NCU Physics Journal

人物訪談

數往知來,宇重不同​

──陳江梅教授訪談

​撰文/郭弈翔

教授簡歷

         陳江梅教授畢業於中央數學系、中央物理所,後來到俄羅斯莫斯科大學攻讀博士,為現任中央物理系教授。主要研究領域為重力理論、宇宙學、弦論。

 

求學過程

從職校往理科

         教授就讀國中時對未來並沒有太多的思考,於是就讀高級職業學校電機科,想說之後容易找到工作,高職畢業後便進入工專就讀兩年。專科學校很著重實習的訓練,要實際操作彎水管、配電線等,但當時教授就發現自己對這些動手做的事情並沒有感到興趣。工專畢業如果要繼續升學,主要是唸技術學院,這是教授原先的目標。

         在服役期間,教授只要有空時就會準備退伍之後的升學考試。當時讀微積分學到在不同座標系統下做積分計算,從一個座標轉換到另一個座標需要一個Jacobian,而教授沒有很理解為什麼需要這個東西。剛好當時軍隊裡有一位是台大物理系畢業的,教授便問他這個問題,他的回應對教授產生了深刻的影響。他說:「如果直接跟你講答案,你只會學到了一個結果,建議你自己去思考答案。」教授想了好幾天終於想通為什麼需要Jacobian,那時候教授體會到獨立思考所帶來的興奮感,遠超過別人直接告訴你答案,自己想出來的結果是一輩子都忘不了。

         教授退伍的時間要隔將近一年才能去考升學考試,於是他便先到一家電子公司研發部門工作。進入公司後,他發現公司並不想要研發新的設計,只想從國外新出的產品中,看看能不能加上公司現有的產品,並把成本降低或是稍微提升功能。一開始是覺得蠻有趣的,但做久之後就變成了重複性的日常,缺乏激動人心的挑戰。經過深思熟慮後,教授放棄了技術學院,而決定去考大學。那個時候教授對物理最有興趣,但在唸專科的時候發現自己不是一個很喜歡動手的人,考量到物理系有很多實驗課程,最後抉擇先唸數學系,這個選擇對教授之後做理論物理很有幫助。

         雖然進入了數學系,但教授主要的目標還是念物理,所以在修業期間也學習了很多物理系的課程。大四時加入聶斯特老師的研究室,畢業後便進入中央物理所。那個時候研究生人數較少,所有的學生都在一個大房間內,比起現在更有機會與其它領域的學生互動。教授剛進入聶斯特老師的實驗室時,英文程度不好,常常都聽不太懂討論的內容。教授就是從這樣的程度開始,慢慢學習了三年。

一個與他人截然不同的決定──前往俄羅斯留學

         唸碩士班時,聶斯特老師請了一個俄國的訪問學者,使得教授覺得去俄國唸書也是個不錯且很特別的選擇,於是決定到碩士畢業後到俄羅斯深造。

         在莫斯科待了四年,是一個完全不一樣的經歷。第一年主要是語言方面的困難。除了跟指導老師有一些英文討論以外,主要的精力都是在唸俄文。俄羅斯確實有雄厚的基礎科學實力,不過也有很不方便的官僚體系。譬如說想到圖書館借書,需要透過管理員幫你找,沒有辦法自由翻閱;到賣場買東西,裡面有分很多櫃台,賣日常用品、文具等等,你必須先到這些櫃台跟服務人員查詢想買的東西、確認價錢後,才能到收錢櫃檯付錢,之後再拿收據回去領貨。這個制度的缺點就是浪費了很多時間排隊,但對教授而言的好處是多了很多練習俄語溝通能力的機會。拿到博士學位後,教授回到台灣後,分別在中大與台大做了一年和三年的博士後研究員,最後在中央物理系找到正式的教職工作。

​莫斯科大學     

研究領域

         教授所做的是跟重力理論相關的研究工作。教授的碩士論文主題是研究重力能量。能量是產生重力場的根源,然而重力本身的能量要怎麼表達直到現在都還沒有一個很好的答案,其中有很多理由導致重力能量的複雜性和困難度。一個很粗淺的比較是,電荷會產生電磁場,然而電磁場本身並不帶電,所以計算系統的電荷並不困難,與利用牛頓的萬有引力定律來理解重力作用的現象類似,較為單純。但是在廣義相對論的情況就不是這樣了,只要是具有能量的物質就會產生重力,而所產生的重力場本身也是帶有能量的,會再產生重力場,如此重複下去,導致該如何表達重力能量成為一個很困難的問題。

         從另外一個角度來說,廣義相對論是用時空幾何來表示重力,幾何越彎曲的地方重力越強。微分幾何提供了描述時空彎曲的數學工具,而微分幾何的特性是在足夠小的範圍內,時空是平直的。平直的地方代表沒有重力場,也就沒有重力能量。相較於電荷,我們可以引入電荷密度的概念,但重力能量本身沒有密度的概念,因此只要取的範圍夠小的話,它就是零。換言之,重力能量沒有局域性,這也是使重力能量變成一個很複雜問題的原因。

         我們相信,廣義相對論並不是重力作用的最終極理論,特別是要把重力量子化的話,一定是超出廣義相對論的範疇,那時候弦論是最受關注的理論之一,而教授在莫斯科時期就是從事這方面的相關研究,後來也研究黑洞物理,例如霍金輻射、黑洞熱力學等問題。

         而現在較多是在研究從黑洞物理所啟發的全像(holographic)原理。回到前面提到重力的特性,如果取的範圍夠小,幾何可以視為平直的,也就是說重力無法局域化。因此,有人提出了很特別的想法,重力的自由度可能不是在體積(volume)中,而是在邊界上面。換言之,重力理論可能是等價於一個在邊界上沒有重力作用的系統,這就有點像光學中的全像攝影,將一個三維的影像資訊編碼在一個平面上,而這個平面可以投影出一個看上去是立體的影像。全像原理認為重力理論事實上是平面物理,在多出一個維度的時空上的體現。這個想法,有人支持也有人批評,不管怎樣,這是一個目前受到關注的發展方向。

 

         重力相關的研究工作很多都還沒有實驗可以去驗證,只要做出有道理的結果,就是一個可能性。想要用實驗去驗證是很困難的,有些人對弦論的批評就是無法用實驗來驗證它是不是對的,因為實驗所要求的能量要非常高,很難期待能夠達到。而目前重力理論的關鍵實驗就是重力波,前一陣子重力波被觀測到後,我們開始有能力從實驗中去驗證重力相關的理論成果,不過這也是全世界少數地方才能做得到的。


給學生的建議

         我常常跟學生說,學習理論物理有兩個層次,第一個層次是你會不會,能不能算出你想知道的結果,但是「會」並不代表「懂」。什麼時候才是懂?當你能把計算的結果統合起來,只用語言或文字跟別人講說清楚,那才是真的懂。大部分學生解決問題的時候,都先要把公式寫下來,然後再推導,這是第一個層次。要嘗試不用數學去理解問題,因為物理的圖象才是理論物理最好玩的所在。很多學生認為自己對理論很有興趣,可是卻只看到中間的數學推導過程,把有趣的地方被捨棄掉了。就如同我們去爬一座山,千萬不要只有注意到攀爬的辛苦,而忽略了山頂上美麗的風景。

 

俄羅斯生活分享

         莫斯科的地鐵很發達,雖然設備很老舊,聲音很大,好像是幾十年前的老巴士車,卻還是一直在使用,地鐵站蓋得很漂亮。

         

         俄羅斯冬天很冷,半年的時間在下雪,第一年去看到下雪時很興奮,但是走路遇到結冰的路段很常摔得四腳朝天。俄國人技術很好,都能輕鬆滑過去,我們一不小心就是直接摔倒。莫斯科冬天最冷會到零下二、三十度,因為有暖氣系統,生活上很舒適,台灣冬天在屋內反而比較冷,需要穿得更多。那邊很乾燥,不常刮風,出門只要有穿大衣、帽子,有隔絕就沒問題,大部分的時間在室內都是穿短袖的。

         比較特別的食物是黑麵包,味道非常的重,一開始的時候很不習慣,吃起來感覺很像肥皂,可是回來台灣以後最懷念的就是黑麵包。

訪問團隊與陳江梅教授合影     

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