2010年9月19日 星期日

胡桃裡的宇宙(科普閱讀年選書導讀)

(原書名:The Universe in a Nutshell,作者史蒂芬霍金,葉李華譯,大塊文化,2001年)

一九九一年六月在日本京都舉行的第六屆Marcel Grossmann廣義相對論會議上第一次見到了史蒂芬霍金。我的日本朋友三尾博士難掩內心興奮的向我們簡介物理大師訪問日本的歷史:一九二二年是愛因斯坦,如今是史蒂芬霍金。

當年,《時間簡史》一書已經出版。霍金不僅是名滿天下的理論物理家暨宇宙學大師,同時也是暢銷書的傳奇作者。會議休息時間,學者和學生們圍繞在霍金的四周向他請教問題。常常忽略掉小細節的我完全看不出蜷曲在輪椅上的軀體有任何的動作,只見大師面前螢幕上的游標飛快的在辭庫中移動,選出適當的詞語再拼湊成完整的句子由電腦語音放出來。幾分鐘後,耐心的提問者終於得到了他要的答覆。偶而,小輪椅也會載著霍金到壁報論文區。大師在感興趣的論文壁報前會駐足一陣子,然後再尋找下一個目標。平凡如我者很難不問這樣一個問題:在這看似蠟像的軀殼裡,究竟藏著什麼樣偉大的心智能夠不停的探索像是黑洞蒸發、時空迴圈和宇宙誕生的奧秘?

宇宙為什麼在胡桃裡?宇宙(時空)的本質又是什麼?這原本一語雙關的英文書名貼切的代表了這本不論是原著、譯著都曾獲獎的科普大作。有鑒於《時間簡史》一書雖然暢銷,但是能夠從頭到尾讀完的人少,霍金在這本書裡採用了不同的策略。前面兩章是本書的主幹,看過以後可以任意選擇後面的五個章節。故事從愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論開始,在第一章結尾介紹宇宙膨脹的重大發現。而宇宙的誕生正是霍金本人的重要研究主題之一。狹義相對論是認真的中學生就可以自行研讀的課題。相形之下,廣義相對論的數學則是連一般物理本科畢業生也未必都能完全掌握的學問,不過,它的概念卻相當的簡單。狹義相對論把時間和空間結合在一起成為『時空』,廣義相對論更進一步允許彎曲的時空;那麼,時間有形狀嗎?主幹的第二部分討論這個問題。除了宇宙微波背景輻射的發現,這部分也介紹量子力學以及基本粒子的主要觀念。相對論和量子理論是二十世紀物理學的兩大支柱,問題是這兩者並不完全相容。理論物理要找出理想的萬有理論可能還要一點時間。霍金的黑洞輻射與黑洞資訊難題則和尚未完成的量子重力理論息息相關。最近很熱門的超弦理論、M理論和霍金的虛數時間概念看起來是很有希望的可行方向。或許,物理的終極理論已經露出了一線曙光?然而,瞭解科學理論實證主義的觀點(第31頁)應該是我們面對理論物理的正確態度。未來的實驗或觀測結果會把基礎物理學帶到什麼樣的境界只有時間才能說明。霍金本人並非超弦理論專家,他對於「理論物理學家總是一窩蜂變換觀點」(第52頁)的評論,多少也反映出理論物理學研究生態的一面。
(未完,詳全文