連載《意識宇宙簡史》:人類宇宙的黎明

連載《意識宇宙簡史》:人類宇宙的黎明

亞伯特.愛因斯坦有張照片是站在世界最知名人物的身邊,那個人就是偉大的喜劇演員查理.卓別林(Charlie Chaplin)。一九三一年,愛因斯坦在參觀洛杉磯時,因緣際會於環球片場(Universal Studios)受邀參加卓別林新片《城市之光》(City Lights)的首映會。兩人穿著燕尾服,帶著大大的微笑。很難相信愛因斯坦當時只是世界第二知名的人物。

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albert einstein and brain icon image

愛因斯坦舉世聞名的聲望,並不是來自每天都有人瞭解他的相對論。愛因斯坦的理論遠超過每日生活的領域,而這本身就讓人敬畏。英國哲學家暨數學家伯特蘭.羅素(Bertrand Russell, 1872-1970)並未受物理學訓練,但當他聽人解說愛因斯坦的理論時,備感震驚並驚歎道:“我竟然將一生花費在糞土堆中。”

相對論在某方面顛覆了時間與空間,一般人大約都知道這麼多。E=mc2 是歷史上最知名的等式,但其意義並未觸碰到每日的生活。人們繼續經歷著日復一日的生存,好像愛因斯坦的深度思考完全跟他們無關,至少在實際層面上無關。

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但這樣的推斷是錯誤的。

當愛因斯坦的理論推翻了時間與空間時,有些事情真的發生了。宇宙的結構被撕裂,然後重新編織成新的實相。很少人懂的是,愛因斯坦是想象出這個新實相,而非在黑板上以數學運算出來的。從幼年時期起,他就擁有不可思議的能力,可以將困難的問題以影像呈現在他的頭腦裡。在學生時代,他就嘗試以視覺的方式,去看如果人以光速行進會是什麼樣子。計算出來的光速是每秒十八萬六千英哩(約三十萬公里),但愛因斯坦感到“光”還含有他尚未發現的某些神秘之處。他想要知道的,並非“光”的屬性,或是在物理學研究下的“光”是什麼,而是騎在一束光上的經驗會是如何。

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舉例來說,相對論的基礎是建立在所有觀察者測量速度相同的光,即使這些觀察者是以不同的速度移動,朝向或遠離彼此。這意謂著在實體宇宙中,沒有任何東西的行進速度會比光快;所以想象你以光的速度行進,然後朝著行進的方向投擲一顆棒球。球會離開你的手嗎?畢竟你的速度已經是絕對極限,無法再加上額外的速度了。如果球離開你的手,會呈現什麼樣的行為?

當這個問題以影像出現在頭腦中時,愛因斯坦會以同樣的直覺來尋找解決方法。他的解決方法之所以如此迷人,特別是對本書的目的而言,是在那其中運用了多少的想像力。例如,愛因斯坦想象一個在自由墜落中的身體。對於有這種經驗的人來說,墜落當下好像沒有地心引力。如果這個人從口袋中取出一顆蘋果,然後鬆手放掉蘋果,蘋果會在他身邊飄浮在空中,好像沒有地心引力一樣。

當愛因斯坦在他的心之眼中看到這個,就產生了革新的想法:或許在這樣的狀況下是沒有地心引力的。地心引力一直以來被認為是兩個物體間的作用力,但他看到的不過是彎曲的空間與時間,也就是說,空間與時間會受到質量存在的影響。在掉落物體的附近,彎曲的空間與時間就像是黑洞,會導致時間伸展到讓遠方的觀察者看起來好像是停止了一般。但位在掉落物體旁的人,則不會看到有什麼不正常的。將“地心引力”降格成一種“力”,是相對論中最令人咋舌的特點之一。

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Movie still from the film Gravity

當太空人在飛機內做無重力訓練時,我們就可以看到愛因斯坦的視覺化。攝影機顯示這些太空人飄浮在半空中,完全無地心引力,而正如愛因斯坦預測的,任何在飛機內未被固定住的物體也同樣在失重狀態。攝影機沒有顯示的是,飛機內若要達到地心引力為零,必須在墜落狀態下迅速加速到足以反制地球地心引力場的程度。就如相對論預測的,速度將引力轉換成可改變的狀態。

如果作為力的引力是可變的,那麼那些被我們視為理所當然是固定或可信賴的東西呢?愛因斯坦在時間上也做出了另一個重大突破。在取代於相對論之前就已知的“絕對時間”上,他發現時間是受到觀察者的參考系統,同時也受到靠近強引力場域所影響。這就是時間膨脹。在國際太空站內的時鐘,對太空站的太空人來說運作是正常的;但比照地球上的時鐘,就略微快了一點。以近光速行進的旅人,不會覺得他太空船內的時鐘有什麼不對的,但對地球上的觀察者來說,時鐘上的時間好像慢下來了。放置在靠近強引力場的時鐘,從遠處看來會走得比較慢。

相對論顯示了我們沒有“世界時間”(universal time)。宇宙各處的時鐘無法被同步化。舉個極端的例子來說,接近黑洞的太空船,會受到黑洞強大引力的拉扯,拉力強大到對地球上的觀察者來說,太空船內的時鐘似乎大幅度的減慢,花了無盡的時間穿越黑洞的地平線,然後被吸入黑洞中。在此同時,對於被吸入黑洞中的船員來說,時間的行進仍是正常的,直到沒多久後他們被黑洞巨大引力的拉力壓碎。

儘管人們已經知道這些影響長達一個世紀,但在我們的時代裡有新的事發生了,即相對論實際上攸關我們的日常生活。在地球上,時鐘行進得比遠離引力的虛空空間要慢。所以,當時鐘被拉離地球的引力時,它們的速度會加快,或更正確地說,它們看起來加速了;這表示用來做GPS座標的衛星上的時鐘,會比在地球上的還要快。當你要車內的GPS裝置告訴你現在的位置,回答不會是正確的,雖然可能只差一點點,除非GPS衛星上的時鐘被調整到與地球的時間一致。(相差的那一點點,就足夠將你的位置標在數個街口外,對製圖和導引系統來說是重大的錯誤。)

愛因斯坦的視覺影像,開啟了他在狹義相對論上的旅程。對本書的目的來說,這極為重要。他就對“自己純然在頭腦內的思考運作,竟然符合大自然實際的運作”這件事,感到訝異。但此理論預測的每件事,包括黑洞及時間在強引力下變慢的部分,都已經成真。愛因斯坦瞭解了時間、空間、物體與能量都是可以互換的。這個想法去除了正常世界的五感,宣稱我們所看、聽、嘗、觸與嗅的,都是不可靠的。

你可以自己進行視覺化來證實這個說法。當你坐在軌道上移動中的列車內,同時看著車內和窗外另一輛平行的列車。當下列車並不是朝前行進,根據你的眼睛看來,它是靜止的。但你的眼睛說謊,因為你搭的列車和另一輛列車,是以同樣的速度在前行。在心理上,我們都調適到感官告訴我們的謊言狀態。我們已調適到太陽從東方升起,從西方落下的謊言。當消防車呼嘯而過,在靠近我們時,警示音的頻率上升,遠離時頻率降低。但在心理上,我們知道警示音並未改變。音頻的上升與下降,是耳朵對我們說的謊。

每個感官都一樣不可靠。如果你對某人說,你會將他的手放到裝有熱水的桶子裡,但其實是將他的手放入冰水中,多數人會大喊出聲,就好像水很燙似的。心理的預期會造成觸覺傳送錯誤的實相影像。因此,你所想的和你所看的之間的關係,是以兩種方式在運作。你的心念會錯誤解讀你所看的,或你的眼睛會對你的心念說錯誤的故事。(我想起發生在熟識朋友身上的事件。他工作後回到家,妻子對他說浴缸裡有隻巨大的蜘蛛,求他把蜘蛛處理掉。他衝上樓拉開浴簾。當他以為自己看到世界上最大的一隻蜘蛛時,他太太在樓下聽到他尖叫。但事實上,那天是愚人節,在浴缸裡的是他太太放的一隻龍蝦!)

如果心念可以愚弄感官,而且感官會愚弄心念,實相突然間就變得沒那麼真實了。如果外在真實會被我們如何移動,以及沉浸在何種引力場中所影響,那我們怎麼能依賴外在的“實相”?在量子力學來臨前,或許愛因斯坦給人們的那種“所有事都不如其外表所示”的不自在感,比任何人還要多。他說的這句關於時間的名言:“我已瞭解過去與未來是真實的幻相,它們存在於現在,而那就是現在及所有的一切。”很難想象會有比這更激進的言論,而愛因斯坦自己也對“我們在每日世界中所接受的一切是如此不可信賴”而感到不自在,畢竟去接受過去和未來皆是幻相,會瓦解這個在認定“時間的歷程是完全真實”之下而運作的世界。

每件事都是相對的嗎?

二○一五年是愛因斯坦相對論最終版本廣義相對論(General Theory of Relativity)的百年紀念,但其最根本的意涵之所以尚未被理解,並不是因為它與“何為真和何為幻相”有關。雖然我們不使用這個標籤,卻已經習慣在日常生活中接受相對論。當你那個還在學步的孩子用蠟筆在牆上作畫、把食物丟到地上或尿床時,你比較會縱容他的行為,但對於來到你家做同樣事情的鄰家小孩卻不會如此。我們已習於受心念愚弄那些我們從感官所偵測到的事物。假設你要去參加一個宴會,有人事先對你說,會來參加宴會的某甲先生,目前正因在你的社區犯下多起竊盜案而受審中。在宴會上,當這位某甲先生來到你身邊,不經意地問了:“你住在哪裡?”從你的聽覺機制傳到大腦中的聲音,將會引發與其他人問同樣問題時相當不同的反應。

愛因斯坦可以從他的心之眼,看到“物體”對於一個騎在一束光上的人,和對於站在另一個移動中物體上的人來說,並不是以同樣的速度在行進。由於任何事物的速度是以其在特定距離中行進的時間來量測,時間和空間突然間也必須是相對的。愛因斯坦這一連串的推論很快就變得複雜了,他花了一九○五至一九一五年的這十年時間,去請教數學家,以便找出其理論正確的公式化。最後,廣義相對論被推崇為由單一一個人所成就的最偉大科學作品。但不要忘記,愛因斯坦能破解空間、時間、物體、能量和引力的密碼,是使用了視覺化影像的經驗。

這是否證明了你是依據自己的經驗,來創造出你個人的實相?當然是。每天的每一片刻,你都在透過只屬於你的各種篩選機制,與你的實相產生關聯。你愛的人不會被別人所喜愛。你覺得美麗的顏色,別人覺得醜。一次工作的面試讓你立刻產生壓力反應,卻對另一個較有自信的申請者毫無威脅性。真正的問題不在於你是否在創造實相,我們所有人都在創造實相,問題在於你涉入其中有多深。有什麼東西是真正“在外面那裡”獨立於我們之外?

我們的答案是沒有。每個已知是“真的”的東西,從一顆次原子粒子(subatomic particle)到上百萬個銀河系,從大爆炸到宇宙可能的終結,其關鍵都是在於觀察,也在於人類。如果某個真的東西超出我們的經驗,我們將永遠不知道這個東西。請明白本書並不是站在非科學或反科學的立場。當愛因斯坦在他的心之眼看到會推翻時間與空間的影像時,其他量子物理學的先驅者已經使用更激進的方式在拆解每日的實相。相對論的理論大部分是一個人的產物(及同事們的協助),量子物理學則是由許多位歐洲物理學家共同發展出來的。“實質的物體”現在被視為“能量雲”。“原子”被視為大多為空的空間(如果質子是位在拱頂足球場中央的一顆沙子的尺寸,電子就會在足球場天花板的高度依軌道繞著質子運行)。

在愛因斯坦生命中爆發的量子革新,一個接一個拿走了世界上每一個可靠的“在外面那裡”。在理智上,這些結果具有毀滅性。有句知名箴言是天文學暨物理學家亞瑟.愛丁頓(Arthur Eddington, 1882-1944)在思考量子學領域的特性時喃喃而出的:“未知的東西在做我們不知道是什麼的事。”這些話通常被用來當作是從過去年代而來的嘲諷。愛丁頓提出了相對論理論的確與實相相符的部分初步證明,他活在一個物理學將觀點投注於完整解說宇宙(即萬物論﹝Theory of Everything﹞)之前的年代;有些人深信此理論即將被發現。

但這個嘲諷(愛丁頓的拿手竅門)應該被認真對待。就連如史蒂芬.霍金(Stephen Hawkings)這樣一個自信滿滿的頭腦,或多或少都放棄了萬物論,接受由較小的理論所拼湊出的,可用來解說實相如何運作的狹義觀點,而非整體觀點。但實相真的如此神秘到我們所有人從出生開始就一直被誤導嗎?


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