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臺灣科技力神助攻! 拍到 M87 黑洞偏振光為何至關重要?

研之有物│中央研究院_96
・2021/08/09 ・4340字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|歐柏昇、簡克志
  • 美術設計|林洵安

解讀黑洞偏振光影像

繼 2019 年 4 月人類首度拍到 M87 星系中心的黑洞照片之後,今年 3 月事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,簡稱 EHT)成功從複雜資料中取得新的影像,也就是 M87 黑洞的「偏振光」影像。這張照片和兩年前有什麼不同?臺灣研究團隊做出了哪些貢獻?科學家追求高解析度的黑洞影像,又對黑洞研究有什麼重要意義呢?「研之有物」專訪中央研究院天文及天文物理所松下聰樹研究員,和大家介紹這張新的黑洞偏振光影像,以及未來黑洞觀測持續努力的方向。


「黑洞照」締新猷,不只是甜甜圈!

還記得 2019 年 4 月人類首度拍到第一張黑洞照片的感動嗎?那張關於 M87 星系中心的黑洞影像,有點模糊,又有點有趣,當時很多人開玩笑地稱為「甜甜圈」或「貓眼」,相關的網路迷因創作層出不窮。到了 2021 年 3 月,事件視界望遠鏡發表了最新成果:M87 星系中心黑洞的「偏振光」影像,照片看起來似乎又更清楚了。如果要解讀這張新的「丹麥甜甜圈」,就必須先了解「偏振光」。

2021 年 3 月事件視界望遠鏡公布了 M87 星系中心黑洞的偏振光影像,圖中的條紋是光的偏振方向。圖/EHT Collaboration

黑洞偏振光為何長這樣?

首先,什麼是偏振光呢?松下聰樹在訪談中做了簡單演示:拿出一副太陽眼鏡,放在手機螢幕和觀測者(你)中間「過濾」光線。當鏡片在某個特定角度時,我們可以順利看到手機畫面;但是當鏡片旋轉到其他角度後,螢幕光線就會被擋住,無法透光。

這個演示實驗的背後原理,就是光的「偏振」。光是電磁波,可以沿著垂直於行進方向的各個角度振盪。假如一束光只在特定方向振盪,那就是「偏振光」。手機發出的光線通常是偏振光(因為螢幕出廠都會貼上偏光片),如果我們放上同樣具有偏振片功能的太陽眼鏡,就必須把鏡片旋轉到電磁波振盪的方向,光線才能穿透。

光是一種電磁波,如果光有特定的振盪方向,就稱為「偏振光」。手機發出的光線一般為偏振光,如果透過偏光太陽眼鏡觀看,只能在某個特定角度才能讓光通過,其他角度則不透光。圖/EHT Collaboration and Fiks Film

其次,測量光的偏振方向,可以幫助科學家了解黑洞周圍磁場。因為黑洞附近的電漿帶有磁場,這些電漿發出的光,偏振方向通常都是垂直於磁場。從觀測結果取得偏振光資料,科學家就可解析黑洞磁場。那麼,要如何解讀這張「丹麥甜甜圈」照片的「紋路」呢?

所謂「紋路」,就是黑洞周圍光線的特定偏振方向。但是,為什麼光的偏振方向會這麼特別?根據最新研究指出,M87 星系中心的黑洞自轉軸是指向外太空並遠離地球的,從地表上觀測黑洞,其自轉方向為順時鐘,連帶地讓周圍光線的偏振方向變成逆時鐘(因為必須與周圍磁場方向垂直),也就是照片上類似丹麥甜甜圈的「紋路」囉。請見下圖。

M87 星系中心黑洞的自轉方向(順時鐘)與周圍光線偏振方向(逆時鐘)剛好相應,而這個特定的偏振方向,也就形成黑洞照片上類似丹麥甜甜圈的特殊紋路。圖/EHT Collaboration and Crazybridge Studios

從偏振光了解周圍磁場之後,科學家就可以進一步解析黑洞。目前科學家已知 M87 星系中心的黑洞擁有狹長而筆直的噴流,從黑洞旁邊約 0.01 光年的距離,延伸到數千光年外的範圍。噴流要跨越這麼龐大的空間,又能夠保持筆直,需要非常龐大的能量才能辦到。天文學家推測,這可能要歸功於黑洞周圍的磁場。

圖片為 M87 黑洞的多波段影像。EHT 拍到黑洞事件視界附近的「甜甜圈」影像,而其他波段的望遠鏡則拍到黑洞附近狹長而筆直的噴流。圖/中研院天文所

M87 黑洞偏振光影像,可能看起來只是一張比較清楚的「甜甜圈」,然而實際上要得到黑洞偏振光影像非常困難。這次的偏振光影像和 2019 年公布的首張黑洞照片皆來自同一次觀測,但要耗費更多時間處理資料。因此,2019 年的影像僅顯示了黑洞周圍的光強度,而偏振光影像則要到 2021 年才公布。

松下聰樹說明,因為黑洞附近光的偏振比例通常不到 10%,所以偏振訊號大概只有光強度的百分之一,非常微弱。而且,所有資料必須仔細校正,去除儀器所產生的偏振,確保訊號來自天體。觀測所用到的每個望遠鏡各有不同特徵,天文學家需確保全部資料完成校正,是非常艱難的任務。

2019 年 4 月 10 日松下聰樹參加 EHT 成果發表記者會,投影幕上是人類史上第一張黑洞照片。圖/松下聰樹

臺灣團隊在黑洞觀測的貢獻

松下聰樹指出,臺灣對黑洞觀測有重大貢獻。目前公布的黑洞影像是來自 2017 年的觀測結果,由 7 座望遠鏡共同完成,而臺灣參與了其中 3 座望遠鏡的運作,分別是阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)、次毫米波陣列(SMA)及麥克斯威爾望遠鏡(JCMT)。再加上 2018 年順利上線的格陵蘭望遠鏡(GLT),臺灣總共貢獻了 4 座望遠鏡的營運與儀器技術。

資料分析方面,臺灣的研究團隊也舉足輕重。松下聰樹特別提到中研院天文所博士後研究朴鍾浩的貢獻──他負責撰寫資料處理程式,完成非常困難的校正工作,於是能產生這幅偏振光影像。另外,中山大學郭政育教授、臺灣師範大學卜宏毅教授都參與了此次研究。中研院參與 EHT 的人員,還包括淺田圭一參與科學委員會,包傑夫(Geoffrey Bower)擔任 EHT 計畫科學家,而松下聰樹本人則也領導工作團隊。

松下聰樹說,臺灣能夠參與 EHT 的關鍵,在於「我們在臺灣有世界尖端的科技」,因此對於國外研究單位來說有相對大的影響力。

從 2009 年之後,事件視界望遠鏡的天線成員數量陸續增加,臺灣目前總共貢獻了 4 座望遠鏡的營運與儀器技術。圖/中研院天文所

拍到黑洞影像的下一步?

事件視界望遠鏡(EHT)的任務並不是拍到黑洞就收工,隨著更多儀器上線,未來有望揭開更多黑洞的奧秘。

最初 2017 年的觀測,也就是目前所公布的黑洞影像,總共使用 7 座天線。到了 2018 年格陵蘭望遠鏡開始加入,由於格陵蘭和其他天線距離遙遠,把觀測的基線拉長,因此可以增加約 50% 的解析度。

2021 年 4 月,事件視界望遠鏡又完成一次新的觀測。這次有美國的基特峰天文臺(Kitt Peak National Observatory)和法國的北方擴展毫米陣列(NOEMA)加入,觀測的解析度和靈敏度都提高了。

松下聰樹說明,目前公布的黑洞影像,只看到黑洞旁邊的磁場。新的觀測則有望偵測到外圍瀰漫的氣體所帶有的磁場,幫助我們了解黑洞、磁場與噴流的關係。科學家正在緊鑼密鼓分析這批資料,期待會有好的結果。

此外,目前EHT正在測試更高頻率的觀測。原先觀測 220 GHz 的電波(波長 1.3 毫米),過幾年後則有機會讓所有天線做 345 GHz 的觀測(波長 0.87 毫米),波長比之前短了將近一半,空間解析度也會顯著提高。

我們目前看到的「甜甜圈」,解析度只有 3×3 像素。2018 年加上格陵蘭望遠鏡,解析度可到 5×5 像素。未來頻率提高到 345 GHz 之後,可再提升到 7×7 或 8×8 像素。

還有另一個希望,就是將格陵蘭望遠鏡搬到山上,天氣條件更好,有機會進行更高頻率(660 GHz)的觀測,解析度可再上升至 15×15 像素。高達 660 GHz 頻率的電磁波通常會被水蒸氣吸收,需要水氣很少的地方才能觀測,甚至連夏威夷也只有很少數日子有這種條件。松下聰樹說,智利夠高且乾燥,格陵蘭則夠冷,可以滿足觀測條件。

高頻率觀測是下一代計畫,還沒人有把握能夠成功,不過松下聰樹正面看待。他說,剛開始組織 EHT 的時候,「大家都說拍攝黑洞影像是不可能的,但是我們讓它變成可能了。」

松下聰樹在訪談中提到,未來在格陵蘭望遠鏡和高頻觀測的技術支援下,黑洞照片解析度可望提升到 15×15 像素。圖/松下聰樹

為何追求高解析度影像?

松下聰樹說明,根據理論模型,黑洞應該有許多更細緻的結構,但是在目前公布的影像中仍然糊成一團。一旦有了更高解析度的影像,就有機會辨認出事件視界的精確位置,以及分辨流出和流入的氣體。黑洞能量的來源是流入的氣體,高解析度觀測可告訴我們,黑洞怎麼吃進氣體,以及磁場在其中的角色。

M87 黑洞觀測影像與理論模型比較,可預期未來觀測解析度提高之後,有機會看到更多細緻的結構。圖/S. Issaoun, M. Mościbrodzka with Polarimetry WG and OWG

不僅如此,黑洞的半徑和質量呈簡單的線性關係,若能精確測得黑洞的半徑,則可以了解黑洞如何成長,甚至推測早期宇宙的黑洞如何誕生。此外,黑洞的旋轉會拖曳時空,造成影像的些微變化,高解析度的觀測可以分辨得出來。

松下聰樹說:「黑洞的直接影像,開啟了天文與物理新的領域。這不是結束,只是開始。」目前我們看到的「甜甜圈」影像只是個開始,未來還精彩可期。

參考資料

  1. 把望遠鏡搬到格陵蘭?!觀測黑洞的瘋狂天文學家〉,研之有物。
  2. 搖晃的M87黑洞之影:首窺黑洞動力學〉,中央研究院天文及天文物理研究所。
  3. 探索黑洞更進一步!EHT公布M87星系偏振光影像 直擊黑洞磁場〉,中央研究院天文及天文物理研究所。
  4. 全球望遠鏡聯合觀測知名黑洞〉,中央研究院天文及天文物理研究所。
  5. Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K., Alberdi, A., Alef, W., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A. K., Ball, D., Baloković, M., Barrett, J., Bintley, D., Blackburn, L., Boland, W., Bouman, K. L., Bower, G. C., Bremer, M., Brinkerink, C. D., Brissenden, R., Britzen, S., Broderick, A. E., . . . Zhang, S. (2019). First M87 Event Horizon Telescope Results. V. Physical Origin of the Asymmetric RingThe Astrophysical Journal Letters875(1), L5.
  6. Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K., Algaba, J. C., Alberdi, A., Alef, W., Anantua, R., Asada, K., Azulay, R., Baczko, A. K., Ball, D., Baloković, M., Barrett, J., Benson, B. A., Bintley, D., Blackburn, L., Blundell, R., Boland, W., Bouman, K. L., Bower, G. C., Boyce, H., . . . Zhao, S. S. (2021). First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event HorizonThe Astrophysical Journal Letters910(1), L13.

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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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