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三體一位

oeo
・2013/12/19 ・4198字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

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星空,是思緒情懷永恆的浪漫,是科學探究深奧的根底,然而,那會是窮盡天堂的原型歸處嗎?那會是文明昇華的解答所在嗎?

十二月最近一期(142期)的「科學人雜誌」刊載,清大天文所江瑛貴副教授在一場演講中提到:

「太陽現今年紀約為 47 億歲,最多再過 50 億年,包含地球在內的整個太陽系都將壽終正寢──炙熱的太陽風會把所有行星蒸發,而太陽最後則失去光芒,變成灰暗的白矮星…」

察覺到部分聽眾的「悲觀」反應,他想安撫人心地補充說明:「人類跟恐龍一樣,只是地球演化過程的一個世代,不可能存活到那時,所以不會面臨太陽死亡的問題。」場面卻更消沉了…

上述是一段以天文物理專業為根據的科學「說話」,相符的思維內裏與故事寓言,其實透過各種形式在不同文明的智慧系統中繽紛呈現,當然,也有粗細雅俗之別。近年,深深體會社會評論家尼爾・波斯曼所說:「我們並不能真正『擁有』什麼意見,只不過是正經歷什麼想法!」就人類整體而言,我們也並不能真正「擁有」什麼科學(時代),只不過是正經歷什麼文明…

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天體運行與地球命運有何關聯?粒子物理、奈米技術與電腦網路領域中的尖端科技又如何對文明造成影響?政治、歷史如何促成科技發展方向?信念、文化與科學進程的脈絡又為何?異文明與人類位格(生存位份與生命格局)又將如何交錯?每一個提問都是難以一言而盡的科學大哉問,中國大陸作家劉慈欣卻在他的科幻大作「三體」中,將這些大題巧妙融合,生動演繹。他曾表示:「如果存在外星文明,那麼宇宙中有共同的道德準則嗎?往小處說,這是科幻迷們很感興趣的一個問題;往大處說,它可能關乎人類文明的生死存亡。我是從八十年代的科幻高潮過來的,個人認為那時的作家們創造的真正的、以後再也沒有成規模出現過的中國式科幻,這種科幻最顯著的特點就是完全技術細節化,沒有形而上的影子。」而且他認為「零道德的宇宙文明完全可能存在。」

這部科幻小說《三體》,取名與外星文明背景的時空設定本身就具備深厚的科學底蘊,因為它是真實存在天文物理學中頗具傳統卻又方興未艾的問題。談到「三體」,就得一起提及「雙日」,就像電影「星際大戰」裏那顆虛構的「塔圖因」行星(天行者的故鄉,號稱電影史中上鏡率最高的系外行星),天空上高掛著兩顆顏色相異的太陽,這樣的世界是否真的存在?其實,雙星是宇宙裏常見的恆星系統,因此天文學家想知道是否存有同時繞行兩顆恆星的「環雙星運轉行星」(circumbinary planet)。

星際大戰-塔圖因星長久以來,部分天文學家認為雙星周圍的環境太混亂,以至於無法形成行星。但是最新發現顯示,環雙星運轉行星不僅存在,有些甚至還位於可能擁有液態水的適居帶裡。「2011年,天文學家宣布發現第一顆凌星的環雙星運轉行星,這顆行星稱做克卜勒-16b…到目前為止,克卜勒任務總計發現了七顆環雙星運轉行星,…數值計算結果顯示,銀河系裏可能存有數千萬顆這類行星。」「從克卜勒-16b上觀看時,雙星就像兩個圓盤掛在天空上,應該正好酷似電影銀幕上經典的雙日落景象,於是科學幻想變成了科學事實。」

從「童年末日」到「星際奇兵」,雖然外星智慧介入地球文明發展的故事,在科幻領域中已算「老梗」,但「三體」仍成功營造了許多「既熟悉又陌生」的科幻氛圍,劇情結合中國古代人物角色與強調人體能力的道術,像故事其中一段「汪淼問:『他死了嗎?』他想起來了,一路上不時看到有這樣的人形軟皮,有的已經破損不全,那就是不久前追隨者想要用來燒火的脫水者。『沒有。』周文王說著,將追隨者變成的軟皮拎起來,拍了拍上面的土,放到岩石上將他(它)捲起來,就像捲一只放了氣的皮球一般。『在水裡泡一會兒,他就會恢復原狀活過來,就像泡乾蘑菇那樣。』『他的骨骼也變軟了?』『是的,都成了乾纖維,這樣便於攜帶。』『這個世界中的每個人都能脫水嗎?』『當然,你也能,要不,在亂紀元是活不下去的。』周文王將捲好的追隨者遞給汪淼:『你帶著他吧,扔到路上不是被人燒了,就是吃了。』」細膩而有趣的描述。另外,小說也充分融入歷史上的文化大革命與共產主義形象、最時髦的現代科技與未來的外星生命探索,這些都是我們熟悉的議題,但卻可組合激盪出精妙神奇的科學思維。

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人類生活以及所能測度的世界是三維立體的世界,加上時間形成所謂的「四維時空」,但更高維度的空間世界,就算有嚴謹的科學推導與假說,通常也很難被一般民眾理解或接受了!在「三體」一作中,就涉及相關的世界觀(時空維度)探究與闡述,寫來也是富含科學理論地妙筆生花,像是「(三體)元首是少有的真正保持著鎮靜的人,他問科學執政官:『一個微視粒子,內部的架構能複雜道什麼程度?』『那要看從幾維視角來觀察了。從一維視角看微視粒子,就像是常人的感覺,一個點而已;從二維和三維的視角看,粒子開始呈現出內部架構;四維視角的基本粒子已經是一個宏大的世界了。』元首說:『宏大這種詞用在這樣的微視物上,我總覺得不可思議。』(三體)科學執政官:『在更高的維度上,粒子內部的複雜程度和架構數量急遽上升,我在下面的類比不準確,只是個形象的描述而已:七維視角的基本粒子,其複雜程度可能已經與三度空間中的三體星系相當;八維視角下,粒子是一個與銀河系一樣宏大浩渺的存在;當視角達到九維後,一個基本粒子內部架構的數量和複雜程度,已經相當於整個宇宙。至於更高的維度,我們的物理學家還無法探測,其複雜度我還想像不出來。』」不禁讓人聯想到「華嚴經」上對佛法的一小段描述:「以一剎種入一切,一切入一亦無餘。體相如本無差別,無等無量悉周遍。」又提到「一切諸世界,令入一剎中,世界不積聚,亦復不離散。」

而在正式的物理學中,有些理論(例如「弦理論」)推論我們所處在的宇宙實際上有更多的維度(通常10,11 或 26 個)。有時人生中面對像是痛失親友的重大悲傷時刻,不免讚嘆就算以凡夫俗子的平庸智慧與撫慰人心的需求角度,對於「多重時空」、「平行宇宙」這些生硬的科學理論的認知或信念,居然能給予我們與「重生天堂」、「極樂世界」相當的慈悲與力量!科幻的異想時空、佛法的華嚴世界、科學的物理理論,在此,似乎又有所交融貫通…

在描寫虛構的「三體」外星文明的一段:「第一個計畫代號『染色』。」科學執政官說:「利用科學和技術產生的副作用,使公眾對於科學產生恐懼和厭惡,比如我們世界中科技發展導致的環境問題,想必在地球上也存在,染色計畫將充分利用這些原素。第二個計畫代號『神跡』。即對地球人進行超自然力量的展示,這個計畫力圖透過一系列的『神跡』,建造一個科學邏輯無法解釋的虛假宇宙。當這種假象持續一定時間後,將有可能使三體文明在那個世界成為宗教信徒的崇拜對象,在地球的思想界,非科學的思維模式就會壓倒科學思維,進而導致整個科學思想體系的崩潰。」品讀這類內容,引人進入近似「思考實驗」的推想:我們所有的科學作為與努力,似乎也在一個隱含的、不能驗證也就不能算是科學的信念下才顯得有效、合理,那就是「不存在智慧超越地球許多的外星文明」!?換句話說,關於科學的一切是否也是人類文明自我主觀、活在當下的一種取捨,一種信仰?這樣的心得與解讀與史學家卡耳在「何謂歷史?」一書中提及塔爾科特・帕森司教授曾稱呼科學為「對現實作認知定位的選擇性體系」的定義非常相近。更應驗哲學家霍布斯著名格言:「世界上除了名稱之外,沒有什麼是普遍的,因為有名稱的『事物』,都是個別且又獨特的。」

根據天文學中著名的「德雷克公式」計算,在銀河系之中有10個外星文明可以跟人類展開接觸。銀河系內估計約有2000億的星球,這代表外星人與人類接觸的可能性為200億分之一。而地球上的人類歷史中,「從1500年代至1970年代晚期,…西方文明建立了大約十二個正式帝國…這一全球性失衡,使少數人― 頂多五分之一 ―在物質豐饒程度和政治地位上凌駕於他人之上。」(引自尼爾・弗格森「西方文明的4個黑盒子」),尤其「在15世紀左右的大航海時代,許多人出發尋找新大陸。讓不同文明在世界各地紛紛產生第一次接觸,透過交流相互影響,使人類整體的文明更加進步。但很遺憾的並非所有交流都是在和平的狀態下進行…」相同的境況,是否又會出現在「我們」與「外星文明」的交流上?

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科技思想家凱文・凱利在《科技想要什麼》一書中將科技(文明)說得更加前衛:「科技比人性更早出現。動物開始使用工具的歷史比人類早幾百萬年。黑猩猩用細長的棍子製成狩獵工具,從蟻丘中掏出白蟻,也用石頭砸開堅果,這些習慣到今日未改變。白蟻用泥土構造出巨塔當作家園。螞蟻在庭園中牧養蚜蟲和種植菌類。鳥兒用樹枝邊支出精巧的鳥巢。有些種類的章魚會尋找貝殼帶著走,就跟寄居蟹一樣。採取馴服自然的策略,使自然融入自己,這個訣竅在生物界起碼已經運用了五億年。」所以,面對異文明與人類文明自身,英格蘭人文主義者塔佛納說得最為貼切,在其著作「智慧園」中如此寫道:「自然…是很有威力、很有功效的事物,但建制(institution),亦即人為作為,力量更大得多,能修補、改造、強化歪曲且邪惡的自然,將其轉變為好的自然。」(「西方文明的4個黑盒子」),至此,我們發現,在強調實證方法、物質產出與發展成效的科技文明中,我們還是得非常注重科技文明的內涵、動機與目的!

「三體」外星文明的科學執政官說:「我們都仔細研究過第一批收到的地球訊息,其中最值得注意的是他們的文明史。請看以下事實:人類從狩獵時代到農業時代,用了十幾萬地球年時間;從農業時代到工業時代用了幾千地球年;而由工業時代到原子時代,只用了二百地球年;之後,僅用了幾十個地球年,他們就進入了資訊時代,這個文明,具有可怕的加速進化能力!」在「黑天鵝效應」一書中提到「人類的心智在和歷史接觸時,有三個毛病,我稱之為不透明性的大三元。它們是:

一、理解力的幻覺,也就是,在一個比人類的理解力還複雜(或隨機)的世界裡,每個人都認為自己知道發生了什麼事;­­

二、回顧性扭曲,即,我們只有在事件結束之後才能評估問題,就好像事件在照後鏡裡發生似的(似乎,史書裡的歷史比現實經驗更清楚、更條理分明);

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三、過度重視真實資訊加上權威、飽學之士的能力障礙,尤其是當事件創造出一個類別―當它們被「柏拉圖化」時。」想想,就像辛立嘉「書信九」的那句:「凡能從我身上奪走的,都不是我的!」在現今這個以現代科學為傲為樂或以現代科學為憂為禍的時代中,同樣地,「凡能從地球上奪走的,都不是(終極)文明的」!

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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快速通道與無盡地界:科幻作品裡的黑洞——《超次元.聖戰.多重宇宙》
2046出版
・2024/02/08 ・4430字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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星際捷徑

一個無底深淵怎能成為星際飛行的捷徑呢?原來按照愛因斯坦的理論,黑洞是一個時空曲率趨於無限大——也就是說,時空本身已「閉合」起來的區域。但往後的計算顯示,若收縮的星體質量足夠大的話,時空在閉合到某一程度之後,會有重新開敞的可能,而被吸入的物體,將可以重現於宇宙之中。只是,這個「宇宙」已不再是我們原先出發的宇宙,而是另一個宇宙、另一個時空(姑毋論這是甚麼意思)。按照這一推論,黑洞的存在,可能形成一條時空的甬道(稱為「愛因斯坦-羅森橋接」),將兩個本來互不相干的宇宙連接起來。

這種匪夷所思的推論固然可以成為極佳的科幻素材,但對於克服在我們這個宇宙中的星際距離,則似乎幫助不大。然而,一些科學家指出,愛因斯坦所謂的另一個宇宙,很可能只是這一宇宙之內的別的區域。如果是的話,太空船便可由太空的某處飛進一個黑洞之內,然後在遠處的一個「白洞」(white hole)那兒走出來,其間無須經歷遙遠的星際距離。把黑洞和白洞連結起來的時空甬道,人們形象地稱之為「蛆洞」、「蛀洞」或「蟲洞」(wormhole)。

科幻作品裡常以穿越蟲洞作為星際旅行的快速通道。圖/envato

「蛆洞」是否標誌著未來星際旅行的「捷徑」呢?不少科幻創作正以此為題材。其中最著名的,是《星艦奇航記》第三輯《太空站深空 9 號》(Deep Space Nine, 1993-1999),在劇集裡,人類發現了一個遠古外星文明遺留下來的「蛆洞」,於是在旁邊建起了一個龐大的星際補給站,成為了星際航運的聚散地,而眾多精彩的故事便在這個太空站內展開。

我方才說「最著名」,其實只限於《星艦》迷而言。對於普羅大眾,對於「蛆洞」作為星際航行手段的認識,大多數來自二○一四年的電影《星際效應》(Interstellar,港譯:《星際啟示錄》),其間人類不但透過蛆洞去到宇宙深處尋找「地球 2.0」(因為地球環境已大幅崩壞),男主角更穿越時空回到過去,目睹多年前與年幼女兒生離死別的一幕。電影中既有大膽的科學想像,也有感人的父女之情,打動了不少觀眾。大家可能有所不知的是,導演基斯杜化.諾蘭(Christopher Nolan, 1970-)邀請了知名的黑洞物理學基普.索恩(Kip Thorne, 1940-)作顧問,所以其中所展示的壯觀黑洞景象,可不是憑空杜撰而是有科學根據的呢!

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星際效應裡的黑洞景象。圖/wikimedia

那麼蛆洞是否就是人類進行星際探險的寄託所在呢?

然而事情並非這麼簡單。我們不要忘記,黑洞的周圍是一個十分強大的引力場,而且越接近黑洞,引力的強度越大,以至任何物體在靠近它時,較為接近黑洞的一端所感受到的引力,與較為遠離黑洞的一端所感受到的,將有很大的差別。這種引力的差別形成了一股強大之極的「潮汐張力」(tidal strain),足以把最堅固的太空船(不要說在內的船員)也撕得粉碎。

潮汐張力的危險不獨限於黑洞,方才提及的中子星,其附近亦有很強的潮汐力。 拉瑞.尼文(Larry Niven, 1938-,港譯:拉利.尼雲)於一九六六年所寫的短篇〈中子星〉(Neutron Star),正以這一危險作為故事的題材。

尤有甚者,即使太空船能抵受極大的潮汐力,在黑洞的中央是一個時空曲率趨於無限,因此引力也趨於無限的時空「奇點」(singularity)。太空船未從白洞重現於正常的時空,必已在「奇點」之上撞得粉碎,星際旅程於是變了死亡旅程。

然而,往後的研究顯示,以上的描述只適用於一個靜止的、沒有旋轉的黑洞,亦即「史瓦西解」所描述的黑洞。可是在宇宙的眾多天體中,絕大部分都具有自轉。按此推論,一般黑洞也應具有旋轉運動才是。要照顧到黑洞自旋的「場方程解」,可比單是描述靜止黑洞的史瓦西解複雜得多。直至一九六三年,透過了紐西蘭數學家羅伊・卡爾(Roy Kerr, 1934-)的突破性工作,人類才首次得以窺探一個旋轉黑洞周圍的時空幾何特性。

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圖/envato

旋轉的黑洞

科學家對「卡爾解」(The Kerr solution)的研究越深入,發現令人驚異的時空特性也越多。其中一點最重要的是:黑洞中的奇點不是一個點,而是一個環狀的區域。即只要我們避免從赤道的平面進入黑洞,理論上我們可以毋須遇上無限大的時空曲率,便可穿越黑洞而從它的「另一端」走出來。

不用說,旋轉黑洞(也就是說,自然界中大部分的黑洞)立即成為科幻小說作家的最新寵兒。

一九七五年,喬.哈德曼(Joe Haldeman,1943-)在他的得獎作品《永無休止的戰爭》(The Forever War, 1974)之中,正利用了快速旋轉的黑洞(在書中稱為「塌陷體」——collapsar)作用星際飛行——以及星際戰爭得以體現的途徑。

由於黑洞在宇宙中的分佈未必最方便於人類的星際探險計劃,一位科學作家阿德里安.倍里(Adrian Berry,1937-2016)更突發奇想,在他那充滿想像的科普著作《鐵的太陽》(The Iron Sun, 1977)之中,提出了由人工製造黑洞以作為星際轉運站的大膽構思。

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要特別提出的一點是,飛越旋轉黑洞雖可避免在奇點上撞得粉碎,卻並不表示太空船及船上的人無須抵受極強大的潮汐力。如何能確保船及船員在黑洞之旅中安然無恙,是大部分作家都只有輕輕略過的一項難題。

此外,按照理論顯示,即使太空船能安然穿越黑洞,出來後所處的宇宙,將不是我們原先出發的那個宇宙;而就算是同一個宇宙,也很可能處於遙遠的過去或未來的某一刻。要使這種旅程成為可靠的星際飛行手段,科幻作家唯有假設人類未來對黑洞的認識甚至駕馭,必已達到一個我們今天無法想像的水平。

然而,除了作為星際飛行途徑,黑洞本身也是一個怪異得可以的地方,因此也是一個很好的科幻素材。黑洞周圍最奇妙的一個時空特徵,就是任何事物——包括光線——都會「一進不返」的一道分界線,科學家稱之為「事件穹界」(event horizon)。這個穹界(實則是一個立體的界面),正是由當年史瓦西計算出來的「史瓦西半徑」(Schwarzschild radius)所決定。例如太陽的穹界半徑是三公里,也就是說,假若一天太陽能收縮成一個半徑小於三公里的天體,它將成為一個黑洞而在宇宙中消失。「穹界」的意思就是時空到了這一界面便有如到了盡頭,凝頓不變了。

圖/envato

簡單地說,穹界半徑就是物體在落入黑洞時的速度已達於光速,而相對論性的「時間延長效應」(time dilation effect)則達到無限大。對太空船上的人來說,穿越界面的時間只是極短的頃刻,但對於一個遠離黑洞的觀測者,他所看到的卻是:太空船越接近界面,船上的時間變得越慢。

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而在太空船抵達界面時,時間已完全停頓下來。換句話說,相對於外界的人而言,太空船穿越界面將需要無限長的時間!

無限延長的痛苦

了解到這一點,我們便可領略波爾.安德遜(Poul Anderson, 1926-2001)的短篇〈凱利〉(Kyrie, 1968)背後的意念。故事描述一艘太空船不慎掉進一個黑洞,船上的人自是全部罹難。但對於另一艘船上擁有心靈感應能力的一個外星人來說,情況卻有所不同。理由是她有一個同樣擁有心靈感應能力的妹妹在船上,而遇難前兩人一直保持心靈溝通。由於黑洞的特性令遇難的一剎(太空船穿越穹界的一剎)等於外間的永恆,所以這個生還的外星人,畢生仍可在腦海中聽到她妹妹遇難時的慘叫聲。

安德遜這個故事寫於一九六八年,可說是以黑洞為創作題材的一個最早嘗試。

短篇〈凱利〉便是利用黑洞的特性——遇難的一剎等於外間的永恆——使生還者感受無盡的痛苦。圖/envato

太空船在穹界因時間停頓而變得靜止不動這一情況在阿爾迪斯一九七六年寫的《夜裡的黑暗靈魂》(The Dark Soul of the Night)中,亦有頗為形象的描寫。恆星的引力崩塌,在羅伯特.史弗堡(Robert Silverberg)的《前往黑暗之星》(To the Dark Star, 1968)之中卻帶來另一種(雖然是假想的)危險。故事中的主人翁透過遙感裝置「親身」體驗一顆恆星引力塌陷的過程,卻發覺時空的扭曲原來可以使人的精神陷於瘋狂甚至崩潰的境地。

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以穹界的時間延長效應為題材的長篇小說,首推弗雷德里克.波爾(Frederik Pohl, 1919-2013)的得獎作品《通道》(Gateway, 1977),故事描述人類在小行星帶發現了由一族科技極高超的外星人遺留下來的探星基地。基地內有很多完全自動導航的太空船,人類可以乘坐這些太空船穿越「時空甬道」抵達其他的基地,並在這些基地帶回很多珍貴的,因此也可以令發現者致富的超級科技發明。

故事的男主角正是追尋這些寶藏的冒險者之一。他和愛人和好友共乘一艘外星人的太空船出發尋寶,卻不慎誤闖一顆黑洞的範圍。後來他雖逃脫,愛人和好友卻掉進黑洞之中。但由於黑洞穹界的時間延長效應,對於男主角來說,他的愛人和好友永遠也在受著死亡那一刻的痛苦,而他也不歇地受著內疚與自責的煎熬。

故事的內容由男主角接受心理治療時逐步帶出。而特別之處,在於進行心理治療的醫生不是一個人,而是一副擁有接近人類智慧的電腦。全書雖是一幕幕的人機對話,描寫卻是細膩真摯、深刻感人,實在是一部令人難以忘懷的佳作。

圖/envato

由於這篇小說的成功,波氏繼後還寫了兩本續集:《藍色事件穹界以外》(Beyond the Blue Event Horizon, 1980)及《希徹會晤》(Heechee Rendezvous, 1984)。而且兩本都能保持很高的水準。

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時間延長效應並非一定帶來悲劇。在先前提及的《永無休止的戰爭》的結尾,女主角正是以近光速飛行(而不是飛近黑洞)的時間延長效應,等候她的愛侶遠征歸來,為全書帶來了令人驚喜而又感人的大團圓結局。

七○年代末的黑洞熱潮,令迪士尼(Walt Disney)的第一部科幻電影製作亦以此為題材。在一九七九年攝製的電影《黑洞》(The Black Hole)之中,太空船「帕魯明諾號」在一次意外中迷航,卻無意中發現了失蹤已久的「天鵝號」太空船。由於「天鵝號」環繞著一個黑洞運行,船上的人因時間延長效應而衰老得很慢。這艘船的船長是一個憤世疾俗的怪人,他的失蹤其實是故意遠離塵世。最後,他情願把船撞向黑洞也不願重返文明。

比起史提芬.史匹堡(Steven Spielberg, 1946-)的科幻電影,這部《黑洞》雖然投資浩大,拍來卻是平淡乏味,成績頗為令人失望。除了電影外,科幻作家艾倫.迪安.霍斯特(Alan Dean Foster, 1946-)亦根據劇本寫成的一本同名的小說。

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——本文摘自《超次元.聖戰.多重宇宙》,2023 年 11 月,二○四六出版,未經同意請勿轉載。

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科技人才看過來!三門獨家課程 YouTube 免費看!工研院「ITRI lab on-line」特色技術系列數位課程現正放送中
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/12/14 ・2829字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 工研院 委託,泛科學企劃執行。

Hey,未來的千萬年薪人才!來一起深入了解那些正在改變我們生活的科技吧!工研院為你精心準備了三堂超有趣的線上課程:從探索醫學界的 PLGA 微米球技術,到揭秘半導體測試的幕後英雄 ATE,再到讓塑膠也能有身分證的創新方法。這不只是學習,更是一場與科技親密接觸的旅程!

第一門 材料檢測與模擬設計之原理與應用系列學習

精選課程:塑膠也有指紋?如何給塑膠「身分證」來驅動循環經濟,減緩地球暖化?你要知道的光譜分選技術-材料光譜分選技術

這堂課將探討如何透過光譜智慧分選技術,為塑膠材料賦予「身分證」,進而推動循環經濟並減緩地球暖化。塑膠標籤的設置主要是為了方便辨識材質,這對於廢塑膠的回收和再利用至關重要。不同號數的塑膠因其分子組成、結構和排列的差異而有不同的特性和應用領域。

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在光譜智慧分選技術中,首先要理解電磁波的概念。電磁波是一種電場和磁場交互變化的波動現象,其不同波長可以用於不同的應用,如手機訊號、微波爐、家用遙控器、X 光攝影等。在塑膠分選中,光譜技術常用的波長範圍落在近紅外到遠紅外光的區域,即 1 微米到 300 微米。這些波段的電磁波能誘發塑膠分子振動,並吸收散射或入射的電磁波能量,從而造成光譜的變化。科學家利用這種振動光譜的變化來獲得塑膠分子的特徵光譜,從而開發出能辨識不同塑膠分子的技術。

舉例來說,最簡單的雙原子分子,如 C-H、O-H 等,會有特定的振動頻率。當結構更複雜的分子(如水分子)被電磁波誘發振動時,會產生更多的振動模式,每種模式對應不同的特徵光譜。塑膠由多種原子組成,因此其特徵振動光譜相當複雜,但這也使得每種塑膠具有獨特的光譜特徵,類似於條碼或指紋,可用於辨識不同類型的塑膠。

本集介紹的光譜技術主要聚焦於紅外線頻譜區段,其波長範圍在 900-2500 納米。在這一範圍內的紅外光能量正好能引起塑膠分子的振動,並在不同波長上產生吸收。透過紅外線感測裝置掃描塑膠分子,可以快速獲得塑膠的材質信息,這不僅有助於塑膠的分類和回收,也對環境保護和資源再利用具有重要意義。


第二門 半導體IC設計與檢測技術系列學習

精選課程:好的良率就是好的利率!考試交卷前都會再檢查、確認了,IC 生產才不會忘記你-半導體測試簡介

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在這堂課中,我們將探討自動化測試機台(ATE)在半導體測試領域中的關鍵作用。自動化測試機台是一種專為測試集成電路(IC)而設計的設備,它可以大幅降低手動測試的人力需求,並減少測試成本。每種IC根據其規格,都需要特定的測試項目。針對這些項目,專門編寫的測試程式被用於自動化測試機台,以自動檢測和篩選出不合格的 IC。

不同種類的 IC 需要不同的測試機台。例如,數位 IC 需要使用專門的數位測試機台,而記憶體 IC 則需要使用演算法來進行測試。類比 IC 和混合訊號 IC 則涉及電性測試,因為它們不是像數位IC那樣僅依賴固定的 0 和 1。

隨著系統晶片(SoC)的出現,測試機台的複雜性也隨之增加。SoC 整合了數位、記憶體、混合訊號甚至 RF IC 於一個晶片中,因此其測試機台必須同時具備上述所有種類機台的功能。這種SoC測試系統非常昂貴,每台造價可能高達數千萬。

最近,模組化測試系統成為了一種趨勢。這種系統的主要特點是其靈活性,能夠根據不同類型的IC進行不同模組的組裝,以進行測試。例如,對於數位IC,可以使用數位模組;對於類比或混合訊號IC,則可以使用相應的類比測試模組,如示波器或任意波型產生器。對於RFIC,則可以插入RF模組,如VNA等網路分析儀。模組化測試系統通常基於PXIE或LXI這樣的系統,其中PXIE是基於PCIE的擴展,加入了與儀器相關的電路;而LXI則是在LAN基礎上加入儀器相關電路。

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總結來說,自動化測試機台在提高半導體製造過程中的良率和效率方面發揮著不可或缺的作用。無論是傳統的ATE還是新興的模組化測試系統,它們都在確保IC品質和性能方面扮演著關鍵角色。


第三門:解密醫材醫藥產品開發攻略系列學習

精選課程:藥不💊隨便你~但少了「它」,藥就不能發揮最大功效!製劑的分類與開發

在這堂課中,我們將深入探討 PLGA 微米球技術及其在長效針劑開發中的重要性。PLGA,全稱為聚乳酸甘醇酸,是一種被廣泛應用於藥物釋放系統的生物相容性高分子材料。自 1989 年日本武田藥廠開發出第一款使用 PLGA 的產品 Lupron Depot® 以來,這種技術已被用於多種藥物的開發,涵蓋了小分子藥物和胜肽類藥物。

PLGA 的關鍵特性,包括乳酸與甘醇酸的比例、分子量及高分子末端基團,對藥物的釋放速率和持續時間有著顯著影響。在製程技術方面,溶劑揮發法和溶劑萃取法是兩種主要的製備方法,它們對於親水性和疏水性藥物的包覆都至關重要。這些製程不僅決定了微米球的形成,也影響著藥物在微米球內的分布和最終的藥物釋放行為。

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此外,微米球製程的工藝還包括乳化、coacervation 過程、溫度、攪拌速度、微米球固化和乾燥速度等因素,這些都對藥物包覆效率、微米球的粒徑大小分佈及藥物在微米球中的分佈位置產生影響。而不同的製程設計往往會導致藥物釋放行為的顯著差異,這對從實驗室到試量產階段的轉換是一大挑戰。

在台灣,工研院在經濟部的支持下建立了一個無菌製劑試製工廠,該工廠配備了微米球製程設備、高壓均質機、in-line均質機、噴霧乾燥機等關鍵製程設備。這些設備不僅能夠支持微米球的生產,還包括了關鍵的分析儀器,如液相層析儀、氣相層析儀、微米/奈米粒徑分析儀等。工研院的團隊擁有豐富的特殊製劑開發經驗,能夠提供從製劑配方研發、分析方法開發、放大製程開發到客製化產線設計的全方位服務。這些資源和專業知識使得工研院能夠有效地支持新藥的臨床前開發和商業化進程。

總的來說,PLGA 微米球技術在藥物釋放系統的開發中扮演著關鍵角色。透過精確的材料選擇和製程控制,這項技術有望為醫藥界帶來更多創新和有效的長效針劑產品。


還想看更多?不用掏出信用卡,三門線上課都在 ITRI Lab on-line 的 YouTube 頻道獨家放送中,手機打開就能看。但……雖然不用急,但是科技進步也是不等人的,快跟上吧!

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