文：Castaly Fan
科幻與現實：超乎想像的物理物理學範疇
萬物——包含宇宙、建築物、科技甚至是與人你和我——正逐漸凋零並消逝。物理不僅在日常科技中扮演重要角色，類未來時理論它更主宰了人類文明的間旅未來發展。身為21世紀成員的行蟲我們，務必意識到這些知識、洞多議題、重宇宙以及事實。不切
相信各位都有閱讀過科幻作品的實際經驗。無庸置疑，物理那些劇情往往看似浮誇、科技且對於普羅大眾而言總是與人難以令人置信。然而，類未來時理論事實上有些情節與近代理論物理的間旅研究是有所吻合的。
「物理學」並不僅僅侷限於國高中理化課的知識，實際上它是一門包羅萬象的學科，從你身邊的電腦、GPS裝置、電視、冷氣，小至比DNA還渺小許多的微觀粒子，大至抬頭可見天空、月球、星體、甚至宇宙——這些都和物理學的範疇有著密切關聯。
一般來說，最常見的大概是凝態物理學（condensed matter physics），半導體、超導體、以及近年來相當熱門的量子電腦皆是隸屬於該領域；除此之外，還有原子物理（atomic physics）、生物物理（biophysics）、天文物理（astrophysics）、高能物理（high energy physics）等領域。
無論是何種領域，皆有分為實驗（experimental）、理論（theoretical）兩大類別。對於理論物理學而言，推導、提出模型並預測現象便是最重要的任務，舉凡愛因斯坦、霍金這些物理學家皆是理論物理學家的代表人物。
而在這些領域當中，理論高能物理與天文物理的交叉領域——宇宙學（cosmology）可以說是物理學中最艱澀、抽象但有趣的領域之一。不同於天文物理，宇宙學主要探討宇宙的起源與命運，還有時空的本質，絕大多數歐美科幻作品會引述的名詞也都是出自於這領域。
舉例而言：「蟲洞」（wormhole）事實上源於愛因斯坦廣義相對論的一個可能解；「時間旅行」（time travel）的概念對於微觀尺度下的粒子而言並非全然不可行的；「多重宇宙」（multiverse）的概念源自於量子力學、並且在近幾十年來的弦理論中重新復甦。這些理念看似出自於幻想而非現實，然在某種程度上，它們於理論物理的框架中是有存在的可能性。
電腦的終結：物理與科技的挑戰
雖然人們時常認為物理與生活中的科技無關緊要，但事實上，我們所知的一切科技大多數皆是基於物理定律。對於21世紀的人們而言，「量子力學」（quantum mechanics）的奠基莫過於最重要的里程碑，因為這個理論將世界上的一切以混沌且隨機的「粒子」（particles）來解釋，比如光子、電子、微中子。
舉例來說，當人們意識到電子的存在後，便嘗試操控、應用電子，從而發明了一系列所謂的「電子」產品。舉凡液晶電視、手機、電腦等科技產品——它們皆是量子物理發軔後所衍生出來的產物。
根據Intel創始人所提出的「摩爾定律」（Moore’s law），我們電腦內部微晶片上的電晶體數量每18個月會倍增（也就是製作得更小），換句話說，電腦的運算能力每一年半便會增快兩倍。愈小的電晶體意味著電腦愈驚人的運算速率。
然而大多數的電腦科學家與物理學家們相信，摩爾定律的終點便在不久的將來。原因是量子力學預測電晶體的尺寸將有一個上限，一旦電晶體從5奈米、3奈米縮小至瀕臨原子尺度的大小時，不確定性原理（uncertainty principle）將會主宰、致使電子溢出線管而短路。這就是為什麼當今人工智慧（AI, articifial intelligence）與深度學習（deep learning）的發展，將有可能在日後逐漸取代電腦的能力。
至於所謂的「量子電腦」（quantum computer），其運算速度將會遠超過當今所有電腦的運算能力，其原理是基於量子計算的奇妙性質：傳統電腦的運算僅限於0和1位元，「不是0、就是1」；但量子力學的邏輯閘允許更多的疊加態存在，比如「25％的0位元、75％的1位元」這樣的組合是存在的，也因此，相較於傳統位元瞬間多了無限多個可能性，我們藉此便可以想像得到量子電腦所擁有的驚人計算能力。
順帶一提，根據量子論，一個粒子可以不受距離限制而干擾到遠方的另一個粒子，這稱之為「量子糾纏」（quantum entanglement）效應。有一部分科學家正在研究如何應用這種性質，達成粒子、甚至是宏觀物體的「量子隱形傳態」（quantum teleportation）——用最通俗的說法，就是科幻電影裡一定會出現的「瞬間移動」。
知識的尖端：物理學家的終極目標
對於理論物理學家而言，物理的終極目的在於統一自然界所以交互作用。或許我們高中時期皆曾學過：自然界存有四大交互作用——強交互作用、弱交互作用、電磁交互作用，以及重力交互作用。
你或許會想問：「統一這些作用力有什麼用？」事實上，科學家們相信在宇宙誕生——亦即「大霹靂」（Big Bang）——的一剎那，只存有唯一一個交互作用。漸漸地，隨著溫度逐漸冷卻，該交互作用也逐漸產生分歧，最後便形成了我們所能辨認的四大作用力。因此，統一所有交互作用便得以讓我們描繪出宇宙萬物的圖景。一旦知悉四大作用力的統一面貌時，便意味著解開了宇宙創生之謎。
迄今為止，物理學家已然統一了弱交互作用以及電磁交互作用，也就是所為的「電弱統一理論」（electroweak interacion）。至於強交互作用，目前量子場論（quantum field theory, QFT）可以將包含強作用力與電弱作用力在內的三者囊括於理論框架中。