科學人雜誌 11月號/2022：黑洞、蟲洞、量子纏結- TAAZE 讀冊生活

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科學人雜誌 11月號/2022：黑洞、蟲洞、量子纏結

科學人雜誌 11月號/2022：黑洞、蟲洞、量子纏結

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出版社：遠流出版事業股份有限公司科學人雜誌社出版日期：2022-11-01條碼：471902500607711

語言：繁體中文裝訂方式：平裝

類別：中文雜誌>科學科技>自然科學類別有誤？

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黑洞、蟲洞、量子纏結

撰文／阿姆黑利（Ahmed Almheiri）、繪圖／坎貝爾（Harry Campbell）、翻譯／高涌泉

自1974年以來，理論物理學長期籠罩在危機當中，原因是霍金（Stephen Hawking）在那年提出了一個論證，認為黑洞會摧毀資訊。霍金證明黑洞會蒸發，而逐漸把自身與它所吞食的任何東西轉變成一團沒有特徵的輻射。很明顯地，如此一來，就喪失「什麼東西墜入黑洞」的資訊，違背了一項神聖的物理原理。過去45 年間，物理學家一直沒能解決這個問題。但是到了2019 年，我所參與的研究團隊開始拼湊出一個解答。這個答案的基礎是一種對於時空的新理解，以及時空如何透過量子纏結可以重新串連起來，由此產生了一個新點子：黑洞內的某一部份，我們團隊稱之為「島」（island），能秘密地連結到黑洞之外。若要理解我們團隊如何得到這些新點子，就必須從黑洞的本質開始說明。

宇宙單行道
想從黑洞內跑出來似乎是一件完全不可能的事；事實上，我們正是用這件不可能的事來定義黑洞。當足夠多的物質局限在足夠小的區域之內，使得時空在一個狂暴的回饋迴路（一連串的擠壓又繃拉）中塌陷下來，黑洞就形成了。潮汐力在有限的時間內，變成為無窮大，意味著在所謂的黑洞奇異點（singularity，即時間停止、空間失去意義的地方），整個時空區域會突然中斷。在崩塌的區域中，有個細微的界線，區隔了能夠逃離與無法回頭的區域。這個界線就稱為事件視界（eventhorizon），是光線幾乎可以避免掉入奇異點最外圍的時空點。只要沒有超光速運動（這在物理學上不可能發生），任何東西都不能從事件視界內逃離出來，黑洞內的東西就永遠停留在黑洞裡。這個邊界的單行道本質並不會立即造成問題，其實它正是廣義相對論的一項堅實預測。但是當廣義相對論遇上奇異的量子力學，危機就來了。

無中生有的粒子
量子理論讓天生就具有貪婪怪物形象的黑洞獲得了救贖：黑洞所吞食進來的一切能量，終究會以霍金輻射（Hawking radiation）的形式又吐出來──霍金輻射即是從事件視界附近的真空所榨取出來的能量。
無中生有的想法聽起來很荒謬。但是荒謬還不是對於量子力學最糟糕的控訴。量子理論中的真空其實並非真的空無一物，反而是充滿了粒子，例如光子、電子、重力子，但是它們聯合起來讓我們感覺真空真的是空無一物。這些粒子很仔細地兩兩配對起來，合作無間像是把時空聚在一起的膠。
如果有一對粒子，一個在內、一個在外，跨越了某個黑洞的事件視界，而兩個粒子後來永遠地分離開來。它們沿著相反方向離開事件視界，其中一個粒子將撞上奇異點，另一個粒子則以霍金輻射的形式擺脫黑洞的重力逃離出來。這個過程會逐漸抽走黑洞的能量，讓黑洞以發出粒子的方式丟失能量，以致於變得越來越輕、越來越小。能量守恆定律告訴我們，被困在黑洞內部的粒子必定帶有負能量，方能使得黑洞的總能量變小。......

作者簡介：

一個充滿活力希望的科學社群
一個數位多元的科學通識平台
一份知識家庭必備的科普雜誌

《科學人》雜誌中文版2002年創刊，將國際與台灣一流科學家的研究成果率先報導，提供您最即時、深入、全面的科學資訊。每月閱讀《科學人》雜誌可以讓您在最短時間就能精確掌握全球科學發展，科技產業趨勢及進步脈動，在閱讀的過程中與世界頂尖科學家同步思考，並且迅速與世界接軌。在知識經濟的時代，《科學人》雜誌是家庭、學校、個人的必備讀物。

各界推薦

特別收錄 / 編輯的話：

AI也來寫論文

文／林一平

有關「論文」的新聞，這幾個月鬧得沸沸揚揚。學位論文是一回事，一篇論文有多少文字與他人雷同又是一回事。在學術界，學者發表的研究論文其中也「大有學問」，值得一提。

本期〈學術論文第一作者是AI？〉的作者對人工智慧（AI）深度演算法GPT-3 下了個指令，「它」就寫出一篇科學論文，文章投稿到期刊，GPT-3 可以掛名第一作者嗎？早在2009 年3月，陽中清交四校在陽明山舉辦「研究倫理修習營」，我受邀演講，主題就是關於電腦寫論文的爭議。

最近幾年，學者的研究成果被一些指標，例如SCI（科學引用索引）、IF（影響因數）給極端量化，加諸於教授的升等，是台灣學術界一大問題，也影響研究倫理。關於如何造假、增加量化數據，我在演講中提到一個極端例子：就在2009 年之前，美國麻省理工學院（MIT）的幾名學生就寫了一套能自動產生論文的程式，這些學生還開玩笑地把自動產生的論文投稿到一個「大拜拜」的國際會議，竟然也被接受。這套程式後來公開在網路上，只要輸入自己的名字，瞬間就能產生一篇論文。

我用這工具產生了一篇論文，我和愛因斯坦為共同作者（我還禮讓愛因斯坦為第一作者），文圖並茂，論理深奧（亂數產生的句子，也沒幾個人看得懂）。我當場展示了這篇論文，由於與會者多是生物、醫學或哲學教授，不知資訊領域的專家本事通天，能叫電腦自動寫論文，不禁嘖嘖稱奇。法律系教授則忙著解說，自動產生的論文智財權該歸屬何人。

時至今日，AI 演算法更厲害了。曹雪芹《紅樓夢》裡有十二曲，用以敘述賈府人物：當我們讀「恨無常」，知道敘述的人物是元春，「喜冤家」是迎春，「分骨肉」是探春，而「虛花悟」則是惜春。我正在設計一個深度學習程式，可以自動寫出像這十二曲一樣，反映出人物特質的詩。

英國作家歐威爾在其巨著《1984 》提到如何偽造人物、竄改歷史：「的確，沒有像奧格利維同志這樣的人，只經過幾行印刷文字和幾張偽造的照片，很快就會讓他活了過來⋯⋯奧格利維同志，他從來就不存在，現在卻能存在於過去，當偽造行為被遺忘時，他將像查理曼大帝或凱撒大帝一樣真實地存在，並且有同樣的證據。」未來的網路世界將真假莫辨。

本期還有許多好文章，例如〈黑洞、蟲洞、量子纏結〉、〈南丁格爾的資料革命〉，我以總編輯身分保證，絕非AI 演算法產生的罐頭文章；〈科技水產養殖，從蝦開始〉、〈傳承傻子精神，振興水產養殖──專訪草蝦養殖之父廖一久〉更是由我們編輯團隊實地採訪完成。不過，本文有一段是AI 產生的，讀者們分辨得出來嗎？

特別收錄 / 編輯的話：AI也來寫論文

文／林一平

有關「論文」的新聞，這幾個月鬧得沸沸揚揚。學位論文是一回事，一篇論文有多少文字與他人雷同又是一回事。在學術界，學者發表的研究論文其中也「大有學問」，值得一提。

本期〈學術論文第一作者是AI？〉的作者對人工智慧（AI）深度演算法GPT-3 下了個指令，「它」就寫出一篇科學論文，文章投稿到期刊，GPT-3 可以掛名第一作者嗎？早在2009 年3月，陽中清交四校在陽明山舉辦「研究倫理修習營」，我受邀演講，主題就是關於電腦寫論文的爭議。

最近幾年，學者的研究成果被一些指標...

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關於封面

黑洞本身不僅是神秘天體，物體墜入黑洞的下場更是充滿謎團。近半個世紀以來，物理學家試圖解答黑洞資訊弔詭，即黑洞會摧毀物體所含的資訊，因為它違背物理原理。近年有研究團隊認為，蟲洞連結了兩個黑洞的內部，墜入黑洞的資訊就能連結到黑洞之外，因此維持了粒子之間的量子纏結，也破解了這個弔詭。　　　

物理學　
36　黑洞、蟲洞、量子纏結　
文／阿姆黑利（Ahmed Almheiri）　
假如時空蟲洞把黑洞的內部連接起來，將會發生什麼事呢？這可能保存了墜入黑洞的資訊，因而破解「黑洞會摧毀資訊」的弔詭。

生態學　
...

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