加來道雄《神的方程式》:愛因斯坦承認,在他的方程式添加「宇宙常數」是最大的錯誤

加來道雄《神的方程式》:愛因斯坦承認,在他的方程式添加「宇宙常數」是最大的錯誤
Photo Credit: AP / 達志影像

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事實上,宇宙正在進入一種脫韁模式。或許宇宙會死於所謂的「大撕裂」(Big Rip),到時宇宙的膨脹就會加快到令人炫目的速度。宇宙會膨脹得十分快速,夜空會變成一片暗黑(因為鄰近恆星發出的光沒辦法傳到我們這裡),而萬物也都會降溫到接近絕對零度。

文:加來道雄(Michio Kaku)

廣義相對論和宇宙

愛因斯坦在一九一五年構思廣義相對論時,也必須應付這些令人困惑的悖論。

回溯到一九二○年代,當愛因斯坦最早開始應用他的理論來解釋宇宙本身時,天文學家便曾告訴他,宇宙是靜態的,既不膨脹也不收縮。

然而愛因斯坦卻在他的方程式中發現了令人不安的事項。當他試行求解,方程式卻告訴他,宇宙是動態的,要嘛就膨脹,不然就收縮。(其實這就是本特利所提問題的解,不過當時他還沒有意識到這點。宇宙並沒有在重力影響下塌縮,因為宇宙不斷膨脹,克服了塌縮的傾向。)

為了找到靜態的宇宙,愛因斯坦被迫為他的方程式添加了一個捏造的要素(稱為宇宙常數〔cosmological constant〕)。手動調校它的數值,他就可以消除宇宙的膨脹或收縮現象。

後來到了一九二九年,天文學家愛德溫・哈伯(Edwin Hubble) 動用了加州威爾遜山天文台(Mount Wilson Observatory)的巨型望遠鏡,才得以做出驚人發現。

宇宙畢竟是不斷膨脹,就如愛因斯坦的方程式原本所預測的那樣。他分析遙遠星系的都卜勒頻移(Doppler shift)現象,成就這項歷史性發現。(當恆星遠離我們,它的星光波長拉伸,於是就會轉為略帶紅色。當恆星朝我們運行,波長就會被壓縮,於是它就轉為略帶藍色。哈伯仔細分析眾星系,結果發現,平均而言,星系都有紅移現象,因此是遠離我們而去。宇宙不斷膨脹。)

一九三一年,愛因斯坦拜訪威爾遜山天文台並與哈伯見面。當愛因斯坦聽人提起,宇宙常數是不必要的,還有宇宙畢竟是不斷膨脹的,這時他承認,宇宙常數是他的「最大錯誤」。(實際上,稍後我們就會見到,宇宙常數在最近這些年來東山再起,所以就連他的大錯,顯然也開啟了科學研究的全新領域。)

這項結果還可能再推進一步,用來計算出宇宙的年齡。既然哈伯能計算出星系的遠離速率,我們應該也能夠「倒轉錄影帶」,並計算出這種膨脹已經進行了多長的時間。這樣求得的宇宙年齡,最原始的答案是十八億年(這很尷尬,因為當時已知地球的年紀還要更大――四十六億歲。所幸,普朗克衛星的最新衛星資料顯示,宇宙的年齡是一百三十八億年)。

大爆炸的量子餘暉

當物理學家開始把量子理論應用於大爆炸,便掀起了宇宙學的下一場革命。俄羅斯物理學家喬治・伽莫夫(GeorgeGamow)推敲,倘若宇宙剛開始時是一場超級高熱的浩瀚爆炸,那麼部分熱度就會存續至今。倘若我們把量子理論應用於大爆炸,那麼當時那個原始火球肯定就是個量子黑體輻射發送器。由於黑體輻射發送器的特性廣為人知,所以應該是有可能計算出大爆炸餘暉或迴響的那種輻射。

一九四八年,伽莫夫和他的兩位同事,拉爾夫・阿爾菲(Ralph Alpher)以及羅伯特・赫爾曼(Robert Herman),使用手邊的早期簡陋實驗,計算出如今大爆炸餘暉的溫度應該約為絕對零度以上五度。(實際數值是2.73凱氏度。)這就是宇宙在冷卻了數十億年之後的溫度。

這項預測在一九六四年經過驗證確認,當時阿諾・彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特・威爾遜(Robert Wilson)動用了霍姆德爾(Holmdel)的巨型電波望遠鏡,來偵測太空中的殘留輻射。(起初他們還認為這種背景輻射是出自他們所使用儀器的一項缺陷。根據傳言,他們是在普林斯頓發表演講時,才意識到自己的錯誤,當時聽眾群裡有個人表示,「你們要嘛就是偵測到了鳥屎,不然那就是宇宙的創生。」為測試這點,他們小心刮除電波望遠鏡上的所有鴿子糞便。)

如今這種微波背景輻射或許是有關大爆炸的最具有說服力,也最能令人信服的證據。一如預測,從最新近的背景輻射衛星照片,都能見到一團均勻的能量火球,平均分到宇宙各處。(當你聽到收音機的靜電雜音,其中有些實際上就是出自大爆炸。)

事實上,如今這些衛星照片已經十分精確,有可能在背景輻射中探測出量子不確定原理所激發的纖小微型漣漪。在創世那個瞬間,應該就存有後來引發這些漣漪的量子漲落。大爆炸若是完全平滑,也就違反了不確定性原理。這些漣漪最後就會隨著大爆炸而膨脹,創造出了我們在周遭見到的星系。(事實上,倘若我們的衛星並沒有在背景輻射當中偵測到這些量子漣漪,則這項缺失就會毀掉把量子理論應用於宇宙的指望。)

這為我們帶來了一幅醒目的量子理論新圖像。我們生存在銀河系,周遭還有數十億座星系,這些事實正是肇因於原始大爆炸的微小量子漲落。你周遭所見的一切事物,在數十億年前只是這種背景輻射裡面的一個微小定點。

把量子理論應用於重力的下一個步驟,就是把從量子理論和標準模型習得的知識應用於廣義相對論的時候。

暴脹

受了一九七○年代標準模型成功事例的鼓舞,阿蘭・古斯(Alan Guth)和安德烈・林德(Andrei Linde)兩位物理學家自問:從標準模型和量子理論習得的知識,能不能直接應用於大爆炸?

這是一道新穎的問題,因為標準模型在宇宙學上的運用,仍是尚未經過探索的範疇。古斯注意到,宇宙有兩個令人費解的層面,無法以他們所設想的大爆炸來解釋。


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不同領域的創意工作者怎麼應用 Photoshop 來創作?插畫家微疼與設計師顏伯駿在節目中分享他們各自入行以來的甘苦,從自學修圖軟體到得心應手地使用,做出近百萬粉絲追蹤的圖文與動畫,以及讓業主很有感覺的設計提案。

收聽管道如下:

這集節目邀請到插畫家微疼與設計師顏伯駿,兩位創意人來聊聊他們使用Adobe Photoshop的心得,與他們一路堅持在創意產業的工作的動力。微疼在10多年前自己慢慢摸索PS繪圖,透過Photoshop自學從無名小站發跡,走上全職插畫家之路;顏伯駿是三頁文設計公司藝術總監,大學時期就開始接案做MV,從五月天演唱會的動畫設計開始踏入唱片產業,而後又從音樂產業拓展到許多大型活動的視覺統籌,包括多屆金曲獎、文博會、全運會、白晝之夜等。

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沒有靈感的時候就睡一覺吧!(01:05)

兩位的平時的工作都是產量高、創意強度密集,讓人非常好奇他們平時的靈感來源,以及他們是怎麼紀錄與整理這些靈感,最後轉化成廣受歡迎的動畫作品與視覺規劃,沒想到兩人竟不約而同地在睡夢中找到答案!

微疼以白色兔子為主角創作插畫,他分享自己一開始都是從生活周遭親友的經驗,延伸發展出創作主題與角色,「但我發現最大的問題是,這些東西很容易被消磨殆盡,就像切蛋糕一樣,有一天會被切完。」對他來說找到更多靈感的方式之一就是走上街去,多多接觸人、觀察人。

顏伯駿則反問:「大家是不是對靈感太執著了?」他在帶領設計團隊時會透過幾種不同的路徑找到「靈感」或所謂的解法。顏伯駿認為找到靈感的前提是「先對生活有感覺」,接著按照主題分析每件事情,把累積的資料放進對應的資料夾,需要時把它們調出來,組合成一個完整的內容。

相較於這樣井然有序的整理方式,微疼形容自己屬於感覺派,「找不到的時候就睡一覺,靈感就來了。」聽到這個回應,顏伯駿直呼自己也有類似的經驗,笑說大家以後會不會要發想題目之前,都會跑來說「老闆,我要睡一覺」!而有趣的是,微疼也分享,現在工作室裡面還真的就有放一張床!

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插畫家微疼
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要成就好作品當然不能只是睡個覺,而是要動手將這些絕佳的靈感實現,這時候設計師和插畫家使用的工具就扮演了非常重要的角色。顏伯駿分享他除了就讀設計系因為課堂考試而學習使用Photoshop之外,早期使用PS創作的前輩像是藝術家李小鏡,以及言情小說封面繪者平凡、陳淑芳,都是促使他探索 PS 強大功能的榜樣,「我從PS 10一路到現在的Adobe CC,每年看著這個軟體,你本來想某個功能怎麼沒有,有一天突然間就蹦出來,到最後有一些讓你覺得『這是黑魔法嗎?』的功能。」顏伯駿感觸很深地說道。

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顏伯駿PS排版設計 美感教育聯絡簿
三頁文
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微疼接觸Photoshop的路徑比較特別。大學時期因為一場車禍讓他必須長期在家休養,從未受過美術訓練但熱愛畫畫他,在朋友介紹下認識Photoshop,「那時候無名小站很風靡,有些前輩創作者像我是馬克、彎彎都在上面做自己的圖文創作。」微疼心想自己也許也能試試看,而當年Photoshop自學的他已經進化成PS老手,從PS畫圖到影片製作,拓展出更多創作上的應用,「說出來大家可能很驚訝,我Youtube上的動畫影片都是在PS完成的。」

微疼PS創作,由左至右分別是動物微疼、承太郎、土豆之星 Photo Credit:微疼
微疼
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儘管有不少人推薦過他用其他軟體,但微疼始終認為Photoshop是最直觀也最好調整細節的,工作室的所有夥伴也都非常熟悉這套軟體,在溝通過程中有任何不清楚的地方,只要打開PS示範就能讓大家馬上理解,「我覺得PS已經不是工具,而是一個語言了。」

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提案雙神器:Photoshop與Illustrator(13:31)

三頁文藝術總監 顏伯駿
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顏伯駿接著分析 Adobe 兩套重要的軟體:Illustrator跟Photoshop,許多學習設計的人在初初接觸繪圖軟體時,「就像戴上分類帽一樣分成Illustrator派跟Photoshop派,這兩種人是截然不同的思考路徑。」 前者是向量繪圖軟體,像工程圖一樣非常理性;後者則接近畫畫的原理,有PS筆刷、圖層和色調等功能可搭配使用。雖然設計師們對於習慣使用的軟體各有鍾愛,但Adobe在跨軟體、跨平台的高度整合性,現在不論是PS轉AI,或是反之,都能輕鬆跨軟體操作,是他認為非常優異又親民的特點。

顏伯駿PS專輯封面設計J.Sheon街巷
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「我做所有的簡報一定都是從Photoshop和Illustrator開始。」顏博駿分享他與團隊在向客戶提案時會做PS mockup,讓客戶看到Logo在不同介面上的呈現,除了提供客戶意想不到的創意,更要透過圖面證明你怎麼實現它。「下一個世代,應該是人人都會用Photoshop和Illustrator,不只是設計系,而是所有的企劃、專案都會用。」

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保持初衷?不!別再說那些熱血的話(28:18)

左起為微疼、馬力歐、顏伯駿
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節目尾聲談到兩位在各自的領域努力多年,除了有一路陪伴他們創作、成長的Adobe,他們持續投入的動力是什麼呢?微疼坦承他過去在演講中常用熱血的話鼓勵其他人,「可是我後來發現什麼初衷都是屁啦,」他笑說自己從小到大幾乎沒有別的擅長的技能,「我堅持下去的原因就是,這輩子我可以做好的就是這件事了。」

顏伯駿也提到自己不想再對人說「保持初衷」,設計產業裡的每個崗位都有不同的挑戰,到處都會遇到挫折,但要思考那個挫折是否有跟成就感達成平衡,「如果沒有的話,你就要換個路走。」找到自己最擅長的事,不斷突破難關、維持品質,如同他們多年來的累積都是最好證明了。


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