霍金最後一篇論文發布,推翻生前對宇宙膨脹的理論

今天,霍金這篇最後的論文正式在《Journal of High Energy Physics》上發布,為宇宙起源提出了一種新的理論。值得留意的是,這和霍金生前曾提出的「無界宇宙理論」有所不同。
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photo credit: Santi Visalli/Getty Images
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原文刊登於合作媒體 愛范兒 ,INSIDE 授權轉載。

雖然身困輪椅,但霍金的思想跑得比大部分地球人都要遠。

photo credit: Santi Visalli/Getty Images
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就在霍金離世前 10 天,他和比利時魯汶大學理論物理學教授 Thomas Hertog 完成修訂,並提交了雙方合作撰寫的論文《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》。

今天,霍金這篇 最後的論文 正式在《Journal of High Energy Physics》上發布,為宇宙起源提出了一種新的理論。

除了是一位偉大的物理學家,霍金還在許多領域做出了傑出貢獻。

一分鐘背景回顧:大爆炸和多元宇宙

PHOTO CREDIT: Giphy
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一切都從一次大爆炸開始,Bang!(that all started with a big bang,BANG!)

就像美劇《宇宙大爆炸》主題曲唱的一樣,不少科學家都認為我們的宇宙起源於一次大爆炸。但這下 Bang 後到底發生了什麼事?

在物理宇宙學中,一種理論認為,在大爆炸後的 10⁻³⁶ 秒開始,至 10⁻³³ 至 10⁻³² 秒之間,宇宙空間就像氣球一樣以比光速更快的速度膨脹,這段極短的時間被稱為「宇宙膨脹(Inflation)」。

在「宇宙膨脹」後,宇宙會繼續膨脹,但速度會慢很多,星球行星也才得以形成。

我們所處的宇宙看起來已經進入穩定的狀態。但不少理論認為,在宇宙的某些地方,膨脹會一直進行下去,也就是「永恆膨脹(eternal inflation)」。

photo credit: How It Works Magazine
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因為膨脹中的區域會以極快速度膨脹和自我複制,所以,如果膨脹衰減的速度比新膨脹區形成的速度慢,那就總會有新的膨脹形成,而這些膨脹隨之會形成一個個不同的口袋宇宙,組成一個「多元宇宙(multiverses)」,而我們的宇宙也只是其中一個。

「常規的永恆膨脹理論預測宇宙是一個無限的分形,在膨脹的海洋中,鑲嵌著不同的口袋宇宙。一個口袋宇宙中的物理和化學定律和另一個口袋宇宙會有所不同,這一個個不同的口袋宇宙組成了多元宇宙。」霍金在 去年秋天的採訪中 如此說道。

為無限設一個限

但我從來都不是這個多元宇宙理論的粉絲。因為,這意味著口袋宇宙們數量近乎無窮多,這個理論也無法得到驗證。

霍金補充道。這也是為什麼他和 Hertog 嘗試提出一種新的多元宇宙解釋理論, 今天發布的論文《A Smooth Exit from Eternal Inflation?》就記錄了他們的新想法。

據哈佛天文學系主席 Avi Loeb 解讀 ,霍金和 Hertog 主要透過數學方式解決了原本數學和哲學上的瓶頸問題,並推出「能夠形成的宇宙具有一定限制性」這個預測。

當我們回溯宇宙發展的歷程,到達永恆膨脹的臨界點,我們所熟知的時間概念將失去意義。

Hertog 介紹道 ,他們將無限膨脹設定在時間開始的臨界點上,那是一切的邊界。

科幻動畫《Futurama》中描繪的大爆炸,photo credit: Futurama Wiki
科幻動畫《Futurama》中描繪的大爆炸,photo credit: Futurama Wiki

值得留意的是,這和霍金生前曾提出的「無界宇宙理論」有所不同,後者預測,如果我們回到宇宙開端,將看到宇宙像半球一樣閉合。

「而現在,我們要說的是,我們的過去是有邊界的。」他們預計,從這個邊界之上,大爆炸形成了一系列有特定結構的宇宙。

如果這個理論成立,這意味著我們的宇宙和其它口袋宇宙很可能都是從那個臨界點開始形成的,而且我們還有可能能夠找到和宇宙膨脹痕跡相匹配的引力波作為論據,這就成為了一個可去論證的假設。

不過,Hertog 也表示,現存的設備仍未能夠探測出這類證據,所以,他更多是寄望未來科技發展帶來更先進的儀器技術,可對理論進行進一步研究。

一個理論,一顆種子

在未來,也許會有人將這個研究進行下去,找出支持的論證,帶領人類揭開探究浩瀚宇宙中的一小部分。

但目前為止,這更像是霍金留下的一個充滿想像力的假設,一顆小小的種子,而論文題目中的問號,也像是向世界發起討論的一個邀請標誌。

也許,我們更應該從「霍金在離世前十天還在忙於修改研究宇宙起源的論文」這件事情本身獲得啟發。追隨心之所向,即便那件事看起來就像要研究宇宙起源,回到時間開始之端那樣遙遠。


電動自駕車上路迎曙光!Turing Drive 借重 AWS IoT Lab 雲端服務,桃園青埔開放道路成功試營運

Turing Drive 透過 AWS IoT Core 進行資料彙整並集中傳送到 AWS 雲端,事後新創團隊更快梳理資料庫的數據,持續優化自駕車路線,AWS 除了技術面、架構面的協助之外,更重要是提供實作的引導,讓管理資料安全更有效率。
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電動車浪潮,讓無人自駕車的場景應用,增加更多想像空間!市調預測 2020~2024 年 L1-L5 等級電動自駕車,年複合成長率 18.3%。然而,電動自駕車要實際上路,除了要配套法規,保護乘客、行人的安全,更備受考驗。

團隊成員平均 30 歲的新創台灣智駕(Turing Drive)於 2018 年創立,致力研發可商轉的自動駕駛系統,他們開發的特製國產電動車,上路測試兩年行駛超過 30,000 公里、運載 70,000 位旅客。達成 98% 車輛妥善率,背後正仰賴龐大感測數據做為支撐,過程中 Turing Drive 借重 AWS IoT Lab 物聯網實驗室服務,讓創新之路更加拓寬。

特殊交通情境提供創新養分,封閉到開放場域 Turing Drive 累積實戰經驗與數據

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Turing Drive 執行長沈大維提出電動自駕車在台灣交通情境下所擁有的優勢與挑戰。

「要在台灣創新,尤其是電動自駕車全新題目,對我們新創是相當大挑戰,但也迫使我們每天想破頭思考,在困境之下該如何找出路!」Turing Drive 執行長沈大維開門見山表示,創業三年多來,走得每一步有多麼不容易。

Turing Drive 握有 CPU、GPU 平行運算核心能力,正因為資源稀缺,盡可能發揮自駕系統的多重定位技術,從GPS、光達、雷達、影像、到車體慣性導航等應用,Turing Drive具備足以提供市場最快速 time-to-market 應用方案。然而,除了握有 AI 演算、晶片感測能力,沈大維認為台灣的獨特交通情境,對發展自動駕駛技術推了一把。

他解釋,「台灣摩托車、汽車齊聚路上,還有偏鄉接駁、市區夜間公車專用道,多元交通環境交錯,讓我們嘗試用自動駕駛創造新的營運模式,這是其他國家沒有的先天優勢。」因為有實際場域得以試營運,Turing Drive 一路從封閉環境的桃園農博會、台中麗寶樂園,再到台北信義區夜間、桃園青埔的開放道路環境,象徵台灣交通情境的縮影,這家新創正逐步破關打怪。

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全台第一條電動自駕巴士路線,就在桃園青埔。

除了 Turing Drive 積極突破技術提升安全率,提供場域驗證、城市建設的桃園市也貢獻良多。桃園市政府經濟發展局局長郭裕信回應,桃園近年積極推動創新城市治理,被 ICF 智慧城市論壇評選為「全球智慧城市首獎」,電動自駕車是智慧城市的一環,因此桃園不遺餘力推動全台第一條自駕巴士路線試營運,提供載客接駁累計超過 800 位人次乘坐,創下 90% 乘客滿意度。

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桃園市政府經濟發展局局長郭裕信表示,桃園近年積極推動創新城市治理,電動自駕車是智慧城市的一環,因此桃園不遺餘力推動全台第一條自駕巴士路線試營運。

大量的感測、影像數據該如何加值使用?借力 AWS 邁向「雲」運算成必經之路

Turing Drive 的電動巴士每天在桃園青埔定點載客、行駛,可想而知,有多麼龐大的感測、影像數據不斷累積。沈大維點出過去其他案例測試時,若想達成 Data Driven 驅動更多自駕車服務,勢必要先克服數據的儲存、加值、運用等實際挑戰,他解釋,「以前用終端硬碟儲存資料,往往我們工程師要留守到半夜,再去插拔車上的硬碟、整理車子運行數據,我們發現這樣做很沒效率,甚至隨著數據資料越來越多,在分類管理的工作也更為困難。」

面對難題,就是尋求解方!Turing Drive 找上 AWS IoT Lab 物聯網實驗室,雙方開始盤點,該如何運用雲端環境的優勢,更輕鬆掌握、洞察自駕車數據的金礦。AWS IoT Lab 表示,

「我們從三大面向切入,協助 Turing Drive 加速他們開發流程、減少工程師例行工作,甚至將影像資料有效加值,又能確保資料安全。」

AWS 所説的的三大面向,正是 AWS IoT Lab 所提供的三項解決方案服務。首先針對工程師要排班到試營運現場,插拔硬碟下載資料的冗長流程,AWS 提供 AWS IoT Device SDK 透過 MQTT over TLS1.2 安全機制加密與 AWS IoT Core 連結,通過認證後可將終端裝置的資料傳到 AWS 雲端儲存。同時允許開發團隊從遠端,直接登入自駕車系統做韌體更新或回收數據等指令,大幅縮短 Turing Drive 在開發、調教程式的時間。

第二項服務則聚焦協助 Turing Drive 針對自駕車運行所錄製的影像,AWS 提供 Amazon Kinesis Video Streams (Amazon KVS) 服務,讓終端裝置的影像資料串流到 AWS 雲端平台,進行後續機器學習、分析處理。讓 Turing Drive 省去過去人工傳輸影響資料流程,也幫助開發團隊更便利做後續的資料加值利用。

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AWS IoT Solutions Architect Tec 介紹三項解決方案內容服務。

第三項則鎖定自駕車的資料,因為搭載光達、雷達、GPS、陀螺儀等感測器,每天每秒都在產生巨量資料,Turing Drive 透過 AWS IoT Core 進行資料彙整並集中傳送到 AWS 雲端,事後新創團隊更快梳理資料庫的數據,持續優化自駕車路線。除這三項關鍵服務,沈大維特別回應,「AWS 帶給我們技術面、架構面的協助之外,更重要是提供實作的引導,讓我們管理資料安全更有效率,把資料放到雲端儲存,再也不用煩惱地端伺服器的維護跟管理。」

Turing Drive、AWS、桃園市政府,各司其職聯手出力助攻電動自家車加速上路

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沈大維指出,電動自駕車上路的普及,須同步具備雲端數據解決方案與硬體環境的配合。

在 Turing Drive 的眼中,與桃園市政府合作在青埔導入電動巴士試營運只是開端,沈大維說:「十年、二十年後,我們認為新世代的智慧車會趨向平台化發展,一方面需要有像桃園市願意投資智慧城市硬體環境的地方政府;另一方面則仰賴 AWS 雲端方案,完善數位基礎建設來整合道路號誌資料、車輛運行資料,當這兩端同步發展之下,電動自駕車上路才會加速普及。」

尤其是自駕車數據背後隱含的商業創新,郭裕信回應說,「智慧城市治理最重要就是數據, Turing Drive 掌握的數據未來還能跟保險公司、電商導購做結合,只要資料去識別化在安全範圍下使用,相信 Turing Drive 與 AWS 兩家新創企業的創新能量,我們非常樂見有更多資料應用,搭配新興商業模式,在充滿活力的桃園市進行驗證,看見更多創新應用具體落地。」

Turing Drive 展望未來的佈局,沈大維認為自駕車的發展不會只靠一家企業單打獨鬥,未來他們將聯手產業鏈夥伴,將 AI 技術、車載設備、關鍵組件、路側設備端到端的解決方案輸出海外,放眼全球商機。他肯定表示,「AWS 雲端平台具備彈性,不斷推出新應用的價值,我們會持續與 AWS 合作,把新世代智慧車的數位基礎建設産品放在 AWS 平台一起推廣,鼓勵更多勇於築夢的新創,善用 AWS 的優勢展開創新之旅!」