"核電廠不比房屋耐震" 日本前法官解釋禁止重啟理由

文：宋瑞文 / 媽媽監督核電廠聯盟特約撰述

福島核災後，理所當然地，日本核安主管機關提升了安全標準。例如對活斷層的考量從原本12-3萬年前活動過的活斷層起算，上溯到40萬年前。許多民眾都會以為，日本核電相當安全。不過，一位承審過核電訴訟的前法官卻直言，日本核電廠的耐震程度，還不如一般房屋。

樋口英明，是一位畢業自京都大學法學部的前法官。2014年他在福井縣擔任法官時，判決大飯核電廠3、4號機組禁止重啟。2015年，又對高濱核電廠3、4號機組做出禁止重啟的假處分。2017年退休後，透過出書演講等方式，解釋判決核電停機的理由。

「我是這樣想的，不論是誰，都認同核電廠應該要有相當的安全性。而日本做為地震大國，核電廠應該要有高度的耐震程度。」樋口英明在接受集英社雜誌訪問時說道。

有了問題意識之後，樋口英明就去調查，能夠表示日本地震強度的單位Gal（表示搖晃強度的加速度單位），和表示日本核電廠耐震程度的「基準地震動」（核電廠耐震程度，數字越大越耐震），發現核電廠的耐震程度，並不像一般人想像的高。

「日本所有的核電廠，基準地震動幾乎都在700Gal的程度。」樋口英明說道。他審查過的大飯核電廠，原本設計的耐震程度只有405Gal。到了2009年，關西電力用電腦模擬試算的方式，把耐震程度調高到700Gal。

相對的，若干日本大地震則超過核電廠耐震程度許多。2008年的岩手・宮城内陸地震有4022Gal。2011年的東日本大震災有2933Gal。在近20年裡，超過1000Gal的大地震有17次，超過700Gal的大地震有30次。

換句話說，每年都有可能威脅核電廠安危的大地震發生。順便一提，建商三井房屋是用5115Gal在測房屋可以承受的搖晃程度，遠大於核電公司提供的數值。

樋口英明的數據來源，出自日本政府氣象廳的強震觀測數據資料庫，以及獨立行政法人「防災科學技術研究所」的Ｋ－ＮＥＴ（強震觀測網）的數據。

樋口英明並說明，為何日本核電廠耐震程度設定相對低的源由。自1941年地震學者河角廣倡議震度與Gal的對應表之後，當時對於1923年的關東大地震（震度7）的認識是，搖晃程度在400Gal。之後的日本地震學者推測，日本不會有超過980Gal（重力加速度）的地震。日本核電公司便根據這個說法，設計核電廠的耐震程度。

但在2000年後，因為1995年阪神・淡路大震災的關係，日本在全國各地設置了5000個以上的地震計，完善地震觀測網。於是，震度7的地震，搖晃程度從之前的400Gal，被重新認定為1500Gal以上。

樋口英明說：「雖然原子爐本身有3000Gal左右的耐震程度。可是整體設備的配管、電路很難強化。核電和一般房屋不同，若是停電斷水，可能會釀成大禍。」日本柏崎刈羽核能發電廠，是因地震遭受重創的核電廠案例之一，當時損傷多達3000處，並造成輻射外洩。儘管曾經重啟，但又發現其他的安全問題。2021年，原子力規制委員會下令禁止再裝填核燃料，除非命令解除，實質上無法重啟。

*本文相關編譯與轉寫，承蒙上前万由子女士審閱。

*參考資料：

1. ３・１１後に初めて「原発運転差し止め」判決を出した元福井地裁裁判長・樋口英明氏「日本には強い地震に耐えられる原発はひとつもない」　
https://tinyurl.com/tnd75kaw

2. 平成１９年新潟県中越沖地震における東京電力㈱柏崎刈羽原子力発電所７号機の主排気筒からのヨウ素等の検出について
https://tinyurl.com/e7e9zetr

3. 柏崎刈羽原発 燃料装塡禁止を決定（2021/04/14）
https://www.niigata-nippo.co.jp/news/national/20210414610488.html

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【立場轉載】【2020 諾貝爾物理學獎】廣義相對論與宇宙最黑暗秘密

打風落雨留在家，為何不試試學習黑洞的理論呢？😹😹😹

／／諾貝爾獎有三個科學奬項，我們在學校也習慣以「物理、化學、生物」等不同科目去區分不同科學領域。這種分界當然能夠方便我們以不同角度去理解各種自然現象，但大自然其實是不分科目的。科學最有趣的是各種自然現象環環相扣，我們不可能只改變大自然的某一個現象而不影響其他。就好像蝴蝶效應，牽一髮而動全身。

廣義相對論間接推論暗物質存在的必要

廣義相對論是目前最先進的重力理論，它能夠解釋迄今為止所有實驗和觀測數據。然而，天文學家發現銀河系的轉速和可觀測宇宙的物質分佈，都顯示需要比觀測到的物質更加多的質量。這是物理學的其中一個未解之謎，有時會被稱為「消失的質量」問題。那些「應該在而卻看不到」的物質，就叫做暗物質 (dark matter) 。

有些物理學家猜測，會否根本沒有暗物質，而是廣義相對論需要被修改呢？他們研究「修正重力 (modified gravity) 」理論，希望藉由修正廣義相對論去解釋這些觀察結果，無需引入暗物質這個額外假設。可是從來沒有修正重力理論能媲美廣義相對論，完美地描述宇宙一切大尺度現象。

天文學研究向來難以得到諾貝爾獎，因為天文發現往往缺乏短期實際應用。然而過去十年之間，有關天文發現的研究卻得到了五個諾貝爾物理學獎。換言之，過去幾十年間改變人類對宇宙的基本認知的，有一半是來自於天文現象。其中有關廣義相對論的包括 2017 年的重力波觀測、 2019 年的宇宙學研究，以及 2020 年的黑洞研究。

不過很少人提及這三個關於廣義相對論的發現其實同時令暗物質的存在更加可信。因為這些發現測量得越精確，就代表廣義相對論的錯誤空間更小。換句話說，物理學家越來越難以靠修正重力去解釋「消失的質量」問題，所以暗物質的存在就越來越有其必要了。

換句話說，如果證明黑洞存在，其對科學的影響並不單止是為愛因斯坦的功績錦上添花，而是能夠加深人類對構成宇宙的物質的理解。

描述四維時空的圖

談黑洞之前，我們首先要理解一下，物理學家是如何研究時空的。研究時空的一種方法，就是利用所謂的時空圖 (spacetime diagram) 。一般描述幾何空間的圖，在直軸和橫軸分別表示長和闊，形成一個二維平面。有時更可按需要加多一條垂直於平面的軸，代表高度。長、闊、高，構成三維空間。但如果要再加上時間呢？那麼就再在垂直於長、闊、高的第四個方向畫一條軸吧。咦？

怎麼了，找不到第四個方向嗎？這是當然的，因為我們都是被囚禁在三維空間之中的生物。如果有生活在四維空間裡的生物，牠們會覺得我們很愚蠢，問我們：「為什麼不『抬頭』？第四個方向不就在這邊嗎？」就像我們看著平面國的居民一樣，在二維生物眼中，牠們的世界只有前後左右，沒有上下。到訪平面國的我們也會問：「為什麼不『抬頭』？第三個方向不就在這邊嗎？」但牠們無論如何也做不到。

宇宙是三維空間，另外加上時間。如果要加上時間軸這個「第四維」的話，我們就必須犧牲空間維度。物理學家使用的時空圖就是個三維空間，直軸代表時間（時間軸）、兩條水平的橫軸代表空間（空間軸）。當然，把本來的三維空間放在二維的平面上，我們需要一些想像力。在時空圖上，每個點都代表在某時某地發生的一件事件 (event) ，因此我們可以利用時空圖看出事件之間因果關係。一個人在時空中活動的軌跡，在時空圖上稱為世界線 (world line) 。

由於時間軸是垂直的，並且從時空圖的「下」向「上」流動。一個站在原地位置不變的人的世界線會是平行時間軸的直線。由於光線永遠以光速前進，光線的世界線會是一條斜線。而只要適當地選擇時間軸和空間軸的單位，光線的世界線就會是 45 度的斜線。因為沒有東西能跑得比光快，一個人未來可以發生的事件永遠被限制在「上」的那個由無數條 45 度的斜線構成的圓錐體之間，而從前發生可以影響現在的所有事件則永遠在「下」的圓錐體之間。這兩個「上」和「下」的圓錐體內的區域稱為那個人當刻的光錐 (light cone) ，而物理學家則習慣以「未來光錐 (future light cone) 」和「過去光錐 (past light cone) 」分別表示之。

所有東西的世界線都必定被位於未來和過去光錐之內。在沒有加速度的情況下，所有世界線都會是直線。如果涉及加速，世界線就會是曲線。而廣義相對論的核心概念，就是重力與加速度相等，兩者是同一種東西。因此我們就知道如果在時空圖上放一個質量很大的東西，例如黑洞，那麼附近的世界線就會被扭曲。不單是物質所經歷的事件，連時空也會被重力場扭曲，因此時空圖上的格網線和光錐都會被扭曲往黑洞的方向。換句話說，越接近黑洞，你的越大部分光錐就會指向黑洞內部。因為你的世界線必須在光錐之內，你會剩下越來越小的可能逃離黑洞的吸引。

2020 年的諾貝爾物理學獎一半頒給了彭羅斯 (Roger Penrose) ，以表揚他「發現黑洞形成是廣義相對論的嚴謹預測」。在彭羅斯之前的研究，大都對黑洞的特性作出了一些假設，例如球狀對稱。這是因為以往未有電腦能讓物理學家模擬黑洞，只能用人手推導方程。但廣義相對論是非線性偏微分方程，就算不是完全沒有可能也是極端難解開的，所以物理學家只能靠引入對稱和其他假設去簡化方程。因此許多廣義相對論的解都是帶有對稱假設的。這就使包括愛因斯坦在內的許多物理學家就疑惑，會不會是因為額外加入的對稱假設才使黑洞出現？在現實中並沒有完美的對稱，會不會就防止了黑洞的出現？

黑洞只是數學上的副產品嗎？

彭羅斯發現普通的高等數學並不足以解開廣義相對論的方程，因此他就轉向拓撲學 (topology) ，而且必須自己發明新的數學方法。拓撲學是數學其中一個比較抽象的分支，簡單來說就是研究各種形狀的特性的學問。 1963 年，他利用一種叫做共形變換或保角變換 (conformal transformation) 的技巧，把原本無限大的時空圖（因為空間和時間都是無限延伸的）化約成一幅有限大小的時空圖，稱為彭羅斯圖 (Penrose diagram) 。

彭羅斯圖的好處除了是把無限縮為有限，還有另一個更重要的原因：故名思義，經過保角變換後的角度都不會改變。其實在日常生活中，我們經常都會把圖變換為另一種表達方式，例如世界地圖。由於地球表面是彎曲的，如果要把地圖畫在平面的紙上，就必須利用類似的數學變換。例如我們常見的長方形或橢圓形世界地圖，就是利用不同的變換從球面變換成平面。有些變換並不會保持角度不變，例如在飛機裡看到的那種世界地圖，在球面上的「直線」會變成了平面上的「曲線」。

扯遠了。回來談彭羅斯圖，為什麼他想要保持角度不變？因為這樣的話，光錐的方向就會永遠不變，我們可以直接看出被重力影響的事件的過去與未來。彭羅斯也用數學證明，即使缺乏對稱性，黑洞也的確會形成。他更發現在黑洞裡，一個有著無限密度的點——奇點 (singularity) ——必然會形成。這其實就是彭羅斯-霍金奇點定理 (Penrose-Hawking singularity theorem) ，如果霍金仍然在世，他亦應該會共同獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。

在奇點處，所有已知物理學定律都會崩潰。因此，很多物理學家都認為奇點是不可能存在宇宙中的，但彭羅斯的計算卻表明奇點不但可以存在，而且還必定存在，只是在黑洞的內部罷了。如果黑洞會旋轉的話（絕大部分都會），裡面存在的更不會是奇點，而是一個圈——奇異圈 (singularity ring) 。

黑洞的表面拯救了懼怕奇點的物理學家。黑洞的表面稱為事件視界 (event horizon) ，在事件視界之內，你必須跑得比光線更快才能回到事件視界之外。因此沒有任何物質能夠回到黑洞外面，所以黑洞裡面發生什麼事，我們都無從得知。就是這個原因給予了科幻電影如《星際啟示錄 (Interstellar) 》創作的空間——在黑洞裡面，編劇、導演和演員都可以天馬行空。只要奇點永遠被事件視界包圍，大部分科學家就無需費心去擔心物理學可能會分崩離析了。甚至有些科學家主張，研究黑洞的內部並不是科學。

雖然如此，卻沒有阻礙彭羅斯、霍金等當代理論天體物理學家，利用與當年愛因斯坦所用一樣的工具——紙和筆——去研究黑裡面發生的事情。雖然或許我們永遠無法證實，但他們的研究結果絕非無中生有，而是根據當代已知物理定律的猜測，即英文中所謂 educated guess 。利用彭羅斯圖，我們發現不單奇點必定存在，而且在黑洞裡面，時間和空間會互相角色。

但這是什麼意思？數學上，時間和空間好像沒有分別，但在物理上兩者分別明顯：在空間中我們可以自由穿梭，但在時間裡我們卻只能順流前進。彭羅斯發現，帶領掉入黑洞的可憐蟲撞上奇點的並非空間，而是時間，因此我們也說奇點是時間的終點。亦因為在黑洞裡面掉落的方向是時間，向後回頭是不可能的，所以一旦落入黑洞，就只能走向時空的終結。

看見黑洞旁的恆星亂舞

另一半諾貝爾獎由 Reinhard Genzel 和 Andreas Ghez 平分，以表揚他們「發現銀河系中心的超大質量緻密天體」。銀河系中心的確有一個超大質量的物體，而且每個星系中心都有一個。這些質量極大的物體，就是所謂的超大質量黑洞 (supermassive blackholes) 。

上世紀 50 年代開始，天文學家陸續發現了許多會釋放出無線電輻射的天體，稱為類星體 (quasars) 。之後其中一個類星體 3C273 被觀測確認是銀河系外的星系中心。根據計算， 3C273 釋放出的無線電能量是銀河系中所有恆星的 100 倍。起初，天文學家認為這些能夠釋放巨大能量的類星體，必然是些比太陽重百萬倍的恆星。但是理論計算結果卻表明，這麼重的恆星會是極不穩定的，而且壽命會非常短，因此類星體不可能是恆星。

為什麼這些類星體不可能是恆星？因為恆星的發光度是有極限的，而且正比於恆星的質量。這個極限稱為愛丁頓極限 (Eddington limit) 。如果恆星的發光度超出愛丁頓極限，光壓（radiation pressure ，即光子對物質所施的壓力）就會超過恆星自身的重力，恆星就會變得不穩定。因此，天文學家逐漸改而相信類星體是位於星系中心的超大質量黑洞。這也令類星體多了一個名字：活躍星系核（active galactic nucleus）。

每個黑洞旁邊都有一個最內穩定圓形軌道 (innermost stable circular orbit) ，依據黑洞會否旋轉而定，大概是黑洞半徑的 3–4.5 倍。比最內穩定圓形軌道更接近黑洞的範圍，環繞黑洞運行的物質都會因不穩定的軌道而墜落黑洞之中，並在墜落的過程中釋放出 6–42% 的能量，因此可以解釋活躍星系核的強大發光度。

另一方面，彭羅斯在 1969 年亦發現一個旋轉的黑洞能夠把能量轉給物質，並且把物質拋出去，這個過程稱為彭羅斯過程 (Penrose process) 。換言之，從黑洞「偷取」能量是有可能的。科學家估計，科技非常先進的外星文明有可能居住於黑洞附近，並利用彭羅斯過程從黑洞提取免費的能源。這個過程亦進一步支持超大質量黑洞能夠釋放巨大能量的理論。

由於 E=mc2 ，能量即是質量，因此被偷取能量的黑洞的質量就會減少。霍金在 1972 年發現一個不會旋轉的黑洞的表面積不可能減少。黑洞質量越大，其表面積就越大，因此不會旋轉的黑洞不會有彭羅斯過程。他亦發現，如果是個會旋轉的黑洞，其表面積是有可能減少的。因此霍金的結論支持了彭羅斯的理論。

Genzel 和 Ghez 兩人的研究團隊已經分別利用位於智利的歐洲南方天文台 (European Southern Observatory) 的望遠鏡和位於夏威夷的凱克望遠鏡 (Keck Telescope) 監察了距離地球約 25,000 光年的銀河系中心區域將近 30 年之久。他們發現有很多移動速度非常快的恆星，正在環繞一個不發光的物體轉動。這個不發光的物體被稱為人馬座 A* (Sagittarius A*, 縮寫為 Sgr A*) 。 Sgr A* 會放出強大的無線電波，這點與活躍星系核的情況相似。

他們不單確認了這些恆星的公轉速率與 Sgr A* 的距離的開方成反比， Genzel 的團隊更成功追蹤了一顆記號為 S2 的恆星的完整軌跡。這兩個結果都表明， Sgr A* 必然是一個非常細小但質量達 400 萬倍太陽質量的緻密天體。這樣極端的天體只有一種可能性：超大質量黑洞。

霍金輻射　黑洞的未解之謎

諾貝爾物理學委員會在解釋科學背景的文件中亦特別提及霍金的黑洞蒸發理論以及霍金輻射 (Hawking radiation) 。現時仍然未能探測到霍金輻射的存在，未來若成功的話除了將再一次驗證廣義相對論以外，更會對建立量子重力理論 (quantum gravity theory) 大有幫助。就讓我們拭目以待吧！

重力波研究、宇宙學研究、黑洞研究，都是直接檢驗廣義相對論預言的方法。加上 2019 年 4 月 10 日公布的黑洞照片，大自然每一次都偏心愛因斯坦。相信愛因斯坦在天上又會伸出舌頭，調皮地說：「我早就知道了！」／／

【黑洞照片首次公布】
－－今天為大家讀一首關於宇宙的詩

宇宙學　◎任明信
　
〈日心說〉
　
伽利略告訴我們
地球不是宇宙的中心
太陽也不是
誰來告訴我
你也不是
　
〈可能〉
　
他走過來對你說
這世界沒有上帝
沒有天堂
也沒有輪迴
你的人生都在這裡
　
〈星體〉
　
我們所見到的
只是你過去的樣子
　
〈水星〉
　
想要搬去水星雖然
水星沒有水
水星離太陽比較近
他的一年
是地球的三個月
我想那裡的冬天比較短
　
〈大爆炸〉
　
如果生命未曾出現
是否就不會為了逝去而難過
　
〈黑洞是黑色的〉
　
關於崩潰的故事
發生在恆心將死之前
重力不斷增強
於是形成連
光都無法遁逃的場域
　
〈超弦理論〉
　
空氣中存在著
各式各樣看不見的弦
不同的擺盪產生不同的扭曲
於是激發出能量
一切可知
與不可知的現象
我想這可以用來解釋
你出現時的音樂
　
〈冷暗物質〉
　
宇宙中
除了星球
以外的那些
　
身體裡
除了回憶
以外的那些
　
〈光年〉
　
與其說是距離的單位
我更相信那其實是某種
墜落的速度
　
〈宇宙〉
　
霍金說
整個宇宙
正在互相遠離
這是我聽過
最悲傷的事情
　
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◎作者簡介：
　
任明信，十一月生，高雄人，中正大學經濟學系，東華大學創作暨英美語文學研究所畢。喜歡夢，冬天，寫詩，節制地耽溺。著有詩集《你沒有更好的命運》、《光天化日》、《別人》。（修改自《別人》簡介）
網誌：你沒有更好的命運
http://x-devmask.blogspot.com/
　
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◎小編鋼筆人賞析：
　
此詩摘自任明信第一本詩集《你沒有更好的命運》，另外亦有在PTT發文的版本。其發表型態是組詩，由於臉書無法以粗體方式呈現標題，因此只能以加上書名號的方式呈現每一小節的標題。
　
這首組詩是《你》詩集中頗長的其中一首詩，任明信擅長以物比喻你我之間的關係，這組關係通常愛恨交織，並且使敘事者我傷痛不已。這首詩也不例外，但手法上卻更精彩。任明信在每一首組詩的小詩中，使用宇宙相關的不同意象，同時呈現「你」與「我」的複雜關係，這複雜關係有時是深深的愛戀、愉悅，有時是寂寞與痛苦。不同意象的變換，搭配情緒的高低起伏，造就這首詩的精彩。
　
順帶提兩個天文小知識。第一，在愛因斯坦的廣義相對論中，事實上敘述重力的方式是空間扭曲，所有能量都可以造成一定程度的空間扭曲，其扭曲的方式以外在來看，當物體在這樣扭曲的空間行進時，看起來就像是有一股朝向重力中心方向的加速度——連光也不例外。因此此詩〈光年〉所謂「墜落的速度」某方面而言是其來有自。
　
第二個小知識是，宇宙正在互相遠離這件事情，是由天文觀測時發現波的紅移所發現的。當物體在遠離時，其光波的頻率會變低，看起來會比較「紅」，這是都卜勒效應呈現在光的效果。而發現這效應的人名為愛德溫·哈伯（Edwin Hubble），天文學的紅移效應因此被命名為哈伯效應，他的名字也被用來命名著名的天文望遠鏡「哈伯望遠鏡」，遠在霍金之前。
　
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◎美編：全糖
圖片來源：wikipedia
　
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