廿世紀是一個科學的世紀，其中又以物理學的兩大革命：相對論與量子論，徹底改變了人類的世界觀，並且促成了物質生活的飛躍進步。眾所皆知，在廿世紀初年，愛因思坦以無比的天才，不但獨自一人發現了狹義及廣義相對論，而且對量子力學也做出了歷史性的貢獻，可以說是千古一人。在廿世紀下半葉，物理學界，特別是在重力場理論的領域，又出現了一位天才霍京。他把廣義相對論和量子場論結合在一起，做出了驚人的發現，更引發了二者之間相容性的爭議。這個議題至今仍然沒有定論，成為廿一世紀物理學尚待解決的最本質的問題。在這個講座中，我們將回顧兩位天才的生平及科學貢獻，試圖描繪出天才們前赴後繼的軌跡，希望能夠讓學子在仰慕之餘，興起「舜何人也，予何人也，有為者亦若是」的豪情壯志。

 

陳教授以「天才的軌跡─從愛因思坦到霍京」為題，由自身的豐沛學養，及對宇宙及天才的通盤理解，回首劃時代的偉大科學家：愛氏與霍氏的不朽傳奇與貢獻。倘佯於時空行者的生平與哲學思維，仰慕之際，彷彿在宇宙之間，觀測到二者運行在蒼穹的遙遠又燦爛的星光！

 

在演講開始時，我們看到了天才愛因「思」坦穿越時空入場─原來是陳教授頂著招牌造型裝扮出的模樣！如此狂熱的「愛粉」，讓人讚嘆不已，「拍」案叫絕，大家都拿著相機捕捉這難得的片刻！

 

陳教授先就演講題目中的名字翻譯作解釋，他認為自己是懷著「傳道者」的心情來分享這件事的，因為希望大家認知和使用正確的翻譯，此時孫教授補上一句話：「想這樣做通常就會變成『殉道者』！」

 

陳教授說，當年嚴復說過，翻譯最重「信、雅、達」，愛因「思」坦的名字所包含的意義應該是「愛好探究原因，思想非常坦蕩」，所以使用「思」有其貼切內涵！那麼霍「京」又是怎麼回事？原因是Hawking這個英文意思，指的是打獵時飼養獵鷹的獵戶，而在音譯上，「ing」應該是「ㄥ」的音。再者，陳教授並不認為霍京該由世俗的「金」字來表示，應該回到正確翻譯，去除銅臭味！

 

言歸正傳，今日的演講內容，著重的是科學天才究竟有什麼特徵？陳教授列出四種能力：「理解力」（能夠迅速的理解概念）、「分析力」（擅長分析解決難題）、「想像力」（能夠跳出既有的框架來思考），和「好奇心」（永保對萬物好奇的赤子之心）。而要培養天才成長的必要養分有哪些？陳教授整理了16字箴言─「擴大心量」（培養放眼天下、民胞物與的胸懷）、「陶冶抱負」（薰陶出一個成就歷史性貢獻的雄心）、「激發靈感」（提供一個能夠激發靈感、觸類旁通的氛圍）、「培養洞見」（訓練出在紛雜的表象之下，能掌握問題本質的洞見）。

 

愛因思坦曾說：「我沒有特殊的天分，我只是有一個熾熱的好奇心！」他在童年時對羅盤十分好奇，究竟是什麼看不見的力量在驅使羅盤的指針永遠回到同一個方向？這樣的好奇心和疑問，對於日後他提出相對論是主要關鍵。而他理解力的綻放最初來自馬克斯．陶慕，也就是他在數學和哲學上的啟蒙師。柏恩斯坦的著作《通俗自然科學》，書中關於時間、空間和光速的描述，對愛氏相當重要，是深刻刺激愛因思坦想像力的著作。在大學畢業之後，愛因思坦曾和友人一起閱讀及辯論許多名著，包含馬赫《感覺之分析》、皮爾遜《科學的基本原則》，和龎卡瑞的《科學與假設》等，從科學到哲學，邏輯學到倫理學等諸多書目，有效地擴大了他的心量！

 

陳教授打趣說，猶記得在畢業時有位同學給自己留下了一句話：「為學即如金字塔，要能博大要能高。」我們需要擴大自己的基礎知識，如此才能更加深入去進行研究。陳教授另外也引述了唐朝裴行儉所說的話：「士先器識，而後文藝。」在創作之前，我們需要把自己的心量擴大，再來才是更加精進自己的專業，否則容易深度不足，陳教授認為在科學學習的道路上也是一樣的。

 

在愛因思坦的青年時期，1905年尤其重要，是現代物理界口中的「奇蹟年」。在這一年當中，愛因思坦發表了五篇重要論文，包含了關鍵的「狹義相對論」。十年之後又發表了廣義相對論，他一舉把物理上最重要卻各自獨立的概念─時間、空間、質量、能量─統一起來。雖名之「相對論」，陳教授認為某種程度來說，相對論其實還挺「絕對」的！

 

狹義相對論有兩個重要的公設，第一個是光速的絕對性，也就是說「光速」在任何慣性坐標系均為同一定值（所有觀察者看到的光速都一樣）；第二個是相對性原理，所有物理定律在任何慣性座標系均不變（不同觀察者在相對運動的慣性座標系中，無法經由任何實驗來決定哪一方是運動或靜止）。

 

牛頓的重力理論一直有個缺憾，他認為重力的影響是瞬間發生的，換句話說，重力場的訊息傳遞是超過光速且無限大的，這與相對論的原理不符。在愛因思坦的青年後期，想到了「等價原理」，進一步提出了「廣義相對論」：重力會扭曲時空，而時空的扭曲決定物質如何運動，最明顯的例子便是「重力透鏡」的現象。陳教授也重提「宇宙常數」，這個愛因思坦自認畢生犯下的最大錯誤，但在1988年，科學家們發現了宇宙正在「加速」膨脹，也就是說還有一個未知的排斥力正作用在宇宙的運動上，而愛因思坦的「宇宙常數」，或許又成了這個現象最可能的解釋！除此之外，愛因思坦對於薛丁格的貓、量子糾纏、貝爾不等式等量子力學領域亦有貢獻。陳教授認為愛因思坦的個性上有這些特性：疏離、質疑權威、永保赤子之心，以及思考上的穿透力，他的天才軌跡一路漸進，曾未停過。

 

而關於另一位大家熟知的天才霍京，陳教授先以其出生和逝世的日期介紹起，一個世代的巧合：霍京出生於1942年1月8日（伽利略逝世日的300週年），逝世於2018年3月14日（愛因思坦出生日的139週年）。簡單介紹過霍京的背景後，他提及霍京和潘洛斯證明了愛因思坦的相對論中，必然導致「奇異點」（Singularity）的存在。在黑洞熱力學的部分，陳教授列出重點：第零定律，這個定律指出一個固定的黑洞在視界表面的重力是一個均勻的定值；第一定律是能量守恆；第二定律是熵的變化只能變大不能變小；第三定律是黑洞的表面重力不為零。

 

黑洞的熵究竟在哪？貝肯斯坦借用了霍京關於黑洞面積永不減小的理論，提出了「黑洞熵」的概念，指出黑洞的表面積與它的熵成正比。黑洞物理學和熱力學之間存在很多相似之處，其中最顯著的是黑洞表面積和熵的行為的相似性：這兩個量都是不可逆地增加的。另外，黑洞熵的方程式，可以一口氣把廣義相對論、量子力學、重力、熱力學、幾何都集合起來，非常奇特！

 

2016年LIGO偵測到重力波，遙遠的地方有兩個黑洞互相環繞，原本分別為29個和36個太陽質量，然後對撞後融合成62個太陽質量的黑洞，其中3個太陽質量的能量，在對撞後宛如擴張的漣漪，以重力波的形式逸散到了整個宇宙！當時媒體去訪問霍京這個現象，他答道自己立刻檢視了29的平方加上36的平方是否小於62的平方，因為黑洞熱力學第二定律提及，熵的變化只能變大不能變小─為什麼可以直接用質量計算？正因為黑洞的表面積和質量平方成正比。陳教授也點出霍氏晚年之「黑洞信息遺失悖論」，黑洞的「霍京輻射」一舉把重力、量子，與統計力學聯繫了起來！

 

在講座的最後，陳教授展示了落成不久的台大次震宇宙館。他簡單介紹了宇宙館的構造，內部取法羅馬「萬神殿」，並設置了四個偉大科學家的雕像：張衡、伽利略、牛頓、愛因思坦。他期望能夠打造一個擴大心量、陶冶抱負、激發靈感、培養洞見的研究領域！天才的軌跡就是無止境的探索，陳教授以愛因思坦所說：「人生就像騎腳踏車，如果想要平衡，你就得持續前進。」勉勵大家能夠循著天才的軌跡，不斷精進自我，往前邁進！