暗能量撕裂宇宙?我們嘗試解釋,但真相卻益發撲朔迷離

暗能量撕裂宇宙?我們嘗試解釋,但真相卻益發撲朔迷離
Photo Credit:科學人雜誌

我們想讓你知道的是

到目前為止,沒有任何一種關於「暗能量」的解釋是令人信服的。

撰文:黎斯(Adam G. Riess)、利維歐(Mario Livio)
翻譯:李沃龍

重點提要

  • 大約20年前,科學家發現宇宙正在加速膨脹,並把加速膨脹的原因稱為「暗能量」。
  • 之後的密集研究並未解開暗能量之謎,反而凸顯這些問題:為何暗能量的強度與理論預測天差地遠?這對宇宙的未來有何影響?我們透過暗能量的研究,是否會得到多重宇宙的結論?
  • 科學家透過一些正在與即將進行的實驗,希望能在未來幾年解答這些問題。

宇宙每一秒都在變大:星系彼此飛離,星系團與星系團也越分越開,宇宙裡的一切事物皆漸行漸遠。自1920年代起,哈伯(Edwin Hubble)與其他人的觀測便已告訴我們,宇宙正在膨脹、擴張。但不久前,天文學家發現這個過程甚至還在加速進行,宇宙的膨脹幅度持續升高,使星系的退行速率隨著時間遞增。

本文作者之一黎斯與澳洲國立大學的施密特(Brian Schmidt)共同領導的研究團隊測量遙遠超新星爆發事件,在1998年得到這項驚人發現;美國加州大學柏克萊分校的珀爾穆特(Saul Perlmutter)領導的另一組團隊,以類似的方法也在同一年獲得相同的結果。這項鐵證如山的結論顯示,某種未知原因引起宇宙加速膨脹。但究竟是什麼?

科學家把此未知原因稱為「暗能量」,它似乎會產生把宇宙加速撕裂的斥力。我們研究此現象將近20年,至今暗能量的本質仍是個謎,我們對它的認識就和當初一樣粗淺。事實上,最近的觀測結果似乎與理論解釋有些牴觸,使真相更加撲朔迷離。

我們面對的是幾個深刻難解的問題:暗能量是什麼?為何它的強度似乎總比最簡單的理論預測微弱許多(卻仍足以讓我們偵測到)?暗能量的本質究竟對宇宙的未來有何影響?最後,若依照多重宇宙(multiverse)的構想,我們的宇宙只是無限多個不同型式的宇宙之一,每個宇宙具有不同性質與暗能量強度;因此暗能量的詭異特性,其實暗示了我們的宇宙是隨機發生的?

全力探究暗能量本質的行動正如火如荼進行,其中有幾項觀測計畫的前景看好,預期很快就能取得進展。我們希望在10年內開始回答這些問題,並確切了解宇宙加速膨脹的本質,至少不再聽天由命,徒留永無止境的神秘感。

什麼是暗能量?

科學家有幾項假說,或許可用來解釋宇宙加速膨脹的原因。目前最佳的假說源自空無一物的空間本質。在量子物理中,真空並非「空無一物」,真空裡可以不斷出現一對對「虛」粒子與其反粒子,瞬間自發出現又湮滅。雖然這件事聽起來很奇特,不過大量短暫存在的粒子對含有能量,而能量就像質量一樣,能夠產生重力。唯一不同的是,能量可以產生具有吸引或排斥性質的重力,這完全取決於壓力的正或負。根據理論,空無一物的空間能量具有負壓,因此可能是驅動宇宙加速膨脹的排斥性重力來源。

這概念等同於愛因斯坦在廣義相對論的場方程式中加入的「宇宙常數」,代表充斥於空間中的固定能量密度。一如其名,這假說中的暗能量密度是個常數,並不會隨著時空變動。直到目前為止,除了些許差異,天文物理的觀測證據與宇宙常數假說的解釋最吻合。

sm171-42
Photo Credit:科學人雜誌

另外,暗能量可能是個遍及全宇宙的能量場,稱為「第五元素」(quintessence),在空間中各點抵消重力的特性。物理學家非常熟悉場的概念,能夠透過場來描述日常生活中電磁力與重力如何運作(雖然這些力通常來自小範圍的局部源頭,而非充斥整個空間)。

假如暗能量是一個場,強度將無法保持固定,會隨著時間改變。在此狀況下,暗能量可能一度比現今強一些、或微弱一點,因此在不同時刻對宇宙造成不同的影響。同理,它在未來的強度變化,也會衝擊宇宙的未來。在此假說中,有種模型稱為「冰凍場」,其暗能量的變化隨著時間漸趨緩慢;在另一種「融化場」的模型裡,場的變動則由緩趨急。

解釋宇宙加速膨脹的第三項假說,是暗能量根本不存在,愛因斯坦的重力理論未能解釋宇宙加速膨脹的物理機制,也就是廣義相對論並不完備。在星系團或整個可觀測宇宙這樣極大的尺度中,重力運作的定律可能不符合理論預測,反而有奇怪的重力現象。按照這樣的邏輯,物理學家提出了一些理論猜想,但目前沒有條理一致的理論可解釋所有的觀測結果,因此暗能量似乎比這假說稍佔上風。

暗能量為何如此微弱?

沒有任何一種關於暗能量的解釋是令人信服的。例如,宇宙常數假說預測,暗能量應該比實際強度更大。當我們嘗試把真空裡一對對虛粒子與其反粒子的所有量子態的能量相加,便發現總和遠比觀測值大了120個數量級(即10120倍)。因此,如果暗能量真的是真空能量,我們不禁要問:為何真空能量如此微弱?

若以場來解釋暗能量,也無法在這方面取得任何優勢。理論學家單純假設(沒有好理由說明為何該如此),暗能量場的最小位能極低,以確保僅有少許暗能量在空間中散佈。同時,根據這些模型,除了斥力,暗能量場和宇宙裡的其他東西之間有極微小的交互作用;這是一種很難解釋的性質。這些因素使得暗能量場的假說,難以融入一般的粒子物理學模型。

本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


猜你喜歡


【馬力歐陪你喝一杯】設計師的人生相談室:插畫家微疼 X 設計師顏伯駿:靈感怎麼找?動畫也可以用Photoshop做?不只是工具而是溝通語言!設計麻瓜也能用的Photoshop

【馬力歐陪你喝一杯】設計師的人生相談室:插畫家微疼 X 設計師顏伯駿:靈感怎麼找?動畫也可以用Photoshop做?不只是工具而是溝通語言!設計麻瓜也能用的Photoshop

我們想讓你知道的是

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。

☞現在就下載Photoshop自學!


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!

☞睡醒打開Photoshop實現你的創意

插畫家微疼
插畫家微疼

從 0 開始的 PS 之路(09:00)

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。

☞立即體驗Photoshop黑魔法

顏伯駿PS排版設計 美感教育聯絡簿
三頁文
顏伯駿PS排版設計 美感教育聯絡簿

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
微疼PS創作,由左至右分別是動物微疼、承太郎、土豆之星

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。」

☞學會設計的語言,現在就下載Photoshop

提案雙神器:Photoshop與Illustrator(13:31)

三頁文藝術總監 顏伯駿
三頁文藝術總監 顏伯駿

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
三頁文
顏伯駿PS專輯封面設計J.Sheon街巷

「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。」

☞升級你的提案!免費試用Photoshop

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
左起為微疼、馬力歐、顏伯駿

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。


☞ 現在就訂閱 Adobe Photoshop,開啟你的創作之路吧!

 

猜你喜歡