2018年諾貝爾物理學獎》解開40年未解的物理悖論 新科諾獎得主穆胡攜手台大教授研究「類比黑洞」

2018-10-02 23:07

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法國科學家穆胡(Gérard Mourou,圖中)和加拿大科學家史崔克蘭(Donna Strickland)以「啁啾脈衝放大」獲獎。(美聯社)

法國科學家穆胡(Gérard Mourou,圖中)和加拿大科學家史崔克蘭(Donna Strickland)以「啁啾脈衝放大」獲獎。(美聯社)

2018年諾貝爾物理學獎2日在瑞典首都斯德哥爾摩揭曉,法國科學家穆胡(Gérard Mourou)以「啁啾脈衝放大」(chirped pulse amplification,CPA)技術,對雷射物理學領域做出偉大貢獻而獲頒殊榮。穆胡與台灣也頗有淵源,去年和台大教授陳丕燊提出新穎構想,希望在實驗室打造「類比黑洞」,希望能解答困擾物理學界40多年的黑洞信息遺失悖論。

霍金「黑洞蒸發」論引發正反論戰

2018年諾貝爾物理學獎得主,法國科學家穆胡(Gérard Mourou)(美聯社)
2018年諾貝爾物理學獎得主,法國科學家穆胡(Gérard Mourou)(美聯社)

台大指出,自從英國物理學大師霍金(Stephen Hawking)教授在1974年結合廣義相對論與量子場論,發現黑洞蒸發效應以來,物理學界對於黑洞蒸發是否會導致信息遺失,持續進行了正反兩面的爭論,幾乎所有當代最有影響力的理論物理學家都加入了這埸「黑洞戰爭」。信息遺失問題之所以重要,是因為它觸及了量子力學的一個基本出發點,那就是在任何一個物理的過程中,它的機率必須守恆。而黑洞蒸發理論卻似乎破壞了這條基本戒律。它暗示相對論與量子力學,這20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。

雖然這個議題如此重要,可是40年來的相關研究僅止於理論的爭辯而極少實驗進展。這主要是因為黑洞信息遺失問題的關鍵點是在黑洞蒸發的晚期、當它快要燒完的時候,而宇宙中絕大多數的黑洞都比太陽的質量還大。根據理論,這種黑洞要完全蒸發,需要10的67次方年之久,而宇宙從大霹靂到現在,才不過138億(1.38×10的10次方)年。相對於黑洞的壽命,它們都還在嬰兒期。所以即使能觀測到(例如2016年 LIGO 發現釋放重力波的黑洞),也無法確認信息遺失問題。

英國物理學大師霍金。(AP)
英國物理學大師霍金。(AP)

以超強雷射與奈米 模擬黑洞蒸發晚期

2017年1月23日,國際重量級物理學術期刊《物理論壇通訊》(Physical Review Letters) 發表了台大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」主任、物理系教授陳丕燊與穆胡共同撰寫的論文。兩位作者在文章中提出一個新穎的實驗構想,利用超強雷射及奈米技術打造「類比黑洞」,來模擬黑洞蒸發的晚期。

此實驗方法是利用超強雷射穿越電漿時,形成一面極高密度的電漿反射鏡,當雷射及電漿反射鏡逐漸進入薄膜中密度較大的「深水區」時,它們將會逐漸加速。當雷射結束薄膜穿越時,電漿反射鏡也會突然停止,就像黑洞蒸發到最後完全消失一樣。透過這項實驗,作者認為可以藉此解開「黑洞蒸發」的悖論。

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