霍金的宇宙

霍金的宇宙觀

最近國外著名的物理學家史提芬.威廉.霍金(Stephen William Hawking)，發表了幾個關於宇宙與外星人的觀點。Discovery channel也根據霍金的宇宙觀，製作了幾個特別節目。個人對這類型的節目特別感興趣。霍金的宇宙觀裡提到多重宇宙。他認為每一個宇宙就像一個氣泡，每一個氣泡都有邊界，有很多各自獨立的氣泡。霍金也提到，宇宙並非上帝創造。諸多觀點都有非常特殊的解釋方法與論證。霍金的宇宙觀令人無限遐想。

講到物理學，最有名的理論不外乎相對論和量子論。這兩個理論被大多數科學家接受並且驗證過，但有時候用來解釋同一現象時卻出現矛盾。例如黑洞與光的理論。關於光的理論有兩大重點，一是速度，二是質量。大多數的科學家認為光速是速度的極限，不可能超越光速；光沒有質量；黑洞會吸入「所有的物質」包括光。但實際觀測卻發現不合理的現象。

之所以名為黑洞，是因為從宇宙觀測的現象，只能看到漆黑一片，所以被命名為黑洞。理論上，宇宙天體不是發光就是反光，因為宇宙非常大，又有無限的星體發光，多到從任何視角都可以找到光源，但是卻有些視角沒有看到光源，為什麼會一片漆黑？因為光被吸入。

我們可以「看到」，是因為物體發光或反光，當物體沒有反光、也不發光時，就會變成黑色。如果只是一個不發光的星體擋到光源，那這個星體也會出現不同的光譜，雖然不是可見光，但仍然有光。但是黑洞不止不發光，還把光吸進去，因此完全沒有光。因為黑洞會吸光，依此推論，任何物質要從黑洞逃出來，逃離速度必須大於光速(因為連光線都逃不出黑洞)。然而，根據相對論所得到的常識：沒有任何東西可以超越光速。基於這個推論，不可能有任何東西可以逃離黑洞。但實際觀測卻發現黑洞有噴發現象，這表示有東西逃離黑洞，這東西是什麼？

在這裡討論黑洞、相對論、量子力學，難度太高了點，因為我根本不懂。其實我有興趣的是光速而非黑洞。根據相對論，光速是速度的極限，沒有任何東西可以超越光速。這個觀點所有的科學家都同意，但「為什麼」，卻沒有人可以解釋清楚。有人用高速鐵路來解釋一般的速度理論：在一輛高速行使的火車上，有一個人在火車上，在車尾的位置朝車頭方向丟一顆球，這一顆球的速度是火車的行進速度加上球丟出的速度，簡單的說，就是這顆球的速度超過火車的速度，這個觀點是成立的，因為物體的速度具有相對性，可以累加。但是這個解釋方法對光速卻無效。因為光速沒有相對性，也不能累加。

為什麼光速不能累加？因為光速是速度的極限。為什麼光速是速度的極限？不知道。很多科學家想要解釋這個現象，但沒有人提出可以被大眾接受的理論。愛因斯坦說，速度越快、質量越大，當質量變大，就無法加速？為什麼？又是一大堆公式，我看不懂。不只我看不懂，很多科學家也不懂。

我為什麼對光速有興趣？根據相對論，速度越快，時間越慢。這是指光速行進物體上的時間。例如，一輛以光速行駛的火車，車上的時間會變慢。為什麼？這問題到現在為止，很多科學家想以不同的數學公式來證明，但好像各說各話。唯一被認同的是，光速行駛上的時間會變慢，仍然沒有統一的解釋方法。如何得知高速行駛的物體上的時間會變慢？GPS，就是導航衛星。這些衛星在地球上空高速飛行，他們的時間會變慢，這一點已經被證實。但原因還是無解。只能說它證明了愛因斯坦的相對論是對的。

我不懂物理學的高深理論，更無從使用數學公式來驗證光速理論，不過我從電腦的動畫得到一個奇想，那就是電腦動畫的更新畫面。電腦更新畫面的速度，會影響視覺的流暢度。而影響視覺流暢度的因素，卻跟電腦CPU的速度有關。舉例來說，人的眼睛可以適應的畫面(frame)更新速度，一秒鐘大約三十格畫面。這個更新格數可以讓人覺得動作很流暢平順。這就是一般電影或卡通使用的畫面數。當每秒鐘更新的畫面數越少，人眼越感不平順，畫面開始會出現延滯現象的跳動。早期電腦無法觀看電影，就是因為CPU的速度不足以顯示每秒三十格的畫面。現在的電腦CPU沒問題。

一台電腦用來顯示動畫給人看，會有明顯的速度問題。這是因為人腦有一個時間的參考點，可以比較電腦的快與慢。如果電腦的執行速度沒有參考點，那執行速度有什麼意義？舉例來說，一台電腦A執行一個運算程式，執行完畢需要花掉一個小時。另一台電腦B執行相同的程式，得到相同的結果只花了一分鐘。這樣我們可以說電腦B的執行速度比電腦A快。你有沒有注意到？所謂的一個小時與一分鐘，這是相對的比較結果，我們說兩台電腦有快慢的差別。如果只有一台電腦，那就無從比較，也就沒有快慢的差別了。

再回頭來看「光」，光在宇宙間行進，除非受到黑洞吸引，或被星球遮蔽，否則光線可以永遠前進，但會衰減與偏移，也就是所謂的紅移現象。簡單的說，最強的紫外光如果無限制的前進，會因為擴散導致衰減與紅移而變成紅外線，就是很強的光線會變成肉眼看不到的紅外線。即使人眼看不到，也可以經由儀器測量出來。根據光的紅移現象，從地球觀測宇宙光源，計算出最遠的光源大約是一百三十七億光年。這個說法是，宇宙最早出現的第一道光抵達地球，費時一百三十七億年，這也就是目前被估計的宇宙年齡。根據光的偏移現象來計算宇宙年齡，這也是目前被科學家接受的理論。

光的觀測，除了可以估計宇宙年齡，還有一個理論是「超越光速可以回到過去」。這個理論也有很多人嚮往，很多電影以此為題才。但為什麼超越光速可以回到過去？不知道！因為沒有人可以證實。但有一個解釋卻可以被大家接受，那就是光的反射與望遠鏡。我們可以「看見」，是因為眼睛可以接收光的來源。假設有一面鏡子，有兩個參考點，A點與B點。A點的人可以從鏡子裡看到B點的人。很多馬路轉彎的地點就設有這種反射鏡。我們在A點可以看到反射鏡當中的B點人物，是因為B點光源從反射鏡投射到A點，A點的人眼睛「接收」到光源，所以看到B。

換個角度來看，如果反射鏡的角度不變，一個物體從B點移動到A點，人在A點能不能看到B點的自己？當然不行，因為人已經不在B點了！這個說法似乎沒有問題？但別忘了，光是有速度的，因為它非常快。所以讓一切變得很合理。現在把「光」換成「球」。在B點「丟出一顆球」，碰到反射鏡，彈回來落在A點，這也很合理。因為球飛得很慢，所以我可以在B點丟出一顆球到反射鏡，然後跑到A點接到這顆球。沒有人會質疑這個觀點，對著牆壁打網球就是這樣地。

如果「光」有速度有會反射（反彈），那跟「球」的反彈理論是相同的，只不過因為光速太快，所以無法由B點跑到A點來接收B光源。如果B點跟反射鏡的距離非長遠，那就有可能發生了。舉例來說，B點發生一個事件，光源跑到宇宙抵達八光年遠的一顆星球，那星球有一個錄影設備，將B點的活動錄下來，並且立刻朝地球發送信號，將錄影畫面「即時傳送」，又花了八年抵達地球，如此一來一往花了十六年的時間，我們收到的影像卻是十六年前的「實況轉播」。雖然因為光的衰減不可能錄到影像，但理論上是對的。我用「即時傳送」是因為這不需要超越光速就可以「同步」看到過去的實況轉播。如果真的超越光速，結果也是一樣的。「看到過去」跟「回到過去」是不一樣的。

回到電腦動畫這個觀點，如果一個動畫要每秒三十格(frame)才能很平順，當我要在畫面上出現一隻鳥從螢幕上飛過去，假設四秒鐘時間，從螢幕左邊入境飛到右邊出鏡。累計可以使用一百二十格影片，畫面寬度六十公分，那以平均速度來看，每一格畫面當中的鳥移動距離是0.5公分。也就是說，這隻鳥不是「飛過去」，而是「跳過去」。但因為一秒鐘跳了三十次，人眼不容易發現異狀。如果換個內容，子彈，因為速度非常快，在一百二十格的影片裡，可能只有一張會出現子彈的影子，或者根本沒有。

我們用更慢的觀點來看這個問題，假設一台電腦，一秒鐘只能播放兩格畫面，四秒鐘八格畫面，同樣寬六十公分的螢幕，在影片格裡的鳥，上下兩格移動距離是 7.5公分。這個說法是，一秒鐘只能更新兩格畫面的情況下，小鳥如果飛得更快一點，更新的次數就更少了，而移動距離也更大。有沒有接近光速的矛盾？移動越快的物體時間越慢（因為更新的次數越少）？我想說的是，相對論的光速理論，跟電腦動畫很像，從光速的矛盾現象來看，我們根本就是電腦裡的模擬角色。因為電腦CPU執行速度的問題，產生的動畫速度會有極限(光速的極限？)。

霍金的多重宇宙，看似宇宙無限大，但有沒有想過，我們的宇宙其實是個固體：「固態宇宙」？也就是電腦晶片？黑洞只是一個網路接口，可以連接到另一台電腦，也就是所謂的另一個宇宙？有科學家說人類未來一千年以內就可以在電腦裡面建立自己的宇宙，還可以駕駛宇宙飛船進入虛擬宇宙探險。「異次元駭客」「機器貓小叮噹」（多啦耶夢）裡面都有類似的情節。如果我們的宇宙是電腦模擬出來，那一百三十七億年有多久？天長地久可能只是一瞬間，就如佛教裡所言，轉瞬間而身經百餘世。時間是相對的，我們所謂的天長地久，都是相對的。如果你的電腦夠快，你可以在電腦裡面創造一個宇宙，也許只須一分鐘就可以創造一百三十七億光年的演化歷程。一百三十七億光年只對電腦裡面的虛擬人物有效，對你來說只是一分鐘而已。如果你把電腦程式「暫停」，裡面的虛擬人物會知道嗎？佛教裡面就有這些觀點。

以電腦的觀點，網路可以傳送資料，但必須把資料經過「網路驅動程式」做成「封包」，然後由網路晶片經由線路傳送到另一台電腦。怎麼看都很像「宇宙飛船」把「人類包住」，然後經由黑洞送到另一個宇宙？這不是我的狂想，而是科學家的推論。我不知道以前的人怎麼看待宇宙，當時沒有電腦，卻出現「一沙一世界」「霎那即永恆」的說法。莫非他們去過多重宇宙？也知道自己的世界只不過是夢幻泡影？

2010/09/23

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