《霍金大見解》Brief Answers to the Big Questions
- 科學家隨筆
- 撰文者：天下文化
- 發文日期：2019-03-10
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本文作者索恩（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
(C) Andre Pattenden
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四十人的小教室，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十三億光年的地方，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！
點燃心智的火花
《霍金大見解》譯者 蔡坤憲（物理雙月刊 專欄作者）導讀
我與霍金教授的緣分，與絕大多數人一樣，都是從他的《時間簡史》開始的。
記憶中，我才大學畢業，初執教鞭。有一天，我在桃園火車站前的「諾貝爾書局」尋找物理課補充教材時，很幸運地發現由許明賢、吳忠超合譯的《時間簡史》中文版。身為受過基本訓練的物理人，無法忍受好奇心的驅使便迫不及待地開始翻閱導讀。其中介紹了他如何與漸凍人症奮戰、系列的科學成就，以及擔任盧卡斯數學講座教授的過程。在讀到書中描述他走上講台，全場起立鼓掌的字句時，我竟不自覺的流下眼淚。霍金的故事真是太激勵人心了！此後，我在課堂上經常舉他為例與學生共勉。我告誡學生：「我們不能和霍金相反，四肢健全，卻有個『漸凍的腦袋』。」
儘管，我並非鑽研宇宙學或天文物理的學者，但是我很幸運地接受過基本的物理與科學訓練，以至於能夠一字不漏地讀完《時間簡史》，在觀念上理解霍金想要表達的內容。自此，我也很自然的成為霍金的忠實讀者之一，拜讀了他所有的重要著作。如《大設計》與《胡桃裡的宇宙》，以及英文版的《Black Holes and Baby Universes》等，每一次都像是搭上由他親自駕駛的「心智太空船」一同進入宇宙遨遊。
《霍金大見解》是霍金用他自己的話，回顧自身過往的研究成果與心路歷程。從中我們可以看到他的研究與最新的科研課題之間的關係，甚至指引出新的發展方向。書中的前六個問題，都是他自己專長的宇宙學領域。在翻譯的過程當中，我彷彿是置身在他的研究室，聽著他娓娓道來，講著自己的故事，每一個章節都是精彩的「科學史」與「科學課」。
霍金精準地遣詞用字，深入淺出地介紹宇宙學的發展。他先講述量子力學、廣義相對論的基本觀念，以及自己如何把這些觀念運用在黑洞的探討上。他並由熱力學裡得到啟示，而發展出「霍金輻射」、「霍金溫度」等理論。他的推理過程簡潔優美，許多我們在課堂上經常聽到卻仍舊感到模糊不解的物理或化學觀念，透過他的闡釋，令人猶如醍醐灌頂，瞬間茅塞頓開。
除此之外，書中還介紹了許多科學前沿的理論，例如M理論、弦理論、負能量、超對稱、資訊遺失悖論等等。他不僅做了精彩的介紹，更讓我們理解到，當前科學家的成就與困境。其中最為特別有趣的是關於「生物/命」的定義。他從DNA、電腦病毒出發，一步步推論出未來的生命，可能不再只是像我們這樣，由生物細胞與化學鍵結所組成的血肉之軀，而有可能從一片晶片發展出由金屬、礦物所組成的「電子生物」。他的描述讓我聯想到「變形金剛」那部電影。如果真有這麼一天，那就真是應了「真正的科學比科幻還要科幻」這句話。
翻譯本書的過程當中，我一次又一次的充分感受到霍金在智性上所帶來「法喜」。然而，他對最後一個問題「我們如何形塑未來？」的回答，卻讓我深深地受到感動。他向一位十四歲時的中學老師致謝。他說：
「每一位傑出的人才背後，都有一位傑出的老師。當我們在考慮，我們能做些什麼，而又真的能做成的時候，大多是因為有某位老師的緣故。」
我們人類的未來在哪裏？霍金已經給出顯而易見的答案：下一代的教育。
今年年初開學時，我的學生問我：「老師，您暑假時做了什麼有趣的事？」我回答，自己讀了《霍金大見解》，並建議他們去買來看。結果有幾位學生真的這麼做了，並開始跟我及其他科目的老師聊起他們的想法與心得。同事們對於校內這股「霍金熱」的現象，莫不嘖嘖稱奇。
我對於自己能有機會擔任《霍金大見解》中文版譯者而深感榮幸。藉著為讀者消弭跟霍金在語言上的隔閡的同時，也希望因此能夠在校園裡、教室裡，或是咖啡廳、甚至是辦公室的茶水間裡，可以聽到師生、同學或同事之間，開始討論這些「大哉問」（Big Questions）。
您不見得要贊同霍金的看法，但是這本書絕對值得一讀！
《霍金大見解》新書 自述節錄
（圖片由天下文化出版社提供）
在地球這顆行星上，我擁有相當特別的人生，在此同時，我又藉由自己的心靈與物理定律，遨遊穿梭於宇宙各處。我曾經到過我們銀河系最遠的邊界，也曾進到黑洞裡面，並回溯到時間的起點。在地球的人世間，我經歷過各種跌宕起伏，各種擾動與平靜、成功與苦痛。我曾備受推崇，也曾遭受批評與非議，但卻從未被人忽視。我覺得自己非常榮幸，透過我的研究工作，能對我們理解這個宇宙做出一點貢獻。然而，若非身旁有這些我愛的人，與愛我的人，所有的這一切，終將只是一個空無的存在。若是沒有他們，對這個宇宙的探索，對我將是毫無意義的。除此之外，事實上，我們人類只是自然界中一群基本粒子的集合體，然而，我們卻有能力來理解主宰我們的這些定律，理解我們所處的宇宙，這實在是了不起的成就。
我希望與大家分享，在思索這些問題的過程中，那些令人興奮的經歷，以及我對這些探索與追求的熱誠。
希望將來有一天，我們都能知道宇宙、星際的這些問題的答案。然而就在我們這顆美麗的行星上，也有許多的挑戰，等待著下一代人，帶著興趣、以及對科學的理解，去面對其他的大哉問。例如，面對不斷增長的人口，我們如何能確保糧食的供給？如何提供乾淨的水源、開發再生能源、進行重大疾病的預防與治療、減緩全球暖化的腳步等等。
我希望，科學與技術的進展，能為這些問題提供一些解答，但這將需要具備有知識、領悟與智慧的人，去落實這些解答。讓我們共同為每一位女人、每一位男人都能擁有健康、安全、機會與愛的人生，一起奮鬥。我們都是時光的旅人，讓我們一起航向未來。也讓我們共同努力，把未來打造成一個我們都想去的地方。
帶著勇氣、好奇心與決心，面對未知的困難，並盡力克服。這一切，都是可以辦得到的！
【霍金的十個大哉問】
大哉問之一：上帝存在嗎？
大哉問之二：宇宙是怎麼開始的？
大哉問之三：宇宙中還有其他智慧生命嗎？
大哉問之四：我們能預測未來嗎？
大哉問之五：黑洞裡面是什麼？
大哉問之六：時間旅行有可能嗎？
大哉問之七：我們能在地球上存活下來嗎？
大哉問之八：我們應該殖民太空嗎？
大哉問之九：人工智慧將會比我們聰明嗎？
大哉問之十：我們如何形塑未來？
書名：霍金大見解：留給世人的十個大哉問與解答
作者： Stephen Hawking
譯者： 蔡坤憲（物理雙月刊專欄作家）
出版社：天下文化
出版日期：2019/02.25
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