《重力簡史》:宇宙大霹靂是如何被發現的?

《重力簡史》:宇宙大霹靂是如何被發現的?
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我們想讓你知道的是

截至1929年,哈伯在測量星系速度上所採樣的星系數量已經足夠,這讓他得到一個非凡的發現:幾乎所有星系都在遠離地球,幾乎沒有任何星系在靠近地球。距離越遠的星系,它們飛離我們的速度就越快。哈伯發現宇宙正在膨脹。

文:馬可士.鍾(Marcus Chown)

大霹靂

廣義相對論是物質(或更廣泛地說是能量)如何扭曲時空結構的指南。愛因斯坦從來就不會逃避科學上真正的大問題,因此他在1917年將自己的理論套用到所能想到的物質最大集合模式:整個宇宙。

重力精心編排了宏觀宇宙,因為質量只有引力這一種形式。因此,雖然到目前為止,萬有引力是自然界基本力量中最微弱的一種,但它的作用會隨著質量增加而無止境地增強,甚至在行星的規模就成了壓倒自然界所有其他基本力量的強大之力。「重力是難以擺脫的習慣,」英國奇幻文學作家泰瑞.普萊契(Terry Pratchett)說。[1] 相較之下,自然界的「強」核力與「弱」核力的作用範圍極小,而電磁力雖然像重力一樣可以在無限範圍中作用,但因為兩種電荷的存在讓它具有相吸或相斥作用,所以在宏觀世界中會被抵消。

重力如同宇宙等級的愛神丘比特,期望把所有東西送做堆,不斷努力打破物質間的駭人隔閡。當物質從一開始因為大霹靂的爆炸而飛散到宇宙四處,重力確實就成了自然界孤立核心凝聚的力量。如同美國作家丹.西蒙斯(Dan Simmons)所言:「愛以物質與重力的形式,深植在宇宙的結構之中。」[2]

愛因斯坦將自己的重力論應用在整個宇宙上,創造了研究宇宙起源、演化與最終命運的科學:「宇宙學」。但他的想法有些錯誤。就像之前的牛頓一樣,愛因斯坦也相信宇宙過去一直是這樣,未來也一直會是這樣。這樣一個不變或說「靜止」的宇宙,最大的訴求就是沒有開始也沒有結束,所以不用浪費時間思考宇宙是怎麼開始的這種麻煩問題。

問題是,愛因斯坦方程式描述的顯然是一個亟欲動作的動態時空。於是,愛因斯坦假設「真空」(empty space)帶有能量以解決這個問題,真空帶有獨立於任何物質之外的能量,讓它本身就帶有曲度。愛因斯坦稱此曲度為「宇宙常數」,它以真空的排斥力表現出來。因此,雖然宇宙中所有物體以萬有引力彼此相吸,但會被真空的排斥力完全抵消。嘿嘿!這就變出了「靜態宇宙」。

愛因斯坦最偉大的追隨者愛丁頓在1930年表示,愛因斯坦的靜態宇宙永遠行不通。就像以筆尖垂直立起的鉛筆那樣,靜態宇宙極不穩定,極小的干擾就會讓它從平衡點上傾倒。愛因斯坦所設想的宇宙在膨脹與收縮間的利刃邊緣搖搖欲墜,微不足道的刺激就會將其疾速推往某個方向或另一個方向。

雖然愛因斯坦遺漏了自身方程式顯露的訊息,也就是宇宙必定處於運轉狀態,其他人卻沒有錯過這個訊息。為了簡化自己的方程式以便方程式可以「解出」,愛因斯坦堅持宇宙中物質的密度始終維持恆定狀態。愛因斯坦在1917年提出此假設時,收到愛因斯坦理論走私副本的荷蘭學者德西特,也將廣義相對論應用到宇宙上。德西特與愛因斯坦形成強烈對比:他並未堅決主張物質密度必須維持恆定,反而對此持開放態度。德西特發現愛因斯坦理論所容許存在的宇宙,是個會膨脹的宇宙。若把兩個粒子放在這樣的宇宙之中進行測試,空間的一般性膨脹會穩定增加兩粒子間的距離。

問題是,德西特的宇宙是個空無一物的宇宙,除了膨脹的時空之外什麼都沒有。它無法描述我們所存在的宇宙(此外,令人震驚的是,它還顯現了愛因斯坦釋出的瓶中精靈:時空是完全獨立於物質之外的動態事物)。

但在1922年,俄國天文學家亞歷山大.弗里德曼(Aleksandr Friedmann)發現了愛因斯坦理論容許的整套宇宙,它們會膨脹或收縮,也帶有物質。五年後,比利時天主教主教喬治.雅培.萊馬蒂(Georges Abbé Lemaître)也獨自發現了與弗里德曼相同的「演化中」的宇宙。今日大多數人都透過更常見的通稱「大霹靂宇宙」而認識弗里德曼——萊馬蒂宇宙。[3]

弗里德曼與萊馬蒂的宇宙當然只是個理論。但在1920年代,因為美國天文學家愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)的緣故,一切都改變了。哈伯初次登場,就發現了「星系」。

愛因斯坦與其他學者因為不知道建構宇宙的真正元件,所以在研究思考時顯得綁手綁腳。20世紀初,已知太陽隸屬於一個名為銀河系的巨大星體群,還有其他無數個模糊的「螺旋星雲」(spiral nebulae)散布在天空中。問題是:這些發光氣體星雲究竟是位於銀河系內,或是隸屬於其他恆星星群(或說星系),導至它們因為距離銀河系過於遙遠而顯得星光暗淡?

1923年,哈伯運用了全球最大的「眼睛」解答了這個問題。哈伯在南加州威爾遜山(Mount Wilson)上,以100英寸的胡克耳望遠鏡(Hooker Telescope)對準仙女座的大星雲。他不但看見了個別星體,還可以根據星體本身規律的發亮與變暗現象分辨出特殊類型的星體,並據此得出它們的距離。這些「造父變星」(Cepheid variables)無疑證實了仙女座距離銀河系極為遙遠,因此可知所有的螺旋星雲也都距離銀河系非常遙遠。[4]

哈伯發現了宇宙的基本結構元件:星系。擁有1,000億顆恆星的銀河系,只是1,000億個星系之一而已。[5]




出發!智慧城市中不可不知的新發現—智慧科技驅動的城市生活服務

出發!智慧城市中不可不知的新發現—智慧科技驅動的城市生活服務
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我們想讓你知道的是

智慧城市的樣貌早已不是電影中遙不可及的想像,但在不同族群與不同生活習慣的情況下,科技是否能發揮價值滿足所有人的需求?透過逾1,200位受訪者調查、90多萬篇新興科技文本中,精煉出390組六大領域關鍵字,並從中勾勒出科技如何賦能民眾的日常生活,究竟有哪些是潛在的需求及服務值得產業關注、不容忽視的發展趨勢?

智慧城鄉以創新服務模式來滿足市民對城市生活的需求,同時引領企業智慧化應用的進程,結合以人為本的發展目標,帶動了產業經濟與社會結構改變,逐步讓科技慢慢滲透民眾的生活中,在不斷地創新與變革之下,讓民眾對城市的轉變更加有感,打造更美好的幸福臺灣。

日常行為大觀察—找出生活痛點,用科技加速擁抱智慧

但在這些年的耕耘下,民眾對智慧城市的應用場景有哪些想法呢?透過網路輿情資料的大數據分析,調查臺灣現行智慧城市的網路趨勢,再針對13-59歲民眾進行抽樣調查,解析民眾對智慧服務的認知、需求及好感度,彙整出智慧城鄉民眾生活應用調查,目的正是希望能藉由調查的過程中,找出民眾實際有感的智慧應用服務,除了能提供產業一個前進的目標,也能梳理出需要進步的領域,持續為智慧城鄉的推展努力。

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在日常城市生活中的觀光零售、線上農產、交通運輸、市政服務、教育學習及健康照護等六大領域的應用服務,綜合各項指標觀察到,疫情確實成了民眾生活轉變的催化劑,加速了對智慧科技的依賴,以滿足新常態生活下的需求。

從智慧城鄉民眾生活應用調查中發現,民眾在六大生活領域內仍有許多日常需求。以觀光零售而言,民眾認為網購缺乏比價資訊及旅遊時資訊蒐集不易,分別達66.7%與63.3%;在線上農產的部分,有66.3%的民眾對於線上購買生鮮蔬果的品質仍有疑慮;而在交通運輸上,最讓民眾煩惱的就是找不到停車位的問題,高達66%。

另外像市政服務的部分,覺得臨櫃市政程序繁瑣達58%、卡片與票證難整合達57.1%;因應疫情而轉型的線上教育模式,民眾認為缺乏統一學習入口網的比例達56.1%;在健康方面,對於高齡長輩長照人力短缺的問題有50.5%的民眾感到憂心,另外需要長期監測生理數值卻無法堅持配戴穿戴式裝置的比例達44.9%。

這些受到疫情影響,及早已隱藏在日常生活中許久的生活麻煩,都可做為未來智慧城鄉提供發展智慧服務的參考依據。而智慧城鄉將跳出傳統框架,結合民眾及產業的困擾,催生出更多符合需求的智慧服務解決方案,創造更多生活與科技的互動價值。

六大熱門服務正在蔓延中,疫情後你的新常態是哪一種?

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從2020年Covid-19疫情爆發後,觀察到六大熱門服務正逐步擴散到民眾的日常生活之中,依據使用率的高低順序分別為無接觸服務、城市資訊整合、即時路況、線上教育平台、健康量測站以及一站式線上旅遊平台。

一、無接觸服務
因疫情大大改變民眾的生活習慣,無接觸服務是本次調查中最普及的一項,整體使用率達到69.3%,包括透過AI影像方式建置結帳系統,不僅無接觸、還能大幅提升結帳效率避免大排長龍。進一步調查可以發現,行動支付更是無接觸服務中最主要的使用項目、整體使用比例高達7成,而會員紅利與獎品兌換等服務內容更能提升無接觸服務的附加價值,吸引民眾的使用意願。

二、城市資訊整合
在城市中的疫情、水情、交通、空氣品質及公共設施使用等生活資訊,有高達56.7%的民眾相當關心。而將城市相關資訊整合為清晰易懂的城市儀表板後,不僅可以讓民眾更了解城市及生活周遭的現況,也能讓政府機關思考城市進步的執行方向。針對民眾辦理市政服務時,常因為臨櫃手續繁瑣而困擾,有將近7成民眾希望能提供24小時線上資訊整合的服務系統,包含資訊搜尋、服務預約或線上諮詢等服務,減少臨櫃作業影響的操作成本及等候時間。

三、即時路況
尖峰時刻的通勤問題常令許多人深感頭痛,有50.9%的民眾在出門上學、上班或辦理事務時,會使用即時路況與最佳路徑導航的交通服務,結合即時資料庫與AI人工智慧進行時段、路況及車速等的數據分析,提供通勤人士最佳的交通選擇,不僅可以解決道路壅塞、提升效率外,也能減少因塞在車陣中產生的空污危害。

四、線上教育平台
在疫情衝擊下,線上教育平台的整體使用比例達到 46.4%,其中約有4成以學校正規教育遠距課程(含國中小、高中職、大專院校以上)為主要使用項目。而其次的語言線上學習課程及專業技能課程(如數位繪圖、程式語言等)也相當熱門,使用比例都高達3成5以上。線上教育的崛起,顯示出民眾的接受度逐漸提高,且有越來越多主題的課程轉移至線上教學模式,消弭因時間、距離及資源而受限制的民眾,提供更多學習的機會。

五、健康量測站
健康意識的抬頭,民眾逐漸認知培養自主健康管理的重要性,由於地區偏遠醫療資源不足、家中沒有健康量測設備,或是量測站有提供獎勵(含獎品、紅利、優惠券等)因素,讓健康量測站服務的整體使用率達到44.5%。以社區為服務場域的自助健康量測站,結合衛生所、醫療院所、長照據點、社區活動中心及商業通路等據點,提供生理健康量測、遠距諮詢及健康紀錄雲端數據化等功能。透過這樣的方式,不僅能解決醫療資源不均的問題,更能串聯核心醫院與基層診所打造健康共同服務網。

六、一站式線上旅遊平台
現在因資訊爆炸,民眾對於網路上爆炸的旅行、景點、住宿或美食等各項資訊難以選擇,而有41.1%的民眾喜愛在一站式線上旅遊平台進行票券訂購。線上旅遊平台不僅能綜整其他旅客的訂購經驗,整理成排行榜或評分等級以供參考,也能依據旅客的使用習慣提供行程建議,方便旅客可以一次解決行程中交通、景點、住宿及美食等的各種所需。

市民卡整合多項民生所需功能,成最具話題性的智慧服務

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另一項有趣的發現,是疫情後民眾對於市民卡的使用成長了206%,可說是另類的無接觸商機延伸。在虛實整合的趨勢下,一卡在手的狀況逐漸轉往手機移動,市民卡在轉型為線上虛擬市民卡後,整合多項民生所需功能,讓民眾只要透過市民卡就能通行無阻,因此成了時下最熱門的智慧服務。包括臺北市、桃園市及臺中市等行政區,都推出在地市民卡,特別在疫情嚴峻時刻,整合各種不同用途的市民卡,透過感應或掃描方式就能享受各項生活的便利,不只是體現了零接觸的新常態生活,更能藉由數位足跡的蒐集,強化未來使用者的生活體驗,讓智慧科技從小地方中逐步滲透。

可預見未來民眾的生活將與資通訊科技更加緊密,而藉由市民卡的發行不只能強化民眾對在地的認同感,也能透過市民卡串聯的各項服務,讓民眾享受更便利的後疫情生活。

遠距醫療成長幅度快速,為高潛力發展服務

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疫情不只催生了新型態的智慧服務,也讓不少具有隱性潛力的智慧應用大放異彩。透過調查發現民眾對於遠距健康照護的接受度與需求度逐漸提高,也讓遠距看診成為未來最具有發展潛力的智慧服務。雖然目前遠距醫療的整體使用率並不高,但民眾在使用後,對於問診效率、操作方便及症狀判斷的評價都感到相當滿意,也讓人對於未來智慧醫療的普及與應用感到更佳的期待。

臺灣遠距醫療的發展,在法規、遠距醫療工具及藥品配送的限制下而受到阻礙,但在Covid-19疫情的強勢襲擊下,也讓眾人逐漸意識到遠距醫療的迫切。雖然建立遠距醫療生態系還有許多必須調整及開放的,但目前已經針對弱勢、獨居、行動不便、離島及偏遠地區的民眾進行智慧服務的應用,期待能解決數位落差,讓每個人都透過智慧健康服務擁有更多保障。

在政府及智慧服務廠商的共同努力下,「普及智慧城鄉生活應用計畫」會持續針對民眾生活需求提供更全面的解決方案,也將繼續觀察並尋找民眾有感的生活方向,作為未來的發展目標,期待能加速國內智慧服務的生活應用,讓科技逐步翻轉你我的生活場景。


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