時間的起點:「大爆炸」真是時間的開端嗎?

時間的起點:「大爆炸」真是時間的開端嗎?
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我們想讓你知道的是

大爆炸,真的是時間的開端嗎?還是說,大爆炸之前,宇宙就已經存在了呢?僅僅在10年前,問這類問題,還幾乎是一種褻瀆。大部份宇宙學家堅稱,這種問題根本毫無意義;去思索大爆炸之前的時間,就和問「比北極更北的地方在哪裡?」是一樣的意思。

文:維納齊亞諾(Gabriele Veneziano)
譯:林世昀

大爆炸,真的是時間的開端嗎?還是說,大爆炸之前,宇宙就已經存在了呢?僅僅在10年前,問這類問題,還幾乎是一種褻瀆。大部份宇宙學家堅稱,這種問題根本毫無意義;去思索大爆炸之前的時間,就和問「比北極更北的地方在哪裡?」是一樣的意思。不過,理論物理的發展,特別是弦論的興起,已經改變了他們的觀點。前爆炸宇宙(pre-bang universe)已然成為宇宙學的最新趨勢。

這股探討大爆炸之前的新思潮,其實只是幾千年來左右搖晃的理性鐘擺,最近一次的擺盪而已。幾乎在每個文化中,太初這個議題,都會以各種面貌讓哲學家與神學家忙個沒完。它所關懷的問題令人應接不暇,其中最有名的一個,就展現在高更1897年的名畫中:「我們從何處來?我們是什麼?我們往何處去?」這個作品描繪生老病死的循環:每個人的起源、身分與宿命;而這份對個人的關懷,直接連繫著宇宙的命運。

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由保羅·高更 - 自己的作品,公有領域,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=717355
高更畫作:「我們從何處來?我們是什麼?我們往何處去?」

我們能夠追溯自身的血統,穿越世世代代,回到我們的動物祖先,溯及生命的早期形式以及初始生命,再回溯到原生宇宙中合成的元素,再到更早之前就飄浮在空間中的縹緲能量。我們的系譜樹是否可以往回無窮延伸?還是它的根會終止在某處?宇宙是不是和我們一樣,並非永恆的?

古希臘人曾就時間的起源有過激烈的爭論。亞里斯多德主張無不能生有,而站在時間「沒有開端」的陣營。如果宇宙不曾無中生有,那麼它過去必然是一直存在。基於這些道理,時間必定是朝向過去和未來兩頭無限延伸。基督教神學家則傾向於相反的觀點。奧古斯丁堅決主張,神存在於空間與時間之外,並且祂創造了時空和整個世界。當我們問道:「神在創造這個世界之前在做什麼?」奧古斯丁回答說:「時間本身就是神創造的一部份,所以根本就沒有之前可言!」

愛因斯坦的廣義相對論,把現代的宇宙學家帶往幾乎一模一樣的結論。這個理論認為,時間與空間是柔軟可塑的實體。在大尺度上,空間本質上是動態的,會隨時間而膨脹或收縮;它承載物質的方式,就像海浪承載浮木一樣。天文學家在1920年代,確定了我們的宇宙目前在膨脹:遙遠的星系彼正此互相遠離。由此推論,時間是無法往回無窮延伸的,而這正是物理學家霍金(Stephen Hawking)與彭若斯(Roger Penrose)在1960年代所證明的。因為當你把宇宙歷史往回倒帶,所有星系終會擠到一個無限小的點,稱做奇異點(singularity),這就和它們掉進黑洞的意思差不多。每個星系或其前身,被壓擠到大小為零的程度,而如密度、溫度與時空曲率等等的物理量,則變成了無限大。奇異點就是萬物的起點,超過那個界限,我們的宇宙系譜就無法再往前延伸了。

宇宙各處竟是同個樣子?

無可避免的奇異點,對宇宙學家造成了嚴重的問題。特別是當我們把宇宙在大尺度下所展現出高度的均勻性與各向同性,拿來和奇異點擺在一起,就更令人不安。由於宇宙在大尺度上到處都相同,因此在相距甚遠的區域間,必定以某種方式傳遞訊息,好協調彼此的性質。可是這和舊的宇宙學典範相牴觸。

為了明確起見,不妨試想從宇宙微波背景輻射釋放後,這137億年來所發生的事情:星系之間的距離成長了1,000倍(由於宇宙膨脹的關係),而可觀測宇宙的半徑,卻成長了10萬倍之多(因為光速比宇宙膨脹速度更快)。我們今天看到的宇宙,有許多部份是我們在137億年前所看不到的。的確,在宇宙歷史上,現在那些來自最遙遠星系的光,還是第一次光臨本銀河。

儘管如此,本銀河和那些遙遠星系的性質,基本上居然是相同的。這就像是你出席一場聚會,只為了在10個你最好的朋友中,找出和你穿得一模一樣的人。如果只有兩個人有相同的穿著,那麼用巧合就可以解釋得過去。可是如果衣著相同的人數多達10人,這表示參加聚會的人,八成事先就約好了。而在宇宙學中,這個數字不是10個,是幾萬個─這是全天域微波背景中的區塊數目,它們彼此無關,但統計上卻完全等同。

當然總有一種可能是,所有那些空間的區域在誕生時,便被賦予完全相同的性質;也就是說,均勻性只不過是個巧合罷了。不過物理學家已經想出兩種更自然的方式來擺脫僵局:讓早期宇宙比標準宇宙學中的宇宙小得多,要不然便老得多。任一條件(或是兩者一起)都能讓居間的聯繫成為可能。

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:楊之瑜


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而臺灣因為政治戰略的因素,外部駭客總是虎視眈眈,想要癱瘓我國的民生關鍵基礎設施。過去幾年間臺灣每月平均受到2,000萬到4,000萬次外來攻擊,甚至懷疑一起大型惡意軟體攻擊,幕後的駭客是有國家力量在撐腰。

臺灣民生建設資安防禦迫在眉睫,ACW SOUTH沙崙基地扮演關鍵角色

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身為國內首屈一指的「ACW SOUTH沙崙資安服務基地」(以下簡稱 ACW SOUTH資安基地),承接起重責大任,提供資安實驗場域,模擬攻防演訓及產品驗測服務;也會邀請資安服務廠商與工控營運業者到沙崙場域,進行實作的技術交流。

ACW SOUTH資安基地計畫團隊表示,「透過資安服務商與工控營運業者的交流分享,有助促進產業對於工控資安了解與場域運用;同時我們也會辦理工控資安等相關課程、研討會及交流會,鏈結資安與工控業者幫助雙方有更深入的技術合作。」

目前ACW SOUTH資安基地的「關鍵基礎設施工控場域」主要有「石化/化工、天然氣及變電所」三套系統,模擬五套攻擊劇本,協助相關基礎設備的管理者,在受到攻擊當下知道該如何反應,及早因應強化資安防禦實力。萬一遭遇偽造工作站監看數據、偽造命令操控電磁閥和空壓機、電驛傳輸通訊中斷等攻擊事件,就能立刻啟動應變流程。

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場域一、石化基礎設施
2020年臺灣兩大石化公司接連傳出資安攻擊事件,部分資訊系統感染勒索軟體病毒,造成加油站的支付系統停擺,導致消費者付款機制受到影響。

ACW SOUTH資安基地提供的化工模擬製程實體運作機櫃,是全台首座「石化/化工製程水位控制平台」,模擬情境為一般化工反應槽連續式循環水流水位控制,以水為循環流體模擬,可提供研究測試與訓練使用、自主開發攻防情境。來現場測試的業者,可透過視覺式監控介面與DCS收集現場監測儀表的即時資訊,做到收集完整數據紀錄及警報,具體測試資安防護設備與解決方案。

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ACW SOUTH資安基地的儲槽氣體壓力監控系統,模擬情境為天然氣廠氣體儲槽壓力,使用空壓機模擬天然氣體,當氣體壓力高於或低於警報值時,系統畫面警示工作站主機,並同時記錄數據變化、警報和事件。

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電力系統無論在發電、輸電及配電的任一部分發生故障,都有可能影響整個供電系統異常,因此保護電驛的作用就在及早隔離故障,避免影響到後續的相關設備。ACW SOUTH資安基地的保護電驛監控系統採用IEC61850標準來進行網路通訊,可用來監視、記錄電驛突發事件,藉此模擬變電所遭受攻擊的危機處理。

要讓臺灣關鍵基礎設施免於駭客襲擊,可說是天方夜譚,但我們能做的是提升資安、強化防禦韌性,更有餘裕時間來防禦或補救攻擊。ACW SOUTH資安基地的關鍵基礎設施,目前打造了三大測試場域,擁有可實際演練的攻防腳本,並進行資安產品的驗測。

ACW SOUTH資安基地深知臺灣以製造業起家,尤其近年半導體領域成為舉世聞名的護國神山;另外因應全球淨零碳排議題,綠能也是前景可期的重要產業。因此在ACW SOUTH資安基地除了有關鍵基礎設施,還設計智慧製造、智慧綠能、半導體及物聯網等主題,可為相關業者做攻防演訓及產品驗測,有助提升我國整體資安防禦力。

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