穿梭超時空

出版緣起：開創科學新視野∕何飛鵬
導讀：人文關懷多於科幻情節∕高文芳 （交通大學物理所教授）
作者序：簡化自然律

※ 第一部 進入第五次元 ※

第一章 超越時空的世界
第二章 數學家和神幻術士
第三章 能夠「看到」第四次元的人
第四章 光的祕密：第五次元的振動

※ 第二部 在十次元統一 ※

第五章 量子異端
第六章 愛因斯坦的復仇
第七章 超弦
第八章 來自十次元的蛛絲馬跡
第九章 創世之前

※ 第三部 蟲洞：進入另一個宇宙的通道 ※

第十章 黑洞與平行宇宙
第十一章 建造時間機器
第十二章 碰撞宇宙

※ 第四部 超空間的主宰 ※

第十三章 未來之外
第十四章 宇宙的命運
第十五章 結語

導讀

◆人文關懷多於科幻情節◇高文芳

　　◆當代物理進程盡收眼底◇

　　在頗受歡迎的電視影集《銀河飛龍第二代》（Star Trek：Next Generation）裡，面對著不可知的未來，船長皮卡率領企業號星艦所有成員，勇敢地深入人跡未至的宇宙邊荒，探索宇宙造物主的意圖與心思。

　　從某個角度來看，企業號的任務和多數物理學家所投身的工作，有頗多雷同之處。企業號經常出入宇宙深空，不時要面對諸如黑洞、蟲洞、星際旅行、時光隧道之類的科幻情節，處處撼動觀眾一顆顆欲神遊宇宙太虛的心緒。

　　當你把心思流駐於這本著作時，可能會懷疑，這本書講的到底是物理還是科幻情節？要不然怎麼會通篇首尾，俯拾可見諸如黑洞、蟲洞、星際旅行、時光隧道之類的字眼，所差者僅是作者意圖解釋清楚，反覆舉例而已。唯恐說理不清，作者竟然還把這些科幻情節的歷史淵源詳細交代，又將歷代大物理學家及大數學家悉數請出，為他的論述佐證。尤有甚者，作者似乎怕讀者無法吸收他想傳達的理念，對單一新鮮事物，竟然不惜篇幅，從不同角度，以他認為讀者可以理解的圖解或例說，反覆陳述。

　　儘管如此，這些角度不同的切入方式，讀來仍然趣味十足。總而言之，要不是有人告訴讀者，這本書是不折不扣的科普推廣書籍，通篇讀來簡直就活脫是一本煽情的科幻小說，更像是科幻影集的導讀或是科幻名詞的說文解字。

　　讀者會有這種感覺，一點都不意外。原因是理論高能物理是物理學非常活躍的一支，近年來的發展，連投身其中的諾貝爾物理獎得主（一九七九）溫伯格都曾感言：理論物理的研究已經越來越像科幻小說了。其實另外一個原因是，科幻小說的情節在熱衷科普教育的物理學者的推波助瀾下，已經越來越接近我們對真實宇宙和物理理論的認知。

　　換句話說，只要說理明確，便能將理論物理學家致力研究的宇宙的內涵，轉化為精采刺激的文字，而能夠與科幻影片平起平坐。其中任教於紐約市大學（City University of New York，CUNY）物理系，從事理論物理研究工作的加來道雄教授，就是箇中好手。

　　加來先生在弦論相關領域的研究工作上，有相當的知名度。除了著作等身之外，還寫了幾本頗受歡迎的研究所教科書。他也在紐約市的一個電台，主持一個全美播放的現場扣應科普教育節目，廣受歡迎。他也自承，這個節目讓他有機會訪問到物理界及其他領域的學界領柚，進而豐富了他好幾本叫好又叫座的科普讀物的可看性。

　　根據他自己的說法，他從小就很喜歡看一些科幻小說及節目，然而對坊間科幻著作說理不清的失望，促使他立志從事理論物理的研究，希望深入理解諸如星際旅行、時光隧道之類的理論機制，以補當時科幻小說的不足。作者並誓言有生之年，一定要寫一些讓一般高中生都能輕鬆上手的科普書籍。從這個角度來看，我認為這本談論超空間（hyerspace）的著作，確實是一時之選。

　　這篇短文雖然名為導讀，其實原書敘理甚明，而且第一章就把全書的脈絡交代清楚，讀者只要耐心看完第一章，就可以掌握當代物理的精髓。

　　◆解放人類的三次元思維◇

　　超空間指的是比我們直覺與感官所能理解的三次元（維）空間，更高次元的抽象空間。但是，由於相對論的成功受到大部分物理學家的支持，有時候作者指的超空間是指較四次元時空更高次元的空間。

　　大數學家黎曼（Rieman）於一八五四年在哥廷根大學的一場演講，首度將人類的思維從三次元的直覺世界，帶入色彩繽紛的高次元抽象世界。這一場對人類思維的解放革命，影響後世甚鉅。作者即依此鋪陳了這本著作所要介紹的八○年代物理革命。正如文中所述：

　　▲二千年來，沒有人能夠質疑動搖的希臘古典幾何學也為之徹底撼動。……在他演說之後的三十年內，「神秘的第二次元」將會影影歐洲的藝術、哲學與文學的進展。在黎曼演說之後的六十年內，愛因斯坦將會使用第四次元的黎曼幾何學，來解釋宇宙的起源與演化。在他演講之後的一百三十年，物理學家將試圖以十次元幾何學，統整所有的物理宇宙定律。△

　　其中「六十年內」指的是愛因斯坦於一九一六年發表的廣義相對論；而「在他演講之後的一百三十年」指的是一九八四年敗部復活，只能存活於十次元超空間的超弦理論。

　　由於目前硬果僅存的超弦理論，是唯一可以合理統一自然界四大作用力（即重力、電磁力、強作用力及弱作用力）的理論。加上它的合理性或自洽（self-consistent）必須建立在十次元超空間的基礎上，否則無法成立，和弦論超乎尋常的完美特質等原因，震撼了物理界及數學界，促使理論高能物理學界正視高次元空間存在的可能性，並進而探討它在宇宙演化過程中，甚至生命與文明是否能夠永續存活等議題上所扮演的角色。

　　作者藉著超空間如果存在，它可能造成的種種只能見諸於科幻小說的奇妙現象為軸，詳述了高次元空間這種觀念的形成、演變，同時也描述了它如何突破保守世代的壓力，進而一統天下（至少對為數頗眾的一大群理論物理學家而言），這段期間可歌可泣的物理史詩。

　　◆逃脫滅絕的危機◇

　　當然，正如《銀河飛龍》劇情的重點不是在科技的展現，而是藉由人類面對前所未有的挑戰與考驗，探討人類文明的弱點，以及應否，甚至如何調適時代的改變，使人類文明得以永續存活。作者也在字裡行間時時關心地球文明在大宇宙的演化過程，和可能遭遇到的劫數與災難。他所流露的殷殷之情，和《銀河飛龍》一樣，對人文的關懷遠甚於科幻情節。

　　作者將人類文明程度依其所能掌控的能源分成三類：第一類文明能掌控所在行星的能源；第二類文明能掌控所在恆星的能源；第三類文明能掌控所在星系的能源。是故人類文明還處於第零類的落後階段。作者更進一步預估，人類或能在一百年內躍身為第一類文明，並開始在太陽系殖民。進入第二類文明可能要一千年，這時候人類已經可以操控重力場，隨意扭曲空間並利用蟲洞進行星際旅行，最後人類可能要經過數千年的努力，才有能力掌控整個銀河系的能量並隨意操控高次元空間。

　　作者同時也指出，生存於地球上，物種會面臨到種種劫數，有些可以預知，有些則否。比方說，地球可能每二千六百萬年會發生一次大滅絕；太陽會在五十億年後死亡；整個宇宙可能會在千百億年之後，不是熱死便是冷死；到處流竄的小行星可能會突然地闖入地球；太陽鄰近的恆星死亡形成超新星而毀掉整個太陽系；銀河系和別的星系發生碰撞而毀掉整個銀河系等等。而處於文明相當落後，文化相對野蠻的現代人類，由於物質文明的發生遠遠超前文化演進，而讓自己陷於核戰與生態雙重危機裡，而隨時瀕臨滅絕的可能。作者更相信地球上的文明已經因為核戰或生態危機而滅絕、輪迴了好幾回，才輪到人類在這裡為了生存與時間競賽。

　　如果我們對物理的認知大體上無誤，我們的確是在和時間競賽。那麼如何消弭人類彼此間的互相猜疑和仇恨，及時進入第二類文明，以便有足夠的能力應付大部分演化過程中可能遇到的危機，真的值得全人類細細思量。

▲（本文作者為交大物理所教授）△