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文/吳育慧博士 (時空研究書苑 (出版社) 負責人, 時空研究學苑出版品課程企劃總編輯)

GR20 Warsaw 會議進階地面重力波演講的現場照片

早在 ’07年剛回國的時候,我在物理雙月刊寫了兩篇重力輻射、黑洞等等的中文文章,在當時的台灣學界幾乎無人從事重力波相關的研究工作,或者應該這麼說許多學者只樂於從事替代理論、弦論,paper 好發 、好掛名、好累積點數、無法驗證對錯的領域,而台灣天文領域的學者往往覺得我們重力領域太難,他們只想知道結果、新名詞、如何國際合作、如何在完全避開理論的狀況之下使用重力理論,無批判聲音的學界裡我顯得格格不入。黑洞、重力波、蟲洞這種看似科幻小說場景裡的名詞總換來其他物理領域及大眾對我們領域的誤解與嘲笑,在強調嚴謹的科學殿堂上這些並沒有被認真的看待。謝謝 Kip 為我們 ”重力理論 (廣義相對論) ” 領域扳回一城。人因夢想而偉大。如果有一天星際效應的場景能成真,如果有一天我們人類有能力穿梭遨遊於星際之間,那是因為這群人並沒有放棄小時候的夢想,也沒有放棄對重力領域的熱情。

 在這篇文章裡,我打算為自己 ”重力理論 (廣義相對論)” 這個領域平反,這一次愛因斯坦又對了,而且這次是經過諾貝爾獎的認證與洗禮了。而或者我應該這麼說,絕大多數情況下其實使用廣義相對論就夠了,不必再費心引進 free parameter,製造堆積如山的 papers 了。幾年前我演講時總喜歡提到 LIGO 與 LISA 等重力波探測的好處之一是幫我們殺掉許多替代理論, 是的,如果一個理論無法被實驗驗證,我一點也不想花時間在這上面做研究。

首先,讓我們思考一個問題,為什麼量子力學相關的直接實驗驗證能製造出一堆諾貝爾獎得主,反觀咱們重力領域,直接被驗證的廣義相對論實驗百年來卻只有兩個。

一、廣義相對論的實驗非常困難,重力效應非常的小精確度要求高,如 GPB 是在太空中,燒錢不能燒第二遍,而LIGO 前幾次的 scientific run noise 都很大,幾年前大家都不看好 LIGO, 近年才終於有所突破。

二、經費困難。沒有錢,實驗早計劃也都設計好了,卻遲遲無法進行,拖個幾十年,主要計劃的科學家還沒拿到諾貝爾前就已經離世了。這次 Drever 本來也應該得到諾貝爾獎,卻於今年三月去世。清大倪維斗教授 (他也是 Kip 的學生) 本來是台灣唯一有做重力波實驗的實驗室,不過他在我唸研究所時退休。

三、廣義相對論的數學基礎非一般領域學者可以輕易入門,如果你想寫數值重力的 code, 那麼建議你最好先把 Post Newtonian 那一套先推導過,微分幾何的知識也絕不能少。Kip 除了推動LIGO 計劃之外,最重要的是他推動了許多重力波的理論計算與數值模擬,沒有理論計算,你能知道你在觀察什麼嗎? 沒有理論計算你能確定那是黑洞而不是芭樂、蘋果? 重力理論的團隊一般都不搞掛名,貿然跳進這個領域可能無法累積你的點數與名聲。愛因斯坦方程是高度非線性,光是線性的就很難算了,更何況是高度非線性。觀測固然重要,但沒有理論計算、數值模擬的確認,你會相信實驗的結果嗎?

所以實驗難、理論難、經費難,百年來才兩個這當然不令人意外。

再來,接下來我要講我的重點,為什麼這次的諾貝爾物理獎的1/4 被咱們做「重力理論 (再次強調,是廣義相對論而非其他理論)」的個人拿走了, 而非辛苦做觀測的整個 LIGO 或 VIRGO 團隊, 2017/10/3是百年以來第一次做重力理論 (廣義相對論) 的學者因直接驗證了重力波存在而獲得諾貝爾獎,要知道當年連愛因斯坦都不曾因為他的狹義相對論而得獎。雖然這樣的結果同屬廣義相對論領域的同事們都不會感到意外, 但這個結果讓長期遊說台灣學界重視我們 「重力理論 (廣義相對論)」 及其可能發展的我興奮不已。

2011 年GPB 的 press conference 之後,第一次確認了廣義相對論的兩個效應,當時我在中研院給了第一個關於GPB 的學術演講,其實關於實驗的演講實在不該由我來講,但我一位跟我一樣也是從英國回來做重力波觀測數據分析的學弟卻選擇不待學界,除了 GPB 之外,那次演講的主要目的就是叫大家重視重力波天文學的時代來臨,在台灣我們可以發展怎麼樣的研究項目。

在實驗與理論壁壘分明的台灣,實驗的學者通常不願意理解理論,而理論的學者也通常不願意去了解實驗如何設計, 實驗的覺得我們理論沒有用,天馬行空,而我們理論的往往覺得做實驗很蠢、浪費時間。理論與實驗互相瞧不起彼此。台灣學術界養成的是人脈網路與聽話的子弟兵,能夠共事且不找麻煩的同事,不在乎彼此是否能夠合作解決一個大問題,不在乎培養了什麼能力,隨便網路文章找來的方程式就想直接套用在黑洞軌道的計算卻不願意自己做完整計算或花時間去了解理論,沒有自我批判能力,只想感恩 seafood,只想快速累積 papers。

相反的,在國外,我們做理論的要義務幫實驗的 defense, fight for scientific budget。而做實驗的在經費上也能與做理論的共享。做理論的也能理解實驗的設計,做實驗數據分析的也通常有基礎的廣義相對論背景知識,而且能夠互相批判,互相指出彼此的盲點, LIGO 與 VIRGO 團隊全世界這麼多人, 但科學不是民主政治,也不是慈善事業,不是與人為善製造一片祥和沒有問題的假象,這個領域裡向來只有權威,比較的是對錯,追求的是真理。

今年的二月我們時空研究書苑舉辦了一場聶斯特教授的科普講座: 探索重力波,而其實我在一年前的一月底我也曾邀請過聶斯特教授來我們時空研究書苑演講,在那個時間點,剛從對岸回來一起參與演講的學弟就已經 rumor 說 LIGO 即將宣告測得重力波,果然於二月 LIGO 隨即宣告測得重力波。

今年二月聶斯特教授於時空研究書苑的科普講座: 探索重力波

接下來這個世代仍舊會是重力波天文學的世代,這一次只不過是拉開了序幕,但我們準備好迎接這樣的世代了嗎? 為什麼你該花時間學的是廣義相對論而非其他替代理論?

問題在於人,在台灣我們能夠從事這個領域的人才在哪裡? 研究不是政府砸了大錢讓學者可以搞搞國際掛名甘願當個小螺絲釘讓台灣沾點光而已,重力波天文學也絕不是如同以光學、X-ray、電磁學原理的望遠鏡讓你大概知道你量測的是黑洞還是中子星而已,重力波天文學完全是直接的,甚至可以溯源至宇宙未放光的部份,這直接的部分卻是來自於對理論的了解與數值相對論的嚴謹驗證, 我完全無法接受那種沒有 go through廣義相對論理論,不知道廣義相對論如何計算,卻能隨便從書本找個方程式套用,宣稱也是在做重力波研究、數值分析這樣的事情 (所有小朋友應該都不會相信,當然referee 更是不能接受), 而我也完全無法接受那種只做做重力波邊緣實驗,甘心當個小螺絲釘,卻不能也無力解說廣義相對論的大圖像這種事,所以台灣學界重視了我們理論人才的培養了嗎? 台灣學界能理解無理論人才的嚴重性嗎?
謝謝! 我寫這篇文章的目的完全不是要向政府要研究經費,近年來本公司拒絕任何政府相關的合作案與補助案,在台中我自己的種子我自己培養,自己的經費自己賺,自己的學問自己傳承,自己的研究項目自己發展,幾年後,在eLISA上太空之前,我會全力啟動我的秘密基地。而未來相關的任何智慧財產權 IP 輸出煩請政府相關單位依照本公司IP授權金規定來處理。
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