分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

「愛的萬物論」:史蒂芬.霍金的愛情物理學

本來心理和腦袋都預備好,要接收交纏在愛情故事中的大量科學訊息,畢竟主角是一介大師,即使預告片看起來很平易近人也不能大意。果然正片開始不久我就被打敗了,不是因為招架不住邏輯推演式的對話,而是科宅的浪漫!原來在發展「萬有理論」之外,霍金也有一套愛情物理學。

The Theory of Everything

英文片名是「萬有理論」(The Theory of Everything),指一個可以解釋宇宙所有物理現象的理論,但中文版譯成「愛的萬物論」,可以想像浪漫成份多過科學成份。如果你被上個月同期上映的《星際效應》(Interstellar)那些天文名詞所驚嚇,現在正為觀賞電影做準備而研讀《新時間簡史》A Briefer History of Time)或《胡桃裡的宇宙》The Universe in a Nutshell),也許這次可以輕鬆點,若看完電影還有興趣,再翻翻珍(潔恩).霍金寫的《霍金-前妻回憶錄(上)(下)》Music to Move the Stars)也不賴。

宇宙間有四個最基本的作用力,分別是作用在天體的重力(廣義相對論),和作用在基本粒子之間的電磁力、強作用力、弱作用力(量子力學)。以目前的物理發展,科學家預期把廣義相對論與量子力學結合成一個理論(稱為量子重力論),就會是「萬有理論」。為什麼這樣認為呢?因為目前兩者適用的尺度不同,某些宇宙結構只能用其中一種理論解釋。科學家希望能化矛盾為互補,就可以描述宇宙中任何尺度的結構。

廣義相對論適用於描述大尺度宇宙結構;量子力學是則是從原子或更小尺度來描述物質,常用單位是普朗克時間(Planck time;10-43秒)、普朗克長度(在一普朗克時間裡行進的距離,約等於10-35公尺),單位是不連續的,例如描述電子或光子,可以用「一顆」,但是不能「半顆」。

電影中霍金太太比劃著豌豆和馬鈴薯說明的就是這件事情,物理學家在描述宇宙某些特別的情況時遇到麻煩了。黑洞或宇宙起始的時候,體積非常小,有明顯的粒子性,應使用量子理論來解釋,但同時密度非常大,會有非常強大的重力場(非常緊密且彎曲的時空),在量子的世界產生不能忽視的效應。

Hope is Everything

The-Theory-Of-Everything-Gallery-01
繞圈、旋轉、同心圓,「圓」是這部電影鮮明的意象,而圓心似乎代表著霍金的目標、霍金太太的盼望,還有最終物理界追求的答案:一個可以描述宇宙中一切事物的簡單方程式。

電影中霍金在黑板上畫個同心圓,夏瑪恩師一句 keep going 就想出來的研究題目,靈感來自當時牛津大學數學教授羅傑.潘洛斯的「奇點理論」。「奇點」是時空曲率無限大,相對論定律不成立的區域。這個理論指出,任何經過重力塌縮的物體,都會產生奇點,例如黑洞中必然有一個奇點。

霍金曾跟好友基普索恩(Kip Stephen Thorne,也就是《星際效應》的顧問)打賭,天鵝座X-1是不是黑洞,後來由觀測證據顯示裡面存在奇點;所以猜猜誰輸了?電影中霍金沒有撒謊,那本《閣樓》雜誌(Penthouse)真得不是他自己要的阿!

Life is Everything

身體病痛或物理界的打擊,都不曾動搖霍金找出「萬有理論」的決心,只有他自己才能推翻自己,而且還推上更加不可動搖的地位。

霍金注意到,熱力學定律與自己在1970年的黑洞研究成果有相似的地方,於是他開始往「熱力學定律主導黑洞定律」的方向思索,最後得到一個推翻過去的結論,有助於調合宇宙大尺度結構與小尺度結構,還讓他的好朋友激動到在酒吧打爆一包洋芋片。

這個結論是說,黑洞會有輻射現象(也稱為霍金輻射),發出輻射的同時,質量和能量跟著散失,那麼在黑洞縮小成原子核大小的過程中,黑洞的質量會越來越小,溫度會越來越高,黑洞邊界的重力場強度會越來越大,直到溫度足夠發生巨大爆炸而消失。可惜,這個現象還沒被天文學家觀測到。

Love is Everything

霍金的傑出成就,我想霍金太太也是重要推手。她用愛支撐起史蒂芬,只看到丈夫的精神與才華,而不是殘缺的身軀。當霍金的身體狀況必須靠呼吸器維生時,瞭解丈夫的霍金太太忍痛選擇了唯一的選擇:進行氣管造口手術(俗稱的「氣切」),這能避免氣流通過喉嚨的敏感部位,引發咳嗽和氣哽,讓史蒂芬能自行呼吸,但卻永遠失去聲音。不過如同霍金自己說的,只要活著就有希望。

順道一提,電影中那台操著美國口音的語音合成器,是霍金換第二台電腦後才安裝上去的,在那之前,其他人必須閱讀螢幕上的文字才能與霍金溝通。電腦安裝了結合字典和片語的程式,霍金可以瀏覽螢幕上的字列,從中點選想用的單字,單字會在螢幕下方排成句子。

另外幫助霍金說話、寫書,只要click就能操作的神奇控制器,前身其實是一組貼在頭上用來測量快速眼動的電極,後來被改裝成眼動控制器。那因為霍金覺得電極貼在太陽穴上很不舒服,最後又由他的學生把它改成手動控制器。

「看看我們幹的好事」(You see what we made)

當然是為了避免透露劇情才故意翻譯成這樣。這是劇中霍金的最後一句對白,也是我最喜歡的一句。配合電影畫面,好似將霍金的青春人生比喻為一個擴張中的宇宙,一切演變都因為愛情而戲劇化。最後會明白,那一眼,就是宇宙的起源。
4月10日新聞43
根據LiveScience的報導,霍金本人看完電影後說:「有幾次我還以為那是我自己」,還說這部片讓他有機會回顧自己的人生。接著霍金對他人生中最珍視的親友們寫下了這段感人的話:「因為我的研究工作,所以能夠優先對宇宙如何運作有些瞭解,但如果沒有我愛的人在那裡,它只不過是一個空蕩蕩的宇宙。」

是否已拜倒在霍金的輪椅之下?霍金在今年10月也加入了Facebook,他的第一篇推文寫道「我總是思考著宇宙如何存在。時間與空間可能永遠是個謎,但這不阻止我去探尋……」,快來加他好友吧!

延伸閱讀:

關於作者

張鳳茹

PanSci 實習編輯 | 主修大氣科學。喜歡弄文字、玩音樂。傾向自然,不管是拿來讀的那種,渾身散發出來的那種,還是可以去野餐的那種。