《量子重力》(Three Roads to Quantum Gravity)
   「量子重力」是現代物理學所追尋的聖杯，是結合廣義相對論與量子論的橋樑。廣義相對論管轄大尺度的現象，如行星、太陽系及星系；量子論則統御微觀世界，如電子、原子及分子。目前科學界嘗試把這兩個理論集大成，最後成為「萬有理論」。   

  量子重力將會為「時間與空間是什麼」這問題帶來新的答案。而且它將囊括基本粒子以及基本作用力的一切洞察。它還將是宇宙學的理論，可以回答宇宙起源的問題。量子重力甚至可以告訴我們，這宇宙是否注定會有生命，還是我們的存在僅是幸運的巧合。……《進來看看這本書》

  量子重力

中研院物理所研究員 　余海禮

     這絕對是最難讀又最有趣的科普書之一；筆者相信全球五十多億人口中，能完全明白書中所言的大概不出兩百人，筆者當然不是這兩百人之一，難啊！那些只有小孩子會問，但大部分成人卻漠視的問題：宇宙之外是什麼？時間是什麼？宇宙的結局會如何？就是書中要回答的問題，有趣吧！解答這些問題的基本原理其實很簡單，如：「在宇宙之外，空無一物」，「沒有一個觀測者可以看到宇宙的一切」……等，不就是每個人都懂，都難免會因而大發議論的嗎？所以筆者敢保證任何高中程度的讀者讀來都會有所得，有所思。難懂的是要實現那些基本原理的抽象數學結構，但讀不懂時，跳過去，不就得了嗎？就算把施莫林的看家本領──量子迴圈，跳過不讀，也無妨！

　不同物理理論的差異在於他們對觀測和事實的基本假設不同。二十世紀人類心智最重要的突破在發明了乖離日常經驗的量子論與相對論，量子論成功地解決了原子的穩定問題，為我們自身的存在找到個立足點；相對論提供了關於空間、時間及宇宙論的理論，為我們賴以安身立命的世界找到個因由；儘管如此，量子論與相對論都只能在其至小與至大的王國中獨自運作。

　一旦遇到那些如黑洞輻射，需要兩者合作才能解釋清楚的問題，兩者間的磨擦、扞格傷透了這世紀中最聰明的幾個腦袋。量子論，設定在觀者與被觀測者的關係探討上，卻接受了牛頓的絕對空間及時間觀念。愛因斯坦的廣義相對論，引入了空間及時間的新觀念，但保留了觀測者並不干擾被觀測者的牛頓力學觀點。施莫林提出三個把兩者統一起來的可能方案，就是弦論、迴圈量子重力及從根本上放棄相對論與量子論，利用熱力學及訊息論探討黑洞物理做起點的第三條路。

　這本書另一特色就是對科學社群的人性描述。即使是世界上最聰慧的人也不可能單槍匹馬，不需要研究團隊，單獨做出偉大成就。很多人企圖把愛因斯坦塑造成獨力完成了相對論的英雄，而事實絕非如此。科學研究中最困難的是，它要求我們在沒有完整的資訊時，具備做出正確選擇的能力。愛因斯坦偉大之處在於其洞察力、頑強、鍥而不舍的決心、在迷惘時與朋友對話，這是為什麼科學家都是群體工作，而整個科學史就是非常人性化的故事。可歌可泣的豐功偉業中一定有同等級的愚笨。我們社會偏好『造神運動』的墮落是不是應該有所省思呢？

　讀者可曾意識過自己任意翱翔的世界可能只是個幻象，這世界其實只有兩個真正的自由度；又或者，我們的存在，宇宙之所以這麼遼闊，其實都可從量子重力中找到答案，很不可思議吧！花點時間細讀，保證讀者會獲得更多，至少，第一章及第十四章是不容錯過的，要不然，先到 www.nbi.dk/~konstant/homepage/lqg2/ 欣賞一下把宇宙約化成只有一維空間的電腦動畫，也是個不錯的熱身。沒有把全書讀懂真的不是那麼重要，我們的先祖沒有現代抽象的數學工具，沉思探索這宇宙種種之餘，不是照樣歸納出不少想像力豐富的偉大原理嗎？大部分的科普書鮮有能提供令人煥然一新的觀點，十多年來，除了戴森的《全方位的無限》，就只有施莫林這本《量子重力》能令筆者讀來感到驚心動魄，神馳目眩。

　　〈本文原載於中國時報開卷版92.10.19〉
相關連結：
　Simulations of Lorentzian 2d Quantum Gravity
　《量子重力》
　《全方位的無限》

■ 旅鼠的消長－－都是獵食者的造的孽？！

科學新聞由SciScape提供

      旅鼠的族群數會很規律地以四年為週期大幅波動，是長達一個世紀的生態之謎。甚至傳說還認為牠們在族群數太大時，還會集體相約從懸崖跳海自盡。歐洲科學家在研究格林蘭的旅鼠發現，原來這樣的週期性族群波動，是拜饑腸轆轆的獵食者所賜。

   經過了十五年的研究，芬蘭赫爾辛基大學的生態學家Olivier Gilg和德國費萊堡大學的Benoit Sittler發現四種獵食者－－雪鴞、賊鷗、北極狐和鼬，是該四年一次的波動之主嫌，使旅鼠的族群突然間暴增之後又幾近絕跡。

     Gilg指出，對旅鼠古怪行為的解釋，少說也有上打的假說，彼此之間捍衛自己理論的程度甚至差點就釀成決鬥事件。有許多人乾脆認為這是好幾股力量在運作的，可是Gilg卻認為，單只用獵食者，就可以解釋得通了。

      賓州州立大學的族群生態學家Peter J. Hudson指出，這樣的循環也發生在鳥類、昆蟲和山貓等大型哺乳動物。

      旅鼠的族群波動早就引起人們的遐想，早在十六世紀，斯堪的那維亞半島的傳說甚至還認為，旅鼠是週期性地像雨一般從天而降的。

      近來科學家已經測試了好幾個較合理的假說，如氣候變化和旅鼠食用的植物可能會有週期性的變化，又或者旅鼠的高密度減低了繁殖力，造成旅鼠數量直線下滑。甚至連太陽黑子，都曾被討論過。

      他們利用格林蘭夏日幾乎無止境的白晝來增加觀察獵食者的時間。而且廣闊的苔原，也更容易作旅鼠的觀察和計數。他們發現苔原提供了旅鼠大量的食物，沙土讓牠們可以挖地洞，於是牠們的數量得以大增。

     可是當旅鼠大量增長時，狐狸、賊鷗和雪鴞就開始捕食更多旅鼠。一對雪鴞甚至在一天內可以把50隻旅鼠帶回巢中享用。鼬更是捕食旅鼠的專家，在旅鼠繁盛的一年後，鼬的數量也跟著大增，在接下來一年幾乎把旅鼠掃蕩一空。

     他們僅依據獵食者的行為，建立了一個預測旅鼠族群數的模式，結果發現該模型準確地預測了自然界中四年一週的波動。

     Hudson對他們的研究結果讚譽有加，認為這是自然界反映出基礎理論預測的少數例子之一，並認為將來一定會列入生物學教科書中。

原學術論文： O. Gilg, I. Hanski & B. Sittler. Cyclic Dynamics in a Simple Vertebrate Predator-Prey Community. Science Oct 31 2003 302: 866-868.
 
(本篇科學新聞來源提供：SciScape)

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