便無法再復原。資訊無可避免的,會在黑洞中遺失。

這個想法之所以激進,是因為量子物理明確表示:資訊永遠不可能完全遺失。因此,如果霍金的想法正確,那麼黑洞便違反了最基本的量子物理定律。

這怎麼可能呢?黑洞蒸發,是量子物理與廣義相對論互相結合的結果,也就是我們都還不甚明瞭的量子重力理論;所以霍金就此推論,相對論與量子論這段勉強湊合的婚姻,必將導致資訊的破壞。

絕大多數的理論物理學家,都覺得霍金的這個結論令人無法接受,而持保留態度。因此,過去這四十四年來,大家都努力試圖解決這個所謂的黑洞「資訊遺失悖論」。

然而,這份努力與煎熬是值得的,因為這個悖論,是開啟瞭解量子重力定律的有力鑰匙。霍金他本人在2003年,也找到一個讓資訊可能隨著蒸發而逃離黑洞的方法,然而這還不足以消弭理論學家心中的疑慮。霍金並未「證明」訊息確實可逃離黑洞,因此大家還得繼續奮鬥下去。

在西敏寺的葬禮中,我希望以我為霍金所寫的頌詞,來紀念這些奮鬥:

「牛頓給了我們答案,霍金卻給了我們問題。而且霍金所提出的問題,仍將在往後的數十年間,持續引領出重大的突破與進展。在我們最終得以掌握量子重力定律,以及完全瞭解宇宙創生之謎時,我們將可歸因於,我們是站在霍金肩膀上的緣故。」

就像我在1974-1975這個輝煌的一年裡,開始探索重力波一樣,那也是霍金試圖解開量子重力定律的開始。這些定律,可以告訴我們關於黑洞資訊與亂度的本質,也可以告訴我們大霹靂這個時間奇異點的本質,以及位在黑洞內部這個奇異點的本質—這也是時間開始與結束的真正本質。

這些都是大問題!很大的大哉問!

對於大哉問,我總是採取迴避的態度。我沒有足夠的技能、智慧或自信來回答。相反的,霍金卻總是被大哉問所吸引,無論這些問題是否在他熟悉的科學領域裡。然而霍金也的確擁有足夠的技能、智慧與自信,來面對這些大哉問。

這本書,彙集了霍金對一些大哉問的想法,這些是他直到生前最後一刻,都還試著回答的大哉問。

書中有六個大哉問,深植於霍金的理論物理研究領域(上帝存在嗎?宇宙是怎麼開始的?我們能預測未來嗎?黑洞裡面是什麼?時間旅行有可能嗎?我們如何形塑未來?)我在這篇〈開場白〉裡,已經簡短介紹了一部分,而透過這本書,你將可以看到霍金對這些大哉問,有極其深刻的思考與見解。

另外四個大哉問(我們能在地球上存活下來嗎?宇宙中還有其他智慧生命嗎?我們應該殖民太空嗎?人工智慧將會比我們聰明嗎?),雖然可能不常被劃歸在霍金的科學領域裡,然而,霍金對於這些大哉問的思考,正如我們所預期的,充分展現了他深邃的智慧與創造力。

我希望你會與我一樣,喜歡他的見解所帶來的啟示與洞察!

—索恩,2018 年 7 月

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本文摘自:《霍金大見解:留給世人的十個大哉問與解答》,史蒂芬.霍金著,蔡坤憲譯,天下文化出版。

首圖來源:flickr

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