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開卷筆記 – 完美的理論

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廣義相對論適逢一百週年,想當然會有很多書、報道出來做回顧,這是其中一本,講相對論發展的歷史,其中的起起跌跌,她與量子理論之間的不同,形成物理學界的兩種研究方向,在人力物力亦有所競爭,也有人想使兩者結合,成為終極理論,不過到現在為止,還是未竟全功。

當初愛因斯坦提出廣義相對論時,當然並不是主流,也起爭議,不過他有提出一個可以驗証之法,就是靠量度水星近日點。若只是用牛頓力學,那些偏差是不能解釋的,甚至有人提出有一顆我們看不見的行星「火神星」以填缺漏。廣義相對論得到驗証的一刻起,是她最光輝的年代。問題是,她之後似乎沒有太多實驗可做,沒有太多觀測可發現,對於一些例如宇宙澎脹或黑洞問題等愛因斯坦甚至學者亦一時間未能接受,再加上量子理論的掘起,使廣義相對論發展停滯了。相比起來,量子理論有實驗可做,可展開研究,又有大量工作機會,吸引一大堆物理學者。

廣義相對論始終要面對那些終極問題,其光輝始於天文觀察,也從天文電波觀察繼續得到關注。宇宙紅移正在澎脹,那麼回溯宇宙創生時是怎樣的?當星球不夠力去支持重力時,是否真的會變成黑洞,事件視界之後的又是一個甚麼樣的世界?重力波又否觀察得到?這些終極問題,在廣義相對論的框架下展開了討論,使這理論又有了生命力。霍金對於黑洞的大膽推論,原來黑洞會發光、沒有毛、會蒸發,又使量子理論與重力拉上關係。

理論物理學的聖杯是大一統,可是廣義相對論與理子理論格格不入。進路有從標準模型入手,試納入重力,就是量子重力論,可是卻會得到很多無限大的數。從廣義相對論的幾時空幾何入手,在計算上也是超級困難。各方理論自成一派,竟然做成某程度的門派分裂,弦論、M 理論… 都有自己獨特的想法,也更理論化,難以驗証之餘,也做成溝通之難。再加上我們的儀器先進了,又有更多不符理論的預測到出來,宇宙的巨大結構如何發展至此?要有暗物質?真的要重新引入宇宙常數嗎?

正如牛頓力學在計算地球之事物仍然是相當準確,廣義相對論看來也有他的「應用範圍」,在那些空間曲率超大的地方角落,廣義相對論就碰上很大的困難了。現在大部份理論物理仍是唯廣義相對論是瞻,她有著神聖不可侵犯的地位,對於未解之處暫時就是置之不理,又或修修補補。作者認為大概是時候進入另一個範式轉移的時候了。

想當初愛因斯坦的工作,完全是可以自己一個人在工餘時間完成的,現在這些似乎都不太可能,一整個研究就如一大產業,關係到很多人,也難免帶有政治性,而範式轉移往往需要特立獨行的決心,力排眾議。作者覺得,現在要談一些推翻廣義相對論的說法,往往好像談神秘宗教一般,志同道合者圍爐取暖。下一波科學革命,又要蘊釀多久呢?

Jacky20 Oct 15 10:39 pm 寫關於書籍, 科技

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