大家都知道霍京喜歡打睹，但是聰明過人的他為什麼每賭必輸呢？我不是心理學家，也不是博弈理論的數學家，沒辦法用科學方法來解釋這個現象。我只能從自己比較熟悉的物理的角度來分析。這就需要回顧霍京一生的一連串重要的貢獻，然後從其中了解他的科學思想以及他的堅持。重點是，在物理學發展的最前沿，當實驗還沒有辦法證實或反證一個理論的時候，爭辯甚至無傷大雅的打賭往往是推動物理學進展的一大利器。在科學史上，從牛頓、馬克斯威、到愛因思坦，屢見不鮮。所以霍京的「賭性」其來有自，他的血液中其實流著歷代大物理學家一脈相承的「予其好辯哉？予不得已也！」的DNA。至於更有趣的問題：為什麼霍京每賭必輸？讓我們拿霍京的黑洞霍京蒸發是否會導致信息遺失做例子。霍京本來認為信習的確會遺失，但是在2004 年他承認賭輸了。他認輸太快了一點嗎？我們從桌型類比黑洞談起。

 

陳教授以「為什麼霍京每次打賭都會輸？─從桌型類比黑洞談起」為題，透過行家的觀點，看每場賭局的門道，瞭解科學家打賭的心態。以專精理論明志，以重大見解會友，名留史冊上的幽默賭注背後，其實是認真面對問題的純粹，及巨人般宏觀的思考！

在講座的開頭，陳教授整理出他認知的「霍京的賭博簡史」:第一個賭局是1974年和索恩教授(Kip S. Thorne)關於天鵝座X-1本質的爭辯，霍京主張其不為黑洞；第二個賭局是1980年和佩舉(Don N. Page)對於量子重力場的理解，霍京主張量子重力場不能守恆；第三個賭局是發生在1991年和普里斯基爾(Preskill)及索恩的爭論，霍京主張赤裸奇異點不存在；第四個賭局在1997年，索恩和霍京主張量子場論必須修正，普里斯基爾則認為應修正廣義相對論；第五個賭局出現在2002年，凱恩(Kane)主張大強子對撞機可以找到希格斯粒子，霍京反對；第六個是與屠若克(Turok)的賭局，屠若克主張循環宇宙，霍京反之。

天鵝座是夏季夜空有名的星座，天文愛好者都十分熟悉，早年專家們在天鵝座發現的第一個X射線源稱作天鵝座X-1。但天鵝座X-1到底是不是黑洞？霍金認為不是，而索恩則認為是，他們的賭注是雜誌，輸的人要訂閱雜誌給贏的人：霍京訂一年的《閣樓》雜誌，反之索恩則承諾訂四年的《私家偵探》。推測這個賭注為何有如此比例，源自於當時的研究指出天鵝座X-1是黑洞的機率大概是80%。經專家一番仔細研究後，他們發現天鵝座X-1是個雙星系統，其中一個天體是藍超巨星，另外一個則是黑洞，也就是發出X射線的來源。第一個賭局結果是1988年霍京認輸。陳教授也順帶一提，他非常推薦霍京的著作《時間簡史》，讀後會深刻了解霍京的科學成就。

緊接是1980年所做的第二個賭注，霍京賭贏得一個英鎊(1 pound Stirling)，佩舉賭贏獲一元美金(1 US Dollar)，結果是2004年霍京認輸。這次究竟在賭什麼？原來是關於黑洞訊息是否會遺失。陳教授談到重要的S-matrix(散射矩陣scattering matrix，在量子場論中代表著碰撞，是物理學中描述散射過程的一個主要觀測量)，為在量子重力場上描述從開始到結束變化的矩陣。後來霍京想到「量子糾纏」應該可以保存黑洞訊息，所以訊息應該不會遺失，於是改口：因為美元＄處於弱勢(weakness)，所以我認輸了。他把＄象徵性的對應為S矩陣，還把鈔票上華盛頓人像換成瑪麗蓮夢露(Marilyn Monroe)，據傳霍京認為她是宇宙的典範(a model of universe)。

到了1991年的第三個賭，普里斯基爾和索恩主張「赤裸奇異點」（Naked singularity）可以單獨存在，霍京反之。直到1997年霍京認輸，因為在這之間有人以愛因思坦理論說明數學上應該可以存在「赤裸奇異點」。陳教授接著說明，不過其解在宇宙中的現實條件無法成立，因此霍京認為原賭的定義不夠明確。在加以修訂後，他們又重新開賭，新的賭注是“clothing to cover the winner’s nakedness”(可以遮住贏家裸體的衣服)，這次打賭一直到霍京過世(2018)都仍未有結論。

陳教授表示這三位科學賭徒，到了1997年又另闢新局，也就是第四個學術賭局。這次索恩和霍京站在同一方，主張黑洞的「霍京蒸發」表明量子場論必須修正，普里斯基爾則認為應該修正廣義相對論，這一次的賭局直到2004年霍京才認輸。2002年，霍京和凱恩又立下了關於「希格斯粒子」(Higgs boson)的賭局，霍京主張大強子對撞機(LHC)找不到「希格斯粒子」。大型強子對撞機是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織(CERN)的對撞型粒子加速器，在2012年被稱作「上帝粒子」的希格斯粒子現身，讓霍京認輸賠上100元美金。

最後一個是霍京和屠若克的賭注。屠若克主張「循環宇宙」，結果當BICEP2宣布發現原初重力波時，霍京認為他總該贏了，可是之後證明這個觀測有錯誤，並非真正發現，所以這項賭注暫時也沒有結論，陳教授認為這個賭注霍京贏面較大，可惜霍京教授已過世。陳教授說，弦論的宇宙空間為10+1維時空，我們身處在它的3+1 維子空間裡，這個子空間就像一張紙，稱為薄膜(brane)。宇宙間平行存在如紙的膜，屠若克的循環宇宙認為這些「膜」會不斷進行相撞、彈開的過程。循環宇宙在加速膨脹後會趨緩，然後轉入崩塌收縮階段，正如佛家講的「成、住、壞、空」。

 

陳教授話鋒一轉，「廣義上」說，愛因思坦也賭博！愛因斯坦曾說「上帝不玩骰子」，不過波爾反擊「別指導上帝怎麼做」，他們曾經有過一段漫長的爭執。陳教授指出，愛因思坦與霍京的賭在他看來層次不同，不過他也笑說也許自己就是「愛粉」，每次講都有偏袒之嫌吧！愛因思坦不同意波爾的說法，但他不會被動地等著結果出爐，苦思良久後愛因思坦提出重要的EPR悖論，當中設想了一個思想實驗。但事與願違，最後貝爾(John S. Bell)以更精確的數學式檢驗EPR，證明量子力學的非侷限性。這個過程顯示，因為愛因思坦的論點，反而引發了量子力學的進展，讓薛丁格(Erwin Shcrondinger)了解：「量子糾纏」並非只是量子力學的一個特性，它是量子力學的精義！

量子力學的基本假設：信息必須要守恆。發明「黑洞」一詞的大物理學家惠勒（John Wheeler）曾說：如果我的咖啡杯掉進黑洞，會有什麼後果？陳教授解釋，惠勒專注在掉進去黑洞的椅子、電視等不同物質，但黑洞彼此之間僅有幾種屬性的差異：質量、電荷、角動量，以黑洞「無毛定理」（No-hair theorem）視之，意思是黑洞除了這三種物理量之外，看不到別的特殊性質。但存在的資訊應不會消失，關鍵是不是資訊消失與否，不應老是只往黑洞裡面看？陳教授推薦《黑洞戰爭》這本書，裡面有很多有趣故事，適合當枕邊讀物。關於黑洞信息遺失悖論，他也提出科學家研究出的解套觀點，其一是黑洞互補原理，其他像佩舉的糾纏熵信息理論，以及AMPS黑洞火牆的解釋概念，也包含霍京提出轟動一時的沒有視界(Event Horizon)，只有表觀視界(Apparent horizon)的理論，但其物理意義尚不明白。另外也有量子糾纏其實是迷你蟲洞的一說(ER=EPR)。

 

黑洞的理論辯駁

到目前為止，絕大多數對黑洞的探討，其實都侷限在理論辯駁，這是因為想要從觀測宇宙中的黑洞來找答案，幾乎是不可能的。因為一個太陽質量黑洞的霍京壽命大約是10的67次方年，然而目前宇宙的年紀僅有1.38乘以10的10次方年，陳教授因而想把純理論思維帶回實驗室。他介紹了用「類比黑洞」實驗如何來解答信息悖論，這是他和去年諾貝爾物理獎得主哲拉˙慕儒共同發表的論文，此構想跟等離子體尾隨場加速機制也有關聯，他也規劃「安娜貝爾AnaBHEL(實驗名稱)」未來的國際合作計畫，內容都是精采可期，相信將來會有令人驚嘆的成果！

1900年的物理學在當時被認為還有兩片烏雲：分別是支撐光傳播的「乙太」還未找到，黑體輻射和電磁學的預測不符，然而這兩片烏雲居然醞釀成了20世紀的兩大物理學革命風暴：相對論與量子論！在一個世紀之後，又出現了兩片新的烏雲，分別是「宇宙常數」問題(理論上量子真空能量非常大，但是觀測到的暗能量卻非常小，即使和宇宙的臨界密度相比，它也太大)，和黑洞「信息遺失」問題(量子力學要求訊息守恆，然而黑洞的霍京蒸發似乎違反了這個規範)，這些爭論究竟將導出廣義相對論，或是量子力學錯誤的結論？陳教授勉勵在座的朋友們積極去探索，一同突破這幾個謎團！聽完演講後回到主軸，究竟為什麼霍京每賭必輸？相信大家心中都有思索出答案了吧！

 

（講演綱要審校，孫維新）