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走入影劇中做自己的物理學家:霍金為何能吸引眾人目光?──《時空旅行的夢想家:史蒂芬.霍金》

時報出版_96
・2018/03/14 ・3489字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
相關標籤: 霍金 (21)

走入影劇的物理學家

1992 年秋季,熱愛歌劇的霍金發現自己成為紐約市大都會歌劇院的舞台角色,講明白點就是成為一個稍微吊離舞台的人物。

那齣戲不是華格納歌劇,而是先前幫《時間簡史》影片配樂的作曲家菲利普.葛拉斯(Philip Glass)的新劇《航行》(The Voyage)。大都會委託創作《航行》來紀念哥倫布航向新世界五百週年慶,不過葛拉斯決定不再重講哥倫布的故事。於是他讓哥倫布成為人類渴望探索、發現的象徵。歌劇序幕有個坐輪椅的人物,分明就是隱指霍金,在舞台上空飄蕩並吟誦:「眼光嚮往哪裡,航行就朝向哪裡。」一片滿布行星的天空出現,彷彿是他變出來的,然後他就朝遠方飛去。

    《時間簡史》紀錄片

隔年,霍金還更深入參與一次短期冒險行動,而且在心中留下美好回憶的不只他一人,還包括許多人,那是一趟(想像的)飛航旅程,而且遠比他在真實生活依然期望從事的次軌道飛行還更英勇。他那趟飛行並沒有(換個口味)乘著理論物理學的翅膀。 事情從 1993 年春季開始。當時為慶賀《時間簡史》發行家庭影視版辦了一場聚會,李奧納特.尼摩伊(Leonard Nimoy)獲邀與會。尼摩伊在《星艦奇航記》裡飾演瓦肯星人史巴克,還榮膺使命為聚會引介霍金。 依《時人雜誌》(People Magazine)所述:「瓦肯最著名的後裔,迅即與地球最富人望的宇宙學家做了心靈交融。」這樣引經據典,所有星艦影迷全都心領神會。尼摩伊得知霍金是星艦的影迷,而且像其他粉絲一樣渴望粉墨登場,於是他聯絡該劇執行製片尼克.伯爾曼(Nick Berman)。伯爾曼立刻安排三分鐘橋段,穿插星艦劇集〈後裔〉(Descent)的開場段落。

霍金、愛因斯坦、牛頓、百科(生化人)一同打橋牌。霍金是唯一位由本人飾演的角色。 圖/《星艦奇航:銀河飛龍》劇照

那場戲的背景設在星艦企業號的「全像甲板」,那是艦上一區,能以全像技術把船員的幻想變成「實境」。這段演的是仿生人百科,幻想自己和愛因斯坦、牛頓與霍金打橋牌。結果毫不奇怪,這當中只有霍金角色由霍金本人飾演。他提前收到腳本,編好程式把他的台詞輸入語音合成器。

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從 1990 年代到二十一世紀的前十年,霍金還能做出幾種臉部表情,而且在飾演自己的角色時,他把這項能力發揮得很好,那一集的導演亞歷克斯.辛格(Alex Singer)表示;「所有人都很驚訝,怎麼他的臉部竟然有這麼高的活動力。這背後的生命力非常明顯。」扮演牛頓的約翰.內維爾(John Neville)也說:「當你說的話引出那樣一幅微笑,一天的辛勞都有代價了。真的!」布侖特.史派納(Brent Spiner)飾演劇中主持那場牌戲的百科,他總結表示:「往後當伯爾曼和我都住進老人院,我們肯定會坐著搖椅談起霍金。」

看來霍金也很能掌握事情的輕重緩急,他在拍片時說過:「不拍片演戲時,我喜歡解決物理學問題。」他有一件憾事:「可惜當時紅色警報響起,我贏的錢始終沒有到手,不過我把他們全打敗了!」

這個星艦客串角色讓霍金又一次大出風頭,程度幾乎凌駕《時間簡史》幫他贏得的名聲,還為他在同一年(1993)發表《黑洞和嬰宇宙及其他論述》(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)創造有利的條件。不久他又在流行文化幾度露面,平克.佛洛伊德樂團(Pink Floyd)《藩籬警鐘》(The Division Bell)專輯的〈盡情吐露〉(Keep Talking)曲中,便出現他的電腦化語音。

      • 除了出現
      在《銀河飛龍》的影集中,霍金也曾在《生活大爆炸》中作為他自己出演。

身障者與物理學家的代言人和角色楷模

星艦劇集也讓身體有不同障礙類型、程度的年輕人注意到霍金,而且影響力遠超過他那幾本書。 《時代》雜誌於 1993 年 9 月刊出一篇報導,描寫他在西雅圖對坐輪椅的青少年發表演說,還形容在那一個多小時,全體聽眾都聚精會神,聽得入迷。演講結束,聽眾簇擁發問,他們請教的問題多半涉及身障者的實際生活和相關的政策議題,科學和宇宙學反而問得不多,他們等待霍金敲出他的答案,一邊咧嘴笑不停。眼前這位是知名科學家、暢銷書作者、《銀河飛龍》星艦影星,而且他和聽眾同樣是肢體障礙。 霍金沒有說錯,儘管影響好壞參半,但他的聲望卻間接的幫助了其他身障人士,這也是事實。

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    霍金 2008 年於 TED 發表的演講《我們的宇宙如何開始》(可開啟字幕)

後來他採用其他幫助方式。1995 年夏季,他在倫敦皇家阿爾伯特音樂廳(Royal Albert Hall)向一群聽眾發表演說,五千個席次滿座,這種群眾號召力可不比尋常,所得收益全數捐給肌萎縮脊髓側索硬化症慈善機構。他還幫忙推廣身障輔具科技展,稱為「對我說話」(Speak to Me),會場設於倫敦科學博物館。不論在世界任何地方,只要有他現身或提供贊助,幾乎都能保證座無虛席。

《新聞週刊》在 1993 年 1 月號刊出的一篇報導描述,民眾和媒體在加州柏克萊幾場演說現場的狂熱表現,許多聽眾都提前不只三個小時來佔位子。他一駛上舞台中央,攝影師就推來擠去搶好位置,接著閃光燈此起彼落。以這種方式來幫助身障人士,是很有價值的好事。

十年下來,霍金成為一位掌握群眾的大師,或者說,這完全是一種機遇,每當民眾和媒體需要提升注意力時,他總是想得出能吸引人們注意的說法,他的一位助理就曾這樣對我說:「你也清楚啊,他並不笨啊!」不論那是指什麼,總歸是一個優勢,不但幫了自己,為身障人士代言和宣導科學也都有好處。

電腦病毒是生命嗎?挑戰最高指導原則

1994 年 8 月,波士頓麥金塔世界博覽會(Macworld Expo)一段背離常態的刺耳宣言登上世界各地新聞版面:「或許這就道出了人性的某種特點,至今我們創造出來的唯一一種生命,完全帶有毀滅特性。我們按照自己的形象創造生命。」霍金這段話是在談電腦病毒。

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電腦病毒擁有某些接近生命的因素,有可能被算作生命嗎? 圖/Yurl Samollov@flickr

電腦病毒是不是一種生命?霍金認為它們應該「算是生命」,接著這種說法便掀起一陣騷動。

當時新推出的星艦系列《銀河飛龍》一齣劇集,畢凱艦長和一種超智慧病毒交手,最後還和它協商,並沒有把它毀掉,以免違反星際艦隊不得干預任何外星社會內部發展或社會秩序的「最高指導原則」。就這起事件,摧毀病毒就構成這種違例行為。顯然《銀河飛龍》編劇都認同霍金的說法。眾多星艦影迷和霍金粉絲,都很樂意分從正反兩方加入辯論。

「一種有生命的事物通常具有兩種元素,」霍金表示:「首先是一套內部指令集,告訴它如何自行延續並自我複製;其次是一種用來執行那組指令的機制。」我們所知的生命都是生物型生命,而這兩種元素就是基因和代謝,不過「這裡必須強調,它們完全沒有理由非得是生物型。」電腦病毒能自我複製並移入不同電腦,感染互聯系統。儘管不具有一般所稱的代謝作用,病毒卻像寄生生物那樣使用宿主的代謝機能,「多數生命種類,包括我們人類都是寄生型的,因為它們得靠其他型態的生命才能取得養分,保障自己存活。」

有關生命是什麼、不是什麼的問題,生物學依然沒有定論,因此生物學家應邀就此提出見解時,都不願表示霍金是否說對。

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電腦病毒確實和某些生命定義相符。 霍金在那場演講尾聲又提出一個令人詫異的主張,隱指「生命」有可能包括哪種類型。人類壽命太短,無法完成恆星間或星系間長途旅行,就算以光速都辦不到。不過就機械式太空船來講,這種長壽要件就不成問題,它們可以在遙遠行星著陸,採擷各地資源建造新的太空船。這趟航程可以永遠延續不絕。

「這群機器可以成為以機械和電子元件為本的嶄新生命型態,不必(像生物型生命那樣)完全靠大型分子。」霍金說出了一個冷酷的預言。

  本文摘自《時空旅行的夢想家:史蒂芬.霍金》,時報出版,2017 年 12 月 12 日。

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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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時空旅行有可能嗎?我們如何感受時間?談談那些神秘的時空理論!
PanSci_96
・2023/06/25 ・3872字 ・閱讀時間約 8 分鐘

時空旅人存在嗎?霍金的未來派對

回到過去不只是科幻迷的夢想,每個人或多或少,都有一兩件想要改變或挽回的事。可惜的是,我們在空間中可以自由移動,甚至走到馬路對面再走回來,回到起點。(當然,也有人走個斑馬線就到了異世界)然而在時間軸上,我們卻不斷地向前進,不能倒頭。這是為什麼呢?

物理大師史蒂芬.霍金,對時間的研究可說是不遺餘力,他也透過著名的《時間簡史》、《大設計》等著作,向我們闡述宇宙與時空的奧妙。霍金是位時空旅行的夢想家,為了驗證世界上是否真的有時空旅人,他甚至曾經做了一個有趣的實驗。

2009 年 6 月 28 日中午 12 點,霍金認真地在劍橋大學舉辦一場盛大派對,桌上擺了美食與香檳,一旁的柱子上還綁了三色氣球。霍金仔細地準備好公開邀請函,上面寫著「誠摯地邀請您參加時空旅行者派對」,附上時間、地點甚至是準確的經緯度,希望時空旅人沒有迷路的藉口。

邀請函對外公開時間是派對結束「之後」,他確保這個訊息可以流傳數百年,並希望有時空旅人能看到邀請函,回到過去參加這個派對。可惜的是,無人響應、無人到場。霍金認為這證明了他的推論——時間旅人不存在。當然,如果當時有時空旅人跳出來打臉他,他也會感到非常開心。還是你認為,這只是因為時空管理局下明令,禁止未來人透露各種訊息給過去的人類,對於結果其實不需要感到意外呢?

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為何我們不能讓時間倒轉?霍金的三支箭矢

在研究時空旅行之前,我們先來了解,為什麼我們總無法倒轉時間。

對於時間的流向,霍金提出了「三支箭矢」的構想,這不是安倍晉三的經濟學箭矢,而是時間箭矢。這三支時間箭矢,分別為心理學箭矢、熱力學箭矢、和宇宙箭矢

心理學箭矢,就是我們生物感受到時間的流向。熱力學箭矢,則是熱力學中「熵」越來越大的方向,也是世上一切現象運行的方向。

所謂「熵」,是我們用來評估一個狀態的混亂程度的物理量。熵越大越混亂;例如,髒亂房間的熵比整齊的房間還大、摔成碎片的杯子熵比完整的時候還要大。根據熱力學第二定律,世間一切現象都會朝著熵變大的方向發展:杯子一定會摔碎、裡面的水一定會灑滿一地。但是,我不是可以把髒亂的房間整理整齊嗎?沒錯,但熱力學告訴你,在你整理房間的時候,你可能為世界增加了 20 點的秩序量,但你身體因為運動放出的熱能,可能會為整個宇宙增加 100 點的混亂量,整體的熵還是增加的。

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熱力學告訴你,在你整理房間的時候,你可能為世界增加了 20 點的秩序量,但你身體因為運動放出的熱能,可能會為整個宇宙增加 100 點的混亂量,整體的熵還是增加的。圖/envatoelements

至於最後一根箭,宇宙箭矢,則是宇宙膨脹的方向。宇宙在膨脹過程中,粒子會越加分散,熵也會持續增加,因此宇宙箭矢會與熱力學箭矢同方向

回到體感時間,既然熱力學箭矢代表世界運行的方向,如果熱力學箭矢與心理學箭矢的方向相同,那我們就會看到杯子掉到地上摔破、水灑出來。但如果反過來,熱力學箭矢跟心理學箭矢反向飛行,那我們就能看到天能中的逆熵,我們會看到杯子從碎片修復、回到桌上,水也跟著回到杯子之中。

既然如此,那我們要怎麼讓這兩支箭矢反向飛行呢?遺憾的是,因為我們的這具肉身限制,要感受環境、需要外界訊號刺激,並且轉為神經訊號到大腦;要思考,神經細胞必須透過呼吸作用,取得能量來持續運作。我們的一舉一動,建立在生物與化學反應上,也因此必須遵守熱力學第二定律。如果不遵守,我們甚至無法獲得能量,生命根本無法維持。這種現象也被稱為「弱人擇原理」。

為何心理學箭矢和熱力學箭矢必須同向?因為不同向,我們就無法存在,也就無法思考這個問題。

超光速可以連接過去?

在 DC 宇宙的影視作品中,能穿越時間的閃電俠肯定是經典代表。在 DC 宇宙,透過神速力的加持,閃電俠可以突破光速,回到過去。這會發生什麼事情呢?

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根據相對論,在速度接近光速時,時間會變為相對,對於不同速度的觀察者來說,也會產生歧異。舉例來說,如果閃電俠在路上與粉絲打招呼,卻被蝙蝠俠催著去開會。無奈的他,只好與粉絲說掰掰,接著以超光速前往蝙蝠俠基地,準時趕上會議。如果粉絲這時候用望遠鏡看著這一切,他們會看到,閃電俠先跟自己說了掰掰,接著才趕上遠處的會議,而且以距離計算,閃電俠肯定超越了光速。

粉絲的時空視角:閃電俠先跟自己說了掰掰,接著才趕上遠處的會議。圖/Pansci

然而神奇的事來了,如果此時蝙蝠俠等得不耐煩,突然想回高譚市與小丑敘敘舊,他拿出了從沒有任何人知道的特製蝙蝠車,一台可以以接近光速移動的蝙蝠車,從基地離開。就在這個時候,從他的角度觀察閃電俠,他會發現,閃電俠先到達了會議室,接著才發生遠處閃電俠與粉絲說掰掰的場面。蝙蝠俠和粉絲們看到的情景大不相同,不同觀察者的時間產生歧異了。

蝙蝠俠的時空視角:閃電俠先到達了會議室,接著才發生遠處閃電俠與粉絲說掰掰的場面。圖/Pansci

甚至對於獲得高速移動能力的蝙蝠俠來說,如果他的蝙蝠車也能以超光速移動而且速度夠快,他甚至能在閃電俠到達會議室前,就先跑去正在與粉絲說掰掰的閃電俠旁邊,告訴他開會的會議結論,你不用再跑一趟了。

看來透過超光速回到過去,還真的是有可能的。但別忘了相對論施加的限制,要將物體越加速到接近光速,所需要的能量就越大。如果要將有質量的物體加速到等於光速,就需要無限大的能量。或許閃電俠的神速力確實能辦到,當然這也就代表,閃電俠或許是DC宇宙中無敵的存在了。

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顯然,沒有神速力,也不是超級英雄的我們,把自身加速到超光速來時間旅行,顯然不是一個好選項。但如果我們能扭曲時空、建立捷徑,達成超光速呢?

就算兩地相隔數公里,如果我們能將時空對折,並在中間打一個洞,創造出一個任意門,只要跨過一步就能跨越原本要走上半天的路程,不就超光速了嗎?事實上,不能超光速移動的我們,跨越時空的「蟲洞」,很有可能就是我們最後的選項。

蟲洞有辦法被製造嗎?

蟲洞的概念不只是存在於科幻小說的情節,1935 年,愛因斯坦與羅森發表一篇論文,指出根據廣義相對論的計算,在某些條件下,宇宙中可能出現連接不同時空區域的「蛀孔」,稱為愛因斯坦——羅森橋,也就是我們說的「蟲洞」。

蟲洞在地面可能的樣子。圖/wikipedia

正常來說,宇宙中的能量或有質量的物質,會在宇宙中產生如同球面的正時空曲率,產生引力。如果想要產生負時空曲率,將時空向內凹陷,創造出蟲洞,我們就需要創造出負能量或具有負質量的物質。

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那麼要怎麼做出負能量或負質量的物質呢?

接下來我們進入到腦洞大開的環節:還記得我們在量子系列第五集,介紹薛丁格的貓時提到的不確定性原理嗎?根據這個理論我們可以預測,就算在空無一物的「真空」中,其實非常熱鬧。在真空中,會不斷出現正粒子反粒子組成的虛粒子對,他們一起出現,又重新碰撞、互相湮滅,這個過程被稱為量子漲落。雖然兩種粒子會互相湮滅,但不論正、反粒子都是擁有正能量與正質量,在量子漲落的過程中,為了維持整體的能量穩定,某些地方出現正能量密度,某些地方就會出現負能量密度。以此架構延伸,我們便能在真空中設計兩塊金屬板,能透過卡西米爾效應,在兩塊金屬板中,創造出負能量的區域。而這個卡西米爾效應,也在 1996 年在實驗中被實際觀測到。

卡西米爾效應示意圖。圖/wikipedia

透過蟲洞時間旅行有可能嗎?

那麼通過蟲洞時間旅行是可能的嗎?根據後來的計算,愛因斯坦——羅森橋,也就是蟲洞的存在時間非常短,會在太空船通過之前,就塌縮成奇異點。而蟲洞的通道大小,也不足以讓任何粒子大小的物體穿過。

但霍金沒有將可能性說死,或許將來,會有技術可以撐開並維持蟲洞的存在,足以讓人類穿梭而行。或許時空旅行,將成為現實。除此之外,超弦理論也有一些說法證實蟲洞可能存在,但目前弦理論都還僅止在數學計算,還未能應用在實際現象中。

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但你說,霍金不是已經透過時間旅人派對證實,沒有時空旅人了嗎?霍金解釋,根據時間悖論問題,我們看不到時空旅人,是非常正常的。至於為何無法修改過去,產生時間悖論,有可能是當過去已被「測量」,那宇宙就不能再被更改,又或是真的有某種有形或無形的時空管理局,在維持這個世界的安全呢?

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偉大科學家,假若是渣男?
鄭國威 Portnoy_96
・2021/12/29 ・3245字 ・閱讀時間約 6 分鐘

看到名人在婚姻感情上的波折,或是各種不堪的私事被公開在大眾目光下,我就會想到牛頓、愛因斯坦跟霍金。

他們的共通點:

  • 都是在物理領域貢獻超卓的科學家。
  • 都在銀河飛龍 (Star Trek: The Next Generation) 企業號的虛擬世界裡跟機器人百科 (Data) 一起打過牌

以及

  • 從現在的標準來看,他們都是渣男。

母胎單身,但對同儕有夠渣的牛頓

牛頓像。圖/泛科學

從最輕微的開始好了。牛頓他終身未婚,所以渣的對象不是女性戀人,而是其他男性科學家,例如牛頓為了與萊布尼茲爭奪微積分學到底由誰發明、把當時的學界搞得烏煙瘴氣,還以英國皇家學會名義斥責萊布尼茲剽竊,到萊布尼茲死了才休兵。

牛頓討厭虎克,否認虎克對《自然哲學的數學原理》的貢獻,在虎克死後接任皇家學會會長的牛頓,便下令移除了虎克所有肖像;牛頓也因為和佛蘭斯蒂德交惡,就把他所有的天文觀測數據從《原理》一書刪除……等等。

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這些事蹟你可能聽過,想必與多數人小時候心目中那個被蘋果砸頭而頓悟的可愛形象差異很大。

至於愛因斯坦跟霍金,就更符合當代渣男定義了。

成就跟渣度,都是奇蹟級的愛因斯坦

愛因斯坦風流多情,一生中有紀錄的情人至少有十個,包括一位蘇聯的美女間諜。他的第一任妻子米列娃(Mileva Marić)的人生,更是被愛因斯坦搞得一團糟。

1902 年,米列娃懷孕,儘管米列娃的在學成績遠優於愛因斯坦,但為了帶小孩,米列娃還是選擇放棄科學生涯,於 1903 年與愛因斯坦結婚後,生下兩位男孩——漢斯與愛德華。

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婚後才是噩夢的開始,愛因斯坦先是不跟米列娃與小孩同桌吃飯,最後甚至不跟米列娃說話!1914 年,米列娃受不了跟愛因斯坦的冷暴力,決定帶著孩子們離開柏林前往蘇黎世。

據說,愛因斯坦在米列娃離開的火車前,罕見地哭了出來,但根據愛因斯坦的傳記,他是為了孩子離開他而哭泣,不是為了米列娃。

米列娃走後,愛因斯坦更明目張膽地追求自己的表姊艾爾莎。1919 年,愛因斯坦與米列娃協議離婚,並承諾把諾貝爾獎的獎金當作贍養費(但他 1921 年才得獎)。

離婚後卻是另一個苦難的開始,小兒子愛德華診斷出精神障礙,需要長期看護。而原本愛因斯坦要給的諾貝爾獎獎金,被愛因斯坦拿去美國投資,正巧碰到美國 1920 年代的經濟大蕭條,愛因斯坦賠了一大筆,米列娃拿到的贍養費也少了許多。

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米列娃直到死前都一個人照顧無法自理的小兒子愛德華,這渣度夠高了吧。

讓妻子身心俱疲,飽受折磨的霍金

跟愛因斯坦與牛頓相比,霍金在科學傳播上的貢獻、名氣,同樣是搖滾巨星等級。也因為如此,1990 年,霍金與她的妻子潔恩(Jane)分居這件事, 當時佔據了英國各大媒體頭條。

潔恩從一開始就知道霍金患有肌萎縮性脊髓側索硬化症,但她仍與霍金結為連理,並從 1965 年開始持續照顧著霍金,甚至為他擱置了自己的文學博士論文,只為打理好家中一切。

但她長期承受霍金的冷言冷語;霍金時常對她熱愛的文學表示不屑跟鄙夷,同時潔恩還要能滿足霍金各種任性。對我們來說,霍金的任性是熱愛生命、不被逆境打倒,但對妻子潔恩來說,丈夫的任性是麻煩跟惡整。更別提還有三個小孩都得靠潔恩照料。

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隨著霍金在物理學上的成功,以及各大媒體的強力曝光,霍金面對自身殘疾的勇氣,與潔恩無私奉獻的精神逐被世人所知,成為英國家喻戶曉的「夫妻楷模」。1985 年,霍金患上嚴重肺炎,醫生建議拔管放棄治療,瓊恩堅持不放棄,最終霍金從鬼門關走了一遭,替這對楷模夫妻在大眾眼中增添一筆佳話。然而霍金在事後卻責怪潔恩為什麼要讓醫生為他氣切、害他失去聲音。

事情還沒結束,1995 年霍金正式與潔恩離婚,並幾乎零時差地與自己的看護伊蓮結婚。消息一出,英國民眾罵聲連連,覺得自己被欺騙了,那位勇敢面對自身的不完美,展現超人智慧的霍金,竟然是一位不知感恩的渣男,連照顧自己多年的妻子都輕易拋棄。

人品如科學,斷章取義恐導致錯誤結論

如果以現在的標準來看——特別從社群媒體評論家的角度,這三位超級科學家,特別是愛因斯坦跟霍金,大概很難撕下「渣男」標籤。兩人對另一半的情緒勒索、冷暴力、外遇出軌都沒少,但寫這篇不是要揭陳年瘡疤,也不是要逼大家在「莫因他人私事而埋沒英才」與「渣就是渣,成就無法掩蓋人格缺陷」兩個選項裡擇一(這不是公投)。而是覺得從絕世科學家的案例,可以學到三件事:

  1. 其實,當我們以偉大男性科學家的故事來勉勵學子後進的時候,往往傳達片面的刻板印象:「努力不懈+天才縱橫=成就非凡」,這印象甚至是有害的。一來忽略環境跟時代的變化與積累,陷入「倖存者偏誤」,二來系統性忽略女性的貢獻。她們是妻子、愛人、共同研究者、情感支持者、家庭照顧者;如果沒有她們,偉大的成就非常可能不會落在這些男性科學家身上。把這些歷史留名的科學家當成天選之人,反而是不科學的,科學發展不是一個人的功勞,即使不是這幾位,這些創見遲個幾年仍會由其他的科學家提出。
  1. 再者,各位應該明白,上面那些渣男行徑都是「刻意挑出來」的!在他們的感情生活中,也有甜蜜相愛、互相扶持的時刻。現在回頭來看這些案例,我們早已平心靜氣,更能找到其他的資料來客觀且完整述說整個故事,換位思考,但想像一下:若這些消息是透過當下的社群網站、八卦傳媒傳述,幾百萬人為了爭奪短暫的注意力,極端地去訕笑、憤怒、哀嘆,不拿捏力道地狂開戰場,當事人等肯定已經體無完膚、宣布退出科學圈。我不是要幫特定當事人說話,而是希望一起想想,有沒有更合乎比例原則的作法。
  1. 最後,不管是哪個圈子的偶像,都得因為自己獲得的不成比例的名氣與報酬,負起相對應的責任與風險。作為有幸在社群媒體上獲得讀者觀眾信任的科學傳播者,泛科學有賴大家的愛護、承載著信任。雖然科學強調證據至上、有錯就改,但我們也自知偶有確認偏誤發作、過度推論、陷入盲點、審核不精的問題。懇請大家以強烈的好奇與健康的質疑,幫助我們走在正確的道路上。

#為了寫這篇跟 A 編回顧了好多科學家的情史
#乾脆另開一個渣科學或許更紅

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參考資料:

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鄭國威 Portnoy_96
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是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。

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走入影劇中做自己的物理學家:霍金為何能吸引眾人目光?──《時空旅行的夢想家:史蒂芬.霍金》
時報出版_96
・2018/03/14 ・3489字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
相關標籤: 霍金 (21)

走入影劇的物理學家

1992 年秋季,熱愛歌劇的霍金發現自己成為紐約市大都會歌劇院的舞台角色,講明白點就是成為一個稍微吊離舞台的人物。

那齣戲不是華格納歌劇,而是先前幫《時間簡史》影片配樂的作曲家菲利普.葛拉斯(Philip Glass)的新劇《航行》(The Voyage)。大都會委託創作《航行》來紀念哥倫布航向新世界五百週年慶,不過葛拉斯決定不再重講哥倫布的故事。於是他讓哥倫布成為人類渴望探索、發現的象徵。歌劇序幕有個坐輪椅的人物,分明就是隱指霍金,在舞台上空飄蕩並吟誦:「眼光嚮往哪裡,航行就朝向哪裡。」一片滿布行星的天空出現,彷彿是他變出來的,然後他就朝遠方飛去。

    《時間簡史》紀錄片

隔年,霍金還更深入參與一次短期冒險行動,而且在心中留下美好回憶的不只他一人,還包括許多人,那是一趟(想像的)飛航旅程,而且遠比他在真實生活依然期望從事的次軌道飛行還更英勇。他那趟飛行並沒有(換個口味)乘著理論物理學的翅膀。 事情從 1993 年春季開始。當時為慶賀《時間簡史》發行家庭影視版辦了一場聚會,李奧納特.尼摩伊(Leonard Nimoy)獲邀與會。尼摩伊在《星艦奇航記》裡飾演瓦肯星人史巴克,還榮膺使命為聚會引介霍金。 依《時人雜誌》(People Magazine)所述:「瓦肯最著名的後裔,迅即與地球最富人望的宇宙學家做了心靈交融。」這樣引經據典,所有星艦影迷全都心領神會。尼摩伊得知霍金是星艦的影迷,而且像其他粉絲一樣渴望粉墨登場,於是他聯絡該劇執行製片尼克.伯爾曼(Nick Berman)。伯爾曼立刻安排三分鐘橋段,穿插星艦劇集〈後裔〉(Descent)的開場段落。

霍金、愛因斯坦、牛頓、百科(生化人)一同打橋牌。霍金是唯一位由本人飾演的角色。 圖/《星艦奇航:銀河飛龍》劇照

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那場戲的背景設在星艦企業號的「全像甲板」,那是艦上一區,能以全像技術把船員的幻想變成「實境」。這段演的是仿生人百科,幻想自己和愛因斯坦、牛頓與霍金打橋牌。結果毫不奇怪,這當中只有霍金角色由霍金本人飾演。他提前收到腳本,編好程式把他的台詞輸入語音合成器。

從 1990 年代到二十一世紀的前十年,霍金還能做出幾種臉部表情,而且在飾演自己的角色時,他把這項能力發揮得很好,那一集的導演亞歷克斯.辛格(Alex Singer)表示;「所有人都很驚訝,怎麼他的臉部竟然有這麼高的活動力。這背後的生命力非常明顯。」扮演牛頓的約翰.內維爾(John Neville)也說:「當你說的話引出那樣一幅微笑,一天的辛勞都有代價了。真的!」布侖特.史派納(Brent Spiner)飾演劇中主持那場牌戲的百科,他總結表示:「往後當伯爾曼和我都住進老人院,我們肯定會坐著搖椅談起霍金。」

看來霍金也很能掌握事情的輕重緩急,他在拍片時說過:「不拍片演戲時,我喜歡解決物理學問題。」他有一件憾事:「可惜當時紅色警報響起,我贏的錢始終沒有到手,不過我把他們全打敗了!」

這個星艦客串角色讓霍金又一次大出風頭,程度幾乎凌駕《時間簡史》幫他贏得的名聲,還為他在同一年(1993)發表《黑洞和嬰宇宙及其他論述》(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)創造有利的條件。不久他又在流行文化幾度露面,平克.佛洛伊德樂團(Pink Floyd)《藩籬警鐘》(The Division Bell)專輯的〈盡情吐露〉(Keep Talking)曲中,便出現他的電腦化語音。

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      • 除了出現
      在《銀河飛龍》的影集中,霍金也曾在《生活大爆炸》中作為他自己出演。

身障者與物理學家的代言人和角色楷模

星艦劇集也讓身體有不同障礙類型、程度的年輕人注意到霍金,而且影響力遠超過他那幾本書。 《時代》雜誌於 1993 年 9 月刊出一篇報導,描寫他在西雅圖對坐輪椅的青少年發表演說,還形容在那一個多小時,全體聽眾都聚精會神,聽得入迷。演講結束,聽眾簇擁發問,他們請教的問題多半涉及身障者的實際生活和相關的政策議題,科學和宇宙學反而問得不多,他們等待霍金敲出他的答案,一邊咧嘴笑不停。眼前這位是知名科學家、暢銷書作者、《銀河飛龍》星艦影星,而且他和聽眾同樣是肢體障礙。 霍金沒有說錯,儘管影響好壞參半,但他的聲望卻間接的幫助了其他身障人士,這也是事實。

    霍金 2008 年於 TED 發表的演講《我們的宇宙如何開始》(可開啟字幕)

後來他採用其他幫助方式。1995 年夏季,他在倫敦皇家阿爾伯特音樂廳(Royal Albert Hall)向一群聽眾發表演說,五千個席次滿座,這種群眾號召力可不比尋常,所得收益全數捐給肌萎縮脊髓側索硬化症慈善機構。他還幫忙推廣身障輔具科技展,稱為「對我說話」(Speak to Me),會場設於倫敦科學博物館。不論在世界任何地方,只要有他現身或提供贊助,幾乎都能保證座無虛席。

《新聞週刊》在 1993 年 1 月號刊出的一篇報導描述,民眾和媒體在加州柏克萊幾場演說現場的狂熱表現,許多聽眾都提前不只三個小時來佔位子。他一駛上舞台中央,攝影師就推來擠去搶好位置,接著閃光燈此起彼落。以這種方式來幫助身障人士,是很有價值的好事。

十年下來,霍金成為一位掌握群眾的大師,或者說,這完全是一種機遇,每當民眾和媒體需要提升注意力時,他總是想得出能吸引人們注意的說法,他的一位助理就曾這樣對我說:「你也清楚啊,他並不笨啊!」不論那是指什麼,總歸是一個優勢,不但幫了自己,為身障人士代言和宣導科學也都有好處。

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電腦病毒是生命嗎?挑戰最高指導原則

1994 年 8 月,波士頓麥金塔世界博覽會(Macworld Expo)一段背離常態的刺耳宣言登上世界各地新聞版面:「或許這就道出了人性的某種特點,至今我們創造出來的唯一一種生命,完全帶有毀滅特性。我們按照自己的形象創造生命。」霍金這段話是在談電腦病毒。

電腦病毒擁有某些接近生命的因素,有可能被算作生命嗎? 圖/Yurl Samollov@flickr

電腦病毒是不是一種生命?霍金認為它們應該「算是生命」,接著這種說法便掀起一陣騷動。

當時新推出的星艦系列《銀河飛龍》一齣劇集,畢凱艦長和一種超智慧病毒交手,最後還和它協商,並沒有把它毀掉,以免違反星際艦隊不得干預任何外星社會內部發展或社會秩序的「最高指導原則」。就這起事件,摧毀病毒就構成這種違例行為。顯然《銀河飛龍》編劇都認同霍金的說法。眾多星艦影迷和霍金粉絲,都很樂意分從正反兩方加入辯論。

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「一種有生命的事物通常具有兩種元素,」霍金表示:「首先是一套內部指令集,告訴它如何自行延續並自我複製;其次是一種用來執行那組指令的機制。」我們所知的生命都是生物型生命,而這兩種元素就是基因和代謝,不過「這裡必須強調,它們完全沒有理由非得是生物型。」電腦病毒能自我複製並移入不同電腦,感染互聯系統。儘管不具有一般所稱的代謝作用,病毒卻像寄生生物那樣使用宿主的代謝機能,「多數生命種類,包括我們人類都是寄生型的,因為它們得靠其他型態的生命才能取得養分,保障自己存活。」

有關生命是什麼、不是什麼的問題,生物學依然沒有定論,因此生物學家應邀就此提出見解時,都不願表示霍金是否說對。

電腦病毒確實和某些生命定義相符。 霍金在那場演講尾聲又提出一個令人詫異的主張,隱指「生命」有可能包括哪種類型。人類壽命太短,無法完成恆星間或星系間長途旅行,就算以光速都辦不到。不過就機械式太空船來講,這種長壽要件就不成問題,它們可以在遙遠行星著陸,採擷各地資源建造新的太空船。這趟航程可以永遠延續不絕。

「這群機器可以成為以機械和電子元件為本的嶄新生命型態,不必(像生物型生命那樣)完全靠大型分子。」霍金說出了一個冷酷的預言。

  本文摘自《時空旅行的夢想家:史蒂芬.霍金》,時報出版,2017 年 12 月 12 日。

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