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標  題: Fw: [閒聊] TED 演講: 為何我們的宇宙適合生命存在
發信站: 批踢踢實業 (2012/04/27 Fri 21:41:10)

※ [本文轉錄自 Physics 看板 #1Fc58lkD ]

作者: spicysugar (oghh b hkup gtlisj) 看板: Physics
標題: [閒聊] TED 演講: 為何我們的宇宙適合生命存在
時間: Thu Apr 26 03:36:12 2012

各位好，簡單自我介紹一下: 我對天文、宇宙學的認識充其量只能說對
這領域的科普文章、新知有點興趣，偶爾會注意一下這方面的訊息。

前幾天剛好看到 TED 的一個演講，主講人是 Brian Greene
題目是: Why is our universe fine-tuned for life?

http://www.youtube.com/watch?v=bf7BXwVeyWw

他的內容分三個部份，第一部份是發現宇宙加速膨脹的現象，現在以暗能量來解釋
加速膨脹，但是卻無法解釋為什麼測量到的暗能量的量是那個特定的數值。

第二個部份他用弦論，對於為什麼暗能量會是測到的那個數字做解答，同時也因為
弦論，帶入了多重宇宙存在的可能。

第三部份他用暴脹理論(inflationary theory)將所有片段串聯在一起。

從這三部份的摘要似乎看不出來跟題目的關係，不過他會在演講內容中解答。

因為我只是偶爾接收一些科普的資訊，不太能分辨到底演講中他的說法是屬於
這領域中的主流方向，還是冷門不受重視的說法，所以有點好奇這場演說的內容
在各位專業的眼中，有什麼樣的想法?

當然他自己也提到多重宇宙的說法具爭議性，那各位可以分享一下反對方的論點嗎?

我把這場演講幾乎逐字的翻成中文，一個原因是剛好在準備英文考試當練習，
另一方面我也把這分享到我的臉書上，期待可能有好友對這些有興趣，翻成中文
加速資訊流通，不過似乎效果不大...哈哈!
希望在這裡可以聽到各位的意見~

我有略掉一些自認為不影響資訊正確性的內容，總共應該不超過十句。
(不包含他的一個笑話)
有些翻譯的不太通順英式中文，而且應該很多地方的物理用詞不適當或是根本就翻錯了
如果可以的話，也希望不吝指教!!
以下貼上我的翻譯內容，有標示對應的時間方便對照。

======

00:17-00:54
前幾個月諾貝爾物理獎頒給兩個天文學家團隊，他們的發現被視為是天文觀測有史以來最
重要的。
簡單介紹他們的發現後，我要用備受爭議的論點來解釋他們的發現，
就是在地球以外，銀河和其他遙遠星系之外，會發現我們的宇宙不是唯一的宇宙，
而是稱為多重宇宙的其中一個。

00:55-01:45
多重宇宙multiverse的概念很奇怪，我們大多是被教育universe這個字的意思就是"所有
東西"。
(笑話略)
去想像一個跟我們不一樣領域、從本質上就有不同特徵的東西聲稱"他們的宇宙"，是很奇
怪的!
但是我正要說服各位，我們要認真看待這件事，因為這可能是對的，是有理由的。

00:46-02:14
我要分三部份來說這個多重宇宙的故事。
第一部份，我要敘述這個諾貝爾獎的發現，並強調他們的這個發現所揭露出神祕的現象。
第二部份，我根據弦論對這個神秘的現象提出一個解答。而弦論也正好可以把多重宇宙帶
進我的故事裡。
第三部份，我會敘述一個宇宙學的理論，inflation，它會把這個故事所有片段拼湊在一
起。

02:15-02:59
第一部份
早在1929年，偉大的天文學家哈伯，發現遙遠的星系都在遠離我們，奠定了宇宙在擴張的
說法。
這是革命性的說法，它戰勝了傳統的想法，在最大的尺度下，宇宙是靜止的。
即使如此，當時有件事是所有人都確定的: 擴張的速度肯定是越來越慢。
就像地球的重力往下拉讓往上拋的蘋果上升速度減慢，每個星系間的重力互相拉扯一定會
讓空間擴張速率變慢。

03:00-03:59
然後我們快轉到1990年代
在開頭提到的那兩組天文學家團隊，受到這個說法的啟發，他們開始測量擴張速率是否在
減慢。
他們的作法是觀測許多遙遠的星系，讓他們可以做出數據表格看擴張速率隨著時間有怎樣
的變化。
讓人驚奇的是，他們發現擴張沒有減慢，反而越來越快，就像把蘋果往上丟，結果它往上
衝的越來越快。

如果看到蘋果這樣飛，你會想知道為什麼? 是什麼東西在推它?
他們的發現毫無疑問地值得獲得諾貝爾獎，但他們提出了類似的疑問:
是什麼力量使得所有星系遠離彼此的速率越來越快?

04:00-05:00
最有力的答案來自愛因斯坦過去的一個想法。
我們一向習慣重力只做一件事: 把東西拉靠近在一起。
但愛因斯坦的重力理論，他的廣義相對論，重力也可以把東西分開來。怎麼辦到的?

根據愛因斯坦的數學式，如果空間中規律一致地充滿著看不見的能量，像是規則無形的迷
霧，
而由這種迷霧產生的重力就會有斥力，有排斥力的重力。
這正好可以用來解釋觀測到的結果，因為這種有斥力的重力，在空間中看不見的能量，我
們現在稱之為暗能量，
造成每個星系互相推擠對方，造成擴張加速，而不是減慢。
這樣的解釋是很大的進展。

05:01-06:17
但在第一部份，我說過要告訴你們一個神祕的現象。
當天文學家測出在空間中要有多少暗能量才會造成這種宇宙加速擴張的現象，那個數值是
0000000000000000000000000000000
 0000000000000000000000000000000
 0000000000000000000000000000000
 00000000000000000000000000000138
這是不可思議小的數值!
神祕的地方是為了要解釋這個特別的數值，我們希望它出現在物理的法則中，
但是到目前為止，沒有人想到該怎麼做。

你可能會想: 需要去在意它嗎? 或許解釋這個數字只是技術上的問題、細節的東西、專家
才會在意的...根本沒人在意。

確實這是技術上的細節，但有些細節真的很重要。
有些細節就是通向現實中未知領域的一扇窗，而這個數字或許就是那扇窗!
目前唯一的解釋方向，開啟了存在著其他宇宙的可能。

06:25-07:50
第二部份，弦論
現在把這個數字放在腦袋裡，我來告訴你弦論的三個關鍵內容。

首先，它是一種途徑，用來理解愛因斯坦的夢想: 物理學大一統理論，一種可以描述在宇
宙中所有作用力的理論。
弦論的中心思想很直覺，它說如果你可以非常細微的觀察物質，你會看見原子、電子、次
原子粒子。
如果你可以用比現存科技更細微的觀察，可以在這些粒子裡面發現一些東西，在震動的絲
狀物，在震動的弦。
就像小提琴的弦，不同的震動模式產生不同的音符；這些弦不同的震動模式會產生不一樣
的粒子，電子、夸克、中子...
等等各種不同的粒子都可以整合在相同的架構下，因為它們都是由震動的弦產生的。

這是很引人入勝的，在我們週遭所有事物都是由這小小的弦演奏出來的，就像是宇宙的交
響樂。

但這美妙的一致性是要付出代價的。

07:51-08:55
多年的研究顯示弦論的數學式不太好用，因為它存在著內在的不一致。
除非，我們允許我們完全不熟悉的東西存在: 空間的多維度。

我們熟悉的三度空間，長、寬、高。
但弦論說，在極小的尺度下，有額外的維度，擠得很小很小，小到我們偵測不到。
但即使這些維度觀察不到，它們還是會對我們可以觀察到的東西造成影響，
因為這些額外維度的形狀限制了弦的震動模式，
而弦論說震動決定了所有的東西，粒子質量、力的強度，
最重要的: 暗能量的數量會是由額外維度的形狀決定的。
所以如果我們知道額外維度的形狀，就可以根據形狀去算出有多少維度，就可以算出暗能
量的數量。

08:56-10:11
但問題是我們不知道額外維度的形狀。我們只有一個清單，列出數學式允許的可能的形狀
。

當這個概念剛開始發展的時候，只有約五種不同的可能形狀，所以就一個一個分析，看是
不是跟實際觀測到的現象吻合。
但隨著時間進展，越來越多研究發現更多可能的形狀，清單數量從五個變成數百個、數千
個!
雖然多，不過還可以處理，畢竟...滿地大學生總是要給他們一點事情做。

但清單持續長大，數百萬、數十億，直到今天，清單上可能的形狀多達十的五百次方個。
所以...怎麼辦?

一些研究員沒耐心了，下結論認為弦論的額外維度有這麼多種可能的形狀，每個形狀產生
不同的物理特性，
弦論永遠不可能做出有限的可驗證的預測。

但其他人，把這問題轉向源頭，把我們帶向多重宇宙的可能。

10:12-11:12
他們是這樣認為的: 或許每一種形狀彼此都有同等的地位，都是一樣真的存在，
也就是，存在著許多宇宙，每一個宇宙都對應一種額外維度的形狀。

這種激進的想法，對這個由諾貝爾獎的發現所揭露出的神秘的現象---暗能量的數量---有
很深刻的影響。

如果真的存在其他的宇宙，而這些其他的宇宙他們的額外維度都對應一種形狀，那麼每個
宇宙的物理特性就會不同，
並且每個宇宙的暗能量數量也就會不同。


(Which means the mystery of explaining the amount of dark energy we now
measure would take on a wholly different character in the context.)
這意味著，解釋我們測量到的暗能量的數量之謎，將採取完全不同的說法。
物理的法則沒辦法解釋暗能量的數量這一個數字，因為不只有一個數字，而是有很多個數
字。

也就是，我們問錯問題了。

11:13-12:18
正確的問題應該是:
為什麼人類是生存在這個宇宙---擁有這特定數量的暗能量的宇宙，而不是其他那些可能
的宇宙?

這才是我們可以找到答案的問題。
那些擁有比我們多更多暗能量的宇宙，每當物質聚在一起要形成星系時，暗能量強大的斥
力把那些物質都衝散了，而星系無法成型；
而那些擁有比較少暗能量的宇宙，因為物質塌陷的太快了，也是無法形成星系。

沒有星系就沒有恆星，就沒有行星，像我們這樣類型的生命也就沒有機會存在在那些其他
的宇宙。
所以我們會存在這擁有特定數量暗能量的宇宙，純粹是因為這個宇宙提供了適合我們這類
型生命居住的條件。

這就是解答，神秘的現象解決了，而也發現了多重宇宙。

12:19-14:09
有些人並不滿意這種解釋，我們習慣物理可以給觀測到的現象一個明確的解釋。
但重點是，如果你觀察到的現象有可能把我們領向存在多種不同價值的現實世界、多種不
同可能性的現實世界，
但卻在鑽研找出一個特定現象的解釋，這樣已經是誤導了。

一個早期的例子，偉大的天文學家克普勒，他執著於為什麼太陽距離地球9,300萬英哩，
花了數十年想解釋但他沒有成功。
我們知道為什麼，因為他問錯問題了!

我們現在知道各個行星距離所環繞的恆星有各種長短不一的距離。
所以希望要從物理的法則中找出一個特定的距離---9,300萬英哩---這根本是找錯方向了!

所以對的問題應該是: 為什麼人類生存在這個行星---距離太陽特定距離的行星，而不是
其他可能的行星。

再一次的，這才是我們可以回答的問題:
那些距離像太陽這種恆星太近的行星太熱了，我們這種型態的生命沒辦法生存；
那些距離恆星太遠的行星就太冷了，我們這種型態的生命也沒辦法忍受。
所以我們存在於這特定距離的行星純粹是因為這樣的條件符合我們這種型態的生命。

當說到行星和它們之間的距離，這明顯就是合理的解釋。

14:10-14:44
而重點，當說到宇宙之間以及它們擁有的暗能量，這或許也是合理的解釋。

當然，一個關鍵的差異是，我們知道確實有其他行星存在，
但到目前為止我只能根據可能性來推測可能有其他宇宙存在。
所以為了把這些拼湊在一塊，我們需要一種機制可以實際產生出其他的宇宙。
這帶到我的第三部份。

這種機制在宇宙學家嘗試理解大霹靂的過程中，已經被發現了。

14:45-16:39
說到大霹靂，我們通常的印象是一個宇宙爆炸把空間往外展開，產生宇宙。
但這有一個小祕密，大霹靂(the Big Bang)有個很重要的一點，爆炸(the Bang)。
它告訴我們爆炸之後宇宙如何形成，但卻完全沒提到是什麼驅動了爆炸。

這個缺口終於被加強版的大霹靂理論填補了，它被稱為 Inflationary Cosmology(暴脹宇
宙學)。
它說想像一種特別的燃料，會自然產生向外衝的力量，是由量子場驅動的。
對我們來說重要的是，這種燃料被證實非常有效率，而幾乎不可能被用光。

也就是在暴脹理論中，產生我們這個宇宙的大霹靂很可能不是單一事件。
而是這種燃料不只驅動了我們的大霹靂，也產生了無數其他的大霹靂。
每個大霹靂產生一個宇宙泡泡，而我們的宇宙泡泡就是宇宙泡泡海中的其中一個。

現在我們將弦論與這些宇宙泡泡結合在一起，想像一下:
每一個宇宙有各自的額外維度，額外維度各有對應不同的形狀，不同的形狀造成不同的物
理特性，
然後會發現我們存在於這個宇宙而不是別宇宙的，純粹是因為這裡的
物理特性---例如暗能量的數量---適合我們這種類型的生命存活。

藉著劃世代的理論和觀測，這引人入勝卻又具爭議性的想像，確實值得認真的考慮。

16:40-17:49
當然，剩下一個大問題:
我們有沒有可能確認其他宇宙的存在?

讓我用這樣來解釋，或許將來有可能發生:
暴脹理論已經有很直接的觀測結果佐證，理論預測大霹靂的強度之大，
空間快速膨脹的時候，微小尺度的量子抖動會延伸到大尺度的世界，
產生獨特的「指紋」---空間中有些地方較熱有些地方較冷的模式。
而功率強大的天文望遠鏡已經觀測到這樣的模式。

更進一步，如果真的有其他的宇宙，理論預測每隔一段時間這些宇宙會碰撞在一起。
如果我們的宇宙被另一個宇宙撞上，這個撞擊會產生微妙的溫度差異模式散佈在空間中，
或許有天可以偵測得到。
儘管這聽起來很奇妙，或許有一天，這就成了其他宇宙確實存在的最有力的觀測證據

17:50-20:20
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far
future
(我用以上這些概念引人注目的涵義來為遙遠的將來下結論: 翻不出來..)
我們藉著觀察遙遠星系朝著我們來的星光，瞭解了宇宙不是靜止的，是在膨脹的，膨脹在
加速，而且可能有其他的宇宙。

(***這一段修正，翻錯了!!
但因為膨脹在加速，很久很久以後的未來，那些星系遠離我們又快又遠，因為物理限制無
法跑的比光快，我們再也無法看見它們。
更正如下，附上原文。)

但因為膨脹在加速，很久很久以後的未來，那些星系遠離我們又快又遠，
我們再也無法看見它們，
不是因為技術的限制，而是因為物理的法則，
那些星系發出的光即使以最快的速度前進---光的速度，
也無法穿越跟我們之間持續擴張的距離。
But because the expansion is speeding up, in the very far future,
those galaxies will rush away so far and so fast that
we won't be able to see them.
Not because of the technological limitations,
but because of the laws of physics.
The light those galaxies emit even traveling at the fastest speed, the speed
of light, will not be able to overcome the ever widening gulf between us.

所以遙遠的未來的天文學家，看著無垠的太空，除了一片漆黑寂靜，什麼都看不見。

他們因此下結論，宇宙是靜止不變的，其中只存在著他們居住的那塊綠洲；
而我們現在一向認知的宇宙...到了那時都是錯的。

或許他們會有我們這一代流傳下的紀錄，膨脹的宇宙、充滿星系的宇宙...
但未來的天文學家會相信這種古早的知識，還是會相信空洞、漆黑、靜止、他們自己觀測
到的宇宙?
我想他們選擇後者。

也就是我們正活在一個獨特的年代，一個滿足人類探索的欲望，仍有機會揭開宇宙真相的
年代。因為看起來以後就不一定了。
今天的天文學家只要把望遠鏡往天空一轉，就能獲得一手赤裸裸的資訊，就像宇宙電報一
樣。
數十億年的傳遞，其中迴響著的訊息非常明顯:
有時候大自然以她堅不可摧的物理法則守護著其中的秘密，
有時候現實的真實樣貌就在地平線那端招手。

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→ spicysugar:的意思。                                             04/27 02:07

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※ 轉錄者: spicysugar (114.25.181.78), 時間: 04/27/2012 21:39:32
※ 編輯: spicysugar      來自: 114.25.181.78        (04/27 21:41)