前言
二○○二年六月二十五日於首都華盛頓
首都華盛頓的夏季悶熱得可怕。那天,又是一個炎熱潮濕的天氣,我來到市區內霍華德大學熙攘的校園,走進一間大型的視聽教室。教室裡有空調,階梯型的座位從講壇前一排排向上延伸,如同戲院般形成圓弧式的席位。我將要在這裡發表我一生中最重要的演講。
我從十一歲開始,就祕密懷著一個私人的夢想,只對幾個親近的人說過。我是康乃狄克大學的物理教授,長時間以來,由於害怕會自毀事業前程,一直不敢向同仁透露我個人的夢想,直到最近才開始向外公開,希望將人們最鍾愛的科學幻想轉變成科學事實。倘若我早就讓人知道這個夢想,恐怕就得不到現已擁有的教授終身聘約了。
時間到了,我馬上就要對約五十位世界頂尖的物理學家談話,他們聚集在這個「第三屆國際相對論性動力學雙年會」中,聽我詳細說明我的研究計畫,這個計畫終將實現我畢生的目標。如果我只是告訴他們,我深信本世紀將是「時光旅行」的世紀,猶如二十世紀是太空旅行的世紀一般,那是不夠的。不 行,這群聽眾要的是真憑實據。
我的研究工作在過去一年漸漸為人知曉,這無疑是我受邀來這兒,向這個受尊敬的團體發表論文的原因。這個團體的宗旨是「促進與粒子物理、場論的古典理論及量子相對論性動力學有關的研究計畫,做播種及收成」。然而,雖然我的研究已在各式各樣的出版物上廣受報導,包括《新科學家》、《村聲》、《波士頓環球報》、《華爾街日報》、《滾石雜誌》、甚至莫斯科的《真理報》等等。但那些報導對這個聚會的人而言,根本算不了什麼,甚至還可能令他們皺起眉頭呢。
高坐在階梯座位上,向下對我盯著看的聽眾,有幾位是我們相對論物理學領域中最重型的打擊手,像是:狄維特,他是德州大學奧斯汀分校相對論中心主任,也是早期量子重力理論的創立人之一;喬治亞理工學院的芬克斯坦,他也有許多重要的貢獻,其中包括以小說的方式說明黑洞理論;以及霍維茲,他是以色列特拉維夫大學的教授,很有影響力,主持過上屆的大會,也在相對論性量子力學方面有許多重大貢獻。
雖然我的研究工作確實以愛因斯坦的廣義相對論為基礎(這堅實的地基讓所有物理學家可以站得住腳),但所提出的結論則是可以議論的。這群聽眾期待看到方程式與結論,這些方程式與結論讓我深信我已經在理論上有所突破,可以設計出第一部可用的「時光機器」。
過去幾個星期,我為了妥善準備,每天花費十二至十五小時在計算上,我把數據弄到投影片上,打算在報告時投影出來。如果我的數學沒有搞對,這群專家會立刻指出,過程也不會太客氣。如果我在計算上出錯了,並且逸出方向,我會立即被打斷,當面受到批評:「教授,你的方程式錯了!」而不是用客套的建議式用語。這裡是物理學的世界,畢竟我們是物理學家,不是心理治療師。
我排在上午十點鐘上台講話,非常糟糕的是,我在次序表上發現狄維特教授排在我的前面,發表他的論文〈量子力學的艾弗雷特詮釋〉,內容是討論宇宙是多重世界或平行世界的。我必須緊隨這樣一位世界知名的學術明星之後上講壇,讓我體驗到當年洋基隊中,在貝比‧魯斯之後上場打擊的選手,心中的感受。
聽到狄維特教授一開始就說,一個演說者只需要用六張投影片來討論他的見解時,我立刻就知道我遇到麻煩了。當然,他帶上台的投影片正好是六張。我難過得低頭看看我那個鼓起的講義夾,裡頭擠壓著二十六張投影片。狄維特教授接著說,他經常告訴他的研究生,不必把你對一個題目的全部所知都向聽眾說明。我開始告訴自己要「撐」下去。
狄維特教授是理論物理學的先鋒及權威,於一九五○年獲得哈佛大學的博士學位。他高瘦且活力充沛,曾經到過喜馬拉雅及非洲徒步旅行,第二次世界大戰期間還是個飛行員,參與作戰,戰後在著名的普林斯頓高等研究院做研究,恰好是愛因斯坦在那兒定居及做學術研究的時候。
狄維特教授的同仁常用「優雅」二字來形容他在物理學中使用數學的風格,這絕對是讚美。他作品的優雅,顯現在物理論述的自然流暢上,而他的方程式悅目的對稱,更是美麗。我當研究生的時候就學到,在物理學中呈現出優雅與美麗,幾乎和構思是否正確同等重要。狄維特教授的演說提及量子力學最奇異的申論之一:平行世界有可能存在。時光旅行能否成真,這論述扮演很重要的角色,因此我全神貫注仔細傾聽。
量子力學是討論能量突然改變的力學,換句話說,能量不是連續增加或減少,而是只在達到合適的數量時才開始變化。一九一三年,常受尊稱為「量子力學之父」的丹麥物理學家波耳提出,在氫原子中,電子環繞質子旋轉的軌道,只在增加或減少某一定量的能量(不可多也不可少)時才會改變,這個固定的能量稱為量子,又叫做不連續性能量。
一九五七年間,物理學家艾弗雷特才剛從普林斯頓大學畢業,他首先把量子力學應用到整個宇宙學上,從而得到他的多重世界(又稱平行世界)的量子力學詮釋。
簡言之,量子力學所見到的世界是機率的世界。在我們日常生活的世界中,當棒球投手投出球,我們可以精確描述出,球在哪裡及如何飛行。在量子力學的世界裡,我們只能說下一步可能發生什麼,因為我們無法確切知道物體到底將做些什麼。
艾弗雷特把量子力學應用到全宇宙上,他發現每逢一樁事件的結果有可能不止一個的時候,宇宙便有分裂的潛勢。舉例而言,假使午餐時你要從乳酪漢堡與鮪魚三明治中二選一,據艾弗雷特的說法,在你決定的瞬間,這宇宙即分裂為二。其中之一是你在選擇吃乳酪漢堡的那個宇宙,同等真實的另一個宇宙是你選擇吃鮪魚三明治的宇宙。這些新的宇宙是平行而分離的,在享受乳酪漢堡的宇宙中的那個你,並不知道在吃鮪魚三明治的分離宇宙中的另一個你。雖然平行宇宙的想法聽來難以置信,但它完全符合量子力學已證明的諸多理論。
我和在座的每一個人一樣,對於艾弗雷特的平行宇宙理論相當熟悉,也曾多次舉乳酪漢堡與鮪魚三明治的例子,向一般聽眾闡釋該理論。然而,當狄維特教授使用如「宇宙的波函數」這樣的觀念來討論時,我依然受他熟練而高超的技巧所吸引。狄維特教授的演講結束後,輪到我走上講壇,我沒忘記他剛剛宣布過,一個演說者需要的投影片不超過六張,而且演說者不必向聽眾說明對講題的全部所知,我決定正面對付這個狀況。「只是讓你們曉得一下,我的投影片沒超過六十張。而且當我發覺狄維特教授在座時,感覺猶如回到了研究所時代,必須把我對這題目所知的每個細節都向他報告。」
狄維特教授及全體聽眾都笑起來,我趁機大大吸了一口氣。
我以回溯愛因斯坦廣義相對論的幾個要點起頭,對在座的相對論物理學家演說,這無異於向天使講道。接下來,我以愛因斯坦的理論為基礎,描述我自己的理論,用投影片顯示圖片、方程式及結論。我的結論是,看來我們能以全新的方法操控空間與時間,這將使回到過去的旅行成為可能。
一陣滿足的思潮向我襲來──我和我的夢已走過漫漫長路。
然後,我覺察前面上方的座位傳來鉛筆在紙上劃過的沙沙聲,我敬重的同仁們正忙著匆匆記下我的演算。
(摘自本書前言)