[物理史] 霍金 (Stephen Hawking) 承认赌

作者: 分类: Q烛生活 发布于:2020-06-10 950次浏览 17条评论



(译自APS News,2013年7月)

1684年,雷恩(Christopher Wren,英国着名的天文学家及建筑师,皇家学会的创始人之一,并曾任会长。)宣布了一个所谓的赌注:他承诺送一本价值40先令的书,给最先证明克卜勒定律可以从平方反比律推导出来的人。3年后,牛顿的《自然哲学之数学原理》出版了,书中牛顿对此挑战提出回应,但却太迟了﹝1﹞,以致无法获得赌金。虽然如此,这可是最早有纪录的科学赌注之一,直到现在,物理学家似乎仍对打赌特别感兴趣。

举例来说,费曼 (Richard Feymann) 于1959年打赌说,要建造一个小于1/64吋的引擎是不可能的。他当时希望可以提供诱因,给有事业心的科学家,发明新的製作技术。然而,一位名叫麦克雷兰 (Bill McLellan) 的工程师,使用既有的业余无线电技术与零件,製成了那幺小的引擎。费曼大可拒绝付赌金给此技术 ─他并未真的正式下赌注─ 但他还是依承诺付给麦克雷兰1,000美元,虽然他表达了对于他的目的未能达成感到失望。

现今名气最大的物理学家之一是剑桥大学的霍金 (Stephen Hawking),他写过很多书,其中《时间简史》 (A Brief History of Time) 荣登最畅销排行榜。1993年,他在《星际争霸战》 (Star Trek) 其中一集《银河飞龙》 (The Next generation) 中客串演出。在此影集中,海军少校达塔 (Lieutenant Commander Data) 和霍金、牛顿以及爱因斯坦的全息影像玩梭哈游戏。霍金「赢得」那场虚构的比赛,但在真实世界中,他在赌盘中却没表现那幺好。

霍金多年来做过几次备受瞩目的科学赌注。1975年,他跟加州理工学院的物理学家索恩 (Kip Thorne) 打赌说,黑洞 ─当时仍是假设性的物体─ 不存在。那次的赌金相当少:假如霍金赢的话,他可以获订4年的畅销《私家侦探》杂誌
(Private Eye);假如索恩对的话,黑洞的确存在,那幺他可获订1年的《阁楼》杂誌 (Penthouse)。因为黑洞存在的证据越来越多,霍金被迫认输,也信守承诺地订阅杂誌给索恩。但因为霍金做很多研究都基于对黑洞存在的假设,所以在科学上他成了赢家。

1991年9月24日,霍金第二次打赌。他和索恩、以及其加州理工学院的物理同僚普雷斯基尔 (John Preskill) 关心裸奇点有否可能存在于黑洞外,因此可以观测到。普雷斯基尔和索恩都认为可以观测到,而霍金则持反对意见。大约6年后,霍金认输,儘管只输在技术细节方面;他认为裸奇点有可能在所谓的「广义的情况」下形成。

[物理史] 霍金 (Stephen Hawking) 承认赌

普雷斯基尔(右)宣布赌赢霍金

大约同时,他们三人同意再睹一次,而这一次集中于黑洞的事件视界﹝2﹞内部的资讯是否会无法挽回地遗失,或是否可能由黑洞蒸发所放射出的辐射恢复资讯;还是如正式的打赌措词:「当初始的量子纯态经历重力塌缩而形成了黑洞,那幺黑洞蒸发结束的最后状态应该回复量子纯态。」

这一次,霍金和索恩支持资讯会遭破坏的观点,他们认为黑洞的辐射是一种量子混合态,因此当它最后完全蒸发时,有关内部的资讯会遗失。正如霍金所说:「上帝不仅掷骰子,祂有时还会掷到看不见的地方,混淆我们。」普雷斯基尔则赌说,资讯原则上是会恢复,所以当物理学家最后设计出量子重力理论时,我们会明白这背后发生的机制。

的确,普雷斯基尔回忆说,特胡夫特 (Gerard’t Hooft)、色斯凯 (Leonard Susskind)、马尔达西那 (Juan Maldacena) 和其他几位弦论理论学家其后的研究都显示「黑洞资讯都极精巧地编码在黑洞时空中」。尤其,他们引进全像宇宙的概念,所以我们所在的宇宙的任一三维空间都可以编码在二维边界的资讯来说明。

那些论证很明显地动摇了霍金的态度,2004年7月21日,他在爱尔兰都柏林的会议上演讲,当场宣布他要认输。霍金演讲做结论后,他送给普雷斯基尔第八版的《棒球全集:棒球百科全书》(Total Baseball: the Ultimate Baseball Encyclopedia),「可以随心所欲地从书中撷取所要的资讯」。

然而,索恩顽拒认输,而也许他做对了。2012年,又产生了令人困惑的新见解,即假设资讯确实不会消失,那就得牺牲另一个广义相对论喜爱的假设,是有关掉进黑洞的观察者,到底发生了什幺事。根据广义相对论,这位掉进黑洞的观察者在穿越事件视界时并未经历不寻常的变化,而火墙论者则主张他应该要被附着于事件视界的火墙所焚毁。黑洞火墙的说法一直有争议且悬而未决,但普雷斯基尔是其中一个愿意考虑他也许终究是错的。

就在最近,霍金和密西根大学的坎恩 (Gordon Kane) 打赌大型强子对撞机不会发现希格斯玻色子,输了100美元。欧洲核物理研究中心的物理学家于2012年7月宣布了一个「类希格斯粒子」的证据。虽然霍金承认此发现对物理的重要性,但他还是对英国广播公司新闻频道 (BBC News) 坦白说:「这有些令人遗憾,因为物理的重大进展一向都由我们未预料到的实验结果得来!」

如此观之,当论及科学的对赌,霍金一路的纪录并不光采。正如普雷斯基尔于2013年4月对霍金的讚美中所讽刺的:「虽然霍金毫无疑问地是一位伟大的科学家,但他却是一位很差劲的赌徒,真是可悲啊!」

注1:雷恩的赌注有效期只有2个月

注2:event horizon,一种时空的曲隔界线,视界中的任何事件皆无法对视界外的观察者产生影响,在黑洞周围的即是事件视界。


进一步阅读:

Almheiri, Ahmed; Marolf, Donald; Polchinski, Joseph; and Sully, James. (2012) “Black Holes: Complementarity or Firewalls?” http://arxiv.orgHawking, Stephen. (1976) “Breakdown of predictability in gravitational collapse,” Physical Review D 14: 2460-2473.Hawking, Stephen. (2005) “Information loss in black holes,” Physical Review D 72(8): 4.

原文刊载于物理双月刊2016年8月号38卷第4期,感谢杨信男教授同意授权刊载。

系列文章100篇已集结成册,由五南出版,书名为《物理奇才奇事》。

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