2004年諾貝爾物理獎得主,美國科學家維爾切克(Frank Wilczek)10月受邀出席新加坡藝術科學博物館舉辦的紀念諾獎物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)誕辰100周年大展。
也是麻省理工學院教授、上海交通大學李政道研究所首任所長的維爾切克,是少數願意在“凡人”理解範圍內,解釋宇宙萬象的物理學家,至今已出版“A Beautiful Question”(一個美麗的問題)等著作,包括與記者妻子德瓦恩(Betsy Devine)合著的“Looking for the Harmonies”(尋訪和諧)。
維爾切克在著作中結合哲學、音樂、美術等領域,解析自然界最原始的結構設計和美的根源,他在專訪中告訴《聯合早報》記者:地球、月亮、脈搏……所有會變化的,都是時鍾。
維爾切克最喜歡“時間”。談到“時間”,他的眼睛亮了。
他鄭重其事地宣布:“我的定義就是——時鍾計算的就叫時間。”他看著記者詫異的神情笑說:“你以爲我在開玩笑?”
維爾切克解釋,世界上所有時鍾的功用是計時。“圍繞太陽轉的地球、月亮的變化、脈搏、驅動時鍾、原子鍾、石英鍾……它們都是時鍾。”
時鍾計算的時間不斷重複,但還有時鍾以外的時間。維爾切克說:“我們體驗的時間就不會重複。你丟出去的球不會回來,但是你可找出球在每單位時間的位置變化,那也可用來計算時間,因爲變化是根據物理定律進行的。
“所有變化定律都根據時鍾的計時進行。時間可以是不同步的,但是它卻同步了。所以時間只有一種,所有節奏都以它爲依歸。”
所以,時間是什麽?維爾切克總結:“時鍾計算的就是時間,而所有會變化的都是時鍾。”
他看著記者一知半解的臉,大笑……
時間未必只能向前
有機會坐在諾貝爾獎物理學家面前,當然要問“回到未來”“穿越”一類的問題,記者絞盡腦汁,讓問題“更有智慧”:你剛才說的是時間的節奏,以及統一節奏的問題,那麽時間的方向呢?
維爾切克雙眼更亮了!他說:“噢!很有趣的問題啊!”他解釋,時間的方向有兩個方面。
第一是曆史感,過去和未來給人的感覺截然不同。宇宙從“大爆炸”(Big Bang)開始膨脹,宇宙的過去和未來看起來也極其不同。“你可以用很多儀器計算星體的歲數或放射性物質的衰變,這都給人一種時間的方向感。”
不過,維爾切克說,第二種反映在小物質上的時間,卻不存在方向感。
“假設你拍攝一個原子變化的視頻,然後倒著播,也就是你看到越來越早、越來越久遠的景象,你會發現時間的方向,從過去到未來,或從未來回到過去,沒有分別。
“一場球賽倒著播會顯得莫名其妙,但是去到原子世界,卻沒有分別。也就是說,在最基礎的物理定律裏,時間射出去的那一支箭,是可以倒回去的。時間像一條線,可以往前,可以往後。這就是所謂的Time Reversal Symmetry(時間反演對稱)。”
維爾切克說,雖然後來科學家在基礎定律裏發現了差異,某些情況下時間的過去與未來並不對稱,不過還沒人可解釋差異爲何存在。
維爾切克正在做這方面的研究。“我有一個新定律。粒子axions可能可解釋其中差異。我還得做更多實驗來證實。”
談神論魄
當一切都以物質(matter)爲標准的時候,頂尖物理學家怎麽解釋神和靈魂的存在?
維爾切克說,他不是傳統宗教的信徒。“神的定義,不同人有不同的理解。我明白人們對宗教的需要,和宗教儀式的必要。但盡管經書充滿智慧,卻無法解釋宇宙萬象。
“我的宗教可說是爲了理解‘神’到底是什麽,由什麽組成?宇宙肯定有定律,其中有我們越來越接近的更高哲理。
“傳統觀念中的神如果存在,其實就在人類的書寫裏。”
不相信人有靈魂
由此推斷,對維爾切克而言,人也是物質的存在罷了。“噢!我絕不相信人有靈魂。就算有也絕對不可能是物質以外的存在。”
維爾切克說,科學擁有確鑿證據,證明思維是物質作用的結果。“我們已經充分掌握物質,讓實驗非常精准、敏感,一點變化都能被儀器記錄。實驗結果必須能夠在所有外來條件固定的情況下,不斷被重複。
“人的思維從來不曾影響實驗結果。任何思維,不論多強烈都不會影響實驗。這足以證明沒有物質以外的‘思維波’。”
維爾切克說,大腦受損影響思維能力,死者失去所有思維能力,都是思維有賴物質作用的證據。“物質如此美好,潛能如此大,甚至能讓人思考。物質的可能性太大太多,它可以是鐳射、超導體、電腦……”
宇宙法則是由簡至繁的結果
維爾切克在《一個美麗的問題》書中,展現了這樣的認知:宇宙的深層真實裏存在美。自然界的美與生俱來,悠揚音樂背後有數學法則;數學定律如“Pythagoras Theorem”(畢達哥拉斯定理)就算不被數學家發現,仍存在于世。不過這些宇宙深層的真實與法則、與生俱來的美,在維爾切克看來,並不等于證明了造物者的存在。 “宇宙本就包含了物理和數學的定律和結構,需要一層層去揭示。它們極美,因爲你在其中看到對稱性、規律性、可靠性;它們是永恒的,不受時間影響,它們解釋了宇宙的許多現象。”
記者反問:但你如何解釋,數學存在于自然界,可自然界不在乎數學的存在啊?
維爾切克驚呼:“噢不!自然界當然在乎數學。你以爲自然界不可能根據數學來規劃,因爲自然界多樣複雜、精彩紛呈對嗎?不可能化成簡單的數學定律對嗎?這是古希臘阿裏斯托德的想法,影響後世。直到17世紀西方的科學革命才改變。”
維爾切克引述牛頓從小至大、由簡至繁的說法。“所有物體都可簡化至原子(atom)、原子核(Nuclei)、誇克(quark)……多麽複雜的世界都是最簡單的粒子組成的。同樣的粒子,屬性一模一樣,它們的屬性又可被數學定律所解釋。就像建構樂高玩具,根據最簡單的定律,你可建構越來越複雜的物體。這似乎就是宇宙的深層結構。
“如何建構或許是一個謎,但不管在哪一個建構階段,基礎數學定律不變。這方面的科學實證已經有四五十年了。”
答問錄
回到未來
記:爲何小物質定律和人的感受會相反?既然時間可以倒著走,我們是否都有機會返老還童?
維:可惜人不是基礎粒子。作爲巨大物體,我們被困在時間的一個階段;一出生就被困住,注定生老病死。
簡單地說,人通過呼吸、進食從環境攝取能量,也通過排泄物、呼吸發放能量。我們和環境共處的方式是故事性、曆史性的,所以我們被牽扯在曆史裏,我們的時間只能是一個方向。
因爲大爆炸讓時間朝一個方向走,而我們作爲生物,抽取利用了大爆炸制造的能量來供養自己的生命、來生活。所以時間對我們來說有了方向。恐怕幾堂課都不夠詳細解釋啊!
記:那未來存在了嗎?
維:哈哈……未來因我們還沒經曆所以不存在。但是未來在物理定律和數學方程式裏,是可以存在的。未來是否存在,就看你如何定義存在了。哈哈……我們進入哲學領域了。未被體驗的算是存在了嗎?
記:所以電影裏,人類來回穿梭過去與未來並不可能?
維:我所知道的科學,沒有這樣的可能性。
雖然從愛因斯坦開始,學術上把時間看做是一個維度,但這個維度不容易穿越。
因爲一切變化都在計時,每一個人都是時鍾,每一個物體都是時鍾,速度一樣,所以你不能騙人。哈哈……
如果你真想扭曲時間,最近發現的重力波(Gravitational wave)確實能扭曲時間,但是扭曲的程度極微。這麽輕微的扭曲,需要消耗兩個黑洞相互撞擊的能量,來制造時空的幹擾。所以在實踐上是不可能的。
答問錄
機器人將毀滅人類?
今年3月辭世的英國物理學家霍金生前警告,人工智能的全面發展將造成人類的毀滅,維爾切克的诠釋卻讓人耳目一新!
維:電腦不會動、長得不可愛,但是機器人會越來越像人類。我覺得人類會很喜歡“他們”。他們會是朋友,會變成非常重要的工具,人的可能性也會更多。
當然,機器人可能會比人類更有力量,甚至有能力更深刻地體驗生活。我覺得我們不需要嫉妒,我們應該慶祝!
記:我們應該慶祝?
維:我們應該慶祝。因爲這就像有了更優秀、更聰明的孩子,哈哈……
記:真的嗎?如果他們取代你呢?
維:那也沒關系啊!但我覺得他們不會對人類趕盡殺絕,人最終是會死亡的不是嗎?
在科技發展過程中,很多人的工作都曾經被取代。變化不斷發生。但是人的生命價值還是存在的。
祖籍波蘭,維爾切克是美國第三代移民,在紐約度過並不富裕的童年。父親是電視維修員,兒時滿屋都是電視機收音機,催生他對電器産生濃厚興趣。
維爾切克還記得父親少年時因大蕭條辍學,但在他童年時候重回校園上課。“看到父親每天苦讀數理課本,很受啓發。”
他從小就是優秀生,因智商高入選高才班,連跳多級,18歲考獲普通學位進入普林斯頓大學深造,隔年開始博士研究。
他的興趣多且深廣,抱著哲學、數學家羅素(Bertrand Russell)、愛因斯坦、費曼、數學家外爾(Hermann Weyl)等大師的著作成長。“我當時其實不懂他們在說什麽;我以爲我懂,但還差遠了。”
理論物理在冷戰時期的發展驚天動地,讓維爾切克毅然選擇了物理研究。他說,數學、哲學、音樂在深層無意識思考和信息處理方面是相通的。不少數學、物理學家的藝術造詣都不錯,衆所周知如文藝複興時期的達文西。“物理學家海森堡(Werner Heisenberg)鋼琴彈得好,愛因斯坦會拉小提琴、彈鋼琴;我玩鼓、手風琴、鋼琴。”
說到鋼琴,他高興地憶述1990年代受聘于普林斯頓大學,住進愛因斯坦的老房子。“愛因斯坦1955年過世。我們修複了房子,一住10年;我經常彈奏他彈過的鋼琴,在老房子裏思考、踱步、彈琴,再思考。”
不僅玩過愛因斯坦的鋼琴,維爾切克也和霍金熟絡,兩家人自1980年代就認識。“當時他已很瘦弱,但還能說話;後來他必須用儀器,說話很慢,很難交流。但他是一個讓人詫異,很愛開玩笑、很開朗的人!”
所有的可能(All possible paths):理查德·費曼的求知人生大展
策劃:藝術科學博物館
協作:南洋理工大學、瑞典諾貝爾博物館
日期:展至2019年3月3日
售票、展覽詳情,請上網:zh.marinabaysands.com/museum