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。
評論
photo credit: Santi Visalli/Getty Images
評論

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
photo credit: Santi Visalli/Getty Images

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
PHOTO CREDIT: Giphy

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
photo credit: How It Works Magazine

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。


圖解智慧國家四大關鍵科技,從不同角度帶你了解台灣的科技應用實力

大家都知道台灣有座半導體護國神山,也聽過許多媒體對台灣科技實力的盛讚,但台灣的科技實力到底強不強?我們從四個面向帶你看台灣作為「智慧國家」到底有什麼實力!
評論
評論

大家都知道台灣有座半導體護國神山,也聽過許多媒體對台灣科技實力的盛讚,但台灣的科技實力到底強不強?自己說不如讓國際單位做的調查更客觀顯示。瑞士洛桑管理學院(IMD)每年9月公布的世界數位競爭力(World Digital Competitiveness Ranking)評比,最近一次報告2021年台灣在全球64個主要國家及經濟體當中排名第8,獲得歷年來最佳名次。

而且值得關注的是,支持數位競爭力的核心要素之一,也就是「科技」競爭力。IMD評比報告揭露台灣拿下全球第2的佳績,從2018年的第11名年排名持續上升,顯見台灣無愧於科技強國之名。


科技小百科:
瑞士洛桑管理學院(IMD)是一個長期研究國家與企業競爭力,在國際上具盛名及公信力的評比機構,並自1989年起發布「世界競爭力年報」World Competitiveness Yearbook,其評比報告與調查結果更是各國政府擬定相關政策之參考。IMD每年會定期公布兩份競爭力評比報告,其一是「世界競爭力年報」,每年在6月公布,2022年台灣在63個受評比國家中排名全球第7名。另一份報告為「世界數位競爭力評比」World Digital Competitiveness Ranking,每年在9月底公布,本篇文章引用的資料為這份兩份研究。


也因為科技與國家發展息息相關,有哪些技術是台灣不為人知的優勢?或是未來產業可大力投資布局的領域?我們找出其中四大項與智慧國家最有關的科技,展現台灣具備強勁的科技能量,或許你已經受惠,也或許你能從其中找到發展的機會。

關鍵科技一、融合海陸空領域的多維通訊

隨著國家管理範圍逐漸擴大,通訊範圍多元且彼此關聯,相關科技如低軌衛星、5G通訊、海底電纜等,形成環環相扣的多維通訊聯網。

仔細洞察2021年的IMD報告,台灣在「行動寬頻的用戶比例」這項指標,拿下全球第1的傲人成績。顯見台灣在通訊基礎建設的投資及普及率,是走在全球領先位置。

尤其5G/6G關聯科技更是未來多維通訊的具舉足輕重的地位,原因是5G衍生的價值鏈相當廣泛,舉凡從晶片、模組、終端、邊緣、系統、到應用服務,可形成完整生態圈。為了強健台灣5G專網的自主技術與供應鏈,從2018年先後成立5G產業發展聯盟、5G垂直應用聯盟、以及5G Open Networking平台,逐漸形成5G國家隊。

除了把5G領先國視為戰略目標,當創新技術落地,更能帶來龐大商機。根據工研院的預估,將5G的小基站、邊緣運算、網路虛擬化等關鍵產品、模組、元件加總起來,2025年的市場規模上看2,510億美元(約新台幣7.5兆元),其他國家還在積極推動5G聯網建設,顯見相關商機仍有相當大發展空間。

關鍵科技二、新型態數位經濟與網路服務

邁向Web 3.0的交叉點,元宇宙被視為下一代網際網路的新機會,市調機構Gartner預測,2026年全世界將有25%的人口,每天至少有一小時投入元宇宙虛擬世界,進行工作、社交、教育、購物、娛樂等活動,並藉由虛擬貨幣、NFT進行數位資產的交易,虛擬經濟逐漸成形。

所謂元宇宙,需要以5G/6G高速網路為基礎,透過VR頭盔/眼鏡作為進入3D虛擬世界的載體,在元宇宙的各種互動體驗則需仰賴AI運算、雲端/邊緣儲存、區塊鏈等核心技術支援。人們在元宇宙內可以滿足從現實世界做不到的事情,形成穿梭虛擬、現實之間的生活體驗與商業模式。

近七成投入元宇宙相關應用的企業,認為元宇宙在未來5年一定會蓬勃發展,虛擬音樂會、虛擬時裝秀、媒體及產品聯名展示活動,將是元宇宙優先發生的商業體驗。

那麼台灣要投入元宇宙有何利基?解析元宇宙供應鏈版圖,主要可分為晶片、光電、通訊、AR/VR裝置、內容以及AI技術,台灣科技可從硬體方面,包含晶片、感測IC、光學零組件、伺服器等擅長領域切入。像是大家熟知的半導體大廠台積電,對於相關晶片的供應就至關重要,另外光電產業也有揚明光、玉晶光、中光電等企業,讓投影技術更精緻,再來連接元宇宙的通訊技術,也有聯亞來支援,而裝置軟硬體、AI技術則是有創意、世芯、智原等企業投入,最後想到AR/VR集大成者,就不能遺漏宏達電在這一塊的耕耘,同樣威盛電、佐臻、未來市(XRSPACE)等品牌也積極佈局,可見台灣已有完整的供應鏈,接下來有志於加入元宇宙的廠家,不妨從自身的專長去思考,相信不論是哪個領域的企業,都能有更多的創新、應用內容投入,完善整個元宇宙生態。

關鍵科技三、疫後時代興起的智慧型代理人 

近年因疫情持續延燒,越來越多領域開始導入「智慧型代理人」,像是零售業者引進半自動化機器,協助人力處理訂單、點餐;又或是醫院使用機器人,藉由AI辨識功能分擔部分醫護工作。

所謂智慧型代理人,以它所知的知識範圍內,自主完成人類所給予的指令任務。智慧型代理人發展至今,能協助人類的廣度、深度越來越多,主要是受惠機器學習的技術更為先進,加上其他的自動規劃、互相協調等演算法的成熟,讓智慧型代理人成為下一波產業發展重點。

世界先進國家紛紛把AI納為國家產業重要發展策略,台灣從2018年就推出「台灣AI行動計畫」,全面啟動產業AI化。發展至今,AI應用已從測試階段逐步應用於各式產業,資策會統計發現,掌握AI技術的新創企業在台灣有300家,逐漸摸索出不同的商業策略與獲利模式。

尤其資通訊、醫療照護是台灣兩大擁有頂尖人才的雙軸產業,在疫情之下,就可以看到醫療+科技所衍生的智慧型代理人應用。像是過去為了解決醫療量能不足,開發「5G智慧防疫機器人」,用來隔離病房消毒、運送餐盒及藥品物資,比傳統人力消毒方式有效節省50%時間,還能降低醫護人員感染風險,讓醫事工作更有效率。

關鍵科技四、資訊安全網保護每個人數位資產

我國面臨網路犯罪、駭客入侵政府、機關,甚至竊取個人資料事件持續增加,如何保護國民安心使用數位科技、保障財產安全將是未來重要方向。隨著AI普及所衍生的龐大資料量之隱私及資安問題,成為棘手的挑戰。從國際AI資安發展現況來看,歐盟在2021年提出人工智慧規則草案(Artificial Intelligence Act),鼓勵值得信賴且道德的AI進行研發與應用。微軟更在今(2022)年禁止提供AI推測情緒技術,並制定「負責任AI標準第二版」、Google則停止AI機器人具有自我意識、能與人類溝通等爭議事件,這些做法也都反映美歐在立法之際,業者也在努力自行節制敏感AI技術。

AI資安,是挑戰也是機會。未來,台灣政府與企業也須密切關注美歐相關草案的立法動態,找出AI規範的共同點,以此界定使用AI產品與服務之要求;因此,AI資安不僅需透過科技來防禦,更需要治理與法規,降低AI所帶來的衝擊。

另外,針對5G資安議題,台灣有展開大型科技防禦策略,包含5G資安防護系統、跨機關資安聯防。5G資安防護系統致力確保業者使用的5G系統具備安全、可靠、信賴,與國內5G專網業者進行服務驗證,以強化國產5G系統的整體資安防護能力。跨機關資安聯防的目標放在建立政府與民間的資安聯防體系,藉由橫向整合跨部會,全面提供威脅情資,減少機關隱匿資安事件,降低事件誤報與漏報。

持續提升台灣的科技能量 打造全方位的智慧國家

圖片資料來源:IMD 2022 世界競爭力年報

台灣的科技能量持續提升,從2022年的IMD世界競爭力年報可發現,而且該報告還指出我國擁有高素質勞動力、經濟活力、企業治理能耐、高教育水準等優勢。上述四項與智慧國家高度關聯的新興科技,涵蓋「數位基盤、數位創新、數位包容」等元素,如何借助科技打造創新、包容的社會,在台灣強勁的科技應用產業鏈上,補強創新的能量,並延續發展優勢項目,將是台灣要持續努力的方向。

了解更多智慧國家方案
看更多智慧國家相關報導

行政院科技會報辦公室 廣告