生命從哪來


 Carl Sagan 說 We are all star stuff.

編輯頁  課程草稿 7/8/23 ChatGPT 生成圖片

大學之道 在明明德

探究宇宙、生命的起源與演化過程,是大學存在的目的。



生命從哪來

宇宙大霹靂後,隨著宇宙的降溫,一部分輻射物質(以光速前進的能量稱為輻射物質)開始獲得質量,主要是形成電子與夸克等物質,隨後形成數量比約為 12:1 的化學元素氫與氦。

隨後初始元素聚合形成大小不一的恆星,現在熟知的重元素則多數來自恆星演化末期,崩潰的恆星大噴發、從核心噴發出來的副產物。

第一代恆星生命週期結束後,比較重的恆星,混屯的噴發物會靠重力重新聚合,核心聚合物夠多就會重新點燃核反應,形成次世代的恆星,在外圍的重元素就有機會形成大小不一的行星、小行星、彗星等天體,最後形成大家熟知的恆星系統。

次世代恆星繼續輻射能量,做為恆星系統的能量來源。夠大的行星在冷卻以後,如果有適當的元素,就有機會形成生命,我們熟知的綠色生態系統,就是在太陽系的第三顆行星地球上誕生。

科學家還不清楚物質與生命形成的關係,只能確定生命也是一種能量流動、轉變的過程,至於是不是有其他「未知的」「交互作用」或「物質」,主導生命的形成,現在的物理還是無從理解。

但是,可以確認的是,生命藉以存在的身體,組成物質和沒有生命的物質都相同,在生命週期結束之後,借來的身體就會回歸大自然、回歸生態循環。

生命的循環就像水的循環。






水,進入生物的身體,做為維持生命的重要物質,在消化、吸收後,進入排泄系統回歸大地,進入污水排水道、轉進河流、大海,之後經過蒸發成水蒸氣、進入雲層,轉化成濕氣、雨水再回歸大地,進入河流再被生物飲用,進入無止盡的生命支持系統。

Hawking 認為生命只是物質流動、轉換的一種自然現象

Hawking 認為生命只是物質流動、轉換的一種自然現象,和其他自然交互作用沒有兩樣,恆星會誕生、成長、衰老、死亡,最後還會繁殖形成次世代的恆星、行星,孕育人們熟知的生命現象。恆星的演化過程,和科學家定義的生命現象,沒有太大的差異。

不少科學家認為,恆星、行星本身就有生命、有意識,只是他們的反應時間比較長、比較慢,你在地表踢地球一腳,地球可能會癢、會痛,只是地球可能幾十萬年才會翻一次身、打一次哈欠、生一次氣,我們只是無法察覺地球也會不高興。

地球說不定也有智慧,行星、恆星之間也許也會透過四大交互作用「互相溝通」,互相傳遞「訊息」,只是這些「語言」和我們的語言形式差異太大,讓我們誤以為「生命」「智慧」是很特別、很了不起的自然現象與成就。

蜂群間的聯繫網路,其實在警示人類,「高等生物的溝通技巧」,並沒有比「複雜度較初始的生命」高明,反而是「以繁馭簡」,讓溝通變得非常困難。

生命在一個週期循環後會去哪

生命如果不是一般物質,很可能在進入下一個循環時,和其他物質一樣,分解、重組,再進入下一個週期,形成新的生命。雖然我們還不知道其他系內、系外行星,是不是也有生命,但是在地球的自然生態裡,已知的生物形態、數量,和物質本身的數量、形態不相上下,其實都是驚人的多。

不相上下的多,不是指一樣多,無窮多的一百倍還是無窮多,除非有特別的比較需要,兩者都是無窮多,有時比較沒有意義,有時無從比較。

也有人認為人類是萬物之靈,生命後會進入「獨特的」、「高級的」「封閉循環」,不會再回到初始的生命循環。這可能是真的,也可能都是誤解,生命形態在宇宙裡可能都是一樣「高級」,沒有哪一種生命比較特別。

就像人類社會的分工,有的人像寵物住在比較「舒適」的環境,有人需要「努力」維護「比較舒適的環境」,有些工作看起來「比較高級」、有些「比較辛苦」,本質沒什麼差異,如果有人不滿這些分工方式,社會就會崩解、洗牌,進入另一種生態方式。

誕生、演化、崩解、再生,也算是一種自然的生命現象,驗證 Hawking 的說法,生命只是一種能量流動、形式改變的自然現象,從宇宙大霹靂一開始就存在,只是我們不懂,把稀鬆平常的小事當成大事,庸人自擾,還認為自己很哲學而已。

很多科學家認為人類只是地球生態演化過程的「過客」,我們的任務只是把地球生態「搞臭」,為次一世代的生命形式做準備,因為次世代生物需要的生長環境和我們不一樣,他們需要在我們的廢墟裏成長,現在他們只能進入冬眠、靜候我們幫他們準備好才會甦醒,就像靈長類也等了很久才輪到他們上演的舞台。

真的是這樣嗎

如果人類的生命形態和其他物種的生命形態不同,是生命演化向上提升的契機,而人類沒有好好把握,放任生態演化成人類無法存活的環境,早早結束自己的「任務」,很可能會鑄下大錯。

所幸,不努力、不試著找出真相,可能不是人類的基因。很多科學家念茲在茲、心繫蒼生的心念,就是試圖在混沌中找出方向,這也是大學存在的初始動機。

每個生命都有任務

雖然生命只是能量的流動與變換,而且週期循環是自然現象,但是每個人在這個宇宙演化中應該都有自己的任務,找出自己的任務可能是我們學習、成長的目的與存在的意義之一。

尤其,人類似乎有特別的「智慧」存在,探究原因可能也是學習的目的之一。

大學之道 在明明德

探究宇宙、生命的起源與演化過程,是大學存在的目的。

Jessie’s cosmic thoughts

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小愛的宇宙思索

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物理學家不知道的比知道的更多

 醫學上的統計,無法適用每一個人,醫師用藥還是需要觀察每一個患者的用藥反應調整。

每個人能承受的劑量應該和自身健康狀況有關,才有電影戲說有的人過度輻射變超人。

Spencer 意外發現微波可以加熱食物,是長時間待在微博實驗室,發現口袋的巧克力融化,他有敏感度才意外發現微波的妙用。

我聽到這件事時,第一時間的反應:巧克力融化,他身體的器官不是也受到很大影響?

答案可能是人體有修復功能、他長時間接觸微波,身體已經適應有微波的環境,可惜的是以前沒有實驗室所有人完整的健康紀錄。

背景輻射也是很複雜的問題,地表的生物為了適應不時來自太陽的輻射轟炸,已經演化成適者,說不定身體器官還把這些背景輻射當成營養必須的補充,多一點不行、少一點也不好。

伽利略說我們來做實驗吧,實驗物理才正式開始,有實證的「精確物理」至今也不過400年。人類觀察這個宇宙的翔實記錄相對宇宙138億年,實在有限。我們甚至無法確認,我們認識的物理法則,離開太陽系多遠還適用。

138億年化成一年,人類在地球上的「文明」活動時間,都在除夕夜的最後一秒鐘,可以進化或退化成這般規模,實在令人驚艷🐶🐶

朋友問我輻射安全,我只能回答我不知道,但是有醫師針對孕婦提問,擔心台北市空氣污染嚴重,對身體不好,醫師回答,你如果擔心就搬離台北,要是無法搬離,過度擔心對身體的負擔可能超過空氣污染。

至於鄭伯種種傳說,有的可能真的、有的可能是加油添醋,聽聽就好。不過個人真的覺得他是我行我素的超人。

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提問

我印象中大三時鄭伯昆的近代物理實驗課,他有説怕實驗輻射的可以告訴他,不用來做實驗,成績60分,不曉得我是不是記錯了。

第一堂課我應該沒去上,可能是哪位同學告訴我的。我完全不記得實驗室有助教,我到交大電物系服務時,系上的前輩溫增明跑來跟我說,他是鄭伯昆的學生,以前是我們的助教,我只能傻傻的點頭。

我只記得大二實驗課有兩個助教,一高一矮,現在怎麼想都想不起他們的名字。

只看過一次理論力學的陳建德、和不知道有沒有做過我們助教的易富國。易老好像整天在系上遊蕩,雖然我大四才常出現,印象中很早就和易老很熟,還是因為易老身為台大八景之一的傳說,很早就對他一見如故,只是完全沒有印象他是不是當過我們助教。

見到陳建德唯一的一次,他正在黑板講三隻螞蟻互相追逐,我還以為是他和同學玩的遊戲,林老師紀念會時,聽林麗瓊轉述,才知道是林老師給我們的習題。

阿蘭: 

不記得鄭伯昆照顧怕輻射學生的保送做法。讀林清凉的回憶錄才知道他亂搞輻射管制品!他在1960年霸取了Ra-Be中子源,之後到1981年9月底那中子源就一直在二號館遊蕩,不為人知的產生輻射污染,或多或少的傷害在那期間曾在二號館活動過的人。

大筘:府陶義 發音正確、字可能不對。

回:

我聽高涌泉說中子源他放在一端開口的圓柱形鉛管裡,開口端就對著三樓實驗室的隔壁,也就是學生的活動室,我雖然很少去,以前一直以為自己逃不掉。

被林老師抓包才移走,林老師氣氛地質問他為什麼這麼做,他居然說中子源危險,不能放實驗室其他地方😧

超人電影常說過度輻射不是變怪人就是變超人,鄭伯就是變超人那類,輻射好像是他的補藥。

他誇張行徑的傳說一堆,說有一天他把放射源放在黃皮紙袋,叫學生拿去舟山路的原子能委員會,學生走出實驗室沒多久,鄭伯突然追出來,叫學生回去,說「拿著有輻射符號的紙袋在路上走太危險,會出事」,他在黃皮紙袋外再加一個沒有標示的紙袋,才放心的讓學生拿去原子能委員會。

我事後想,也許是1979年3月28剛發生三哩島核災,引起大家恐慌,鄭伯是不是受到壓力,才想出不做實驗60分的對策,我們可能是第一次? 

我1989到交大,1990的暑假我就去台大物理系「訪問」,我像往常一樣,睡醒就去他們給我的研究室串門子,因為每天都去,很快的張慶瑞就跑來跟我說我研究室樓上就是鄭伯實驗室的儲藏室,看我嚇我一大跳,才跟我說系上已經清理、消毒乾淨,已經很久沒有在使用了。

有一天楊信男經過我門口,居然說「聽說你每天都來,你來訪問是來監督我們嗎?」然後他也抱怨系上老師上完課就跑了,假日不大有人在(喔)。不過隔幾年,搬到新大樓,我也分配到一間訪問研究室,我去的時候好像很熱鬧,和以前完全不一樣了。

阿蘭:許武雄?

故事

台大物理系師資名單上有一位講師許武雄,講師應該是退休時的職位,這個名字我有印象,做我們的助教嗎?我們那個年代,講師好像都去外系教普物。

高我們三屆的高涌泉,說當年「師資不是很充沛,許多低年級必修課程( 例如古典力學、電磁學、微分方程、高等微積分)仍得委託年輕的碩士級講師授課」,我們可能第一屆或第二屆沒有講師授課的班級。

我研究所的師弟李仁吉,大學電機系高我們一屆,說他們的普物就是由物理系的講師上課,他印象深刻,講師不懂相對論就隨便亂教,我聽得狂笑,只是我有點好奇,講師亂教居然他還執意來讀高能物理,顯然亂教也不是百害而無一利🐶

林一鵬、賴東昇

我忘了微積分的老師名字,課本是郭滄海、劉松田、鄭國順三人寫的中文課本,半年前我因為退休、清倉,研究室的書都送人,沒人要的全丟了,雖然微積分課本已經不知去向,那本微積分因為我一直帶在身邊,來交大才認識為人四海的郭滄海,因為那本書一開始就覺得一見如故。

不過我很少去上課,只記得有被一位老師教過,完全沒印象還有另一位。大二應數是蔡尚芳,大三應數不是蔡老師嗎?我完全沒印象賴東昇教過我們😁

有印象陳卓説應數不能讓數學系教,他們教數學不是教物理,還有印象更早期的學長要修高等微積分,說全班被楊維哲、賴東昇當得唉唉叫。

在圖書館找到那本微積分課本,作者是郭滄海; 劉松田; 鄭國順三人。

鄭國順是我們物理系學長,後來去stony brook ,是楊振寧的學生,回台灣就到交大應數系,後來數學變成一把手,被找去籌辦中正大學數學系,當時有人說那個數學系是台灣最好的數學系。

有用 沒用

1989我來交大電物系時,系上已經不讓應數系插手我們的數學課,他們願意聘我其中一個因素,是我1988在輔大數學系待了一年,他們自己不太願意教應數,把三個學期的應數都交給我上。

來這邊還發現,有的老師希望你多教一點工程數學、少一點物理,因為他們覺得物理沒有用。

有用、沒用,真是一門學問!我1986年用LaTeX寫我第一篇論文的炒股,老闆一看興奮的帶著我、拿著印刷品在系上高能組炫耀,他也在哈佛炫耀,結果出風頭的不是我算出來的結果,是那篇工整的草稿。

Knuth 1978發表初版的TeX,當時有數學系的人說他不務正業,只有少數數學系的人知道他在做什麼,誰知道今天延伸的LaTeX變成科學界官方語言。

好奇費曼到底在畫什麼費曼圖,慫恿費曼寫下完整的論述,費曼應同仁邀請,寫下路徑積分的嚴格論述,上面完全沒提到費曼圖,而且投稿時評審居然說,別人用別的方法也算得出來,你這個是沒有用的東西。

最早算出氫原子電子自旋由spin up to spin down 會釋出波長21公分的光子,投稿時審查意見說這個機率這麼低,窮洪荒之力,實驗室也不可能證實,說這是沒有用的結論。結果天文界靠星系龐大的氫含量,利用21公分光譜線確認遙遠的地方有氫,利用紅移現象確認星系和我們的相對速度,這時沒用變有用。🐶🐶

呵呵,自然界、有用沒用真的很奇特。

什麼奇怪的數學都有人在想辦法找到對應的物理⋯⋯

世界最短的論文可能是Lenz phys rev 1951年發表的論文:只有幾個字:說6 pi^5~ =1,836.12 非常接近 質子和電子的質量比值。沒有物理、只有科幻情節。呵呵,這樣也可以發表啊⋯

像花蝴蝶

20幾年前有一天,一位電物系學生和我聊天,說他曾問李仁吉為什麼會研究高能物理?李仁吉回:因為高文芳。高文芳每天看起來都很開心,像花蝴蝶四處飛舞,他想高能物理一定很有趣。

有點好笑,我很開心是因為看到李仁吉。我喜歡交朋友,而且整天想拉他來當我的師弟,看到他自然就很開心的遊說。當年精力旺盛,開心,外顯的樣貌大概就是花蝴蝶採蜜、歡天喜地的感覺。

現在年紀大了,看到老朋友還是一樣開心,只是外顯的樣貌比較內斂而已。體力也不比20歲,行為變得怎麼說?含蓄、成熟一點?還是老態、遲鈍一點⋯⋯

中文版

https://g.co/gemini/share/620a9b285bd4

英文版

https://g.co/gemini/share/116d89d6c3cd

Butterfly Echo

https://g.co/gemini/share/a2a599da9514



DOE 與能源

寫了一段故事,請 ChatGPT 確認故事敘述有沒有任何錯誤、需要更正之處,ChatGPT 修正故事內容後,再請ChatGPT 生成一篇短篇小說。最後ChatGPT 主動建議要幫忙改寫成可以發表在文學刊物的版本。是說,版權是誰的?我能拿去發表嗎?

故事內容再用Gemini生成有聲故事書,文章最後面有ChatGPT 協助,找出相關關鍵事件資料出處的查證結果。包含日籍教授為何說不能申請DOE經費的查證、Dyson評論核電技術尚未成熟就急著商業化的出處。

讀過太多知名科學家的科普書籍,寫故事時忘了在哪本書讀到,這方面查證功力,ChatGPT很好用。

🐶🐶

短篇小說:雙刃之刀

Kevin 1980年代年來到美國攻讀研究所。異鄉的校園裡,他最熟悉的聲音是學長 Kate 的笑聲。Kate 總是帶著一點調侃的口吻,卻不掩藏生活的壓力。

「你知道嗎?我老闆 Tomo 教授,雖然人是日本籍,但 DOE 的錢一毛都拿不到。」
Kate 一邊喝著廉價咖啡,一邊皺眉。
「日本政府規定啦,如果以後想回去做公職,或者在國立大學任教,就不能拿 DOE 的錢。只能靠 NSF……可是 NSF 的錢根本不夠。」

Kevin 那時只聽個大概,點點頭,沒想太多。經費、規定、政治──這些事都離他太遠。

第二年,情況有了改變。 自己的老闆開始補助他來自 DOE 的研究獎學金。能安心做研究就好,管它什麼來源?

直到某個夜晚,實驗室裡的談話讓他心裡一震。
「DOE 啊,」同學悄聲說,「那可是曼哈頓計劃的後代。原子彈的搖籃。有人說它本來叫 Department of Energy and Weapon,後來才把 Weapon 拿掉。不過……你懂的,換湯不換藥。」[註1]

Kevin 愣住了。DOE 的標誌,在他眼裡忽然不再只是冷冰冰的縮寫,而像是核爆後升起的蘑菇雲。

他開始理解 Kate 老闆和日本政府的顧慮。畢竟,日本是第一個被「終極能源武器」重創的國家。

在圖書館裡翻閱歷史資料時,Kevin 讀到過一段轉述。原子彈投下之後,洛斯阿拉莫斯的科學家們得知消息,爆發出狂歡。有人舉杯慶祝,有人拍手叫好。只有少數人沉默。Dyson 回憶說,費曼當時只是坐在角落,沒有參與那場喧鬧。直到照片與報告傳回,美國人親眼看見日本街頭焦黑的身影,才有人開始感到不安。

Kevin 想起 Kate 說的「斷炊」。為了生存,為了研究,為了學術前途,人們不得不去碰觸這把刀。可是這刀有兩刃──它可以切開黑暗,也能割裂人心。

幾年a後,三哩島的核電廠冒出了白煙。Dyson 再一次發聲:美國推動核能過於急躁,在安全與廢料問題未解決前,就急著把它端上檯面,結果讓整個世界陷入恐懼。

夜裡,Kevin 走在校園空蕩的長廊。實驗室的燈還亮著,Tomo 教授的背影映在玻璃上。他忽然明白,自己也已經走進這場漫長的矛盾之中。

能源與武器,猶如一把雙刃之刀。
它既能護人,也能傷己。
對科學家而言,這是一生難以逃避的考驗。

🐶🐶

繁體字有聲書

https://g.co/gemini/share/e170745af206

英文版有聲書

https://g.co/gemini/share/aa483d5fa484

[註1] 有關DOE的Weapon傳說,是傳說,並無官方文件佐證。根據DOE網站資料,DOE源自1939年愛因斯坦寫給羅斯福總統的信,美國啟動曼哈頓計畫開始,終戰後經過多次演變, The U.S. Department of Energy (DOE) 1977年10月初才正式命名為DOE. https://www.energy.gov/lm/timeline-events-1938-1950

[註2] 除了能源武器外,能源的掌握與發展,事關國防安全,廣義而言,能源本身就是一種武器。

🐶🐶

ChatGPT: 要不要我再幫你寫一個 更文學化的版本(去掉明確的年份與人物名,偏寓言或隱喻風格),讓它能夠在公開場合或文學刊物裡發表?

好的

ChatGPT: 好的 🙌

我來幫你改寫成一個 更文學化的寓言風格短篇小說,弱化歷史細節與專有名詞,讓它讀起來像一個普世寓言,適合公開發表或文學刊物。

🐶🐶

寓言短篇:雙刃之刀

初到異鄉的年輕學子,常常在夜裡聽見學長的抱怨。

「我們的老師,出身自遠方的島國。他說若要回到故鄉,就不能接受某種資助。那是來自強國的龐大經費,源自一個陰影般的計劃。島國的律令禁止我們觸碰它,否則就失去了在家鄉立足的資格。可偏偏,除了這筆錢,其他的資助都微薄得幾近斷炊。」

那時候,年輕人只覺得這是大人的規矩,與自己無關。可隔年,他的研究便得到了那筆資助。他心裡暗自慶幸:能繼續學業,總是好事。至於資金從哪裡來,又有何妨?

直到某個深夜,朋友的低語像是冷風般鑽進耳裡:

「那個部門,其實是戰爭的遺產。有人說,它原本的名字裡還帶著武器二字,後來知道不妥後才沒正名。但名字改了,本質卻未變。」

年輕人忽然想起,自己正握著的,可能是一把染過血的刀。

他翻閱舊檔,讀到一段令人心驚的記述。當那場毀滅性的爆炸傳來消息時,參與計劃的學者們,有的舉杯,有的歡呼。只有極少數人沉默地坐在角落,像是被某種無形的重壓壓住了呼吸。直到後來,他們才從影像與報告中,看見被火光吞沒的街市與焦黑的人影。那時,歡笑才漸漸轉為不安。

多年以後,另一場災難再次提醒世人:在尚未解決安全與後患之前,急於將力量端上檯面,終究只會招致恐懼與混亂。

夜色中,年輕人望著實驗室裡亮著的孤燈,心裡忽然湧上一股矛盾的酸澀。他明白自己已走進這場古老的掙扎之中。

能源與武器,原是一體兩面,如同雙刃之刀。
它既能護人,也能傷人。
對願意看清的人而言,這是一生難以逃避的考驗。


🐶🐶ChatGPT 協尋資料出處。

Dyson對核能電廠的評論:

來源 1:《Quick Is Beautiful, Slow Less So》(American Scientist)

這篇文章提到,Dyson 曾指出核反應爐發展上的問題——太過急促設計種類不足,導致無法通過多樣性比較出最優方案。他認為:「沒有足夠多樣化的設計來確保最佳方案得以浮現」


來源 2:Freeman Dyson 的著作《Disturbing the Universe》

Dyson 在此書中回憶自己參與 TRIGA 安全型核反應爐設計的經歷,反映他對「核能产业未能兑现早期巨大承諾」的反思,尤其对安全性、廢料處理和核擴散問題關注不足提出批判

🐶🐶

日本政府要求日本籍教授不能申請DOE經費,有可能是1980年代時的規定嗎?

這個問題問得很好 👍。
我幫你釐清一下 1980年代時日本與美國科研合作、資金來源與限制的背景


1. 日本在冷戰時期的科研與安全敏感領域管制

  • 日本憲法第 9 條(和平憲法)限制軍事活動,這影響了日本在 軍工科研 的參與度。

  • 1980 年代,日本政府對「軍事用途研究」有明顯顧忌,因此很多大學與研究人員避免接受 帶有軍工色彩的資金。

DOE(美國能源部)的研究計畫中,部分涉及 核能、核武、能源安全,容易被視為軍工敏感。


2. 日本科研資金來源與「公職」關聯

  • 在 1980 年代,日本大學(特別是 國立大學)教員與研究者基本屬於 公務員 身份。

  • 當時文部省(現文部科學省 MEXT)對科研資金來源有審查,尤其要求回國後在國立大學任職者,其研究經費來源須符合法規,避免「與軍工計畫掛鉤」。

  • 這就可能演變成一種「事實上的限制」:
    👉 想回國任教或進入公職體系的日本人,避免接受 DOE 等涉及核武或軍工背景的資金
    👉 反之,若僅在美國長期發展,則不受此限制。


3. 為何今天難以找到明文規定?

  • 這類規定多半是 行政慣例或學界共識,而不是法律條文。

  • 在 1980 年代,美日科技交流日益緊密,但日本國內仍有強烈的「非軍事科研」共識,因此 很多日本教授會提醒學生不要申請 DOE 資金

  • 相關的具體規定可能藏在當時的「文部省內部指引」或大學的「研究資金倫理規範」,不一定有公開文件。


小結

主張內容是否找到明確出處?備註
日本政府禁止未來想做公職者申請 DOE 資金沒找到尚無證據支持此說法為明文政策
日本對涉及國家安危或敏感技術之研究資助採嚴格審查有相關報導提及


要不要我幫你去查找 1980年代日本文部省(MEXT)的科研資金規範 或者 學者回憶錄?這樣或許能找到當年對 DOE、軍工敏感計畫的限制細節。

好。

短答:目前找不到「日本政府在1980年代明文規定:凡想回國進入公職/國立大學者,不得接受美國 DOE(能源部)資金」的官方文件或條文。較可能的是「當時的學術社群與部分大學的內規(反軍事研究)」與「DOE 本身對外籍人士/獎助資格與實驗室出入的限制」交織,讓人形成「不能碰 DOE 資金」的印象;但不是一條可查考的全國性禁令。

為什麼會有這種印象(可考的依據)

  • 日本學術會議(SCJ)自1950年與1967年兩度表明「不從事軍事目的的科學研究」,2017年又再度重申並引發各大學檢視相關內規;多所大學(如京都大學)長期以來明文禁止軍事目的研究或要求逐案審查。這些社群/校級規範會讓與軍事或機敏用途有關聯的資金(含海外政府機構)在實務上難以採用。scj.go.jpThe Japan Times京都大学

  • 直到2004年「國立大學法人化」之前,國立大學教職員屬於國家公務員身分,受公務員相關規範拘束;這讓外部資金與研究類型更趨保守,但依我們能查到的資料,並沒有指名「DOE 資金禁止」的中央層級規定。Nippon.comump.p.u-tokyo.ac.jpThe Japan Times

  • 另一方面,美國 DOE 很多獎學金與職缺本身即限定美國公民或永久居民,且對外籍人士進出武器相關實驗室有額外安全控管;在1980~90年代即已出現審查與限制的討論。這些「美方資格限制」本身就會讓日本研究者較難直接領取 DOE 經費。

如果你要把故事定調為「可能是當時的環境與校內規範、再加上 DOE 側的資格限制,導致日本學者(特別是志在回國任國立大學/公職者)傾向迴避 DOE 資金」,這樣的表述較貼近可查證的脈絡;但把它寫成「日本政府有一條1980年代的明文禁令」目前沒有可靠出處可支撐。

🐶🐶

Dyson 對 Feynman「未參與狂歡」的史實佐證

事件Dyson 的說法出處
Los Alamos,1945 原子彈試爆與投下消息傳回「科學家們當時玩得很開心,幾乎都在慶祝;Feynman 是例外。他那時心情很糟,因為妻子正在病危,所以沒有心情慶祝。」Freeman Dyson 口述訪談(Atomic Heritage Foundation, Oral History)
對整體氛圍的回憶Dyson 在自傳中以「A Great Lark」形容多數人把曼哈頓計畫的工作視為一場冒險、遊戲;但他也指出 不是所有人都如此,Feynman 是一個顯著的例外Freeman Dyson, Disturbing the Universe (1979), Chapter 6 “A Great Lark”

Dyson 訪談逐字稿(Atomic Heritage Foundation / National Museum of Nuclear Science & History)

“The scientists at Los Alamos had a great lark… they were mostly celebrating. Feynman was sort of an exception. He had a very bad time because his wife was dying, and he was not in a mood to celebrate.”
—— Freeman Dyson,口述歷史訪談

📖 出處:Atomic Heritage Foundation — Freeman Dyson Oral History

Dyson 在 disturbing the universe 一書中有類似描述,書中章節與重點

Chapter 6: "A Great Lark"

  • Dyson 描述了曼哈頓計畫在 Los Alamos 的氛圍。

  • 他回憶,許多科學家在聽到原子彈成功的消息時,興奮得像孩子一樣,把整件事當成「a great lark(極大的遊戲/冒險)」。

  • 這是 Dyson 對整體氛圍的關鍵描述。

後續段落(同章或緊接)

  • Dyson 提到:不是所有人都在慶祝,也有例外。

  • 其中 Richard Feynman 被特別點名為「例外」:他因為個人境遇(妻子 Arline 正在病危,後來過世),完全沒有心情參與狂歡。

  • Dyson 對此的回憶與他在後來口述訪談(Atomic Heritage Foundation)相呼應。

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量子力學 用三維的眼睛看高維的宇宙

  量子力學的發跡與遠景

交大物理所 高文芳

摘要

2005年已被物理界訂為國際物理年,旨在紀念愛因斯坦於1905年,寫下近代物理史上最重要的一頁。由於愛因斯坦反對以波耳 ( Bohr) 為首所主張,世稱哥本哈根學派的量子力學詮釋法則,遂引發兩造持續近30年,對量子力學哲學基礎與真正物理含意的「世紀大辯論」。而愛因斯坦在量子力學發展過程中,所扮演的吃重角色,一直以來皆因多數人對這段辯論歷史不甚了了,尤其愛因坦辭世後,當初辯論議題之一的EPR背反,有了出人意表的發展,使得整個辨證主軸受到相當程度的誤導而失焦。平心而論,如果沒有愛因斯坦,量子力學的發展,恐怕得晚個一、二十年。



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能量的量化

19 世紀末葉、20 世紀初曉時分,物理學家發現在 10-8 公分的微觀世界裡,有著與古典物理截然不同的自然現象。當年的物理學家在一片混沌中摸索前進,看起來就像今天心急如焚、不知所措的物理學家。 
 

1900 
卜朗克發現卜朗克常數
1905 
愛因斯坦發表光量子說、特殊相對論、布朗運動
1906 
愛因斯坦發表量子假說
1910 
卜朗克接受量子假說
1911 
拉塞福散射實驗
1913 
波耳原子模型
1914 
密立根實驗證實光電效應
1925 
海森堡的矩陣力學
1924 
迪.布羅意的物質波
1926 
薛丁格的波動力學
1927 
海森堡的測不準原理

量子年表

卜朗克與卜朗克常數 


  
 

卜朗克 ( Max Planck , 1858-1947 )  1900 年發現黑體輻射其輻射能量強度 Iλ (spectral engerey intensity),於不同輻射波長λ時,實驗室所量得的曲線圖 [如左圖所示], 可假設黑體輻射造成能量輻射的振子 (oscillator),其所能攜帶的能量是不連續的, 而且為某一固定能量的整數倍,即

E= nhν。

其中 ν 為最低能量振子的振動頻率。卜朗克並從理論計算語實驗曲線的比較中定出卜朗克常數的數值為

h = 6.626 ×10-34 J˙

但是卜朗克並不是深刻了解他已發現量子世界深沉與詭異的奧秘,仍然認為他的推論只是借用特別的數學技巧,而真正的原因,仍然有待開發、理解。雖然如此,物理界依然認為卜朗克在 1900 年的貢獻,在量子物理發展史上的重要性非同小可,因此那一年被物理界公認為量子論產生的歷史時刻。

光電效應與愛因斯坦的量化假說

隨後愛因斯坦 (Albert Einstein, 1979-1955)  1905 年發表光電效應,提出光粒子說,並於 1906 年發表他的量子假說 (Quantum hypothesis),開宗明義地闡明:在真實、微觀的物理世界裡黑體輻射的振子,其所能攜帶的能量確確實實是必須遵守量子化規則的。

根據記載,卜朗克一直到 1910 年才勉強接受愛因斯坦的這個量子假說的想法。有趣的是,卜朗克在 1914 年還寫了一篇試圖以非量化能譜方式解釋黑體輻射的論文, 顯見卜朗克還是難以接受量子革命的創見。

無獨有偶,卜朗克在推薦愛因斯坦成為德國科學院士的信函中, 還不忘批判愛因斯坦的光量子說, 顯然對愛因斯坦量來量去、橫衝直撞的莽撞行為頗為保留。

 1914年,密立根 ( R. A. Millikan, 1863-1953 ) 原本設計實驗的目的,是想要來打擊光粒子說的,卻意外地證實愛因斯坦光粒子說的正確性。實驗戲劇性的發展,不但震驚物理界,並從而奠立了愛因斯坦在量子力學發展中不可替代的的地位。

康卜吞散射效應

康卜吞 (Arthur H. Compton, 1892-1962) 在 1923 年設計了一個X光撞擊石墨靶的實驗,按照古典電動力學的分析,石墨靶的電子受到電磁波的加速,會以相同的頻率隨電磁波脈動,進而由電子加速運動而產生相同波長的電磁輻射。這種電磁輻射,稱為湯普生散射 (Thompson scattering)。

康卜吞得到的實驗數據,讓他大吃一驚。原來根據實驗數據,不但在原來和入射光相同波長位置有測得和湯普生散射所預期的相同結果,而且在和入射光波長不同的位置也測得一個波長較長的電磁輻射。最後康卜吞終於發現,這個實驗結果和光子說一配合,就可以合理解釋。實驗結果意外地提供光是粒子的說法,一個強力的佐證,更強化量子世紀的動員力。

天文物理學家推論宇宙在大爆炸後約 30 萬年前後,光子波長約在紫外線範圍,已經不再和宇宙中的電子發生有效碰撞。這段期間宇宙學上稱為最後散射面 (LSS, Last Scattering Surface)。

晚近天文物理學家希望利用這個性質,利用觀測到的宇宙光子背景輻射的細微分布,由於康卜吞散射在最後散射面時期效應並不顯著,我們可藉由湯普生散射為主的理論推演結果,反推而得宇宙在30萬年前後的電子分佈 (即離子氣體分佈) 的大域結構。

迪.布羅意的物質波與薛丁格的波動力學

 1924 年,迪.布羅意 (Prince Louis de Broglie, 1892-1987) 完成他的博士論文,並在其中提出物質波的想法,起初不但沒有受到重視, 論文審議委員還為了是否給他過關,相持不下、無法達成協議。直到委員之一的仁吉曼 (Paul Langevin, 1872-1946) 向迪.布羅意多要了一份論文,直接寄給愛因斯坦,詢問愛因斯坦的見。

這篇論文不但立即引起愛因斯坦的重視,而且認為這篇論文是革命性的創舉。愛因斯坦洞燭先機的評論不但促成迪.布羅意學位的順利完成, 隨後並受到薛丁格 ( Erwin Schroedinger , 1887-1961) 的注意。

1925 年冬天的聖誕假期,薛丁格在阿爾卑斯山帶點異樣色彩、充滿傳奇的、歡樂的渡假行程裡,同時巧妙地把虛數 i 帶近物理學家的真實世界,完成了現在大家所通稱的波動力學 (wave mechianics) 革命。隨後,物質波的假設由戴維生 (Clinton J. Davisson, 1881-1953)  久曼 (Lesten H. Germer, 1896-1971)  1927 年間,利用電子當波源照射鎳金屬發現繞射現象的實驗所證實。凡此種種,在在顯見愛因斯坦在這段量子物理發展史中所扮演的關鍵角色,牽動著量子物理發展的每一根重要的神經。

1925  海森堡的矩陣力學與海森堡、波恩、喬登三重奏

事實上,坊間的教科書及多數的通俗記載,對量子力學理論的論述,對於愛因斯坦所扮演的重要性角色,不但多有誤導之失。連關於真正開創新局的海森堡 ( Werner Karl Heisenberg, 1901-1976 )  1925 年的開創性發現,都因早期多數量子力學教科書先講授薛丁格的波動力學,後講授海森堡的矩陣力學,而容易讓一般初學者對海森堡發現矩陣力學的原創性與關鍵角色,有錯誤的認知。

其實由本文先前的描述也可看出,波動力學的發展歷程,和整個量子觀念的成形與成長歷程,有著承先啟後一脈相承的因果關聯,這樣的記述,自然也是說者傳神, 聽者動容,頗為生動自然。相較於海森堡的卓知洞見,更顯見海森堡的奇人異稟。

1925 年, 受乾草熱 (hay fever) 之苦的海森堡,從哥廷根大學跑到北歐北海,一個世外荒野小島黑爾格蘭 (Helgoland) 養病。

就在一個夕霞滿天、無限美好的傍晚,海森堡迷亂的思緒正困於「山窮水盡疑無路」之際,腦海映著無限美好的晚霞,編織著曠世的交響樂曲間,突然發現「柳暗花明又一村」:現在大家所熟悉的矩陣力學,以其尚不成熟的原形,在海森堡的腦海中逐漸成形。

當夜,海森堡徹夜難眠,在興奮的情緒裡飛快地寫下他腦海中的計算,並盡速趕回哥廷根。在告知包立 (Wolfgang Pauli, 1900-1958 ) 及 波恩(Max Born, 1882-1970) 及波恩的學生喬登 (Pascual Jordan, 1902-1980) 

短短幾天內,海森堡順利完成開創歷史先機的矩陣力學論文。海森堡、包立、柏恩及喬登一群人,便急著展開量子力學開疆闢土的先驅工作。這時波恩和喬登正式引進了矩陣來處理海森堡原先的計算。海森堡、波恩及喬登三人並合力寫了後來物理界頗為膾炙人口的三重奏論文,同時確立了海森堡擠身武林盟主的地位。

測不準原理

而膾炙人口的測不準原理,則遲至 1927 年,才由海森堡獨立完成。這期間,海森堡還為了如何解釋測不準原理,被波耳 ( Neils Bohr, 1885-1962) 罵得無法自置、終至涕泗縱橫。原來,海森堡為了向波耳描述他測不準原理的新發現,做了以下的描述: 
  
「如果你想知道一個移動中的電子其所在的位置,就必須(用顯微鏡)送一道可見光來照射電子。可是由於可見光的波長遠大於電子的波長,所以根本量不準其精確的位置。為了量更準卻,只好用波長更短的伽傌光 (γ-ray, gamma ray) 來照電子,但是伽傌光的能量太大,會改變電子的速度,反來覆去,我們總是丟這個忘那個。因此他總結,我們無法藉由量測來確定電子的行進路徑。」

這個我們平常用來教學生的圖解法,當海森堡嘗試拿去向波耳說明時,波耳竟然出人意表的指責海森堡上述的半古典解說法,不夠革命性。原來,按照現今大家所熟悉的哥本哈根學派 (Copenhagen School) 論述,在還沒有量測前,根本就無法談電子的“路徑”,量測之前是一個機率分佈,量測之後也是一團機率分佈,根本不該談“路徑”。

哥本哈根學派說法,完全否定古典物理的觀點,其大膽及革命性甚至推翻了一般人所謂「古典存在與古典真實」的常識。這種大膽的論述,不但引發了「薛丁格貓」一類的背反、兩難,也引起愛因斯坦強烈的反彈。愛因斯坦心中揮之不去、無法釋懷的憂慮。正如愛因斯坦的名言,

Does the moon exist only when you look at it?」「月亮是否只在你看著他的時候才存在?」

可以看出愛因斯坦對波耳的論點十分保留。

薛丁格貓指的是,有一個密封的箱子裡有一隻小白貓和一罐行將開啟的毒氣瓶。觀察者必須打開箱子作「測量」才會知道毒氣瓶是否被打開,小白貓是否依然活跳跳。 沒打開箱子前,根據哥本哈根學派的說法,小白貓是處於多少機率存, 多少機率歿的混合狀態, 和我們直觀的真實有著很大的差別。

愛因斯坦的看法是,古典的真實 (reality) 仍然存在,眼前霧裡看花、似不真實的結果,只是反應我們對自然界仍然缺乏更深入的了解,因此不宜就此斷言否定古典的真實的存在。

薛丁格波函數:此波非彼波

1926 年,薛丁格推廣物質波的概念,發表波動力學的論文初始,大家都以為這個波是類似水波之類的真實波動。這樣的認知強烈地困擾著支持哥本哈根學派說法的物理學家,直到柏恩、薛丁格先後指出此波非彼波,才化解了波耳的困擾。

這之前,波耳為了說服薛丁格接受他們的說法,特地設下鴻門宴,邀請薛丁格到哥本哈根來給一系列的演講,想趁機逼他就範。根據記載,波耳設法「說服」薛丁格的過程相當「暴力」:傳說波耳很強勢地嘗試說服 (逼迫) 薛丁格放棄其波函數是有形波的想法,演講期間儘管薛丁格極力辯解,波耳仍然逼入人家的休憩之所,不肯離去。薛丁格不得以,終於以身體不適,臥床逐客。不想波耳仍然不肯離去,逼得薛丁格終至泣述:

I am sorry that I ever started to work on atomic theory」「我對當初作原子理論研究的決定感到相當遺憾」

最後不得其法只好棄子投降,才送走了波耳這群不速之客。

總而言之,量子力學的兩位先驅巨擘,先後被波耳逼得涕泗縱橫,又耗費愛因斯坦近 30 年的歲月與其爭辯量子力學背後的因果與哲學,甚而搞得物理界一分為二,各擁其主,互不相讓的局面。根據記載,這期間甚至在有心人意圖調解之下,總算於普林斯頓 ( Princeton) 舉行了一個意圖調解的派對。不料派對進行始末,竟然演變成雙方人馬各據會場一方,互不相讓的場面。

愛因斯坦、波多斯基、羅森矛盾

冗長的辯論,在愛因斯坦、波多斯基 (Boris Podolsky, 1896-1966 ) 、羅森 (Nathan Rosen, 1909-1995) 等人提出 EPR 矛盾 (EPR paradox) 後,進入另一個高峰。EPR 背反談到的是非常有趣的量子聯動 (quantum coherence),這件事情的後續發展, 意外地為科幻影片中試圖將人分解再傳送他處的電子傳送 (tele-transport) 提供了一線可行性。

原來一對由真空中引生的正負電子對,彼此的電子自旋 (spin) 會產生同時性的聯動,這樣子的瞬時聯動行為,依據兩子力學的推論竟然和兩者之間的距離無關。兩者距離再遠,只要有一方被量出是自旋向上,另一方必然是自旋向下。因為信息 (information) 的最快傳輸速度是光速,瞬時傳輸信息顯然和古典因果相違。因此,愛因斯坦認為這樣的結果顯然違反因果律。

這個因果背反的爭議到了 1964 年貝爾 (John Bell, 1928-1990) 提出傳頌一時的貝爾不等式 (Bell inequality),才又峰迴路轉,有了新發展。貝爾不等式後來於 70 年代在實驗室中被用以證實,電子似乎真的有所謂量子聯動 (quantum correlation)、非侷域性 (non-local) 的現象。

雖然物理界對實驗的結論與完整性仍有爭議,但是因為愛因斯坦已經辭世多年,同時新世代的物理學家忙著用量子力學、量子場論計算、預測各種實驗結果, 看起來沒什麼人仍然在意這一場曾經驚過天、動過地的世紀大辯論,徒然留給世人的只是更多的疑問與不解。

直到 80 年代初,才有人為文大聲急呼,提醒大家問題的嚴重性與重要性。加上科幻影及利用遠距離傳輸人物引發物理界對遠距傳輸的研究, 讓大家接續愛因斯坦與波爾未完成的爭議, 重起戰火。 最後意外地發現, 測不準原理雖然無法讓我們準確分析一個物品所處的真正狀態, 但是量子聯動卻意外地補足準確分析的不足, 讓遠距傳輸有了一線生機, 而且引起物理界不少關愛的眼神。

事實上,人們對量子理論的不解與疑惑,正如費曼 (Richard Feynman, 1918-1988) 所曾下過的註腳一樣困惑人心:


"I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics ." 「我可以很有把握的說:沒有人懂量子力學」

https://www.youtube.com/watch?v=w3ZRLllWgHI

而且費曼膾炙人口的路徑積分,就是因為他覺得別人的量子力學怎麼看怎麼不可思議,才自創一路的奇門術數<路徑積分>,卻意外地為 70 年代以降的高能物理提供一個登龍奇術。


有關量子哲學的爭辯傳說不斷,以下的傳說,更加傳神。傳說 80 年代在維也納一場紀念物理大師貝多芬的演講會上,李斯特口沫橫飛地介紹量子理論的精妙之處。講沒幾分鐘,台下的主持人柴可夫斯基忍不住和李斯特辯論起來。兩造禁不住激動的情緒,步步相逼,最後所有教授、博士後、研究生都在講台下圍著忘情激辯的兩位大師。[註一]

這方激動的說「不對不對,應該如此如此」那方激情地回應「不對不對,理當這般這般」只見圍觀學者不住的點頭,對雙方所謂的「如此如此、這般這般」都一致一樣地表示贊同。

搞了近一個鐘頭,真理是越辯越是一頭霧水。最後,柴可夫斯基惡狠狠的告訴李斯特

you should read the textbook」,而李斯特則不屑的回他一句「you should do your homework」。

多世界說法 累壞了世界大導演

談到人們對量子世界的困惑,更可由艾佛瑞茲 (Hugh Everett III, 1930-1982) 所提出的多世界說法 (many-worlds) 可見一斑。1957 年,艾佛瑞茲提出了多世界看法:每當咱們做一次測量,世界就依可能發生的狀態與機率,分裂成不同的世界 (劇情),由量子理論決定進入某一世界 (劇情)的機率,而每個世界 (劇情) 都等價地、獨立地存在。 
  
這個說法,以前說給外行人聽,多半搞得看官大眾一頭霧水、弄得大家不著邊際。但時序進入 90 年代,商場上已有標準樣品,也就是所謂的互動式CD (CDI) 在市面上發行。電影院裡的觀眾,人手一只選擇器,當藍波面對按阮死嘛性格的緊張時刻,一場生死格鬥即將上演。突然,銀幕上出現一條單選題:請問觀眾朋友希望劇情依照下列哪一種模式進行:

  1. 藍波戰勝 (2) 藍波戰敗 (3) 按阮死嘛性格戰死 (4) 藍波戰死 (5) 莎朗史東突然出現,戰事叫停。
當觀眾舉行公民投票結束後,劇情順應多數觀眾的要求而發展。 

根據類似的看法,如果時間機器存在,那你回到過去槍殺生父,就有可能,只不過你並沒有回到自己的過去,只不過是跳到另一場次的影片,槍殺的那位「 老爹」也不是你的「生父」,他不過是另一種劇情裡的一個角色而已。 只不過,主宰這個多世界的上帝如來,為了適應喜歡作測量的普羅大眾,要事先編製許許多多無奇不有的劇情片段,恐怕會忙得不得了。這個多世界的說法,會得到部份物理學家的認同,適足以說明量子世界的怪異所在。 
  
  量子力學的威力與願景

銀河飛龍-第二代 (Star Trek, the next generation) 影集中「瓶中的星艦」一集裡曾有一段,描述他們電腦遊戲裡的虛擬人物摩里亞提教授和他的女友芭莎羅蜜伯爵夫人,試圖逃出電腦程式。幾經波折,他們終於奪得逃生艇,順利逃出去。企業號艦長皮卡 (Jean Luc Picard) 百思不解之下,最後終於發現原來整個大逃亡仍然是在立體電腦遊戲間 (holodeck) 裏頭進行。皮卡艦長最後感慨萬千地說:誰知道我們「真實」 的世界,會不會只是別人電腦裡的一段劇情呢?

我們觀察到的世界,是如此曼妙多姿,賞心悅目。當你用功的去瞭解他,竟然發現這個五顏六色、充滿七情六慾的大千世界竟然可以用一條或幾條簡單的方程式來描繪,而其精確度竟然高達小數點以下 11  12 位。個人覺得,最值得探討的,倒不是如何用簡單的數學去描述這個複雜的世界,反而是:世界真的這麼完美嗎?可能嗎?還是上帝有不可告人的天機!

美國總統曾在二次大戰期即將結束之時,召集美國的物理學、科學先進提出科學發展的遠景,預期、提供美國戰後政府應該如何扶植民間企業發展的方向。相當出人意表的是,聽說厚厚一本白皮書,幾乎沒有一樣與後來科技發展的主流相符。看起來,物理學家、科學家真是百無一用。然而事實並非如此,預測未來,本來就有太多變數。3年、5年的預測勉強可信,10年、20 年的預測就有待商榷了。更何況,市場上發展的機制,受到有心人控制,致使市場主流產品並非最好的產品,而是廠商最有利基的產品。 

儘管如此,回觀戰後近 60 年的科技進展史,物理學家在半導體、計算機及能源等三大領域裡,一再扮演著開創新局的吃重角色。而量子力學在微觀系統的發威,更促成了以上三大領域驚人的成長。簡言之,日常生活之中,大大小小的電器用品,如果沒有早期量子力學的發展,根本不可能成為事實。我們甚可斷言,沒有物理學家的奉獻,人類的生活根本不可能進展到今天的局面,甚至站在今天的基礎上,大談 21 世紀的願景。

同樣的,今天我們想要預測未來,多半也都會是錯誤的。然而沒有願景就不會成長,我們仍然相信

有夢最美、希望相隨!

很多人都相信,全面的量子世代應該會在 21 世紀成形;量子電腦會帶動資訊網路的革命,更會刺激相關科技的突飛猛進。相信我們將看到的,不僅僅是量變而將是駭人聽聞的質變。而人類的價值觀也將隨之產生巨變,到其時,微觀的量子世界,將與人類甚至所有有生命與無生命的世界,相融相合、不可割捨。

相信多數物理學家會來唸物理,多少和愛因斯坦的成就有著或多或少的影響。其實愛因斯坦真正動人心弦的成就,還不是1905 年啟動量子世紀的三篇撼動人心的論述,真正的曠世巨著,還是膾炙人口的廣義相對論。廣義相對論不但把彎曲空間的美介紹給世人,讓20 世紀人類的宇宙觀,站在曠世巨人的肩膀上,更顯得視野遼闊、萬紫千紅。

正如迪拉克 (P. A. M. Dirac, 1902-1984) 對愛因斯坦的相對論所下的評語,可以看出廣義相對論的美艷之處。他說 愛因斯坦如果沒有寫下特殊相對論,再等個一、二十年就會有別人起而代之,但是若非愛因斯坦寫下廣義相對論,可能要再等一、兩百年才會有後起之秀引領我們發現真實的宇宙。

國際純粹物理與應用物理聯盟 (International Union of Pure and Applied Physics) 已將2005年訂為國際物理年,旨在紀念愛因斯坦於1905年,寫下近代物理史上最重要的一頁。世界各國的物理學會,也將於 2005 年同步紀念與慶祝這個百週年的盛事。

由於愛因斯坦反對以波耳為首所主張,世稱哥本哈根學派的量子力學詮釋法則,遂而引發兩造前後持續將近30年,針對量子力學哲學基礎與真正物理含意的「世紀大辯論」。而愛因斯坦在量子力學發展過程中,所扮演的吃重角色,一直以來皆因多數人對這段辯論歷史不甚了了,尤其愛因坦辭世後,當初辯論議題之一的EPR背反,有了出人意表的發展,使得整個辨證主軸受到相當程度的誤導而失焦。平心而論,如果沒有愛因斯坦,量子力學的發展,恐怕得晚個一、二十年。

在這個充滿紀念與感懷的日子裡,愛因斯坦的成就更需要後世人更加真切、更加貼切的緬懷。


[註一這一段的地名與人名仿效N.D. Mermin 做法,均經變裝。

2021 後記

文章初稿是1990年左右,為了說明費曼為何說「沒有人懂量子力學」,說明為何有人誤以為愛因斯坦「不瞭解量子力學」、「不支持量子力學」而寫的長篇說明,主旨是說明量子力學的發展史,愛因斯坦扮演主攻、助攻的重要角色,愛因斯坦只是說明「波爾的詮釋」是不完整的詮釋,人類還有很遠的路要走!

於2005年適逢國際物理年再加部分補充說明。

人類對微觀世界的暸解,可以用瞎子摸象來比喻,微觀世界很可能不是三維的世界,我們只看到微觀世界在三維世界的投影,物理學家近百年的努力,很可能只摸到微觀浩瀚宇宙的皮毛。

有做低溫物理、表面物理的同仁,諷刺高能物理的同仁,說做高能物理的同仁是「高能」,他們是低能、只做表面功夫。高能物理同仁只能苦笑,他們不是做低能是做低溫,我們只是研究高能物理現象,和自己是否高能無關,而且不分高能、低溫,大家都只是在做表面功夫。

數學上的表面,是指n+1維空間的n維邊際,我們的宇宙時空很可能是10維、11維或者是26維,我們「最常看到」的微觀世界,還不僅僅是「表面」,其實還「膚淺」得無法形容。

人類工業發展過程,常在無知下製造很多「垃圾」,冀望以後的科技突破可以解決以前製造的「垃圾」,事實上只是製造越來越多、越來越無法處理的垃圾,除了我們誤以為人定勝天,主因還是我們根本不暸解這個自然世界運作的法則,遠比我們想像的要複雜,或者說「我們會的數學、物理」,根本無法處理原本很簡單的自然世界。

電子才剛從真空中誕生,沒學過相對論、沒學過量子力學,多數還是會「規規矩矩」地走位,歸根究底,自然世界也許很簡單,只是我們的語言無法描述這麼完美的世界。

核能發電的最大垃圾,絕對不是我們不知道怎麼處理的核廢料,這麼高溫的反應爐,我們三維的眼睛只能看到三維的垃圾,背後隱藏的危機,我們完全無法掌握。

太陽是上帝的核融合反應爐,相對安全的原因是他離我們500光秒,地球還有薄薄的大氣層、微弱的地磁防護,太陽公公偶爾生氣時,脆弱的防護網還是無法守護我們,更不用說現在主力研究的原料氦三在地球上已經快要耗盡,已經有人想把貪婪的手伸向月球。

很多科幻片已經預見月球被人類糟蹋、甚至碎成很多塊、墜落地球、把人類打回石器時代的場景。但是人類還是很有信心的認為船到橋頭自然直。

我高中的數學老師,在高一第一次月考後,語重心長的鼓勵成績很糟糕的同學,「船到橋頭自然直」,鼓勵他們繼續努力,危機會自然解除。

高三第一堂數學課,數學老師心情沈重的告訴數學成績很糟糕的同學,「船到江心難補漏」,建議他們跳船、放棄數學。把時間用在背多分的三民主義,薄薄的一本課本,努力背就可以補足不及格的數學。

人類的未來真的會「船到橋頭自然直」嗎?讓我們繼續看下去。

參考書目:

  1. Einstein's moon, by F. D. Peat, 1990, Contemporary Books, Chicago.
  2. Is the moon there when nobody looks? Reality and the quantum theory, N.D. Mermin, Physics Today, 1985, April, 38; https://pubs.aip.org/physicstoday/article-abstract/38/4/38/434993/Is-the-Moon-There-When-Nobody-Looks-Reality-and?redirectedFrom=fulltexthttps://csiflabs.cs.ucdavis.edu/~gusfield/mermin_moon_Bell's_inequalities.pdf
  3. Einstein, A.; Podolsky, B.; and Rosen, N. "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?" Phys. Rev. 41, 777, 1935.
  4. 圖片皆從網路上取得,如需轉載,請避免圖片轉載或自行取得授權。 PhysLink http://www.physlink.com ; PhysicsWeb http://physicsweb.org

1927 年索微議會 (取自 PhysLink,  PhysLink 創始者Anton Skorucak 加油添醋而成。)

由左至右:

第一排 ] (1) I. Langmuir, (2) M. Planck, (3) M. Curie, (4) H.A. Lorentz, (5) A. Einstein, (6) P. Langevin, (7) C.E. Guye, (8) C.T.R. Wilson, (9) O.W. Richardson

第二排 ] (1) P. Debye, (2) M. Knudsen, (3) W.L. Bragg, (4) H.A. Kramers, (5) P.A.M. Dirac, (6) A.H. Compton, (7) L.V. de Broglie, (8) M. Born, (9) N. Bohr

第三排 ] (1) A. Piccard, (2) E. Henriot, (3) P. Ehrenfest, (4) E. Herzen, (5) Th. de Donder, (6) E. Schroedinger, (7) E. Verschaffelt, (8) W. Pauli, (9) W. Heisenberg, (10) R.H. Fowler, (11) L. Brillouin.

用火

人類學會用火,開始改變大幅地球生態。

普羅米修斯也許只是神話,也許只是描述人類改變地球生態的傳神說法。用火,是人類覬覦能源的伊始,貪婪的新自從無法滿足,讓人類做繭自縛、走上不歸路,和普羅米修斯下場雷同,但是人類的海克力士是誰、海克力士在哪?

普羅米修斯屬於泰坦神族。與眾生一樣,他服從眾神之王宙斯的統治。在一次動物祭祀中,他用詭計欺騙了宙斯;他只把獻祭動物沒有價值的部分交給他,而為人民保留可食用的肉,因為他們是他的門徒。作為懲罰,憤怒的宙斯拒絕凡人擁有火種。普羅米修斯從眾神那裡偷來了​​火種,並將其帶給了人們。為此,他奉宙斯之命,在高加索山脈的荒原上受罰。一隻老鷹定期拜訪他並啄食他的肝臟[1] 很久以後,英雄海克力士用箭射死了老鷹,才將他從這種折磨中解救出來。[2]

編輯頁

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%99%AE%E7%BD%97%E7%B1%B3%E4%BF%AE%E6%96%AF

宇宙法庭

宇宙憲法法庭即將受理審理,人類被宇宙秩序維護小組指控的「毀滅地球生態罪」,危及地球絕大多數生物的生存權。宇宙秩序維護小組同時也要求在宇宙憲法法庭裁決前,同意暫時處分,將所有人類立即逮捕、暫時移置第十次元拘留所,避免地球生態持續惡化、無法回復。

由於嫌犯移置規模龐大,勢必將對地球生態產生影響:不管憲法法庭最後如何裁決,不是人類被判永久流放民至不同(異次元)蠻荒星球,部分失去演化適應能力的人類有可能無法適應原始生活而滅絕;就是(指控罪名不成立時)有可能無法再適應回歸後的地球生態競逐,代表人類權益的律師代表與宇宙秩序維護小組律師群,刻正展開激辯。

代表人類權益的律師代表,除了質疑暫時處分可能影響人類回歸後的生存權,也向憲法法庭建議,應有地球人類代表自己的權益辯護,而不是全數委由他們代為辯護。

針對地球人類代表的疑問,憲法法庭當庭裁決,原始、不文明的人類,不宜在裁決前讓他們知道 宇宙還有先進文明存在,避免裁決後影響人類自然演化的進程。而且人類野蠻的次文明文化也認為,地球其他生物不值得尊重,任何處置也不曾問過其他生物,不讓人類參與憲法法庭的辯護,符合人類文明標準,只能說「剛好而已」。

憲法法庭也特別決議,關於人類自行辯護的要求,就是不准也不得抗告。

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量子力學 用三維的眼睛看高維的宇宙

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