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2018-12-01霍金的五個賭局 588 期

Author 作者 簡宗奇/桃園市立南崁高中物理科教師

科學研究上的賭性

以研究「黑洞與宇宙論」聞名的物理 學家霍金(Stephen W. Hawking) 在今(2018)年3月辭世,他的最後 一篇論文在逝世前幾天才送出發表。 這篇名為《永恆膨脹的出口?》(A Smooth Exit from Eternal Inflation?) 的論文,是他與比利時物理學家赫托 (Thomas Hertog)長期合作的研究成果。他們在複雜數學工作之後,以極其抽象概念詮釋宇宙的本質,認為人們所屬的宇宙是有限的,遠比舊理論所預測、繁複的碎形結構(fractal structure)要簡單許多,並且大幅縮 減了多重宇宙的範圍。另外,霍金還認為劇烈的原始重力波也許可以用以驗證宇宙起源與發展的理論。

一如他過去的理論一樣,霍金在繁複的計算之餘提出前衛的見解,而這些見解多半是前所未有的。在物理學中,有時先驅性的理論會先出現,在沒有實驗或觀測資料充分佐證前,這種研究工作就充滿冒險與試煉,超脫固定窠臼的概念與意義或創造性的觀點與結論會應運而生,使得科學家有時候就像個「賭徒」一樣,以其學術上的努力或名聲作為賭注,等待時機看它對不對、未來有無證實的可能。

德國的詩人席勒(Johann C. F. von Schiller)曾說:「如果你沒有把你 的生命投入賭注中,那麼你的生命就永遠不會是你創造出的生命。」科學家的研究生涯也是如此,物理學家 海森堡(Werner Heisenberg)很喜 歡引用席勒的話自我勉勵與詮釋自己的科學人生,這段話對於這位量子力學的開創者來說,是再適合也不 過了!霍金亦然。愛因斯坦(Albert Einstein)曾經以「上帝不擲骰子」 諷喻量子力學,而霍金則妙喻地說:「上帝不僅玩擲骰子遊戲,還把骰子丟到看不見的地方!」而這個看不見的地方就是黑洞,以彰顯黑洞的難解與奧妙;擲骰子有賭的行為特質,這個妙喻也象徵著霍金在黑洞研究上的努力與幾次有名的賭局。

 


賭黑洞與裸奇點

霍金對於學術上的賭頗有雅好,其為人津津樂道有四者,只可惜雖然賭興盎然,卻是逢賭必輸。不過,古今論戰不定以成敗論英雄,雖是輸也無損其大師地位,不論是戲賭笑賭也好,是實賭虛賭也罷,看起來好賭成性的他,也是樂在其中。夫子言「知之者不如好之者,好之者不如樂之者」,想必霍金是知之好之且樂之。

首先是在1974 年,霍金與因重力波 貢獻於2017 年榮獲諾貝爾物理獎的 索恩(Kip S. Thorne)打賭:天鵝座 的 X1 不是黑洞。X1 是位於天鵝座 旁的X射線源,有一個藍色超巨星相 鄰,這顆超巨星所釋出的物質在受到 X1 的旋入吸積後,會產生強烈的X 射線。依據計算分析,X1 已超過中子星的質量上限,是天文觀測史上第一個黑洞候選者。不過,研究黑洞的 霍金賭「X1不是黑洞」的逆勢操作, 也使得這場賭局分外有趣,因為不管是輸還是贏,他都會有「正回報」。 後來,越來越多的觀測證據顯示X1 確實是個黑洞,對此霍金也很高興地 認輸,賭注是奉送1年份的成人雜誌《閣樓》(Penthouse)給索恩。據 說索恩的夫人為此大為光火,雖然索恩說他只看雜誌內的「文字」,不過還是被老婆臭罵一頓。

再來是1991 年,霍金、索恩及普雷 斯基(John P. Preskill)打賭,賭的 是「裸奇異點(naked singularity) 是否存在」,賭注為100英鎊,且輸 家要為贏家提供能覆蓋裸體的T恤衫 。奇異點是宇宙中密度與時空曲率無限大的點,物理定律在此會失效無用。一般黑洞的奇異點都是被視 界(event horizon)包覆在裡面, 而未被視界包覆著的奇異點則稱為裸奇異點。

由於霍金主張裸奇異點不存在,而與索恩及普雷斯基對陣。後來,美國德 州大學(The University of Texas) 的物理學家利用超級電腦對黑洞塌縮與蒸發過程進行計算,發現在某些初始條件下視界可能消失,讓奇異點裸露出來。......【更多內容請閱讀科學月刊第588期】