2018.03.14 12:50 臺北時間

霍金的賭注

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霍金家族發言人已證實,物理學家史蒂芬‧霍金逝世,享壽76歲。(東方IC)
霍金家族發言人已證實,物理學家史蒂芬‧霍金逝世,享壽76歲。(東方IC)
2004年7月底,我到都柏林參加了第17屆「廣義相對論與重力國際研討會」(GR17)。原本這是個純學術會議,卻因為一位科學界的超級巨星蒞臨演講,而成了國際重要媒體通通到齊、閃光燈此起彼落的熱鬧場合。
這位超級巨星就是本書的作者史蒂芬‧霍金(Stephen Hawking),他稱得上是當今知名度最高的科學家。即使沒讀過《時間簡史》(A Brief History of Time)的人,也多少耳聞過這位全身癱瘓坐在輪椅上、靠著電腦和語音合成器講話的物理學家。他的貢獻主要是明確建立黑洞和熱力學的關聯。他指出,黑洞不會永遠存在,而是會發出黑體輻射(霍金輻射)並逐漸「蒸發」掉。這是他30年前提出的理論。
黑洞具有一個奇特的性質,它的邊界是所謂的事件視界(event horizon),根據古典的重力理論(廣義相對論),任何物體只要進到事件視界以內,就再也無法逃脫,從此和事件視界外的世界失去聯繫。
問題是,黑洞如果會慢慢蒸發終至消失,那麼之前跑進它的事件視界內,而被它吞沒的「訊息」(Information)(註)最後跑到哪兒去了呢?
從重力學的觀點而言,霍金輻射是純然的黑體輻射,因此它是一個混合態,而在黑洞完全蒸發後,空間中應該只剩下這些黑體輻射,所以物體原有的訊息也就完全消失不見了。因此,研究重力的學者(包括霍金)比較傾向於相信,在黑洞中的確會有訊息遺失的現象。霍金在1992年還說:「這些訊息可能跑到另一個宇宙去了。」
這個論點激發了科幻小說家更多的想像,但是研究粒子物理、場論及弦論方面的學者,卻抱持著懷疑的態度。他們認為,以量子力學的觀點來看,如果物理系統一開始是處於純態,則之後不管它如何演化,系統必然還是處於純態,因此不會有訊息遺失的問題。他們所持的理由是,量子力學創建至今經歷過無數的實驗檢驗,到目前為止還沒有發現和實驗不符的地方,沒有道理量子力學在牽涉到重力的時候就不對了。
「黑洞會不會造成訊息流失」這個問題自此在學界爭辯多年。1997年,霍金甚至夥同加州理工學院的Kip Thorne,和研究量子力學的John Preskill打起賭來。3人說好,賭贏的就可以任意選一本百科全書當獎品。
令人驚訝的是,在今年的GR17會場中,霍金卻主動豎起白旗。他在會場中用合成語音緩緩宣告,他已經解決了困擾他三十年的問題,但是結論和他先前主張的相反。現在他發現,黑洞中並不存在訊息遺失的問題,因此不需要有其他宇宙來儲存那些他原本以為會遺失的訊息。他還特別跟科幻小說迷說抱歉:「如果訊息被保存下來的話,就不可能利用黑洞到另一個宇宙旅行。」
霍金演講後,當場送了一本棒球百科給Preskill表示認輸,還打趣說,他在英國買不到棒球百科,本來想改送板球百科,可是他無法說服Preskill「板球的優越性」,只好趕快叫找人空運一本棒球百科到都柏林。他說,由於和他原先立場相同的Kip Thorne還沒認輸,所以他先幫他墊了百科全書的錢。
霍金一生充滿傳奇,而我在GR17目睹的場面,也是戲劇性十足,勢將成為往後物理學家茶餘飯後津津樂道的小插曲。不過這絕對不是辯論的終點,霍金的演講並無法說服在場的每位學者,包括賭贏了的Preskill。雖然Preskill當場接過禮物,高高興興把書舉高做勝利狀,但是他事後表示,他必須看過霍金的新論文,才能瞭解為什麼霍金會放棄他堅持了30年的論點。Preskill甚至說,就某方面來說他有點傷心:「如果我們現在真的站在同一邊了,那麼我們以後的討論就沒那麼好玩了。當然,我們會總會找到事情吵的,只是恐怕再也無法像這個問題那麼深刻而令人著迷了。」
的確,這個問題茲事體大,因為如果霍金原先的論點是對的,那麼現代物理學的重要支柱─量子力學─就是錯的,需要根本的修正。
其實,像霍金這樣推翻自己論點的例子,在科學研究來說並不足為奇,畢竟所謂的科學精神,就是追求真理,而真理就是要透過不斷的辯論和質疑,才會愈辯愈明──無論是和別人辯論,還是對自己質疑。而這其中的辯論過程,正是科學研究迷人之處。
更新時間|2023.09.12 20:26 臺北時間
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