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為何處處都是神預測?霍金真的成為了章魚哥的接班人,神算世界盃冠軍嗎?!

科學新聞解剖室_96
・2018/11/22 ・5003字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 576 ・九年級

  • 科學新聞解剖室-案件編號 31

案情:霍金是章魚哥的接班人?

今年(2018 年)是台灣的選舉年,一年下來就選舉的結果,有著各式各樣的預測、算命,好不熱鬧。

對此,台灣的媒體也免不了要報導一番,譬如在〈大選年「神」預測?年底選舉藍綠 6 比 4 柯連任難!〉這則報導中,政經預言家 Master Wong 預測,如果國民黨派蔣萬安出來選台北市長的話,柯文哲就會輸掉。在〈究竟誰有總統命?命理專家斷言柯 P:2024 不可能〉這則新聞中命理專家周映君則指出,柯文哲要當下任台北市長沒有問題,但 2024 年當總統則不可能。而在〈命理師何榮柱「秒斷」大選 侯絕地逢生 柯苦盡甘來〉這則報導中,命理師何榮柱「秒斷」,柯文哲「前面會較艱辛,但會苦盡甘來」。

面對這種激烈的選戰,媒體每次總是會去訪問許多預言家或命理師,但是都沒有其他人可以問了嗎?

這個疑問讓解剖員想起了今年俄羅斯世界盃足球賽的一則報導,因為在各家預言之中竟然發現霍金的名字!剛逝世不久的霍金竟出現在〈世界盃神算子 章魚哥的接班人是?〉這篇報導之中,並且與高盛人工智慧 [1]、章魚保羅、俄羅斯神貓、比利等並列在一起作為「神算子」的一份子,這是怎麼回事?難道霍金想從科學家轉職為預言家嗎?

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解剖

一、不是算命,霍金開「認真又科學」的玩笑

故事的起源是這樣的,2014 年世界盃,霍金接受了博彩公司 Paddy Power 的委託進行一項預測,他坦言 Paddy Power 有時為了噱頭會做出許多譁眾取寵的賭局,但由於這一次是邀請他以權威專家的身份進行預測,所以就姑且答應了。因此,霍金完成了一份名為〈Professor Stephen Hawking’s World Cup Study for Paddy Power〉的報告,同時也為慈善組織籌款。當然,這份報告並不是經歷嚴格審查的期刊文章,究竟霍金到底為這個認真的「玩笑」做了什麼呢?

霍金在這次的委託中主要嘗試去回答兩個問題:
第一,什麼情況下的世界盃最有利於英格蘭?
第二,在世界盃的十二碼大戰中,怎樣才能完美的射門?[2] 

原來自 1966 年起到 2014 年,英格蘭已經踢了八屆世界盃,經歷了 45 場比賽,204 次十二碼球。霍金根據這些資訊數據,結合統計分析,嘗試來解答上述問題。例如在第一個問題中,他發現了在距離較近英格蘭的地方、溫度較低、海拔較低的球場,加上傍晚時間、穿客隊球衣(多數是紅色)等等情況中,英格蘭會取得較高的勝率。

而第二個問題中,他則發現由金髮球員主罰十二碼、目標射向球門的左上方或右上方、較長距離的助跑、以腳側射門等,都會有較高的得分率。最後,霍金把這些發現整合成兩條精確且複雜的方程式。

欸欸欸!紅衣!!(重點大誤)圖/Shawn Rossi @flickr

以第一條方程式為例,可以據此推出每個變數對英格蘭個別比賽勝率的影響,例如溫度每上升 1 度,英格蘭的勝率就會降至原來的 84%,如果我們可以得知方程中的所有變數,我們便可對英格蘭個別比賽的勝率作出預測。

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不過這個「認真的玩笑」也僅止於此,雖然這條方程式並無法精確預測世界盃的冠軍,但它背後的基礎可不是神來一筆的掐指一算,而是紮紮實實的統計推論,霍金果然不是蓋的!

二、霍金不是在預言,是做「科學推理」:分析過去資料,從統計結果推測奪冠機率

這篇新聞中也提到了高盛金融集團 (Goldman Sachs) 運用人工智慧進行 2018 年世界盃的預測,他們使用了 20 萬個模型,導入各個球隊的特徵、近期表現及個別球員的數據,結合最新發展的「機器學習」,模擬出 100 萬個可能的淘汰賽結果,並以此計算出每支球隊在各輪晉級的可能性。

高盛利用這些結果作出了各種預測,例如每支球隊奪冠的機率等,最後預測最有可能奪冠的隊伍是巴西。雖然這個預測並沒有命中,但是如果因為這樣而把霍金與高盛所作的研究報告並列在一起,仍然是有點道理的。

高盛利用這些結果作出了關於 2018 年世界盃的各種預測。source:高盛關於 2018 世界盃的報告封面。

二十世紀八十年代以後,西方科學哲學家已經了解到沒有一個單一的科學方法可以定義科學的本質,且能普遍適用到歷史的不同時期、文化、地域和領域。不過,科學哲學家還是可以從真實的案例之中歸納出不同的科學推理模式,而統計也就是其中一種科學推理的方法,不論是霍金,或是高盛的報告,大致上都是「統計推理」的範疇。[3] 例如高盛那一百萬個模擬結果中,有百分之十八點五的結果顯示巴西會奪冠;而霍金的兩條方程式亦可以推論出英格蘭在個別比賽的獲勝機率,以及個別球員主罰十二碼時的成功機率。

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但解剖員要嚴正指出的是,這些統計推理與章魚保羅、球王比利的臆測相比,本質上有很大的不同。

我乃鼎鼎有名的章魚保羅,你怎麼知道我是神預測還是只是愛吃?(莊子惠子上身)圖/wikipedia

例如在保羅的「職業生涯」之中,牠也只選過三面國旗(德國、西班牙和塞爾維亞),而這三面國旗都與章魚所愛吃的食物(如螃蟹蝦類)相似,所以 2014 年世界盃保羅之所以「神」,很可能只是巧合與本能。想確認牠是不是真的「神」需要更多的重複驗證,但這一切都將因保羅壽終正寢而不可能得知了。[4] 

另一方面,每逢大賽,前球王比利也都會進行預測,但結果卻都適得而反,因而被戲稱為烏鴉嘴比利。不論保羅或比利如何做出「預言」,我們應該要知道,他們都不是在作統計推理,若理解到這一點,就不會把霍金、高盛報告和保羅、比利的「神算」相提並論了。

別把霍金、高盛報告和保羅、比利的「神算」相提並論啊。圖/flickr

不同於占卜神算,使用「統計推理」者多會清楚地標示其可能局限,例如高盛就承認即便運用了巧妙的統計技巧,但因為足球本身就是很難預測的競賽,所以他們的預測仍然有著高度的不確定性。再者,統計數字本身也帶有人為建構的本質,例如人們都會把他們感興趣的變項量化,這樣一來,沒有被量化的變項就不會被考慮到,好比霍金與高盛也都各自採用了不同的變項作量化,霍金的兩條方程式更包含很多難以操作的變項,例如球證國籍、比賽日溫度、球場海拔高度等等,這都不是教練可以控制的。

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不過,相較於占卜神算,統計推理還是有跡可尋,整個推論是否合理、是否可信,都能夠在過程中被拿出來一一檢驗與確認。

三、霍金如何被拱成神算師?行銷策略愈滾愈離奇

霍金只是認真地開了一個很科學的足球預測玩笑,但又是如何被拱成跟章魚哥並列為神算子的呢?

原來這個過程是霍金在完成報告後,也同時在 Youtube 上產出了一個簡報,這個簡報的逐字稿也同時成為 Paddy Power 對外發佈的新聞稿。霍金在簡報的開場白中,提到 Paddy Power 認可他作為理論物理家,比章魚保羅更為有資格進行預測,可能就這樣一句俏皮話就引導媒體情不自禁地把他和保羅放在一起了。

例如,Paddy Power 的標題是〈霍金圖解:英格蘭世界盃的成功方程式〉,《每日郵報》也訂下了〈加時賽取得勝利的簡史:霍金分析世界盃數據以建立出英格蘭的成功方程式〉,原本的一個行銷策略,造就了愈滾愈離奇的起源。

霍金提到 Paddy Power 認可他作為理論物理家,比章魚保羅更為有資格進行預測,可能因此引導媒體把他和保羅放在一起了。圖/截圖自 youtube 影片

經過英國媒體報導後,華文媒體也紛紛翻譯和轉載,起初一些媒體還沿著 Paddy Power 的思路作報導,指出霍金的公式可助英格蘭爭勝奪冠,例如〈霍金數學統計教路 助英格蘭決戰世界盃〉〈英格蘭如何才能奪冠?物理學家霍金研究解密〉。但隨時間推演,報導變得愈來愈離題了,例如:〈霍金用科學公式計算英格蘭隊世界盃奪冠概率〉、〈用 1 個月時間研究世界盃比賽 霍金教你用數學公式猜冠軍〉,要用霍金的公式來猜冠軍,其實是不太可能的。

更後面的標題就更歪了,開始出現把統計分析加上神秘色彩,例如:〈霍金“算命”:英格蘭如何奪冠〉〈誰不想世界盃奪冠?你有霍金支招我有巫師整蠱〉,或者把保羅抓來相得益彰,例如〈世界盃預測的舞臺 章魚保羅唱罷 霍金登場〉〈章魚哥接班人?史蒂芬‧霍金也來預測世界盃〉

此外,在霍金的 Youtube 簡報之中,他的確提到他最看好的是巴西。原因是根據統計,30% 的主辦國會取得世界盃冠軍,而且球隊在自家地方作戰,環境上和心理上都有正面效應。不過,這個「猜測」其實與霍金所作的報告並沒有完全直接的關連,他的「統計推理」並不涉及冠軍的預測,但是媒體報導都把這些言論混合在一起了,以為霍金的方程式可以預測世界盃冠軍。例如:〈霍金算出 2014 世界盃奪冠公式 巴西奪冠英格蘭前途難測〉〈世界盃各方預言帝爭先登場 學術派霍金算出巴西奪冠〉,更神奇的是還有報導指責霍金算錯了:〈霍金預測全錯竟理直氣壯 狡辯物理比足球更直接〉

來到 2018 俄羅斯世界盃,霍金又在〈世界盃神算子 章魚哥的接班人是?〉〈神預測 萌貓挑戰章魚哥〉這兩篇報導中再度登場,從這個過程中可以發現在全球化的資訊快速流通下,媒體在各種轉譯過程中的偏誤及渲染,並且像是陰魂不散的幽靈盤旋不去,造成每段時間的冷飯熱炒現象。看到這樣的狀況,解剖員感嘆 2022 的下一屆世界盃,如果霍金又再次顯靈,可能也就不足為奇了。

從外電到國內報導,媒體層層轉譯的多重災難,加上每次世足都要再被拿來說嘴一番,讓霍金即使離開了也尷尬癌發作阿~圖/科學新聞解剖室

解剖總結

在這個事件中,霍金並不是完成一個正式的科研報告,只是利用簡單的「統計推理」加上足球元素來開一個認真的玩笑,除了展現他特有的英式幽默之外,還可以進行「科學普及」。只不過在博彩公司的推波助瀾及各類媒體二手、三手、四手的報導之下,偏離了許多原有的想法,尤其是一路轉傳到華文世界之後,「統計推理」與「預言」、「臆測」、「猜想」間的界線,都變得愈來愈模糊了。

此外,相關的報導中對於霍金實際進行的統計方式多沒有清楚說明,只是用很戲劇化的方式來凸顯娛樂性,造成許多報導意義上的誤解。

在台灣,星相命理深入民心,不論是政治、體育或民生議題,媒體報導都很容易採用相關的觀點,甚至在地震相關的新聞之中,也會有類似〈準到自己都害怕的命理師〉〈據稱能預測 5 級地震的神人〉之類的報導,將科學的推論與玄學混為一談,看起來無傷大雅,但是日積月累之下對於全民科學素養的建立是很有傷害的,據此,本解剖室給予這系列新聞以下評價(13 顆骷髏頭):

(策劃/寫作:曾雅榮、賴雁蓉、黃俊儒)


備註:

  • [1] 在台灣,Atirtifical Intelligence 一般都被翻譯為人工智慧,本文也會沿用這個翻譯。不過,相較於人工智慧,人工智能會是更好的翻譯。畢竟,既有的 Atirtifical Intelligence 儘管可以表現出強大的智能,卻不見得具有更為高階的智慧。
  • [2] 原文摘錄:
    1. What conditions suit England in a World Cup?
    2. How do you take the perfect penalty in a World Cup penalty shootout?
  • [3] 陳瑞麟 (2014)。《科學哲學:假設的推理》。臺北:五南圖書。
  • [4] 泛科學(2014 年 6 月 23 日)。〈為何不問問神奇的章魚保羅?—關於章魚的二三事〉。
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科學新聞解剖室_96
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「科學新聞解剖室」是由中正大學科學傳播教育研究室所成立的科學新聞監督平台,這個平台結合許多不同領域的科學解剖專家及義工,以台灣科學新聞最容易犯下的10種錯誤類型作為基礎,要讓「科學偽新聞」無所遁形。已出版《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》《新生活判讀力:別讓科學偽新聞誤導你的人生》(有關10種錯誤的內涵,請參見《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》一書)。

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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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

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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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PanSci_96
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