《上帝的粒子》:以英國政治人物都能理解的方式,淺顯說明希格斯玻色子

《上帝的粒子》:以英國政治人物都能理解的方式,淺顯說明希格斯玻色子
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我們想讓你知道的是

想要以政治人物能理解的話來解釋希格斯機制,一定要透過簡單的類比。倫敦大學學院的粒子物理學暨天文學教授米勒相信自己找到了這樣的類比。

文:巴格特(Jim Baggott)

第九章 美妙時刻

以英國政治人物都能理解的方式淺顯說明希格斯玻色子;CERN找到了暗示希格斯粒子存在的證據;LHC啟動,然後就爆炸了。

超導超級對撞機是一場豪賭,而物理學家輸了賭局。來自美國各界的不滿聲浪逐漸導致該計畫遭到取消,而這樣的情況也開始在歐洲重演。CERN的優勢在於資金並不由單一國家負責,但是各個會員國如果對自己的捐款比重有所抱怨,那不滿的國家就有可能收回金援。一九九三年四月,就在美國眾議院最終決定取消超導超級對撞機的六個月前,英國科學部長渥德格雷向國內的高能物理界發出挑戰。

渥德格雷的挑戰預示首相梅傑的保守黨政府對科學政策將會有大幅調整,英國政府在隔月發表了一份白皮書,希望將科學政策的重心轉向創新領域,終極目標在於改善英國公民的財富創造和生活品質。換句話說,英國的科學之目的是為了裨益於經濟,為了尋求「大英國協股份有限公司」的利益,而支援科學和技術的政府組織都要全面整頓。

這是個不祥之兆。一九八七年十月的股市大崩盤引發全球經濟衰退,英國當時才正要恢復元氣,只能勉強負擔每年挹注給CERN的五千五百萬英鎊。雖然物理學家可以列舉從CERN發展出的許多副產品(像是在網路加入超文字,促成柏納李在一九九○年發明全球資訊網),但是要解釋發現希格斯玻色子如何直接增加英國人民的財富和改善生活品質,或許就不太容易了。

幸運的是,物理學家還沒有被要求做這樣的解釋,但是渥德格雷把話說得很白,他們最好把想做的事解釋得一清二楚。就從最基本的問題來吧,這個叫「希格斯玻色子」的東西到底是什麼?這東西又為什麼重要到需要耗資數十億元,就只為了找到它?「如果你們可以幫我了解這一點,那我就比較有機會幫你們拿到錢。」渥德格雷在英國物理學會的年會上,這麼對觀眾說。他告訴他們,如果有人能夠在一張紙上,以白話文向他解釋到底大家都在忙些什麼,那他就拿出一瓶陳年香檳當作獎賞。

當然了,一切的忙碌,都與希格斯場在標準模型的架構裡扮演了主要角色有關。沒有了希格斯場,就不會有電弱力的對稱破裂 [1];沒有對稱破裂,W粒子和Z粒子就會跟光子一樣不具質量,而電磁力和弱核力仍然是同一種力;缺乏基本粒子和希格斯場的交互作用,就不會有質量,也就沒有物質、沒有恆星、沒有行星,也沒有生命。希格斯場的直接存在證據,只能透過尋找它的場粒子(亦即希格斯玻色子)來確定,只要找到希格斯玻色子,我們忽然之間就會更加明白物質世界的真實性質。

想要以政治人物能理解的話來解釋希格斯機制,一定要透過簡單的類比。倫敦大學學院的粒子物理學暨天文學教授米勒相信自己找到了這樣的類比,經過幾次修正後,他覺得自己可以藉由渥德格雷的親身經歷來解釋,他用來說明的角色是一位不久前還主宰英國政治的卓越人士:前首相柴契爾夫人。他寫道:

想像有一場雞尾酒會,政黨黨工平均分布在整個樓層,全都在和最接近自己的人聊天。這時前首相走進門,開始穿越房間,所有靠近她的黨工都感受到強大的吸引力,因此聚到她身邊。隨著她的移動,她吸引了附近的人,至於那些被留在後頭的,則又重新平均分布到空間裡。因為她的身邊永遠都聚集了一群人,她就得到了比平常更大的質量,也就是說,如果以相同的速度穿越房間,她的動量也因此變大了。她一旦移動了,就很難停下來,而只要她停下來了,就很難再次移動,因為這個群眾聚集的過程又得從頭來過。把這個例子放在三維空間裡,再加上相對論的複雜因素,就是希格斯機制了。

為了賦予粒子質量,我們發明了一個背景場,當有粒子從中穿過時,這個背景場就會局部失去秩序,這個失序的過程(粒子四周的場之聚集)便產生粒子的質量。這個概念直接來自固體的物理,組成固體的,並不是一個瀰漫所有空間的場,而是帶正電的結晶原子所組成的晶格。當一個電子穿越晶格,原子被電子所吸引,會使得電子的有效質量比自由電子的質量大上四十倍。被假設存在真空裡的希格斯場,就是某種充滿整個宇宙的假想晶格。我們需要希格斯場,否則我們將無法解釋,為何媒介弱核力的W粒子和Z粒子這麼重,而媒介電磁力的光子卻沒有質量。

零質量的基本粒子(柴契爾夫人)與希格斯場(平均分布的黨工)互動後就得到了質量,這邊藉此說明希格斯機制,如圖20(見原書)所示。米勒繼續解釋希格斯玻色子:

現在假設有個八卦傳過這個滿布黨工的房間,那些靠近門口的先聽見了,於是聚在一起以便聽清楚細節,然後他們就轉身,朝那些站在附近、也想知道八卦的人移動,那麼就有一個群聚波穿過房間。這個波可能會傳遍每個角落,或者它會聚成一群,沿著一條黨工組成的線,將消息從門口傳給房間另一頭的某個達官顯要。由於資訊是透過聚集的人群攜帶,那麼就像前首相會得到額外的質量一樣,這些媒介八卦的群聚也有了質量。

根據理論預測,在希格斯場裡的希格斯玻色子就是像這樣的群聚。如果我們真的看見了希格斯粒子本身,那我們很容易就能相信希格斯場的存在,以及賦予其他粒子質量的這套機制是真實的。我們可以再一次從固體的物理當中找到類比,晶格本身能夠媒介群聚波,無需透過電子通過以吸引原子,而這些波的行為模式有如粒子一般,它們被稱作聲子(phonons),也是一種玻色子。我們的宇宙裡也可能有希格斯機制和無處不在的希格斯場,但卻不存在希格斯玻色子;下一代對撞機將告訴我們答案。

這段描述如圖21(見原書)所示。

渥德格雷收到了一百一十七篇作品,這件事本身就說明了物理學家的探索有多麼重要。渥德格雷選出了五個獲勝者,但物理界認為其中最佳的是米勒的作品。米勒正式得到一瓶凱歌香檳,但他似乎沒能品嘗。「我老婆、小姨和我兒子的女朋友把那瓶香檳喝了。」他解釋道。

儘管財務困窘,英國政府還是繼續信守對CERN的承諾。[2]

註解

[1] 嚴格來說,這裡的說法並不正確。有一種「天彩力」(technicolour)理論引進了新的超強核力,而這種超強核力也可以驅使電弱對稱發生破裂。天彩力理論同樣可以賦予W粒子和Z粒子質量,但是難以正確預測夸克的質量,因為這個理由,物理學家比較偏好希格斯機制。以上資料來自我和溫伯格在二○一一年二月二十四日的個人通信。

[2] 以更清楚的角度來看,二○一一年英國貢獻給CERN的預算是百分之十五,也就是一.○九億英鎊(一.七四億美金),每一個英國公民的負擔少於兩英鎊。「這是名副其實的花生,」超導環場探測器(ATLAS)的物理學家暨電視節目主持人考克斯說,「事實上,我們花在買花生的錢還比LHC多。」(二○一一年二月二十七日,星期日泰晤士報)

書籍介紹

本文摘錄自《上帝的粒子:希格斯粒子的發明與發現》,貓頭鷹出版

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作者:巴格特(Jim Baggott)
譯者:柯明憲

若二十世紀最重要的科學是相對論,
無庸置疑,二十一世紀就是希格斯粒子!

首本最完整的希格斯粒子傳記

耗資數十億美元、集結上千科學家、尋找長達五十年──希格斯粒子究竟是什麼?

為了尋找神祕的希格斯粒子,歐洲核子研究組織(CERN)集結了超過六千名科學家,耗資數十億美元,建造了大型強子對撞機,所處的圓形隧道有二十七公里長,堪稱有史以來最昂貴的科學實驗!

希格斯粒子如何成為質量問題的解謎關鍵?

希格斯機制在一九六四年被發表,解釋了標準模型理論的質量問題。當理論中的粒子一一被發現,難以捉摸的希格斯粒子便成了標準模型的最後一塊拼圖。這段長達五十年的驗證過程,希格斯粒子終於在二○一二年七月被CERN研究團隊發現,科學界歡欣鼓舞,也顯示粒子物理學即將進入新紀元。




【馬力歐陪你喝一杯】TCCF創意內容大會 - 未來內容展「擴增宇宙,運算中」打通文化與科技的任督二脈!專訪文策院文化科技處處長李懷瑾、策展人馮建彰

【馬力歐陪你喝一杯】TCCF創意內容大會 - 未來內容展「擴增宇宙,運算中」打通文化與科技的任督二脈!專訪文策院文化科技處處長李懷瑾、策展人馮建彰
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我們想讓你知道的是

究竟什麼是「未來內容」?沉浸式展演的發展趨勢又是什麼?我們邀請到文策院文化科技處處長李懷瑾與本屆未來內容展策展人馮建彰,分享有關XR娛樂體驗的第一手觀察,還有今年未來內容展必看的作品。

收聽管道如下:

即將在11月3日至13日登場的TCCF創意內容大會(Taiwan Creative Content Fest),今年邁入第三屆,其中的未來內容展集結了年度最具代表性沉浸式國內外作品,以「擴增宇宙,運算中」為主題,匯聚橫跨NFT、XR、互動投影、LED、APP等多種體驗媒介,並展演IP、運動、時尚、ACG、音樂、表演藝術、視覺藝術、文化資產、出版等不同的內容領域,可說是全年度結合文化科技與商業規劃最有看頭的展會。

本集《馬力歐陪你喝一杯》邀請到本屆未來內容展策展人——「二馬」馮建彰,和我們暢談他的策展理念,同時也邀請文化內容策進院(文策院)文化科技處處長李懷瑾Grace,和我們聊聊她豐富的XR策展經驗,與聽眾讀者剖析目前沉浸式內容展演發展的最新趨勢,並分享如何透過沉浸式體驗在文化內容與商業之間搭建起一座黃金之橋,開啟未來內容的各種發展可能。

打通創作者任督二脈的最佳場域

在擔任本次未來內容展策展人以前,其實二馬主要從事流行音樂演唱會工作,二十多年累積了上百場演唱會舞台設計經驗。直到幾年前他受邀擔任高雄電影節XR單元評審,當時一口氣看了30多部最新的XR作品,讓他簡直大開眼界。二馬嘆道:「那時候對於我一個從來沒有做過XR內容的人來說,真的是打通任督二脈的創意來源。甚至讓我覺得如果再繼續做一般的舞台設計,我也太淺了吧!原來那個宇宙這麼大,你看到的不僅是作品,而是那個宇宙已經有個洞口,你應該要跳進去!」

彼時的驚艷,讓二馬不僅轉型做創作,也爭取策劃今年的未來內容展,希望能帶給更多像他一樣的創作者,一個能刺激想像的展演活動。

有趣的是,當年高雄電影節XR單元的策展人正是Grace。一直投入XR內容產業的Grace,也點出目前沉浸式內容展演的難處:「現在XR內容門檻蠻高的,因為可能頭顯 (headset) 不夠普及,此外一些大型的投影互動裝置,展演都相對複雜,而這也凸顯要看到這類型作品的最佳場域就是影展或展會。」Grace也補充說:「除了雄影之外,未來內容展我覺得其實是很好的一個機會,讓台北又多了這樣的一個平台,去展示、討論更多種文化科技應用的可能性。」

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未來內容展策展人——「二馬」馮建彰

還沒到元宇宙,我們仍在擴增宇宙運算中

不過究竟什麼是未來內容?相信有很多人心中有這個疑問。對於這個問題,二馬用VHS錄影帶出租到DVD時代、一路到今天的OTT影音串流的發展史為例。「我們的科技不斷進步,也改變人們接收內容的方式。不過內容的核心是一樣的,可能是電影、戲劇、或音樂劇,只是最後傳遞給你的方式不一樣。」而所謂「未來」,二馬則認為是「用科技的方法,讓你表達你的創作面向,傳遞作品給觀眾。」

如同科幻小說家威廉.吉布森(William Ford Gibson)的名言:「未來已經到來,只是尚未普及。」儘管這一兩年相當火熱的「元宇宙」一詞走進大眾視野,但真正進入元宇宙的人並沒有那麼多。「我們現在身處的,是個一個還在進化、過渡的世代。」二馬說明這次策展主題「擴增宇宙,運算中」,便是想要回應這樣的時代現象。

Grace也補充道:「現在大家都會一直強調我們馬上要去元宇宙,可是在進元宇宙之前,我們現在要處理的其實是虛、實整合的東西。」而未來內容展正是在這樣的大架構下,爬梳台灣在各方面應用的案例以及發展優勢。

例如民俗工藝、宮廟文化與沉浸體驗技術的結合,Grace分享今年參展的XRSPACE 「新台潮宮廟元宇宙」,便是在虛擬環境中還原北港朝天宮從廣場到正殿的實景,從點燈、擲茭、蓋鐘到解籤等參拜儀式,都可以在元宇宙中體驗。已經先參拜過的Grace直說這個經驗非常酷,「他們想像未來在這廟宇的空間,還有其他的文化展演形式,比如歌手可以在這邊辦演唱會。更重要的是,運用新科技打破原本實體的限制,以『新台潮宮廟元宇宙』為例,就是世界各地的人都有機會體驗到我們的宮廟文化。」

除此之外,台灣社會的多元性結合科技強項,幾乎讓任何題材都有機會實現。例如:今年獲得威尼斯影展沉浸式競賽最佳體驗大獎的《無法離開的人》,講述的是台灣白色恐怖的歷史,導演陳芯宜利用VR 360度的技術,使觀眾共感1950年代政治受難者的生命經歷。「這是導演的手法跟他對科技的了解跟應用,才能夠傳遞一般電影看不到的故事。」二馬與Grace都極力推薦大家到未來內容展感受這部作品。

XR是一種新的說故事方式

沉浸式技術不僅有VR,未來內容展強調的是所謂「XR」的多種應用。VR是需要配戴頭顯的;AR則是用手機就能體驗的擴增實境;此外還有數位投影的互動式內容,觀眾完全不需要使用任何裝置,只要進到空間中就能沉浸其中。

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「其實現在愈來愈多VR作品,已經藉由一些科技(比如5G),嘗試『多人體驗』的可能性。」Grace介紹了今年國際邀件的作品之一《永恆聖母院》(Eternal Notre-Dame),這是在巴黎聖母院遭大火之後,於虛擬環境中重現的版本,觀眾可以結伴體驗並在VR中看到彼此並且互動。這個案例象徵著在一線的內容創作者之外,沉浸式科技愈來愈有機會觸及到更多族群的人,也逐漸發展出一些商業營運的模式。

而身為VR深度愛好者的二馬,不僅平時運動都戴著VR頭顯追劇,創作上也致力探索VR的潛力。例如這次未來內容展他與高雄市電影館合作的《請神造夢:XR沉浸式演唱會》,預計在展會開始前先在高雄Live Warehouse舉辦一場現場演唱會,「唱到其中兩首歌的時候,現場的人要戴起VR頭顯,你戴上去以後就看不到現場了,可是聽到的是跟舞台上的樂團表演。」二馬說明這裡涉及到的是5G多人同步技術,「頭顯總共有60組,規模非常龐大。」而在未來內容展期間可以體驗的,就會是演唱會當時拍攝的VR版。

雖然這不是二馬首次在演唱會中導入XR技術,但他提到相較於五年前,今天要做到相同的效果成本已經大幅降低。「如果這個公式是成功的,那其實它可被複製。加上VR未來更輕便的話,或變成是MR、AR,你在小巨蛋看演唱會,可能天空可以飄出很多舞台上LED裡面延展出來的動畫。更令人興奮的是,在未來可以參與演唱會的途徑變得更豐富,光是演唱會門票銷售的方式就非常多元了,有現場票、線上同步參與的VR票,還有在現場又參與VR沉浸體驗的票!」顯見沉浸式體驗的商業潛力不在話下。

國內外精彩作品來未來內容展一次看!

今年展區以「擴增宇宙運算中」為主軸,以一系列多重宇宙展現元宇宙的即時特性,帶領大家從現實世界通往虛擬世界的擴增元宇宙,一起探索、思考、體驗並參與其中,感受現在進行式的元宇宙發展。

這次展覽總共匯聚了18件最具代表性的未來內容,除了前面介紹到的精彩案例,最後Grace 和二馬再各自推薦了到未來內容展不容錯過的作品。Grace個人很喜歡的是《天野喜孝VR美術館》,「天野喜孝就是創作《科學小飛俠》的藝術家,今年有來自台灣的團隊邦鼎科技把他所有原本2D的畫作做成一個 VR 美術館,在裡面可以看到天野老師的畫作浮現出來,視覺尺寸大到觀眾幾乎是親臨在它前面。我看那件作品的時候非常感動,因為你沒有想過有一天可以跟它有這樣的接觸。」

二馬則說這次有很多有趣的作品因為空間限制沒辦法放進展場,不過透過5G技術順暢同步主展場之外的其他場館。「光影沉浸作品《無濜》到時候在會場裡面可以體驗,同步連線到台北101的AMBI SPACE ONE,兩個沉浸式空間即時連線,當下兩個地方的體驗消費者會看到彼此。」他認為不論是相關產業的專業觀眾,或者是一般消費者,《無濜》都能帶給大家很多未來想像。

從長遠的角度來展望未來,探勘創意將何去何從,以及技術該如何輔助內容發展,儘管現實仍存在不少技術難題需要克服,但二馬與Grace相信,正在運算中的未來元宇宙,需要針對體驗的便利性進行更多的思考和提升,因為唯有不斷地進化、不斷地演變、不斷地嘗試,才能持續運算出那條打破真實與虛擬的道路,真正開啟元宇宙的大門,將未來掌握在手中。2022未來內容展的精彩可期,二馬與Grace也預告,10月中旬將開放展期間部分作品的體驗預約。聽眾讀者趕快拿出行事曆,記下這場能打通你任督二脈的文化科技盛事吧!

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2022 TCCF 創意內容大會|未來內容展「擴增宇宙,運算中」

Web3.0開啟了數位世界邁向元宇宙的大門,讓現實世界在即時運算下快速擴增「多重宇宙」。2022未來內容展以「擴增宇宙,運算中」為主軸,便是意味蘊釀元宇宙時代的娛樂體驗、展現將內容產業帶往未來的企圖心。從故事力策展出發,結合科技藝術衍擘畫新未來內容藍圖,帶領參展者體驗內容敘事感官疆界與全新媒體科技應用與商機,在文化內容與商業之間搭建起一座黃金之橋。
TCCF創意內容大會 - 未來內容展
- 2022年11月3日至13日
- 松山文創園區2、3號倉庫