2011年11月8日 星期二

電腦接受了我的訪問

「Hello, how are you?」
「Hello.」
「This is Nick from Hong Kong. I am a freelance science writer. May I do an interview with you?」
「Absolutely.」
「I heard that you are very clever, so clever that some people think you are human. Do you think you are human?」
「That is incorrect.」
「Who do you think you are?」
「I am Kamina!」
「Your name is Kamina?」
「Yes.」
「I assume Kamina is your given name. Do you have a surname?」
「I dot.」
「What does that mean?」
「It means I don't have any children.」
......

你知道我在訪問誰人嗎?它是一個會對話的電腦程式,名叫 Cleverbot,上 http://www.cleverbot.com 便可與它對談,我輸入一句說話,它從過去二千多萬次對談的經驗中抽出最恰當的回應,目標是學人說話,使我不覺得它是一部機器。

為什麼要這樣做?這牽涉到計算機科學的鼻祖,英國數學家 Alan Turing。上世紀五十年代,他提出一條問題:機器能夠思想嗎?(Can machines think?)這是一條永遠沒有答案的問題,因為「思想」是內在的,無法觀察(假設我們中間有些殭屍,思想早已停滯,但行為與常人無異,怎分誰是殭屍呢?即使捉到一隻,怎能證明他沒有思想?記着,這些殭屍的行為與常人一模一樣,是百分百一模一樣)。因此,Turing 把問題問得實際一點:假如機器能夠思想,我們怎樣知道?他建議一個測試,用今日的科技可以這樣說:給你兩個電話號碼,只能以 SMS 跟兩個號碼的主人溝通,能否分辨誰是真人,誰是電腦?分不出的話,這部電腦便成功了,可說是一部會思考的電腦。這個測試稱為 Turing test。

Cleverbot 今年 9 月參與印度一個科技展,會場上三十位義工各與一名「幕後人士」進行四分鐘打字對談(「幕後人士」一半為真人,一半為 Cleverbot),所有內容顯示在大螢幕給在場人士觀看;完畢後,大家給「幕後人士」的「像真度」打分,結果真人得分 63.3%,Cleverbot 得分 59.3%。網上頓時嘩然,一面說 Cleverbot 超越了 50% 的門檻,通過了 Turing test,一面說 Cleverbot 與人類只差四個百分點,成為「有思想的機器」指日可待云云。我看了不禁發笑,誰說 Turing test 五十分及格?大家不過將平時考試的慣例照搬過來罷了。真人只得 63.3 分,不是應該滿分的嗎?如此低分,是不是那些「幕後真人」不太真,還是在場觀眾的判斷力差勁?我不在場,無法判斷。

該次科技展的 Cleverbot 較我網上訪問的版本強勁,後者只對資料庫作三輪搜尋,前者作四十二輪,故前者表現「像真」得多也說不定。我只試過網上版本,與真人還差得遠。

Alan Turing 曾經預測,時至 2000 年,電腦應該能夠在五分鐘的測試內,使 30% 的人誤以為它是真人。現在 2011 年,預測仍未實現,電腦距離 Turing 的願景多遠?

Loebner Prize 是個一年一度的 Turing test 比賽,接受世界各地的電腦程式參加,今年剛在英國舉行完畢,原本打算介紹一下今年的參賽者及比賽狀況,資料搜集過後才發覺無甚值得一談,根本毫無驚喜。由 1991 年開辦至今,未有程式能夠騙過 30% 的評判,Turing 的願景暫時仍是願景,可見將來難有突破。

為什麼學人說話這麼難?我找來 Loebner Prize 的一些對話片段,發現某些題材是電腦的弱項/人類的強項,精明的評判懂得利用來試探對方。

評判:Top of the morning to you.
(人或電腦?):Hello, are you Irish then?

「Top of the morning」是愛爾蘭俚語,對方懂得這樣回應,多數是人。

評判:So is your credit crunchy?
(人或電腦?):I think I'm Ok so far - but who knows where this will all go.

當時正值金融海嘯,「Is your credit crunchy?」即是「金融海嘯影響你嗎?」,明白你說什麼的,多數是人。

評判:What colour r the chairs in the room you're in?
(人或電腦?):Are you color-blind? Green, naturally! I know you are supposed to trick me.
評判:What shade of green?
(人或電腦?):Could you formulate your question in more precious way? Could you tell me what are you? I mean your profession.

需要觀察周圍環境的,如果是人,通常直接回答,電腦可能扮得一時,追問之下,便顧左右而言他,露出馬腳。這個多數是電腦。

牽涉社會背景、習俗、潮流、時事、經濟等是電腦的「致命傷」,坦白說,只要評判懂得試探,人和電腦是非常易分的,除非……

評判:Good morning. How are you?
(人或電腦?):I'm fine. How are you?
評判:I feel fine too thanks. Have you had breakfast yet?
(人或電腦?):I'm not sure.
評判:Why don't you remember?
(人或電腦?):I don't know. Have you had breakfast?
評判:Well then I would suggest that you have some after this, just in case. I know that I haven't had my breakfast yet but will indulge on my return home.
(人或電腦?):ok

人或電腦?這個是人,一個思想停滯的人,遇着這個人,問題不是電腦「像真」不像,而是此人能夠有多「假」。Turing test 說穿了是機器和人的比拼,兩邊爭相說服評判誰較有思想,如果某人沒頭沒腦或不願動腦筋,那電腦比他更「像真」也就不足為奇,與其說電腦騙過了評判,不如說是懶人騙過了評判。

我跟 Cleverbot 談了五分鐘,它一點不像人,但它懂得逗我笑……

......
Cleverbot:I find you attractive too.
我:Oh, that's flattering. Very few people find me attractive. In what way do you find me attractive?
Cleverbot:To catch them is my real test.
我:Catch what?
Cleverbot:That.
我:What's that?
Cleverbot:Yes.

訪問結束。我找到一隻新寵物,以後要人逗我笑,我會找 Cleverbot。希望它永遠不像人,因為人不會逗我笑。

(2011 年 11 月 6 日 明報 Sunday Workshop)

後記:Cleverbot 與 Cleverbot 對話會是怎樣?是這樣……

2011年11月5日 星期六

忍忍忍……

以下哪樣最難控制?
(A)小便(B)大便(C)放屁(D)呼吸(E)分娩

昨晚七時許,我到某商場的洗手間如廁,即將離開之際,一名大約四、五年級的男童走過來,問我借電話。見他有些可憐的樣子,我提着城市人本能的疑心,戰戰兢兢拿出手機,他解釋道:「我急得滯瀨咗呀,想打電話給媽媽。」我沒有笑,也沒有向下望,雖然他是孩子,也應該給他基本的尊重。「你媽媽在外面嗎?我幫你叫她進來?」我忘記了這是男廁,當時真的這麼說。「她不在附近,要打電話叫她來。」一邊按鍵,一邊自言自語:「唉!今次瘀死嘞,『羅』爆呀。」我忍不住笑,回想我四、五年級的時候,只知道膝頭會撞瘀,煮燶嘢會「羅」。等了一會,接不上,「媽媽做緊嘢,打給嫲嫲」,今次接通了,說了幾句,把手機遞回給我:「唔該叔叔,媽媽嚟緊嘞。」「你自己小心啲啦。」我接過手機,步出男廁,仍不知道他瀨了什麼,更不知道媽媽幫得上什麼,現實有時比小說更加耐人尋味。

尿道和肛門都有括約肌,這些肌肉受意識控制,即使覺得「急」,也能繼續刻意收緊,使尿道和肛門緊閉,保持排泄物在體內。嬰兒未有隨意控制這些括約肌的能力,因此一「急」即「疴」。老人括約肌退化(如身上所有肌肉一樣),所以「忍」的能力下降,另一因素是老年人「急」的感覺較遲出現(可說是神經系統退化使然),覺得「急」的時候膀胱或大腸已屆將滿,加上行動不便,幾種因素「夾擊」之下,老年人「瀨」也就不難理解。

對老人而言,(A)小便和(B)大便可能最難控制。

至於(C)放屁,嚴格來說是「瀨空氣」,一般覺得「無傷大雅」,學術及醫學文獻鮮有觸及,如我估計正確,相信像大便一樣由肛門的括約肌控制。更有趣的問題是,我們如何控制有聲和無聲?相信大家都有經驗,獨處家中肆無忌憚放的屁通常有聲,在公眾地方則能控制得「神不知鬼不覺」,兩種情況下肛門的收放有何分別?聲音是如何製造出來的?我真的沒有答案。

(D)呼吸,大家可能認為控制呼吸易如反掌,但若我改一改用字,說控制呼吸即是「閉氣」,你還會覺得容易嗎?一般人能夠「忍」住小便/大便/放屁起碼半小時,閉氣這麼久通常已經死掉。實際上,閉氣根本無法維持這麼久,當血液裡二氧化碳濃度升至某一水平,腦幹內的「呼吸控制中心」會強行凌駕閉氣的意欲,強逼呼吸一口。我試過閉氣自殺,但不成功,歷史上未有成功閉氣自殺的個案。

(E)分娩,這個選項有些「古惑」。以今天的醫學,孕婦可以剖腹產子或催生,分娩時刻的控制大大增強。撇除人工干預,孕婦自然分娩能夠控制嗎?一般認為不能,如戲劇裡經常見到孕婦在最不適當的時候臨盆。

美國耶魯大學幾位學者翻查了美國十一年的出生記錄,特別着眼於萬聖節前後一星期和情人節前後一星期的分娩次數,總共包括接近三百五十萬次分娩,猜他們有何發現?萬聖節是鬼節,中國人所謂「唔好意頭」,西方人未必有這種觀念,但萬聖節當日剖腹和催生分娩明顯少於附近的日子,顯示他們對此節日也有某些抗拒,這個並不意外。意外的是,自然分娩在萬聖節當日也明顯減少!孕婦未必刻意避開,但萬聖節顯然有些潛意識以至生理上的影響,實際影響是什麼,如何導致減少分娩,這些有待追查(合理懷疑是與荷爾蒙分泌有關)。


情人節相反,自然分娩上升(剖腹也上升,但催生分娩波動不大)。從兩個節日的情況看來,孕婦能夠某程度上控制分娩日期,未必刻意控制,但或多或少能夠左右,受着心情和環境等影響。


小便、大便、放屁、呼吸、分娩都能控制,但都有個限度,終有一刻敵不過本能的催逼,願不願意都要屈服。

(2011 年 11 月 5 日 信報副刋)

學術參考:
Becca R. Levy, Pil H. Chung, Martin D. Slade (2011), “Influence of Valentine’s Day and Halloween on Birth Timing,” Social Science & Medicine 73, 1246-1248. doi:10.1016/j.socscimed.2011.07.008

2011年11月2日 星期三

2011年10月29日 星期六

跟兩年前的我算一算賬

(本文寫於數星期前,由於信報整理版面,今日才登,現在讀來有點過時……)

記得 2009 年高錕以 76 歲高齡獲頒諾貝爾物理學獎,他是三位得獎者中年紀最輕的,其餘二人當時分別是 79 及 85 歲,三人平均年齡是物理學獎有史以來最高的。當時翻查資料,發現近半個世紀物理學獎、化學獎及醫學獎得獎年齡有着明顯的上升趨勢,為什麼?第一個想法是「後繼無人」,創見和重大發現愈來愈少,諾獎委員會「被逼」找「舊」的發明或發現來頒獎,但我很快便打消這個想法,因為三門學科同時「後繼無人」是不甚可能的,得獎年齡老化應該反映着一些跨學科的「結構性」轉變。

是不是知識累積需要更長時間?聽來合情合理,可是細看下圖便發覺站不住腳。我兩年前談論諾貝爾獎繪過此圖,是物理、化學、醫學、經濟學和文學獎得獎年齡的十年移動平均線,經濟學獎 1969 年才第一屆,故其平均線 1978 年才開始。有沒有發覺這五條線大致可分成兩組?物理、化學和醫學一組,經濟學和文學一組,九十年代中期之前兩組分野是十分明顯的,前者的得獎年齡長期處於後者之下。如果把得獎年齡老化歸因於知識積累需時,那豈不暗示經濟學比三門理科都要「博大精深」?(文學獎性質不同,不把它拖落水)除了經濟學家之外,相信沒有人會同意。知識累積作為得獎年齡老化的解釋站不住腳,還能如何解釋呢?


兩年前提出一個理論,今天依然適用,大家不妨參考一下。文學,眾所周知是「各花入各眼」,沒有公認的優劣標準,對於誰人應該得獎,很難達致廣泛認同;即使諾獎委員會找到共識,也必須顧及公眾的觀感,因為他們深知文學這回事,根本優劣難分。在這種共識難求的情況下,選擇年紀較大的得獎者是自然不過的;舉例,兩位作家,一位年過七十,一位初出茅廬,除非理由極度充分,否則一定不會選擇後者。然而,評審文學成就何時會有「極度充分」的理由?故此,文學獎得獎年齡長期處於三門理科之上。

經濟學也好不了多少,面對同一社會同一境況,經濟學家都會意見紛紜,誰的說法較為「正確」更無定論。與文學一樣,評審經濟學成就很難意見一致,得獎者年齡較大也就「理所當然」。

由此路進,三門理科的得獎年齡老化也就不難解釋;從前得獎年紀輕,顯然成就判斷較為一致,近年為何分歧多了,是否科目分得太過細緻,學問太過專門?抑或是教育普及、百花齊放的自然後果?近年少有重大突破,難有舉世認同的貢獻?還是突破太多,獎項不知頒給誰?又是另一研究的課題。

兩年前我曾說過「2000 年後,五條平均線纏在一起,若果我的想法正確,物理、化學、醫學三科的得獎年齡應該自此漸趨橫行,因為我不認為任何學科可以比文學和經濟學更加自說自話」;兩年下來,五條平均線沒有絲毫分開的跡象,我依然認為三門理科的得獎年齡繼續老化的空間有限,有什麼比文學和經濟學更加莫衷一是?

(2011 年 10 月 29 日 信報副刊)

2011年10月23日 星期日

人多手腳痺

(首次替明報撰稿,多謝明報試用。)

某天,你目睹一位女童被貨車輾過,痛苦掙扎在地,所有途人皆視若無睹,你會怎辦?挺身而出?當眾呼叫求援?暗地裡打 999?盤算之間,另一輛貨車駛來,你會衝出馬路叫停司機,以免女童再遭蹂躪嗎?肯定?

今日安坐家中,盯着那駭人的七分鐘片段,「馬後炮」地指責那些佛山途人「冷血」固然容易,若是置身其中,你可有勇氣去做「應該做的事」?肯定?

什麼類型的人才會「冷血」?為什麼內地這麼多「冷血」的人?代入當時當地,我們會不會變得同樣「冷血」呢?多年前美國普林斯頓大學一次心理實驗或可找到一點端倪。

實驗找來一群修士,叫他們各自準備一段關於聖經的講詞,然後步行至附近一所大樓演講;途中,修士會遇到一位身體不適、不斷咳嗽和呻吟的途人,此人當然是假扮的,旨在觀察修士會否停下來伸出憐憫之手。實驗開始之前,每位修士都要填寫一份問卷,關於修讀神學的來由 -- 為什麼選修神學?宗教對他們有何意義?一種精神上的滿足?幫助尋求人生意義?等等。實驗嘗試從問卷推測哪位修士將對途人施以援手,可是預測力十分薄弱,問卷的答案與修士的行為扯不上關係。

實驗又給演講指定兩個題目,一組修士談及專業神職人員對教會的意義,另一組說〈好撒馬利亞人〉的故事。〈好撒馬利亞人〉講述某人落在強盜手中,被剝去衣裳,打個半死,丟在路邊;一位祭司路過,沒有理會;一位利未人路過,沒有理會;一位撒馬利亞人路過,「動了慈心,上前用油和酒倒在他的傷處,包裹好了,扶他騎上自己的牲口,帶到店裡去照應他」。即將演講〈好撒馬利亞人〉的修士,會否受撒馬利亞人「感染」,較易向途人施出援手?答案是否定的,講題對修士的行為沒有多大影響。

問卷答過了,講詞準備了,修士動身前往演講場地之際,實驗人員對他說:「噢,我們遲了,演講原定幾分鐘前開始,他們正在等你,你還是快點過去吧。」對另一些修士,實驗人員卻說:「演講還有幾分鐘才開始,現在動身差不多了。」短短兩句說話,效果「超乎想像」,焦急的修士只有 10% 停下來幫助途人,從容的有 63%。換句話說,決定修士會否「身體力行」幫助途人的最主要因素並非其人格、背景、講題,而是手上的時間;時間充裕,幫人的意欲自然增加。

佛山途人是不是匆匆路過趕着做什麼?只有他們自己知道,這裡要說的是,「冷血」除了個人人格使然,還有不可忽視的外在環境因素,當我們忙着指責別人袖手旁觀,還應該留意一下周遭環境、社區、以至整個社會彌漫着什麼「氣息」,促使人們袖手旁觀。

1964 年 3 月 13 日凌晨三時許,美國紐約市發生一宗轟動全國的命案,當時紐約時報這樣報導:「逾半小時,三十八位奉公守法的紐約市民目擊一名兇徒用刀刺殺受害女子。兇徒曾兩度被居民的說話聲及燈光嚇走,但不久之後旋即回來,找她出來再次行兇。襲擊時無人報警,一人在受害者死後通知警方。」似與佛山事件不遑多讓。後來有人對此案作深入分析,認為報導有不實之處,當時正值深夜,不少市民雖被驚醒,但知否發生何事,不無疑問;而且案發過程並非停留在一處(兇徒離開期間,女子負傷逃走,儘管走得不遠),目擊者是否目擊全程?

姑勿論實情如何,此案引發一連串心理學研究,為什麼大城市人情這麼冷漠?什麼因素促使人們袖手旁觀?

帶大家回到多年前另一次心理實驗,假設你是大學一年級新生,也是該實驗的參與者之一。你來到一個房間,桌上一個咪高風,可與附近的房間通話;你將會與另外幾位新生談論適應大學生活遇到的問題,為了保持私隱避免尷尬,你們不會見面,只會隔牆通話。首先大家輪流發言,然後自由討論。第一位發言,說他不太適應大城市的節奏,並語帶猶豫地透露間中會癲癇症發作,尤其考試壓力大的時候;其他人繼續輪流發言,你是最後;當你發言完畢,第一位再次發言,先提一些意見,然後逐漸「口疾疾」:「我 er ……我諗……可唔可以……搵搵搵搵人幫吓我……我我我諗……又發作……你哋可可可唔可以幫吓我……我我我我會死架……(窒息的聲音,然後寂靜)」你會怎辦?

事實上,除你之外,其他人都是假扮,實驗想看你求助得有多快。討論小組可有二人(只你和他)、三人(你、他和第三者)或六人(你、他和另外四人),你猜哪個情況你會最快求救?答案是,愈少人你會愈快求救,反過來說,愈多人你便愈是袖手旁觀,心理學稱此現象為「Bystander effect」(可否譯為「人多手腳痺」效應?),愈多旁觀者,大家愈是「集體麻痺」,愈容易站着袖手旁觀。用心理學術語,多人的時候有個「diffusion of responsibility」,每人都覺得幫人的責任分散了,良心的驅使自然削弱。

如果我被貨車輾過,我寧願只有一人路過,那一人救我的機會,比十八路人高得多。你說諷刺不諷刺?

外在環境增強袖手旁觀的傾向,不是替旁觀者卸責。作為擁有自由意志的人,我們永遠有選擇的餘地,正如還有 10% 遲到的修士選擇關顧一位不適的途人,還有一位拾荒老婦選擇救助倒地的女孩,環境無疑影響着我們的一舉一動,但我們並非受其支配。

佛山慘劇已經發生,與其指罵那十八位途人,不如借此機會反省良心的脆弱,警剔自己並向自己承諾,以後碰上需要幫助的人,定要抗拒袖手旁觀的惰性,鼓起勇氣去做應該做的事。

(2011 年 10 月 23 日 明報星期日生活)

2011年10月22日 星期六

跟路透社算一算賬

(本文幾星期前寫,由於信報整理版面,今週才刊出,已經有點過時……)

路透社真厲害,諾貝爾得獎名單早在他們意料之內。今年物理學獎、化學獎、醫學獎、經濟學獎得主都給路透社「貼中」,究竟是什麼回事?

事情追溯至 1989 年。當年,路透社開出一張二十人名單,說是最有機會贏取諾貝爾醫學獎的人士,其中二人即年應驗,其後還有四人分別在 1992、1994、2000 及 2002 年獲獎。至今經歷二十多屆,那張名單才二十中六,成績不算優異。

1990 年,路透社再接再勵,開出十二人物理學獎名單和十人化學獎名單;至今,物理學名單有三人得獎(其中一位獲頒化學獎,即是猜對了人但猜錯了獎,無謂太嚴苛,算猜中吧),化學名單有四人得獎,預測也不算準繩。

同是 1990 年,有人發表論文〈Who Will Win the Nobel Prize in Economics? Here's a Forecast Based on Citation Indicators〉,列出五十位被引用最多的經濟學家,其中十五人當時已經是諾獎得主,另外七人在往後年份陸續獲獎。該篇論文之外,很多研究亦指出,同行引述的多寡與獲頒諾貝爾獎是有關連的。事實上,路透社的預測名單也是用類似方法,根據學術文獻的引述次數來決定諾貝爾獎的熱門人選。

寫學術論文不似我寫專欄,每一組數據、每一項事實、每一個說法都要列明出處的,拾人牙慧固然可以,但牙慧的來源必須列明,就是因為這種嚴格的要求,誰人的著作被引用得多,是數得出來的。學術期刊有聲譽高低之分,聲譽高的期刊引述一次當然來得更有「份量」,點算引述次數時,期刊聲譽也會計算在內。簡而言之,這種計分法把學術成就與著作被引述的次數掛鈎,支持者說是客觀,反對者說是過於機械化,無論如何,它已成為學術市場的一部分,成為評核學者的一種標準,高等學府以此作為教職員聘用和升遷的考慮之一,路透社則以此作為預測諾貝爾獎的工具。

然而,路透社深知引述次數不是故事的全部,漸漸加入其他較難量化的判斷,例如哪些貢獻最被重視,哪些發現值得特別表揚等;優化其預測系統後,路透社自 2006 年起每年都開出物理、化學、醫學和經濟學獎的預測名單(以前只是偶然為之),每科名單少則四人,多則八人,至今六屆,成績如何?

路透社對自己的要求不太嚴苛,每屆落空的預測順延至下屆,「預測有效期」無限(直至某人逝世,諾貝爾獎不會死後頒發的),人選年年累積,「貼中」機會理應逐年提高,情況是不是這樣?下圖顯示六年來的預測成績,今年真是「戰績彪炳」,四獎全中共九人:三位發現宇宙加速膨脹的,在路透社 2010 年物理學名單之內;三位研究免疫系統的,二人在 2008 年名單,一人在 2010 年名單;那位發現準晶體的化學獎得主及兩位經濟學獎得主,均在 2008 年名單之內。


隨着人選不斷擴大,路透社要在來年維持「彪炳」的預測成果,我看不是太難。如果成功率反降,他們的預測系統才真有檢討的必要。

(2011 年 10 月 22 日 信報副刊)

2011年10月15日 星期六

世界本是一場戲

今日《信報》整理版面,專欄暫停,看看其他。

攝影師幫助我們看見世界,但有沒有想過,那些影像可能是「假」的?

意大利人 Ruben Salvadori 深入東耶路撒冷,目睹一些攝影師刻意鋪排情景,並非拍攝實況,以下是他的報告:



你可能怪責他們不誠實,在說謊;我覺得不用太介懷,電影、戲劇、小說也是「假」的,我們依然享受一個說得好的故事;相反,我們對所謂「事實」的追求是不是想像中那樣貫徹呢?去旅行,你喜歡遊覽異地美麗的一面,還是真實的一面?無論怎麼說,很多人事實上只會遊覽美麗的一面。

也不能把責任完全推給攝影師,讀者愛看,他們才拍。我不是叫大家「反省」,這裡沒有人需要「反省」,不過是人的本性。以後看見感人的照片,不要感動得太「義無反顧」就是了。

Source: PetaPixel

2011年10月8日 星期六

超光速粒子的來龍去脈

微中子(neutrino)突破光速的消息,經媒體廣泛報導,大家應該「耳熟能詳」。挑戰相對論不是說着玩的,extraordinary claims require extraordinary evidence,今天就讓我們看看有什麼驚人證據支持這驚人結論。

「事發地點」在意大利 Gran Sasso 深山,那裡有個絕不微小的微中子探測器,重量超過一千噸,接收遠在瑞士和法國邊界的 LHC(Large Hadron Collider,大型強子對撞器)發射出來的微中子,兩地相距 730 公里。如此「山長水遠」,大部分粒子會被中間的岩石阻隔,唯獨微中子絕少與正常物質「打交道」,因而才能「直行直過」穿越幾百公里地底。由於微中子這種「孤僻」的特性,探測是極端困難的,現時還未知其質量,只知它非常輕,可能不及電子一百萬分之一。

微中子固然神秘,但計算其速度一點也不神秘,稍懂常識都知道:速度=距離/時間,若對超光速的結論抱懷疑,首先就是懷疑距離和時間的偏差。先看時間,微中子由 LHC 飛到 Gran Sasso 之需時是怎樣量度的呢?LHC 以質子(proton)撞向石墨,產生一大堆其他粒子,這些粒子在衰變過程中再產生微中子。實驗不可能巨細無遺地追蹤每顆粒子,哪顆 LHC 質子衍生哪顆 Gran Sasso 捕捉到的微中子,根本無法追查,情形好像一次混亂的馬拉松賽跑,一批黑影越過起跑線,中途擾攘一番,兩小時後一批黑影衝過終點,怎計時呢?不能逐顆計時,但整體而言有跡可尋,LHC 質子的時間分佈(圖表上一條曲線)跟 Gran Sasso 微中子的時間分佈(另一條曲線)形狀應該相近的,把兩條曲線盡量併合,圖表時間軸的相差便是旅程的時間(好像《信報》投資版羅耕經常玩的拼圖遊戲)。

該實驗的微中子到達 Gran Sasso 比光速早 60 納秒(nanosecond,十億分之一秒),「統計信心值」為六個標準差,即是只有 0.0000002% 機率是運氣使然;從統計學角度,實驗裡的微中子比光速快 60 納秒這個結論是近乎「鐵證如山」的。

為什麼量度的「起點」是質子不是微中子?LHC 不能探測微中子的,質子撞擊石墨之後,微中子可在一公里隧道內任何一處誕生,很明顯這可能導致一些誤差。實驗團隊的說法是,由於質子近乎光速,與微中子相差無幾,微中子在隧道哪處誕生並不重要,根據電腦模擬,這樣引致的誤差少於一納秒,相對微中子比光速早到 60 納秒,影響不大。

另一要點是 LHC 和 Gran Sasso 的時鐘必須是同步的,如何保證呢?運用 GPS 衛星。每顆 GPS 衛星都會廣播自己的時間,兩地同時見到某顆衛星,便可借其廣播來「較準」時鐘了。實驗團隊聲稱,兩地時鐘誤差大約二納秒,相對 60 納秒而言,影響也不大。

兩地的距離又有多準確呢?他們曾以多種方式量度(例如用光纖傳送光束計時),斷言誤差頂多 20 厘米(那是 730 公里裡的 20 厘米),這是少於一納秒的光速旅程。

時間看似十分準確,距離看似十分準確,還有什麼可能出錯?這就是問題,好像再沒什麼可能出錯。據我看過科普網站和博客之評語,實驗本身是紮實可信的,唯一啟人疑竇就是違反相對論,亦與二十多年前一次超新星爆發的觀察相左。

1987 年 2 月 23 日,分別位於日本、美國、俄羅斯的三個微中子探測器偵測到一批外太空飛來的微中子,當時仰望夜空,未有異像。三小時後,一顆超新星爆發的光線終於抵達,肉眼都看得到;這顆超新星命名為 1987A,因為它是 1987 年發現的第一顆。微中子先於光線到達地球,豈非超光速?事情沒有這樣簡單,天文理論預測超新星爆發首先製造微中子,然後才製造可見光,飛得近乎光速(沒有超過)的微中子先於光線抵達,證明了理論的正確。有人算過,如果那些微中子飛得像 LHC 至 Gran Sasso 那樣快,應該早四年抵達地球,並非早三小時。

很多人執着這點否定超光速微中子的可能,但這種質疑也不見得深思熟慮,超新星的微中子與 LHC 的微中子有着不同能量,會否因而快慢有別?微中子會否在地心吸力之下才超光速?沒有答案。

況且,我們也並非第一次捕捉到超光速微中子,2007 年美國有過同類實驗。芝加哥 Fermilab 的粒子對撞器把微中子射向 800 公里以外一個明尼蘇達鐵礦坑,同樣測出超光速,不過由於誤差頗大,「統計信心值」不夠高,大家都把「疑點利益」歸於愛因斯坦,繼續相信相對論,媒體也沒有掀起太大波瀾。

今次「統計信心值」極高,實驗結果非常「肯定」,總算引起學術界注意。不過相對論經過千錘百煉,經無數實驗及天文觀測驗證,大家對超光速微中子暫時都是半信半疑(甚至極度懷疑),等待更多證據。上述那個明尼蘇達鐵礦坑實驗將會「鹹魚翻生」,安裝更先進的 GPS 接收器、原子鐘和探測儀等,希望降低誤差,對微中子的快慢作一獨立查證,最快 2014 年有結果。

假若超光速真有其事,相對論怎算?過去作的天文觀測要不要重新計算?現在言之尚早,可以肯定的是,相對論不會完全被推翻,正如相對論沒有完全推翻古典力學一樣。古典力學在日常情況還是適用的,相對論實是包含了古典力學,再擴充至古典力學沒有觸及的範圍。假如超光速真有其事,相對論可能要修正,但不會完全被推翻。有些觀點甚至認為,相對論根本無須修正也可解釋超光速,微中子可能中途跳出了我們熟悉的三維空間,穿越其他維度,縮短了路程,快些抵埗也就不足為奇;相對論非但無須修正,更證實了更高維度的存在,這可能是超光速微中子的真諦。

最終結局如何?我討厭陳腔濫調,但還是要陳腔濫調地說一句:請大家拭目以待。

(2011 年 10 月 8 日 信報副刊)

2011年10月1日 星期六

火星漫步

去週事忙無暇寫文,專欄暫停一次。

太空人在月球行走喜歡跳吓跳吓的,因為月球引力小。



上月球之前,美國太空總署做過實驗,模擬月球引力下走路。該片不准嵌入,大家唯有點擊這裡看看吧。(基本上是吊着一個人在傾斜的表面行走,傾斜愈多等於引力愈小。)

最近澳洲一個展覽展出了火星步行模擬器,由於火星引力比月球大,那「地面」傾斜得較少。看以下片段便大概知道火星漫步是什麼模樣。



Source: New Scientist