《星際效應》:一堂愛的物理學︱ The physics of love:reviews of “Interstellar”

“Love is the one thing we’re capable of perceiving that transcends dimensions of time and space. Maybe we should trust that, even if we can’t understand it yet.” — Amelia Brand

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相對論不難,真的。

所有的科學史都告訴我們一件事,當偉大的知識問世時,我們唯一能做的事情就是一如往常繼續生活。就像哥白尼的地動說,改變的只是人類起床看到太陽時要告訴自己正繞著它轉,還是堅持那是阿波羅的馬車正在沿著黃道巡查人世間。但是地動說並不會改變太陽升起與否,偉大的知識基本上不讓人們太傷腦筋,因為它並不改變人們的日常生活現象,只是讓人們選擇對於用來解釋日常生活的哪一種說法感到理所當然而已。

那麼相對論又是怎麼回事呢?

牛頓以降的物理學典範是把「物」(thing)的存在和能量的證據交給「位移」來判斷,所謂的位移指的就是一個東西從這裡跑到那裡。是的,就是這麼簡單,就是我們認為的這裡跟那裡。在我們毫不懷疑的世界裡,蘋果是紅的、輪子是會滾動的、林志玲是瘦的。我們使用感官直接經驗的事物,可以確證為「普世皆然」(撇除個人生理條件不同所造成的知覺差異問題)。這是我們的日常世界觀 — 事物皆有其不變的本質,一件事物如果存在,就會按照它應該有的狀態佔據著一個空間,在任何時候對任何人展現出固定的態樣。牛頓的理論與我們的經驗幾乎毫無縫隙,所以我們也就幾乎可以憑自己的感受來信仰著傳統物理學,並以此為基礎安排著我們對世界的看法,甚至據此繼續認定著其他的本質。

這個主宰人類常識兩百年之久的觀念,直到1905年才被一個瑞士公務員給撼動,這個公務員叫做愛因斯坦。

愛因斯坦向這個世界以及自己問了一個問題:假設我們以光速投出一顆棒球,那麼棒球在我們眼中會是什麼樣子?再假設我們跟棒球一樣以光速前進,棒球的樣子會有什麼不一樣嗎?這兩個問題的盡頭,讓愛因斯坦可以對世人宣佈:牛頓定理大致上沒有錯誤,但只限於地球的範圍之內。

如同我前面所說,在偉大的知識面前,一般人只有接受或不接受這個偉大的知識變成常識的權利,而驗證則純粹是從業者的事情。愛因斯坦的同業經過層層觀察與實驗後,確認了愛因斯坦對兩個問題的回答是正確的。如果一顆棒球以光速擲出,那麼站在地球上的我們,看到的是一道光,而不是帶著兩條縫線的球形物體。但如果我們跟棒球一樣以光速移動,那麼棒球在我們眼中,就仍然是那個二縫線的皮球。

這個例子打破了牛頓絕對空間觀的典範,一個物之所以是我們看到的那樣,那是因為我們和物體存在於同一個地球,可是一個物的性質究竟為何,那跟觀察者本身的空間條件、運動狀況、甚至最重要的 — 時間條件,有很大的關係,這就是相對論的由來,物的性質,並不是孤絕於空間之中,而會因為觀察點的時空條件不同而有不同的可能性。

時間在愛因斯坦提出相對論後有了關鍵的地位轉變。如果我們在光速狀態下能夠感知到棒球的形體,在地球要花上一秒撇上一眼才能看到棒球的形貌,這又代表了什麼?這代表當我們能夠掙脫現行的引力,像光一樣飛去的時候,時間在我們身上是會變慢的,因為我們所謂的時間,只在地球上才是那樣的流逝著。也就是說,蘋果為什麼是紅,輪子為什麼會滾,林志玲為什麼會瘦,全都是因為我們都處於同一個引力下,也經歷同樣的時間,所以事物只所以是那樣,是因為我們腳踩著地球的泥土,用全身的感官花去同樣的時間,然後我們感受到了物體的與空間的關係。可是如果我們身處另一個時空,一切的常識都必須歸零,在牛頓的世界裡,你的時間就是我的時間,在愛因斯坦的世界裡,你我的時間要看我們是否活在同一個星球。

和所有偉大的知識一樣,相對論並沒有改變我們的生活。牛頓的定律仍然算是定律,只是在相對論出現之後必須要加個前提:on earth。愛因斯坦所做的事情,就是讓「距離」這件事要從空間思維擴充到時間思維而已。也就是說,距離除了算出幾公尺幾公分之外,還要再加上花了多少時間獲得接觸才有意義。在地球上,在往後的歲月,我們吃的蘋果還是紅的、輪子還是滾動著承載我們、志玲姊姊還是一樣身材好好。只是,我們再也無法停止去想:如果有那麼一種可能,有一種可以擺脫地球引力的方法、有一種不受地球引力拘束的事物存在時,我們的生命,會不會有另一種結局?

以上,我談的是星際效應的劇情,不是物理學。

超凡

我們來談談諾蘭和他的教材吧。

物理學家當初驗證相對論的實驗室,是從天文學著手的。也許這就是為什麼諾蘭選擇宇宙作為他說這個故事的教室。

身為地球人,光,是我們唯一會當作光的東西。以我們的常識我們難以想像地球上有什麼物質是可以等同光,甚至是超越光的。若有,那一定是我們未知的,就不是可以理解的,就不屬於我們的常識、不在我們的認知之中,是不屬於我們的世界的。但是在相對論提出之後,鬼、靈魂、或是任何我們可能感覺到存在,但是在絕對的時空觀裡找不到證據的東西,都在質能轉換恆等式中,「可能」讓我們願意承認這些都是和我們處於同一個世界,只是我們沒有找到脫離引力的方法去感知到它們的存在。

諾蘭就是挑了一個在絕對時空觀裡難以確證的「物」來當作課堂的主題,如果你是喜歡直接翻到講義最後的人,我想那就擷取一段台詞,作為我認為這堂課最需要畫螢光筆的部份吧:

(未括號部份為Brand,括號為Cooper)

Yes. And that make me want to follow my heart. But maybe we’ve spend too long trying to figure all this with theory…
是的,這使我想順從我心中所想,也許我們花了太多時間想要依據理論瞭解一切…

(You’re a scientist, Brand.)
(布蘭德,妳是個科學家)

So listen to me when I tell you that love isn’t something that we invented.
所以聽著:我在說的是,「愛」不是人類所發明的

It’s observable, powerful. it has to mean someting.
「愛」是可感測的、有力的。一定有其代表的意義

(It means social utility, child rearing, social bonding…)
(它代表著社會效用,像是育兒、社會關係…)

We love people who’ve died, where’s the social utility in that?
我們愛著已死去的人們,這又有社會效用存在嗎?

(none)
(沒有)

Maybe it means something more — something we can’t yet understand.
也許「愛」更具意義,具有我們現在還無法瞭解的意義。

Maybe it’s some evidence, some artifact of higher dimensions that we can’t consciously perceive.
也許「愛」是高次元的造物、證據,而我們無法有意識地察覺

I’m drawn across the universe to someone I haven’t seen for a decade, who I know is probably dead.
我跨越宇宙就為了見一位十年沒見,而且我也知道可能已經死亡的人

Love is the one thing we’re capable of perceiving that transcends dimensions of time and space.
「愛」是我們唯一可跨越時間與空間而感知的事物

Maybe we should trust that, even if we can’t understand it yet.
也許我們應該相信,就算我們現在還無法瞭解

這個星球上的各主要宗教都有一種勸人超越凡俗的修煉情懷,並且相信一種可以自在穿梭的境界,飛翔通常是這種境界的具象化代表,而那不就是擺脫地心引力的現象嗎?如果所有的經典、教義都是真實的歷史,那也許人類真的有一種法門能夠羽化登仙,穿越相對的時空,了悟所有的奧秘。

不覺流光速 身將半百年

偉大的知識對於常人來說只有接受是否為常識的選擇問題,而驗證偉大的知識則是從業者的工作。

在諾蘭的故事裡,這群學歷頂尖、專業性出色的主角們,親身體驗了黑洞、蟲洞、五度空間、以及「天上人間」的相對論時間。要能經歷這些,除了天賦的智慧、還要有無比的勇氣,更重要的是有無比的毅力去承受常人所不能忍的苦難。以上這些都是電影主角具備的特質,也就是「傑出」的基本要求。

但傑出究竟代表什麼?如果成為天文物理學界的精英,就能夠掌握生存的契機嗎?在一部科幻電影似乎是理所當然的,可是這是習慣使用隱喻的諾蘭的原意嗎?

庫伯離開地球91年,在各種以光速進行的選擇與失誤中,他回到地球已經是124歲,誰願意去用這樣的代價去換取一個希望?而真正讓庫伯出現到最後的,又豈是因為他的天文物裡知識?他用光速在經歷與承受地球人難以超越的事情。124年,這是一個難以衡量的質量。庫伯是哪方面的精英?我認為與其說他是個科學家、工程師或是星船駕駛員,倒不如說他是一個極度虔誠的教士,而他的英雄特質,不在於他的自負與固執,而是因為他對愛的執著與專注。他得到了五度空間的遴選,因為當他專注於心為他帶來的導航時,也就遺忘了時間,因此超越了時間。

愛,即生

諾蘭的故事是從糧食短缺開始的,而故事中的所有人的行動,都是為了求生,而且是為了後世的生存所展開的。愛、希望、可能性,難道不是一種無法確證的虛幻事物?但這些篤信理性的科學家、冒險家們,不又是因為這些虛幻的事物,而奮不顧身的掙脫了地球引力,就為了去尋找一個在地球上根本不可能瞭解的事實?

篤信道家人生觀的人說不定很容易參破這個「心之所至,無處不至」的玄理,但道家的無為卻又少了為了信仰而殉道的勇氣。道家講求與萬物同生滅,卻不定義自我的座標,所以虛無無法讓自我超越,無法讓自我變成光,剛好就是諾蘭在片中對黑洞的解釋。所以,諾蘭認為人的超越還有一個關卡,就是闖過黑洞的虛無,然後進入最終的境界,也就是五度空間。只有在毫不懷疑的求愛之時,才是求生。

而這終究又回歸到牛頓第三定律。

以上,我談的是物理學,不是劇情。

第一次觀影的註腳:

愛,就是用一百光年的孤寂,去等待一個回應的落下。