MIT研究 陳丕燊實證半世紀霍金「黑洞論戰」

「Exactly！我就是個學術上的遊牧民族，哪一個物理問題是最嚴肅、有挑戰性，以及需要得到答案的，我就有心去解答它。」聲音中氣十足，炯炯有神的眼神，他是台大梁次震宇宙學與粒子天文物理學研究中心（以下簡稱梁次震中心）的主任陳丕燊。

陳丕燊在熱衷宇宙學研究之餘，更熱愛藝術創作，這幅油畫創作為其創作之1969年台大圖書館舊景，當時他才19歲。
攝影／林俊孝

陳丕燊不僅一手促成次震宇宙館和研究中心的建立，更是臺灣物理界國際上的「活招牌」：2018年底榮獲法國巴斯卡講座（Blaise Pascal Chair）的殊榮，分享「MIT」（台灣製造)的科學實驗，這項實驗有可能幫助宇宙學家霍京（Stephen Hawking）獲得諾貝爾獎，可惜他已經在2018年過世。除此之外，八年前，陳丕燊主導各國在南極的「天壇陣列」研究計畫，進一步讓中華民國的國旗在南極大陸上飄揚。

畢業卡關，危機成轉機

陳丕燊一開始學得是當時最紅的理論粒子物理，並跟隨知名學者櫻井純教授（Jun John Sakurai)攻讀博士學位，卻在論文即將完成之際收到指導教授不幸罹逝的消息，畢業之路也因此卡關，但命運之神卻給了陳丕燊一個契機，他說：「當時在著名的《科學(Science)》雜誌上看到一篇探討〈高能物理的未來〉的論文，也從中找到了後來的恩師約翰・道森（John M. Dawson)，在毫無電漿物理的知識背景下，擔任他的博士後。」

「我一開始坐在那裡，鴨子聽雷，連研究生都比我這個博士後講得頭頭是道。」陳丕燊皺了皺眉頭表示，但在指導教授約翰・道森教授「Just learn by doing（做中學)」 的期許下，激起他迎接挑戰的意念，一股腦投入原先讓他想到就頭皮發麻的電漿物理研究。沒想到在不到一年的苦學下，便跟約翰・道森教授一起提出「電漿尾隨場加速理論」（Plasma Wakefield Acceleration），開啟物理學界重要的研究領域。

「物理學真的是一個整體，只要掌握物理知識的研究方法，就有機會在不同領域裡思考問題。」陳丕燊充滿自信的說，他不因開啟新領域而滿足，樂於挑戰的他，已經放眼新的研究課題，並於1992年投入宇宙學研究。

陳丕燊掌握物理知識的研究方法後，在宇宙學領域發光發熱，更主導各國在南極的「天壇陣列」研究計畫，讓台灣國旗在南極大陸上飄揚。
攝影／林俊孝

找對實驗方法，探索近半世紀霍京黑洞論戰

陳丕燊提出電漿飛翔鏡的概念，透過它來模擬黑洞的蒸發狀態（又稱「類比黑洞」)，來探索信息遺失的問題，讓論戰從理論層次，提升到實證境界。
圖片來源／陳丕燊

2018年陳丕燊獲得世界著名的法國巴斯卡講座（Blaise Pascal Chair）殊榮，也是台灣獲得法巴斯卡講座的第一人，熱愛挑戰的他，在這場學術圈的盛事裡，又試圖解答什麼呢？陳丕燊解釋，科學家霍京教授在 1974 年結合量子場論和廣義相對論，發現黑洞蒸發效應，這個效應可能會導致信息的遺失。可是信息的遺失，衝擊了量子力學的基本定律，就是在任何一個物理的過程中，它的機率必須守恆，也暗示「相對論」與「量子力學」，這廿世紀的兩大物理革命以及所有近代物理的基礎，或許不能相容，所以當代有影響力的物理學家都加入了這埸「黑洞論戰」。

「但多數討論都侷限在理論層次，我認為只有找到一個有效的實驗方法，才能有最後的答案。」陳丕燊深思說，為此他結合畢生所學，將電漿、尾隨場，乃至宇宙學等知識融會貫通，提出電漿飛翔鏡的概念，透過它來模擬黑洞的蒸發狀態（又稱「類比黑洞」)，來探索信息遺失的問題，讓論戰從理論層次，提升到實證境界，也為自己以及MIT（台灣製造)研究，獲得法國巴斯卡講座（Blaise Pascal Chair）殊榮，而且這項由陳丕燊主導的實驗目前正由國際團隊如火如荼實作當中。

「放眼人間世，收心宇宙學」科學X人文的跨界對話

陳丕燊的學術歷程，彷彿經由命運之神巧妙安排般，從一開始粒子物理到電漿、加速器理論等，再投入宇宙學，讓這次一同前來採訪的學者，包含政治大學中國文學系教授林啟屏、政治大學傳播學院副教授曾國峰都深感敬佩。

陳丕燊與來訪學者進行跨領域對話。
攝影／朱先敏

林啟屏提出朱熹格物之學，說明這就是「至於用力之久，一旦豁然貫通，則眾物之表裏精粗無不到」的現象。陳丕燊響應這說法並耐人尋味的表示：「直到民國初年還是有人將 Physics (物理學)翻譯成格致學或格物學，『格物而致知』，又精準，又典雅。」體現人文和科學其實沒有想像中遙遠，有著彼此應和的空間和契機。

以下是林啟屏老師、陳丕燊老師的跨領域對話：

Q1：在不同文化裡都有將「科學與巫術」、「天文與占星術」並列且混淆的現象，作為物理學家又怎麼看呢？

A2：無論是看似客觀的科學、天文學，還是看似主觀的巫術、占星術，歸根結柢都是對未知的恐懼，以及對神秘的好奇，無論科學、宗教或哲學，都有共同的好奇，差別只在於科學要求實證，不管再大膽的理論，只要被證實有誤，這些說法就不可能在科學界通行，因此，「科學與巫術」、「天文與占星術」求知的心態是一致的，但方法卻不同。

Q1：從過去以來，人們總不斷追尋生命的起源為何？以及宇宙學家探討大霹靂（big bang），都與終極問題「存在的真實性」相關，宇宙學家又是怎麼思考這些問題呢？

A2：現在的科學研究已經可以證明大霹靂的存在，但在大霹靂之前是什麼呢？其實人們所知宇宙是3維的空間和1維的時間，而物理學界已經在思考人類所知以外的「額外維度」的可能性。但物理學上只有量測得到的才是真實，因此，沒有現象就沒有量測。至於所謂「存在的真實」，在物理學上會聚焦在「現象」，要可以驗證而且能夠辨偽的才是真正的科學。就好像人與人要有互動才會有現象產生，所以我知道，此時此刻的跟你們對話的我，就是真實存在的。

 

「放眼人間世 收心宇宙學」，這副對聯是由陳丕燊在大學時代撰句，近年由臺大藝術史研究所教授傅申揮毫書寫而成。
攝影／林俊孝

當這場思辨、對話進行同時，一幅兼具人文與科學的對聯，正掛在明亮研究室裡，上面寫著「放眼人間世 收心宇宙學」，字是由陳丕燊在大學時代撰句，近來由臺大藝術史研究所教授傅申揮毫書寫而成，當初他只想用「宇宙學」來對應《莊子》的「人間世」，只覺得宇宙學隱隱能暗示自己對於物理學的志向，沒想到學術道路上竟兜兜轉轉，悟出通往宇宙奧秘的方法。知識探究無分人文與科學，透過人們的不斷努力與耕耘，終能發現一條通往真實、真理的大道。陳丕燊將繼續堅持不怕挑戰的心，遊走於各個領域，從中找到對的方法解開難以解釋的問題，讓MIT研究在國際上繼續發光發熱。

小編後記

這次跟隨陳丕燊主任參觀已經初具規模的時空探索微館時，除了感受到宇宙學的博大精深，更讓人驚豔的部分，在於陳丕燊不只專注於科學研究，更投入於人文、藝術創作，再透過與國際知名建築師姚仁喜的不斷溝通，才有這座陪伴人們呼吸的建築。

想到這，令我好奇的是：究竟怎麼樣才算是「跨領域」？又怎麼樣才算是「好的」跨領域計畫呢？讓我突然想起，台大中國文學系教授鄭毓瑜曾經說：「具有『探索的熱情、共享的樂趣、跨領域之間的相互理解』，是跨領域的研究最動人也最有價值的地方。」這次跟隨老師們進行的專訪，心情好幾次隨著陳丕燊的講述或是驚嘆、欽佩、沈迷與激盪，這趟採訪是一次高品質的跨界對話，從中體驗到跨領域間的相互理解。

採訪／林啟屏、曾國峰
撰稿／朱先敏
編輯／林俊孝