【人物專訪22】組隊破關解時空奧秘,永保好奇心解開自然界面紗─賀培銘專訪

by Yang-Kuang Chao
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採訪 ‧ 撰稿  /  許凱婷 (科學推展中心特約編輯)

談起自己喜愛的Marvel英雄電影,國立臺灣大學物理學系的賀培銘教授一臉嚮往,「因為英雄各有各的特性,比如超人電影裡面只有超人;蝙蝠俠電影就是蝙蝠俠,但Marvel系列將英雄合體後,產生互補的能力,讓合作變得更厲害。我覺得這很有趣,就像單打獨鬥其實沒那麼精彩。」賀培銘的人生課題,也擅長與一群人一起探討對於未知世界的探索。

賀培銘在高中時期,就對物理有濃厚興趣,但在家人提出就業考量後,大學時他選擇了電機工程作為專業,這個選擇雖然是出於實用考量,卻無法滿足他對物理定律和探索推導過程的渴望,他笑稱自己「比較缺乏現實感」,所以對於應用面較不感興趣,電機系念完後就決定轉讀物理,開啟新的學術旅程。

他最感謝的人,就是就讀於加州大學柏克萊分校時的指導教授 Bruno Zumino,以其謙和的態度和深厚的學識,對他產生了深遠的影響,教授不僅教授物理知識,更重要的是,教會如何用基礎理論去探索和解答問題,這成為他後續研究生涯中的重要基石。此外,在美國進行研究期間,與現任清華大學物理系的朱創新教授剛好同年抵達美國,兩人不僅是同個指導教授,更一起使用同個辦公室,這段經歷不僅加深他對物理學的理解,也奠定了他們之間長久的合作與友誼。

成立弦論讀書會、與日學者進行學術研究 促使國際間進行深度交流

回臺後,當時弦論還沒什麼人研究,但在美國其實相當熱門。臺大物理系的高涌泉老師就建議他成立讀書會,賀培銘找到還沒出版的弦論手稿書,讓想研究的人都可以一起研讀。每個禮拜都有十幾位不同學校的老師或博士後參與,研讀一兩年後,大家開始輪流上臺報告,後來就有國外學者注意到讀書會。直到現在,每年都至少有幾十位國外學者來臺訪問與演講,很多都是學者自己提出要求來臺,也感謝高涌泉老師當年的提議,才有了現在固定的弦論研討會,甚至引起國際學者的重視。他表示,「在理論物理不一定需要合作,但至少透過討論,大家交換意見,才會發掘自己有什麼盲點,或是有趣的事。」透過建立弦論讀書會,他不僅推動這一前沿領域的研究,也促進了國際間的學術交流。

當時日本的稻見武夫教授,不僅找賀培銘一起撰寫國際合作計畫,更邀請日本學者來臺進行交換研究。一開始只有日本單方面補助交換計畫,所以日本學者來臺十分踴躍,促使臺灣學者也間接認識許多日本學者,建立了日後長久的合作關係。

持續保持好奇心 研究就像組隊破關一樣充滿樂趣

他強調,熱衷物理領域的人,大概都是覺得研究很好玩,所以有時間就會思考,連走路都在發想。物理的領域也相對比較單純,就是大家要保有好奇心,因為相關領域其實沒有太多直接的應用,所以想要了解基本物理定律,就需要好奇心去解決問題,如同電玩破關一樣,解決一個問題後,再繼續解決下個問題。另方面,要有同儕可以討論,自己一個人容易遇到卡關,但跟別人討論後就會激發靈感,這點也跟線上遊戲組隊相似,所以要持續與同儕互動、對問題保持興趣,才能持續保有研究的好奇心。

賀培銘提到,在研究非交換幾何前,曾研究量子群和量子化的空間,這些空間的座標不可交換,後來畢業的時候,指導教授就對他說,「你應該去研究弦論,因為弦論有很多新進展,未來才可能有重要的貢獻,也好找工作。」後來發現,以前學的量子群跟量子化的空間在弦論中有些應用可能性,所以就去找可能的應用方向。

賀培銘教授對於弦論中的時空結構、對稱性及可能的對稱性其性質的研究,顯示出他對於時空問題的關注。研究的初衷,就是對「時空是什麼?」很感興趣,高中時看廣義相對論,發現空間其實不是一個固定的東西,想像如果在太空中到處黑漆漆,怎麼知道物體有在轉動?如果你看到很遠的星星在跑,可以從你與星星距離有多遠來計算,會發現星星跑的速度超光速的話,可能其實不是星星在跑,而是自己在轉動,所以其實是靠遠處的東西,來確定自身的狀態;如果東西離你很近的話,它就算跑很快,也很難超光速,也無法知道到底是自己在轉動,還是物體在跑?小時候很喜歡思考這些問題,發現愛因斯坦也是這樣解釋廣義相對論,引起他對時空幾何如何出現的興趣。對他來說,可以一直在弦的裡面找各種奇怪的可能性,並試著去了解時空是如何出現,就是最有趣的事了!

然而,賀教授也坦言,這些理論的應用和對大眾的直接影響可能需要時間來顯現。就如同愛因斯坦的廣義相對論,在當時看似與現實生活無關,僅能證明水星繞日運動一百年後,會和牛頓力學的估計差零點零一度,但現今卻是GPS等技術不可或缺的基礎。

賀培銘透過研究非交換幾何和M理論,探索時空和物質的基本性質,這些研究不僅有助於理解宇宙的基本架構,也可能為未來科學的發展開啟新的可能性。

他被引用較多的主題,一個就是非交換幾何,另個是Lie 3 -Algebra和M理論(M-theory)。M理論在弦論裡,被認為是同個理論的不同描述,但M理論並沒有像弦論那樣被大眾理解,因弦論已經研究很久,大家知道怎麼處理弦論,但是M理論只是Edward Witten根據一些已知的物理模型間的關係去推論導出,應該有M理論的存在,但根本不知道該如何定義。大家想要知道有沒有辦法描述得更精確一點,他考慮的是很多M2膜重疊在一起的狀態,有人提出來可以用Lie 3 -Algebra的對稱性去描述,但是這時只有少數已知的Lie 3 -Algebra,而他找到了新的建構Lie 3 -Algebra的方法,因此可以清楚的定義這些狀態的數學模型。

理論跟應用之間的距離,基本上就是隨著年代才有所差距,以前實驗理論靠得很近,有了實驗才去修改理論,愛因斯坦的狹義相對論是先有實驗再有理論,可是廣義相對論卻是先有理論,再去找實驗的證據,就像水星繞日進動是已有事實,卻不是驅使去建立廣義相對論的主因;如同現在,雖然有理論上因素,促使我們去研究,但其實將來會有什麼應用,現在是無法肯定的。這提醒我們,科學探索的意義遠遠超出了當下的應用,它關乎於對知識的追求和對未知世界的探索。

科學家肩負知識的普及與教育責任

在談及科學與教育的關係時,賀培銘教授強調了科學家對於科學普及和教育的責任。他認為,雖然科學家可能不擅長與大眾溝通,但應該通過教學和公眾服務來回饋社會,傳播科學知識。他也在教學中投入大量精力,希望能夠激發學生對於科學的興趣和好奇心,為未來的科技發展培養更多人才。

然而,他的學術生涯並非一帆風順,也曾經歷過壓力與倦怠,特別是面對研究以外的行政負擔。除了研究外,還要忙一堆雜七雜八的事,那時候特別覺得倦怠,因為工作有太多不是研究的部分,後來休假半年去哈佛訪問的經歷,讓他重拾對研究的熱情,亦讓他意識到,儘管學術研究的路途可能充滿挑戰,但探索未知和解答問題的樂趣是無價的。

隨著臺灣學術環境的逐步改善,他發現自己能夠更專注於研究,並且有更多機會與同儕進行交流和合作。這些改變不僅提高了他的研究效率,也能夠更好地享受科學研究的樂趣。

如同愛因斯坦曾說「如果我們知道我們在做什麼,那麼這就不叫科學研究了。不是嗎?」在探索物理學的過程中,他深刻體會保持好奇心的重要性。對他而言,物理學就像是解開自然界神秘面紗的遊戲,每解開一個問題,就會激發對下一個挑戰的好奇與熱情。他指了指貼在牆上的「Work hard,Be yourself,Have fun!」這三句常送給學生的鼓勵,也是驅動他不斷前進的力量。

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