2013-07-10 17:11:52butterfly Yen 奶油蝴蝶

【穿越時空隧道】專題1--史蒂芬霍金的相關理論(資料收集)

     

 2009年6月28日霍金舉辦「時空旅行者派對」,但是只有他自己。

霍金曾辦未來人時光派對

【本報綜合報道】曾經打賭上帝粒子不存在的英國知名物理學家霍金(Stephen Hawking)已承認輸掉一百美元,並稱希格斯應得到諾貝爾獎,但他或許早已驗證了時光旅行是否可行。他最近公開,原來他曾於2009年6月28日為「時光旅行者」舉辦派對,歡迎來自未來的人參加,但他當時等待良久無人到場。他在派對完結之後才發出請柬,希望有未來人參與。而霍金表示,當時派對沒有人到場參加,已經是不可能進行時光旅行的實驗證據。

 根據愛因斯坦( Albert Einstein)的相對論,穿梭過去的時空旅行,理論上是可行,英國物理學家霍金( Stephen Hawking)為印證這理論,曾為時空穿梭者舉行派對,並故意在派對後才發邀請,結果他獨自在房內呆等,最終一個人也沒出現。

對於時空旅行,霍金本身自有一番見解,他曾經提出過,若能建造出一艘速度接近光速的宇宙飛船,飛船在不能違反光速最快的法則下,會令艙內時間放慢,太空人以這方式飛行一星期,地球上的時間就過去了100年,藉此通往未來。

獨自在房內呆等

霍金日前接受訪問時透露,他為測試時空旅行是否可行,曾做過一個實驗:為時空旅行者舉行歡迎派對,地點在劍橋大學岡維爾與凱斯學院,時間是2009年6月28日,但他不在事前邀請賓客參加,反而在派對後才發出邀請,目的就是想證明若未來有人能穿梭時空,看到邀請後就可回到過去。

但結果霍金獨自在放滿香檳美食的房間內呆等,「我等了很長時間,但沒人出現。我得到實踐依據,證明時空旅行是不可能」。

霍金在訪問中也提及對外星人的看法,直言不信在地球出現的 UFO是從外星而來,「有證據已顯示距地球數百光年內並沒高智生物存在,考慮到過去40億年都沒外星人來訪,相信外星人在可見將來也不會來」。

 史蒂芬霍金Stephen William Hawking 

 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%B2%E8%92%82%E8%8A%AC%C2%B7%E9%9C%8D%E9%87%91 (以下資料來自維基百科)

 

史蒂芬·威廉·霍金,CH,CBE,FRS,FRSA(英語:Stephen William Hawking,1942年1月8日-)[1],英國著名物理學家,被譽為繼愛因斯坦之後最傑出的理論物理學家[2]。肌肉萎縮性側索硬化症患者,全身癱瘓,不能發音。

霍金的主要研究領域是宇宙論和黑洞,證明瞭廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理,提出了黑洞蒸發現象和無邊界的霍金宇宙模型[2],在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——愛因斯坦創立的相對論和普朗克創立的量子力學方面走出了重要一步。

早期霍金1942年出生於英國牛津,出生當天正好是伽利略逝世300年忌日,父親法蘭克是畢業於牛津大學的熱帶病專家,母親伊莎貝爾1930年代於牛津研究哲學、政治和經濟。

1942年1月,納粹德軍轟炸英格蘭,倫敦遭受幾乎夜夜不停的空襲。這迫使霍金一家搬離海格特的家園,遷到牛津避難。他們在霍金誕生後又回到了倫敦。童年時的霍金,學業成績並不突出,但喜歡設計極為複雜的玩具,據說他曾做出一台簡單的電腦。

1959年,17歲的霍金入讀牛津大學的大學學院攻讀自然科學,用了很少時間而得到一等榮譽學位,隨後轉讀劍橋大學研究宇宙學,1963年被診斷患有肌肉萎縮性側索硬化症,即運動神經病,當時醫生診斷他只能活兩年,他雖然活下來,但在往後數十年逐漸全身癱瘓並失去了說話能力。

霍金曾澄清自己當時並無酗酒,只感到自己有「悲劇性格」,並使自己沉醉於華格納的音樂裡。直至他遇上了首任妻子珍·王爾德(Jane Wilde),兩人結婚後育有3名子女。23歲時,他取得了博士學位,留在劍橋大學進行研究工作。

學術之路

就在霍金攻讀博士學位前後,倫敦大學柏貝克學院教授羅傑·彭羅斯在1960年代初開始發展奇點理論,引起劍橋大學的研究小組注意,霍金聽畢彭羅斯的研究後,回程途中向他的老師說:「如果把彭羅斯的奇點理論,運用到整個宇宙不知道會得到甚麼結果?」1970年代初,霍金與彭羅斯合作發表論文,指出如果廣義相對論是正確,宇宙大爆炸前必然有奇點存在,成為首篇重要文章,隨後成為少數認真看待黑洞的學者,他結合了量子力學及廣義相對論,於1974年3月1日,霍金在《自然》提出黑洞發出一種能量,最終導致黑洞蒸發,該能量被命名為霍金輻射,引起全球物理學家重視。霍金的新發現,被認為是多年來理論物理學最重要的進展。該論文被稱為「物理學史上最深刻的論文之一」。 

這數年的研究,令他迅速蜚聲學術界。1975至1976年間,先後獲得倫敦皇家天文學會的埃丁頓勳章、梵蒂岡教宗科學學會十一世勳章、霍普金斯獎、美國丹尼歐海涅曼獎、馬克斯瑞克獎和英國皇家學會的休斯勳章,1978年再獲阿爾伯特·愛因斯坦獎。自1979年他被聘用為劍橋大學應用數學和理論物理學院的盧卡斯教授,牛頓於1663年亦曾出任這榮譽職位。2006年11月底更獲英國皇家學會頒授科普利獎章(Copley Medal),與愛因斯坦及達爾文齊名。 

1983年,霍金和吉姆·和特勒(Jim Hurtle)進一步提出「宇宙無邊界」(No Boundary Proposal),改變了當時科學家對宇宙的看法。

大眾明星[編輯]1988年,霍金的科普著作《時間簡史:從大爆炸到黑洞》發行,從研究黑洞出發,探索了宇宙的起源和歸宿,該書被譯成40餘種語言,出版逾1000餘萬冊,但因書中內容極其艱深,在西方被戲稱為「讀不來的暢銷書」(Unread Bestseller),有學者曾指這種書之所以仍可以如此暢銷,是因為書本嘗試解答過去只有神學才能觸及的題材:時間有沒有開端,空間有沒有邊界。[3]

2001年10月又一部作品《胡桃裡的宇宙》出版發行。該書是《時間簡史》的姐妹篇,以相對簡化的手法及大量圖解,訴說宇宙起源。

2006年,他在香港透露正與女兒合撰一套類似《哈利波特》,但主題是理論物理學而非魔法的小說:《勇闖宇宙三部曲》

霍金亦試圖通過通俗演講,將自己的思想與整個世界交流,除了常在英國及美國發表演說,他90年代曾兩次到訪日本,2002年8月曾到訪杭州發表《膜的新奇世界》(Brane New World),2006年6月在香港科技大學發表《宇宙的起源》時,轟動一時,被戲稱受到「搖滾巨星」級的接待。霍金的聲望,令他多次獲邀到外地演說,常獲國家元首接見。

霍金曾指,大眾會好奇一位殘障人士,為何會想到這麼多宇宙論,令他成了大眾媒體的寵兒。事實上,他在「星艦迷航記」中的電視影集「銀河飛龍」飾演過自己,與愛因斯坦及牛頓一起打橋牌;他亦曾在美國卡通片《辛普森一家》中演出,拯救劇中的女孩;他亦於2012年4月份在美國情景喜劇《生活大爆炸》第5季第21集中客串並飾演自己。[4]

2012年8月29日,霍金參與2012年夏季殘奧會開幕式演出。[5]

殘障及高科技輪椅[編輯]近乎全身癱瘓的霍金,除了四肢不能移動,1980年代他因肺炎而接受手術後,亦失去說話能力,但憑一張高科技輪椅,他仍可能發音合成語音、通電話,以及寫下一條條艱深方程式。據報霍金正嘗試一套新系統,讓電腦直接閱讀他腦內的訊息,做到「我腦寫我口」。[6]

 與妻子的關係

1990年,霍金與前妻珍離婚,1995年迎娶私人看護伊萊恩。2004年初,英國有媒體指霍金遭到第二任妻子虐打,消息轟動全球。2004年1月,霍金透過劍橋大學兩度發表聲明,指責有關消息失實,並表示「我全心堅決駁斥說我遭到虐待的說法。媒體的報導純屬虛構,有人散播這樣不實的消息,令我感到失望。」珍寫有《霍金:前妻回憶錄》(上)(下)。

然而,外界傳出霍金身上出現多處神秘傷痕,手腕骨折,臉部和嘴唇有很深的切口,同年3月,英國警方正式向霍金問詢,瞭解有關情況,並查問部分霍金前護士索取資料,但由於霍金並未合作,英國警方最終未能起訴任何人。早在2000年,警方亦曾對霍金的意外受傷感到懷疑,但霍金當時拒絕配合,令調查終止。霍金的女兒露西·霍金在訪問中曾說[7],約2000年已發現父親身上有傷痕,但是父親說是他不小心自己弄傷的,她未有在意。2006年10月19日,64歲的史蒂芬·霍金正在與第二任妻子伊萊恩辦理離婚手續,他們已經共同生活了11年。2009年4月6日,霍金因病取消外訪,同月20日因病送院治理,情況欠佳[8]。劍橋大學於2009年4月20日透露,67歲的霍金呼吸系統感染數周,被送往當地一家醫院。 

軼聞

霍金除了喜愛看脫衣舞表演(據說是為了研究),他亦喜歡就一些科學命題,與其他學者開賭,一時成為科學界美談。[9]

霍金宇宙論[編輯]自1970年代,霍金先後與不同學者,提出多項學說,改變人類對宇宙誕生的看法。其中由他與另一名學者彭羅斯合著的奇點定理,提出時間及宇宙是有起點和終點,肯定了同時代其他人開創的宇宙大爆炸學說,推翻古典物理學有關時空是永恆存在的學說;按照該項定理,他進一步提出具有革命意義的「宇宙無邊論」(No Boundary Proposal),該論說指出,在擴張中的宇宙外,並沒有任何人類認知的「空間」存在。

在黑洞研究上,他亦提出多重創見,認為黑洞並非完全漆黑一片,相反,黑洞會發出一種輻射(後來被稱為霍金輻射),這種輻射(能量)以極緩慢的速度離開黑洞後,亦即意味黑洞能量會耗盡,造成黑洞蒸發現象。[10]

學說背景

在古典物理學中,一般相信時間和空間,是一個獨立於自然界的概念,可以永久存在,但1915年,愛因斯坦發表廣義相對論中提出,時間和空間並非絕對,不再是獨立於事件的背景,人類對時間的看法出現革命性的轉變。

1920年代,哈柏利用100英寸的望遠鏡觀天時,發現恆星並非均勻分佈於整個空間,而是聚集在稱為星系的集團之中。他同時發現幾乎所有星系,都出現紅移現象,即它們飛離我們,而星系離開我們越遠,飛離的速度亦越快。這項發現帶來新的問題,在更早的時候,所有星系是否離我們更近,甚至有一個宇宙的開端。

當時科學家曾嘗試解釋這種現象。1948年英國學者邦迪、高爾德和霍伊爾提出的穩恆態理論,提出宇宙會穿梭於擴張和收縮兩種狀態,但並沒有開端;俄國學者利弗席茲和哈拉尼科夫則提出,物質若沒有嚴格對稱的收縮,最終會引起反彈,而密度保持有限,這亦避免了宇宙有開端的說法。這理論提出時,霍金當時21歲,正在攻讀博士學位。 

奇點定理

霍金當時並不相信這些學者的證明,於是聯同當時已研究奇點的彭羅斯發展一套數學公式,證明宇宙不能反彈。該學說認為,如果廣義相對論正確,宇宙起源將存在一個奇點。當時,奇點一般被視作黑洞的中心,內裡有密度無限強、引力無限重、限時空曲率無限大,霍金當時設想,若重新走回宇宙誕生之時,全部物質聚成一點,這亦即為奇點。

1965年10月,人類發現一種散佈於空間的微波背景輻射。這些能量極度微弱,能量值遠低於一台微波爐,但科學家發現,要合理解釋這種輻射,宇宙早期必定非常熱,隨著宇宙膨脹,輻射持續冷卻,最終才會有出現微波背景。這一學說,進一步確認宇宙早期曾經出現大爆炸。

不過,霍金因應廣義相對論,雖然解釋了宇宙源自一個「奇點」,這些定理未能說明宇宙如何開始。霍金認為,這代表廣義相對論在「奇點」中失效,該理論只能推測宇宙如何演化,卻不能判斷它如何起始,於是霍金試圖合併量子理論及廣義相對論,期望以此解釋整個宇宙從誕生、以至演化的過程。

簡而言之,廣義相對論是處理極大的物理現象,而量子力學則處理極小尺度的結構。直至今日,科學家相信,若有人成功合併兩套理論,則有可能成為一套更具一般性的理論,解釋空間中任何物理現象,亦即物理學界一直追求的所謂大一統理論。霍金至今仍未能發展出這套理論,但科學界一般認為他的研究,為人類邁向大一統理論踏出重要一步。 

黑洞蒸發

1970 年中以前,科學家一直相信黑洞只會吸進物質,四周「漆黑」一片,當吸引更多物質時,黑洞的質量亦隨之上升,霍金另一創見是指出,黑洞不是真的很黑(Black Holes aren't so black),而且黑洞內存在溫度。有溫度的物質自然會釋放輻射,由於輻射是一種能量,黑洞最終因耗盡能量而消失,即所謂「黑洞蒸發論」。 

霍金這次發現,拜量子力學所賜。過去科學家以為黑洞內的「真空狀態」,代表內裡沒有任何物質,但霍金約 1974~1976 年指出,如果量子力學正確,人類從極度微觀中觀看宇宙的「真空」時,會發現一對對的光子不斷產生,但能量在真空中無法保持固定值,令這些成相成對的光子不斷搖晃,最終消滅。他相信,當黑洞質量越少,釋放光子的速度越快,加速黑洞的消失。 

這種從黑洞中釋出的能量,被稱為霍金輻射,但由於這種輻射極其微弱,科學界至今雖然公認它在理論上可行,仍未能從觀察中發現它的存在。這亦說明,即使霍金輻射是真實存在,但其能量過弱,意味黑洞要經過極長時間後,才能耗盡能量,造成蒸發。 

應用性未確立[編輯]若比照相對論及霍金的學說,前者對重力及能量的描述,為人類帶來核電、核彈,但霍金的宇宙論,仍未能直接應用於現代科技。霍金亦曾自言,雖然近年宇宙論有長足發展,但仍有多個宇宙謎團並未解開:「我們觀察到,宇宙的膨脹在長期的變緩之後,再次加速。對此理論還不能理解清楚。缺乏這種理解,對宇宙的未來還無法確定。它會繼續地無限地膨脹下去嗎?暴脹是一個自然定律嗎?或者宇宙最終會再次坍縮嗎?新的觀測結果,理論的進步正迅速湧來。」[11] 

黑洞是否存在?[編輯]根據霍金自己在《時間簡史》一書中的陳述,窮一生精力研究黑洞的霍金,曾擔心黑洞可能只是理論上的概念,而現實中根本不存在。他為免到時自己變得一無所有,1975年他與另一名物理學家索恩(Kip Thorne)開賭:究竟黑洞是否存在,具體的賭約是指當時一個最有可能疑似為黑洞的天體天鵝座X-1。

為了進行「對沖」,霍金很有趣地押注黑洞不存在。如果他「不幸」贏了,霍金雖然一生心血被毀,但索恩要向他贈上專門踼爆英國皇室醜聞的《私家偵探》(Private Eye)雜誌4年訂閱,如果霍金「幸運」輸了,他就要贈送索恩色情雜誌《閣樓》(Penthouse)一年贈閱。

霍金在《時間簡史》(1988年)曾說:「當我們1975年打賭時,我們80%肯定天鵝座X-1是黑洞,現在我會說有95%肯定,但這場賭局仍未有結果。」其實不久以後霍金就很「傷心」地認輸了。

1990年霍金到南加州大學演講,當時索恩人在莫斯科,於是霍金大張旗鼓闖入索恩的辦公室拿出當年的賭據來按手指認輸。

這件事情還有一個有趣的結局,霍金給索恩訂閱了1年的《閣樓》,這讓索恩的妻子很惱火,原因倒不是因為對閣樓的內容反感,因為他的妻子認為霍金應該訂閱一份對男女都適合的刊物(索恩當年贏過錢德拉塞卡的《花花公子》,因為同樣的原因換成了《聽眾》)

對於外界將東方哲學與「黑洞」學說及「奇點定理」扯上關係:「這是趕時髦的胡扯。人們跌進了東方神秘主義,只因這是他們以前從未遇到過的東西。但是如果當做現實的描述,它們完全不能產生任何結果……如你熟悉東方神秘主義,會發現它們似乎使人聯想到近代物理或宇宙學,但我並不認為它們具有任何意義...假如當初俄文的「冷凍恆星」(黑洞最早的叫法)這個術語被廣泛接受,那麼這一部分東方神話就根本沒有意義。它們被命名為「黑洞」,是因為它們使人聯想到毀滅與被吞食的恐懼,所以在這層意義上就存在著一種聯繫。我沒有被拋進黑洞的恐懼,因為我瞭解它們。在某程意義上,我覺得我是它們的主人。」[12]

裸奇點是否存在?[編輯]1991年,霍金又要求開賭,今次索恩與他站在同一陣線,對賭一方是物理學家普雷斯基(John Preskill)。當時的命題是,奇點應該被黑洞圍繞,但沒有被黑洞包圍的「裸奇點」是否存在。 

霍金與索恩押註:裸奇點並不存在,隨即與加州理工大學的普雷斯基立下賭據,誰輸了要向對方送上一件用來「遮蔽裸體」的T恤衫,寫上適當的服輸字眼。後來的研究證明黑洞經過霍金蒸發之後可能保留一個裸奇點,雖然霍金在文字上耍賴,認為由於量子過程而產生的裸奇點不是賭約上描述的由於廣義相對論而形成的裸奇點。但是1997年德州大學的科學家用超級計算機證明瞭黑洞塌縮的時候在非常特別的條件下存在裸奇點。霍金於1997年修正他的理論,指出裸奇點有可能存在。但是霍金仍然對此事耿耿於懷,另立賭約,賭雖然在特別條件下裸奇點存在,但是在通常情況下被禁止。而霍金輸掉的T恤衫上的文字更是不依不饒-「大自然討厭裸露」 

訊息是否會在黑洞消失?[編輯]霍金在裸奇點的賭局輸了,但這位好賭成癮的物理學家即時要求再開賭。物理學家相信所有訊息一經出現,雖然會改變成不同形態,但本質上會「永恆」存在。 

霍金及索恩當時指出,任何物質掉進黑洞後將會消失,黑洞中產生的輻射是「全新製造」的,與掉進黑洞中的物質無關;這一項命題,違反了量子力學,若命題正確,量子力學或要重寫。裴士基反駁這項命題,雙方於是開賭。[13] 

2004年,霍金出席研究會時,承認賭輸了,要向對方賠上棒球百科全書《Total Baseball: the Ultimate Baseball Encyclopedia》。勝出的裴士基親身在學術會議上,高舉這本著作,霍金在臺上只顧著笑。被問到為何挑選這套百科全書做戰利品時,裴士基事後說:「這本書重得像黑洞,亦要更長時間才可以趕走書中的資料,有如黑洞一樣。」 

其他見解

霍金過去曾在多個公開場合,發表對人類、生命、神的看法,節錄如下: 

移民外太空:「在20年內,我們可能已經在月球建造永久基地,40年內可能已經在火星建基地。但月球和火星都很細小,而且缺乏或完全沒有大氣層。我們不會找到像地球一樣美好的地方,除非我們離開太陽系。往太空擴展生存空間,對人類的生存很重要。地球上的生命受到災難滅絕的危機愈來愈大,如突然的全球溫室效應、核武戰爭、基因改造病毒、以及一些我們想像不到的災難。不過,如果人類能避免在未來數百年內自我毀滅,我們應該會在地球以外找到生存的居所。」(2006訪問香港)

基礎研究:「基礎科學研究應從科學考慮出發,並非由經濟主導,但基礎科學研究發展經常帶來經濟效益。如我的前輩、劍橋大學保羅·狄拉克的研究令電晶體的發展變成可能,而電晶體正是現代電子和電腦工業的基礎;另一位來自劍橋大學的佛朗西斯·克裏克發現 DNA(去氧核糖核酸)的結構,亦成為生物科技工業的基礎。」(2006訪問香港)

安樂死:回應香港一名叫斌仔(鄧紹斌)的癱瘓病人,公開要求安樂死合法化:「我認為他(斌仔)應該有權決定結束自己的生命,但這會是一個很大的錯誤。不論命運看似有多糟,你依然可以有所作為、有所成就。生命尚存,總有希望。」(2006訪問香港)

神的存在:「法國科學家拉普拉斯曾向拿破崙解釋,科學定律如何影響宇宙的演進。但拿破崙問,上帝在過程中扮演什麼角色呢?科學家的回答是,我並不需要這個假設。」(2006訪問香港)

出版大眾文章:「有人告訴我,如果我在時間簡史之中每加入一條數學公式,這本書的銷量便會減半。」(1993 都柏林)

所謂「常識」:「我們一世人被教導很多常識,但常識往往只是偏見的代名詞。」

關於核武:「我們平均每個人擁有相當於四噸的烈性炸藥,但只要半磅炸藥就可以炸死一個人,所以我們擁有的核武是所需的一萬六千倍。大家必須瞭解,我們並不是與蘇聯處於衝突的狀態,兩方面都很需要對方維持穩定。」

外星生物:2010年04月,霍金在探索頻道新紀錄片《與霍金探索宇宙》( Into the Universe with Stephen Hawking)中,他認為宇宙有1000億個星系,「看數字就知道外星生命存在是合理推斷」。霍金也提出警告,若外星生物出現於地球,即代表其科技能力遠在地球人類之上(足以離開遠在地球人類所不知之處,並移動至太陽系區域),若外星生物離開其原先區域並向外發展,表示其有耗光原先自有資源且需向外探索的可能;此即存在與外星生物接觸的風險,外星生物可能住在大型太空船上變成遊牧民族,四處討伐和佔領其他星球,外星生物可能令地球淪為殖民地。[14]

有人認為美國政府刻意隱瞞與外星生物接觸過的記錄,霍金回答:「我非常懷疑這種說法,因為就過去的記錄來看,美國政府隱瞞事實的功力並不怎麼高明。」

在時間簡史一書中,霍金說長時間坐飛機,相當於長時間進行高速旅行,人會因此"多活"幾秒,但劣質飛機餐對健康的損害使得這幾秒變得微不足道。

    

霍金的著作-1988年的「時間簡史」、2005年的「大設計」和「新時間簡史」,探討時空隧道的專書,有興趣者可找來看(有中文版)。

上帝粒子現身!99.9999%確定 解開宇宙之謎 霍金賭輸

2012年7月5日 上午7:59.

http://tw.news.yahoo.com/%E4%B8%8A%E5%B8%9D%E7%B2%92%E5%AD%90%E7%8F%BE%E8%BA%AB-99.9999-%E7%A2%BA%E5%AE%9A-%E8%A7%A3%E9%96%8B%E5%AE%87%E5%AE%99%E4%B9%8B%E8%AC%8E-%E9%9C%8D%E9%87%91%E8%B3%AD%E8%BC%B8-235914522--finance.html (下文來源) 

被喻為「上帝粒子」、是一切物質質量之源的希格斯玻色子 (Higgs Boson) ,在科學家追尋近半世紀後終於現身!歐洲核子研究組織 (CERN) 昨 (4) 日宣佈,發現一種微細粒子,其「性質與希格斯玻色子一致」,簡單來說就是已找到希格斯玻色子, CERN 形容新發現是「瞭解宇宙的新里程」。 

香港《明報》綜合報導, 1964 年提出希格斯玻色子理論、如今已 83 歲的英國物理學家希格斯 (Peter Higgs) 昨天親臨 CERN 見證這歷史時刻。他說﹕「我從來沒有想過這會在我有生之年發生, (我) 會請家人開一些香檳 (慶祝) 。」與他分開發表有關理論的 79 歲比利時物理學家恩勒特 (Francois Englert) 亦激動得眼泛淚光。 

科學家一直都想瞭解物質的質量從何而來,以及為何一些物質如光線不含質量。直到希格斯提出理論,假設有一種神秘粒子 (也就是希格斯玻色子) 賦予萬物質量、令各式粒子能夠凝聚起來,現代粒子物理學的「標準模型」理論,才得以自圓其說。根據希格斯的理論,一些粒子遇上希格斯玻色子,結果就慢下來並得到質量,但像光一類粒子則沒有。 

不過希格斯玻色子卻是「標準模型」 62 種基本粒子中,唯一仍未發現的。由於它難以尋覓又極為重要,因此被稱作上帝粒子。追尋上帝粒子由去年起漸入高潮, CERN 運用全球最大的強子對撞機 (LHC) ,進行無數次的質子與質子高速對撞,模擬宇宙大爆炸瞬間的狀況,終發現希格斯玻色子存在的蛛絲馬跡。 

香港大學物理系的潘振聲博士解釋,粒子物理學領域以統計學的標準誤差 (sigma) 概念,去計算實驗的準確度,一般來說大於 5 個 sigma (誤差少於 350 萬分之 1 )才算是發現。去年底, CERN 的科學家就公佈,希格斯玻色子質量介乎 115 至 130GeV/c2 (衡量粒子質量單位) 之間的可能性,有 2.4 個 sigma ,意即準確度達 98% ,但仍未達到 5 個 sigma 的科學認證水準。 

直至昨天, CERN 兩組獨立研究隊 ATLAS 和 CMS 公佈實驗結果,指希格斯玻色子質量在 125 至 126GeV/c2 (相當於光子質量逾 130 倍) 的可能性,達到 4.9 至 5 個 sigma 。 5 個 sigma 意即實驗出錯機會小於 350 萬分之 1 (即準確度達 99.99998%) 。即使只以 4.9 個 sigma 而論,這數字意味,實驗搞錯的機會率只有 0.00006% 。 

有科學家將這次發現,與 1960 年代的阿波羅登月計劃相提並論。根據學術性的講法,科學家只是找到與希格斯玻色子「性質一致」的新粒子,要確定「新粒子」就是希格斯玻色子,還需要更多實驗數據,但 CERN 秘書長霍爾 (Rolf Heuer) 直言:「作為普通人,我會說已經找到 (希格斯玻色子) 。」 

根據「標準模型」預測,希格斯玻色子只能在短時間內保持完整,之後會衰變為不同粒子。專家會透過更多強子對撞機實驗,研究這些變化是否符合「標準模型」中的希格斯玻色子假設。 

對於 CERN 發現希格斯玻色子,英國著名物理學家霍金昨形容,這是一個重大成就,「希格斯應獲諾貝爾」,「但這有點可惜,因為物理學的大突破,往往來自一些給我們帶來意想不到結果的實驗。但無論如何,我似乎賭輸了 100 美元」。 

霍金 2008 年曾押注 100 美元,跟人打賭歐洲強子對撞器 (LHC) 找不到希格斯玻色子,還說「如果沒發現它,會更令人興奮,那就表示 (現有物理學理論) 某些地方出了錯,必須重新思考」。霍金這番話惹來希格斯不悅,反批霍金研究「做得不夠好」,「他把粒子物理學的理論與重力學扯在一起,沒有任何一位理論學派粒子物理學家會認為這是正確的。」 

1964 年 7 月 16 日,希格斯在愛丁堡大學的圖書館,閱讀一篇與他的觀點完全不同的文章,一種想法「開始產生」。幾天後,他回到辦公室,關於粒子如何獲得質量的理論,已在腦中成形。之後兩周,他開始撰寫兩篇有關希格斯玻色子的論文,它們後來成了現代粒子物理學的基礎,但諷刺的是,當年他的論文,卻被設在 CERN 的《歐洲物理學快報》編輯退回,經修改過後,才獲美國《物理評論通訊》採用。 

質量是物體中含有多少物質的度量,如果沒有質量,構成現有物體的基本粒子,都將以光速移動,宇宙間的物質就不能凝聚起來。這就是科學家一直希望印證希格斯玻色子存在的原因。尋找希格斯玻色子的唯一方法,就是運用大型強子對撞機,把兩個質子束加速到接近光速,相互對撞,從而撞出只有在極高能量狀態下才能產生的基本粒子。擁有這種強大儀器,目前就只有歐洲和美國。 

歐美在尋找「上帝粒子」的競賽中,一直希望搶先對手,在實驗中達到 5 個 sigma 的「發現」級準確度。在 CERN 公佈結果前夕,美國能源部屬下的費米國家加速器實驗室亦宣佈,他們的最新數據「強烈表明」希格斯玻色子的存在,但仍未達到5個 sigma 的級數。 

粒子物理學領域,美國與歐洲一直互有領先,競爭如此激烈,皆因這關乎美國和歐洲的科學權威,若美國科學家搶先發現希格斯玻色子,將會為其近代科學領域取得的主要成就,畫上完美句號。若被歐洲捷足先登,將被視為對美國的一次打擊。 CERN 在 1980 年代準備籌建大型強子對撞機 (LHC) 時,就把證實「上帝粒子」存在視為奮鬥目標,在 LHC 在 2010 年啟用前,美國費米的 Tevatron 一直是全球最強大的對撞機,惟最後始終敗在歐方手上。 

香港《文匯報》引述中新社消息,有份參與「尋找上帝粒子」實驗的中國科學院高能物理研究所科學家表示, CERN 實驗的初步結果,具有里程碑式的科學意義,但還不能最終證實新粒子就是希格斯玻色子。他們說,在全球合作的 CERN 實驗中,中國提供經費和參與科研人員所佔比例1%左右,但中國的貢獻「遠遠超過百分之一」。 

參與 CMS 實驗的高能所研究員陳國明說, CMS 實驗 1/3 的端蓋繆子探測器和端蓋電磁能量器的所有晶體,均由中國研製提供。特別是實驗中用多變量分析方法區分訊號與本底、提高希格斯玻色子尋找的靈敏度方面,這次採用了 CMS 中國組的方法,比去年採用美國組方法的靈敏度要高3%。 

另一研究員婁辛醜參加了 ATLAS 實驗。他說, ATLAS 中國組對實驗探測器建造方面的主要貢獻,包括研製提供液氬光子電子量能器、精密繆子漂移室探測器和 400 台 ATLAS 端蓋繆子觸發探測器以及網絡計算系統等,中國組還積極參與實驗數據的物理分析,包括光子觸發效率研究、改進雙光子希格斯玻色子重建質量分辨約 30% 、測量雙光子希格斯玻色子重建本底噪音等。 

外電消息指出,不少人都聽聞過,「希格斯玻色子」(Higgs Boson) 中的「Higgs」代表英國科學家希格斯,但只有少數人知道當中的「Boson」,其實是以印度物理學家博斯 (Bose) 命名。 

博斯 1894 年生於尚在英國殖民統治下的印度。他是加爾各答及孟加拉首都達卡的大學講師, 1924 年曾向著名物理學家愛因斯坦寄出一紙論文,結果引導物理學界發現名為「玻色愛因斯坦凝聚態」的現象。這篇論文提及兩種基本次原子粒子,其一是以博斯命名的「玻色子」,另一種則是以義大利物理學家費米命名的「費米子」。曾有不少科學家因研究與玻色子有關的命題獲頒諾貝爾獎,博斯終其一生卻與諾獎無緣。

上帝粒子Q&A

Q︰甚麼是希格斯玻色子?

 A︰科學家認為希格斯玻色子 (又稱「上帝粒子」) 是一種帶質量的次原子粒子,在一個宇宙大爆炸後產生、但肉眼無法看見的區域存在,並散佈宇宙中。它附在物質的基本粒子上,然後衰變成另一種形式。某些基本粒子與希格斯玻色子的反應較強,故質量較重。 

Q︰這種粒子為何重要? 

A︰質量起源是物理學界數十年爭論焦點之一,希格斯玻色子被視為解釋粒子為何擁有質量的關鍵,證實其存在,將有助於重新構建人類對物質質量的概念。根據物理學家於 1970 年代提出的「標準模型」,宇宙及萬物均是由 4 大類基本粒子構成,希格斯玻色子是最後一種被證實的基本粒子,從而印證標準模型。 

Q︰希格斯玻色子名從何來? 

A︰以 1964 年首次提出這種粒子存在的英國物理學家希格斯命名。玻色子是非物質粒子,作為能量媒介或物質粒子間的「信差」,兩者互動產生3種力量,包括強力、弱力和電磁力。 

Q︰如何尋找?

 A︰歐洲核子研究組織 (CERN) 利用大型強子對撞機 (LHC) ,將粒子對撞,然後短暫產生相當於太陽 10 萬倍的溫度,模擬 140 億年前宇宙大爆炸情況,然後篩選次原子粒子殘骸,分析當中數據。 

Q︰為何又稱「上帝粒子」? 

A︰字面上,這反映希格斯玻色子「無處不在、極之強大、但難以尋獲」的特性,但事實上「上帝粒子」之稱是來自諾貝爾獎得主萊德曼的同名著作,該書介紹尋找希格斯玻色子的過程,原名為「該死的粒子」 (The Goddamn Particle) ,但出版社覺得敏感,便改為《The God Particle》。

 資料來源:香港文匯報/彭博通訊社

 20120705  解宇宙起源之謎「上帝粒子」找到了 

CERN發現「上帝粒子」,被視為物理學界近幾十年來最重要發現,科學家預期長遠而言,「上帝粒子」的發現有助研發新科技,在醫學、電腦及製造等範疇都可應用到。

科學家認為,發現「上帝粒子」除了讓他們對原子有更深入瞭解,也完善了著名物理學家愛因斯坦的宇宙理論,不過由於目前科學界對「上帝粒子」仍然所知甚少,有關發現在現階段仍難以作實際應用。

但假以時日,當科學界對「上帝粒子」有深入和更透徹瞭解後,未來便可利用它研發新科技,應用在醫學、電腦及製造業等範疇。有專家甚至將發現「上帝粒子」與當年發現電子相提並論。電子概念最先在1938年提出,科學家其後利用這概念,研發出電視、 CD及癌症放射性治療等科技。

 

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 公眾的科學觀

 史蒂芬·霍金

   史蒂芬·霍金(1942——),英國理論物理學家。牛津大學畢業後,又在劍橋大學獲得哲學博士學位。曾在劍橋大學任引力物理學教授,主要從事宇宙學和黑洞理論的研究。從20多歲起,因患有漸進性的神經疾病,一直困在輪椅上從事艱難的科學研究。

   不管我們喜歡不喜歡,我們生活其中的世界在過去100年間遭受到劇烈的變化,看來在下個世紀這種變化還要更厲害。有些人寧願停止這些變化,回到他們認為是更純潔單純的年代。但是,正如歷史所昭示的,過去並非那麼美好。過去對於少數特權者而言是不壞,儘管甚至他們也享受不到現代醫藥,婦女生育是高度危險的。但是,對於絕大多數人,生活是骯髒、野蠻而短暫的。

  無論如何,即便人們嚮往也不可能把時鐘扳回到過去。知識和技術不能就這麼被忘卻。人們也不能阻止將來的進步。即便所有政府都把研究經費停止(而且現任政府在這一點上做得十分地道),競爭的力量仍然會把技術向前推進。況且,人們不可能阻止頭腦去思維基礎科學,不管這些人是否得到報酬。防止進一步發展的唯一方法是壓迫任何新生事物的全球獨裁政府,但是人類的創造力和天才是如此之頑強,即便是這樣的政府也無可奈何。充其量不過把變化的速度降低而已。

  如果我們都同意說,無法阻止科學技術去改變我們的世界,至少要儘量保證它們引起在正確方向上的變化。在一個民主社會中,這意味著公眾需要對科學有基本的理解,這樣做出決定才能是消息靈通的,而不會只受少數專家的操縱。現今公眾對待科學的態度相當矛盾。人們希望科學技術新發展繼續導致生活水準的穩定提高,另一方面由於不理解而不信任科學。一位元在實驗室中製造佛朗克斯坦機器人的發瘋科學家的卡通人物便是這種不信任的明證。這也是支持綠黨的一個背景因素。但是公眾對科學,尤其是天文學興趣盎然,這可從諸如《宇宙》電視系列片和科學幻想對大量觀眾的吸引力而看出。

  如何利用這些興趣向公眾提供必須的科學背景,使之在諸如酸雨、溫室效應、核武器和遺傳工程方面作出真知灼見的決定?很清楚,根本的問題是中學基礎教育。可惜中學的科學教育既枯燥又乏味。孩子們依賴死記硬背蒙混過關,根本不知道科學和他們周圍世界有何相關。此外,通常需要方程才能學會科學。儘管方程是描述數學思想的簡明而精確的方法和手段,大部分人對之敬而遠之。當我最近寫一部通俗著作時,有人提出忠告說,每放進一個方程都會使銷售量減半。我引進了一個方程,即愛因斯坦著名的方程,Emc2。也許沒有這個方程的話我能多賣出一倍數量的書。

  科學家和工程師喜歡用方程的形式表達他們的思想,因為他們需要數量的準確值。但對於我們中的其他人,定性地掌握科學概念已經足夠,這些概念只要通過語言和圖解而不必用方程即能表達。

  人們在學校中學的科學可提供一個基本框架。但是現在科學進步的節奏如此之迅速,在人們離開學校或大學之後總有新的進展。我在中學時從未學過分子生物學或電晶體,而遺傳工程和電腦卻是最有可能改變我們將來生活方式的兩種發展。有關科學的通俗著作和雜誌文章可以幫助我們知悉新發展,但是哪怕是最成功的通俗著作也只為人口中的一小部分閱讀。只有電視才能觸及真正廣大的觀眾。電視中有一些非常好的科學節目,但是還有些人把科學奇跡簡單地描述成魔術,而沒有進行解釋或者指出它們如何和科學觀念的框架一致。科學節目的電視製作者應當意識到,他們不僅有娛樂公眾而且有教育公眾的責任。

  在最近的將來,什麼是公眾在和科學相關的問題上應做的決定呢?迄今為止最緊急的應是有關核武器的決定。其他的全球問題,諸如食物供給或者溫室效應則是相對遲緩的,但是核戰爭意味著地球的全人類在幾天內被消滅。冷戰結束帶來的東西方緊張關係的緩解表明,核戰爭的恐懼已從公眾意識中退出。但是只要還存在把全球人口消滅許多遍的武器,這種危險仍然在那裏。在前蘇聯和美國的核武器仍然把北半球的主要城市作為毀滅目標。只要電腦出點差錯或者掌握這些武器的人員不服從命令就足以引發全球戰爭。更令人憂慮的是現在有些弱國也得到了核武器。強國的行為相對負責任一些,但是一些弱國如利比亞或伊拉克、巴基斯坦或甚至阿塞拜疆的誠信就不夠高。這些國家能在不久獲得的實際的核武器本身並不太可怕,儘管能炸死幾百萬人,這些武器仍然是相當落後的。其真正的危險在於兩個小國家之間的核戰爭會把具有大量核儲備的強國捲進去。

  公眾意識到這種危險性,並迫使所有政府同意大量裁軍是非常重要的。把所有核武器銷毀也許是不現實的,但是我們可以減少武器的數量以減輕危險。

  如果我們避免了核戰爭,仍然存在把我們消滅的其他危險。有人講過一個惡毒的笑話,說我們之所以來被外星人文明所接觸,是因為當他們的文明達到我們的階段時先把自己消滅。但是我對公眾的意識有充分的信任,那就是相信我們能夠證明這個笑話是荒謬的。  

有關霍金的網路影片:

 

http://www.youtube.com/watch?v=PU6nolc3ZSU   高清國家地理 - 科學新發現 第六季 霍金的字宙 .

http://www.youtube.com/watch?v=SkQyRonPZoM&list=PLc1B7x6U0ovC8bDTnCixzSMs9ECRHyuU4   霍金的宇宙--黑洞(有好幾集)

http://www.youtube.com/watch?v=_uat8eJI6H8   關鍵時刻20120405 當霍金的眼睛眨了一下之後

http://www.youtube.com/watch?v=VjNqNiFk4vA  .  20110520-4/5 關鍵時刻 - 頓悟外星人的霍金大師 .

http://www.youtube.com/watch?v=X1OWQ1jwhCY   20120705關鍵時刻之10─霍金舉辦的〝時光派對〞誰在敲門!? .

http://www.youtube.com/watch?NR=1&feature=endscreen&v=qIY9S16Twok  (影片)霍金談希格斯玻色子

http://www.youku.com/show_page/id_z709f4cda3e5211e196ac.html   紀錄片: 與霍金一起瞭解宇宙 (共三片)

 

英國科學家斯蒂芬霍金網頁相關:http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news.xinhuanet.com/ziliao/2002-08/20/content_530827.htm 

 

史蒂芬‧霍金 (Stephen Hawking) 是國際著名數學家、理論物理學家,英國劍橋大學應用數學和理論物理系終身教授。這位生於1942年的當代享有盛譽的傑出學者,被稱為在世的最偉大的科學家之一。

    霍金先後畢業於牛津大學和劍橋大學三一學院,並獲劍橋大學哲學博士學位。在大學學習後期,開始患“肌肉萎縮性脊髓側索硬化症”(簡稱ALS,運動神經元疾病),半身不遂。他克服身患殘疾的種種困難,於1965年進入劍橋大學岡維爾和凱厄斯學院任研究員。這個時期,他在研究宇宙起源問題上,創立了宇宙之始是“無限密度的一點”的著名理論。1969年任岡維爾和凱厄斯學院科學傑出成就研究員。1972年後在劍橋大學天文研究所、應用數學和理論物理學部進行研究工作,1975年任重力物理學高級講師,1977年任教授,1979年任盧卡斯講座數學教授。其間,1974年當選為皇家學會最年輕的會員。

    霍金的成名始於對黑洞的研究成果。他在統一20世紀物理學的兩大基礎理論--愛因斯坦的相對論和普朗克的量子論方面走出了重要一步。他的不朽名著《時間簡史:從大爆炸到黑洞》,從研究黑洞出發,探索了宇宙的起源和歸宿。他於1978年和1988年先後獲得物理學界兩項大獎,即阿爾伯特‧愛因斯坦獎和沃爾夫獎。1989年霍金獲英國爵士榮譽稱號,他還是英國皇家學會會員和美國科學院外籍院士。

    1985年霍金喪失語言能力,表達思想唯一的工具是一臺電腦聲音合成器。他用僅能活動的幾個手指操縱一個特制的鼠標器在電腦屏幕上選擇字母、單詞來造句,然後通過電腦播放聲音,通常制造一個句子要5、6分鐘,為了合成一個小時的錄音演講要準備10天。

    著有《空間-時間的大比例結構》(1973,合著)、《廣義相對論:愛因斯坦百年評論》(1979,合編)、《超空間和超重力》(1981,合編)、《宇宙之始》(1983,合編)、《時間簡史》(1988年)、《果殼中的宇宙》、《霍金講演錄》、《喬治開啟宇宙的秘密鑰匙》等。

    1990年與結婚25年之久的妻子簡‧懷爾德離婚。1995年9月16日,霍金與他的護士伊萊恩‧梅森結婚。霍金有三個孩子。

    1985年5月應邀訪問中國。2002年8月來華出席國際數學家大會。2006年6月15日,霍金在香港科技大學主持以“宇宙的起源”為題的公開講座。6月19日,霍金在北京人民大會堂參加2006年國際弦理論大會開幕式並作學術報告

    2009年8月,霍金獲得代表美國平民最高榮譽的總統自由勳章

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