黑洞真面目問世周年!人類首度直擊宇宙「虛無」,對台灣來說有什麼意義?
黑洞真面目問世周年!人類首度直擊宇宙「虛無」,對台灣來說有什麼意義?

編按:這張史上首度捕捉黑洞身影、別具歷史意義的相片,出自全球8座天文台的頂尖團隊聯手組成的「事件世界望遠鏡」(Event Horizon Telescope, EHT)國際計畫,中研院陳明堂博士領軍的台灣團隊,參與了其中3座天文望遠鏡的建造和運營,是黑洞攝影計畫的關鍵推手(347位成員中有53位為中研院天文所格陵蘭望遠鏡計畫現職或前任職員,占比超過15%)。

由陳明堂博士撰寫的《黑洞捕手》一書,詳實記錄台灣團隊在黑洞攝影計畫中的各種歷程,克服高山症爬上4,200公尺高的火山、到美國西部沙漠拆除望遠鏡、在北極圈跟永夜奮鬥、與北極熊擦身而過…等冒險,展現出資源有限、處國際政治弱勢的台灣,在世界舞台以小博大的故事。

當南、北兩極都有了望遠鏡據點,EHT已模擬出跟地球一樣大的望遠鏡,全球科學家對於觀測到黑洞影像這件事變得更有信心。科學家從過去的觀測資料了解到,黑洞隨時都有可能吞噬它們周圍的星體,所以這兩個超大質量黑洞的影像應該會變化。此外,黑洞跟一般的星體一樣會自轉,使得黑洞周圍的亮光繞著黑洞轉動。

根據理論和有限的觀測資料估計,由於人馬座A* 的質量比M87小,所以自轉速度比較快,可能在幾十分鐘,到幾個小時就會轉一圈,而M87* 大概要幾天才能轉一圈。

簡單來說,M87* 轉得比較慢的性質,使它的影像在EHT觀測的那幾天並沒有太大的變化,因此讓我們可以在幾天內拍到重複、接近的影像,進而洗出能夠做為科學證據的黑洞照片。

台灣中研院天文所的黑洞團隊在井上允和淺田圭一的帶領下,從2012年開始,每年都會經由次毫米波陣列或是麥斯威爾望遠鏡,參加EHT(當時還未正式成立)的觀測活動,並參與事後的資料分析。如今格陵蘭望遠鏡已經正式加入EHT,未來的成果值得期待。

全球史上第一張黑洞照片亮相

2018年9月,我在夏威夷希洛的研究室工作,隔壁的同事包傑夫(Geoffrey Bower)某天過來問我有沒有看到「影像」。他突然的問題讓我愣了一下。「什麼影像?」「M87黑洞啊!」回過神來,我知道他指的是什麼了。

我跟著他走去他的研究室,看他在電腦上登錄到EHT網站,再敲進幾個鍵,螢幕上出現了幾張簡單的圖片,黑色的背景襯托著一抹黃金色的光芒,像一支沾著金色墨汁的大毛筆,在一張黑色的宣紙上畫了半個圓圈。

我說我已經看過這些模擬的黑洞圖樣,我問他:「有什麼特別的嗎?之前的模擬影像不就是長這樣?」。包傑夫回答說:「這些圖樣不是模擬結果,而是真的觀測結果。」

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「黑色的背景襯托著一抹黃金色的光芒,像一支沾著金色墨汁的大毛筆,在一張黑色的宣紙上畫了半個圓圈」陳明堂如此形容著世界首張黑洞的照片。
圖/ 維基百科

傑夫的消息讓我內心產生不小的悸動。我的心理第一個反應是:「我們終究慢了一步!」這張M87的影像是2017年的觀測結果,那個時候格陵蘭望遠鏡還在加緊趕工中,所以影像中沒有格陵蘭望遠鏡的數據。

隨著這一絲遺憾而來的是一股巨大的驚奇。這些圖片跟理論模擬的相似度,令人由衷佩服人類理性邏輯思考的能力。由愛因斯坦廣義相對論推理出來的結果,經過百年來諸多聰明學者和學術巨擘的努力,現今終於被我們驗證了!一個不可思議的物理現象從此以後真實的存在於人們的知識寶庫裡。

在感到驚奇之外,我還有一些些超現實的興奮感。我經手建造的次毫米陣列、阿爾瑪陣列(ALMA),和參與運轉的麥斯威爾望遠鏡,竟然都是解開這個百年謎題的工具,這種似乎只有在學校教科書中才會讀到的範例,讓我當下充滿了一股不真實的感覺。

天大的事,Press Embargo

隨著第一張黑洞的影像出現,EHT團隊打算一口氣發表六篇論文來闡述我們工作的科學與技術內涵。儘管已經有影像了,但要EHT團隊中兩百多位天文學家同意這六篇論文的細節內容,還是需要一番功夫。

等到確認論文內容的工作塵埃落定,我們決定在2019年4月10日,召開全球連線發表會。並且嚴格規定在那天之前,不能透露任何關於發表會的內容,更不可以「不經意」的讓媒體拿到影像。

在這次全球連線發表會前的一個月,我和松下聰樹一起找中研院廖俊智院長開了一次會,向他報告這次發表會的內容和重要性。

我們跟院長說,這次的成果不是一般的國際合作案。在整個研究上,天文所的研究員擔任相當重要的角色。我們有專門做影像分析的專家、有專門研究黑洞物理的理論專家、也有擔任團隊裡科學工作組的召集人、台灣在這個研究上投入了不少的經費。

因此在十三個席次組成的EHT董事會裡,台灣就占了兩席。我們新建的格陵蘭望遠鏡不僅已經參與觀測,甚至是未來這個研究方向升級的指標。

院長聽完以後滿興奮,氣氛一時熱鬧起來了!他馬上請祕書和公關進來,交代他們這是一件院裡的大事,要記得邀請誰跟誰來參加。接著,他就跟我們要求看「黑洞影像」。

松下聰樹這位日本同事非常有禮貌的拒絕,說我們的國際團隊規定要「Press Embargo」,旁邊的祕書小姐小聲的問:「什麼狗?」「那是我們團隊裡頭,大家互相遵守對成果內容保密的協定;我們不能跟團隊以外的人,透露任何即將發表的成果內容。」

我在旁邊加了一句:「就是『曝光了你就慘了的協定』。」

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M87星系——第一張黑洞影像的家,事件視界附近的光路高度彎曲,使黑洞被放大。中間的暗影是被黑洞吸收的光子行經的路徑區域。
圖/ 維基百科

2019年4月初,台灣的中央研究院網站出現一則消息,預定在4月10日晚上九點,與華府、聖地牙哥、布魯塞爾、東京、上海,同步舉辦科學成果發表會。

科學成果發表會是一個慎重的場合,它是對世人發布重要科學成果的管道,也是科學家向經費贊助單位交代,並且出名的機會,更是一個國家展現知識力量的舞台。

雖然消息中並沒有說明是哪方面的成果,但台灣中研院是這項重大發現的主角之一仍然讓人相當振奮。一些媒體開始猜測:

是什麼樣的科學成果讓世界的主要科學機構,願意共同一起發表呢?

根據國際上的傳言,這次的成果跟黑洞有關。有人非常確定是要宣布科學家終於看到銀河系的黑洞了;但也有人認為是證實了黑洞不存在,愛因斯坦是錯的。小道消息,莫衷一是。消息公布後,引起台灣科學界一陣騷動。

為捕捉第一張黑洞的影像,兩百多位科學家必須將全球8個造價數百萬美元的天文台串聯起來,聚焦數千光年遠的一個點- Discovery Channel Taiwan《黑洞獵人》預告

證明黑洞存在,然後呢?

科學家們拍到了照片,或許證明了黑洞真實存在於宇宙當中,不再只是科幻小說的情節。

或許有人會問:「是啊!黑洞存在被證實了,那又如何呢?」畢竟M87的超大質量黑洞距離我們5,500萬光年,離我們實在太遙遠,在我們有限的知識理解範圍,這麼長的距離完全淡化了它對我們的任何影響,所以覺得這跟人類一點關係都沒有。

知識演變成實際應用的轉換過程,往往並不是那麼的直接,每一項發現不是都能像電晶體一樣,能夠立刻應用在日常生活中。

例如,當發現DNA雙螺旋結構的當下,科學家並不覺得這對未來有何用處。黑洞或許在當下看不到任何用處,說不定未來也不會對人類社會有任何的影響,但是它的存在再次驗證愛因斯坦的天才之處,告訴我們廣義相對論在宇宙的極端狀況下依然正確。

這是一塊人類智慧成長的奠基石,也是在人類的知識拼圖中,填補了一塊找尋了百年的重要圖塊,讓我們接下來在探索宇宙、追求新知識的過程中,增加無比的信心。

但這張模糊的照片只是個開端,之後還會有更多探索未知的研究繼續往前走,繼續照亮人類的知識長廊。台灣也因為這張照片,向世人宣告了我們的實力。

在黑洞影像公布之前,丹麥的天文學家就對格陵蘭望遠鏡非常感興趣,所以賀曾樸特別飛到哥本哈根,與我們的丹麥夥伴一起公布黑洞成果,順便跟丹麥波耳學院談接下來格陵蘭望遠鏡的合作計畫。

長久以來,格陵蘭這塊土地就如同丹麥的試驗地。丹麥的科學家對於格陵蘭的人文、地理、氣候、環境有著深入的研究和豐富的知識,特別是如何在格陵蘭的冰原上架設工作站,來採集冰層中的冰核。我們想要借重他們在冰原上開發工作站的長足經驗,以及經營研究團隊的技巧與能力,也期待跟他們的天文學家,一起使用格陵蘭望遠鏡,共同進行天文學上的研究。

這正是科學工作的基本精神:合作和共享,一起解決人類所面對的問題。這是雙贏的科學探索,並且在世界政治的舞台上,台灣可添增一位盟國。

2019年雙十國慶蔡英文總統的致詞結語
當我們可以上太空,可以看見5,500萬光年外的黑洞,那麼,眼前還有什麼挑戰,是我們沒有勇氣面對的?

接下來幾年我們就會把格陵蘭望遠鏡搬往更北邊的峰頂觀測站,那裡的氣溫比圖勒更低,既沒有穩固的地基,也沒有豐盛的食物,有的只是未知的挑戰。但正如蔡英文總統在2019年雙十國慶的致詞結語,我們樂觀以待。

本文授權轉載、摘錄自《黑洞捕手》,第13章〈黑洞現形〉,作者陳明堂,天下文化出版。

責任編輯:張庭銉

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重塑世代的起點!BMW Neue Klasse 以傳奇之名開創未來移動新紀元
重塑世代的起點!BMW Neue Klasse 以傳奇之名開創未來移動新紀元

當前資訊爆炸與人工智慧交織的時代,全球豪華電動車壇不乏以規格參數堆疊或繁複華麗行車介面構築而起的新世代車款。然而,當諸多品牌積極將旗下新世代車款朝向「四輪電子產品」為目標發展時,百年造車巨擘 BMW 卻選擇回歸最純粹的造車目標,重新思考要如何以一款全新的車,來定義下個世代的駕馭體驗。

BMW 給出的解答,是一個貫穿品牌歷史、代表革新的名字:Neue Klasse。這不是單一車型的行銷話術,而是一場從零開始、重新定義 Software-Defined Vehicle(SDV,軟體定義汽車)的軟硬體融合革命!

拒當裝上車輪的 iPad!Neue Klasse 建置全新融合架構

將時間軸線拉回 1960 年代,BMW 曾以第一代 Neue Klasse(BMW 1500)打破典範,化解危機並確立超過半世紀的品牌榮耀。1960 年代的 Neue Klasse 是一場深刻影響汽車工業的世紀革新,精準填補了豪車與小車間的市場缺口、開創全球「運動房車」全新級距,更奠定品牌「以駕駛者為中心」的設計語彙,寫下 BMW 接下來半個世紀的靈魂藍圖。發展超過一甲子後,BMW 再次啟用「Neue Klasse」此對於品牌擁有重要意義之傳奇系列。這絕非強調行銷的懷舊或是復刻手法,而是 BMW 期望再次從歷史中汲取經驗,當產業再次面臨典範轉移之際,BMW選擇主動出擊,重新定義自身。Neue Klasse 的誕生,並非賣弄懷舊情緒,而是選擇在電動化與數位化交叉口,主動定義未來的造車標準。

1961 年法蘭克福車展上首度亮相的 BMW 1500,象徵品牌從產品到營運思維的全面轉變。當年的革新勇
1961 年法蘭克福車展上首度亮相的 BMW 1500,象徵品牌從產品到營運思維的全面轉變。當年的革新勇氣,不僅化解了企業危機,更奠定了半世紀以來豪車市場的典範。
圖/ BMW

過往,汽車或許只是將人們從 A 點運送至 B 點的交通工具;但在數位與電動化浪潮推動下,許多車廠僅將「軟體定義」理解為頻繁的 OTA 升級或介面更換。然而,BMW 認為真正的 SDV 意義,必須是造車思維的全面革新。Neue Klasse 建立在一套全新的軟硬體整合架構上,將電子電氣架構(E/E Architecture)、電驅技術、數位互動與永續生產全面重構。BMW 不是被動的將新科技「塞入」舊車殼,而是從基礎的運算邏輯出發,打造一套能持續進化、且品牌靈魂不滅的新世代移動工具。

簡而言之,Neue Klasse 象徵 BMW 從產品設計、電驅科技、數位互動到生產思維的全面重塑,成為開啟下一個純電百年的關鍵轉型起點。

解開多螢幕堆疊的產業迷思!「全視域顯示系統」重構人機介面

Neue Klasse 如何道出品牌自身對於 SDV 的重新解讀,可以從座艙科技介面談起。當前新能源車市場普遍陷入「多螢幕競速」的迷思,過多、過大的螢幕與複雜的子選單,反而導致駕駛人注意力嚴重分散,成為當代人機介面(HMI / UX)於設計面與使用面向的重大痛點。

BMW 秉持駕馭至上的造車理念,在 Neue Klasse 架構下研發出顛覆性的座艙科技:「BMW Panoramic Vision 全視域顯示系統」。

此項技術突破性的將前擋風玻璃下緣全寬度轉換為高解析度顯示區域。結合 3D 車況抬頭顯示器與駕駛導向懸浮中控螢幕,所有關鍵行車資訊都精準投影於駕駛者最自然的視線水平線上。

配合零層級架構的介面設計與獨家專利塗層,即便在強光直射或戴墨鏡下也能清晰判讀。BMW 運用極致的人體工學與投影技術,將科技巧妙隱形於駕駛體驗之中,讓資訊傳遞回歸直覺與安全。

iX3 橫跨前擋風玻璃下緣的 BMW 全視域顯示系統、微傾向駕駛者的懸浮中控螢幕,配合超感智慧方向盤,實現
iX3 橫跨前擋風玻璃下緣的 BMW 全視域顯示系統、微傾向駕駛者的懸浮中控螢幕,配合超感智慧方向盤,實現「眼不離路、手不離盤」的直覺式駕馭體驗。
圖/ BMW

單一超級大腦即時協調!「Heart of Joy」打造極致動態控制網

傳統車輛的動力、煞車、懸吊與轉向,通常由數十個分散的控制單元(ECU)各自運作,彼此間訊號傳遞的延遲,往往成為純電時代限制操控靈敏度與順暢感的原因。

Neue Klasse 徹底打破這種分散式邏輯,導入了四組中央集中式「超級大腦」。其中,掌管駕馭靈魂的 Heart of Joy 駕趣核心,實現了高達 10 倍的運算速度提升。而這,更是 BMW 重新定義 SDV 的最佳體現。

「10 倍速」背後的真正技術價值,在於 BMW 將底盤控制、動力分配、煞車煞停與轉向演算法,全部整合至同一個高效能系統內進行同步運作。每秒進行高達 1,000 次的超高速精密運算,讓前後軸馬達輸出與動能回收達成毫秒級的完美協調,更令人驚豔的是,日常高達 98% 的煞車都能單靠平順的「動能回收」完成,實體煞車僅在必要時無縫介入。這不僅大幅提升能源效率,更徹底消除了傳統電動車動能回收時的頓挫感。無論是高速過彎的穩定性還是踏板回饋的細致度,都達到傳統架構無法企及的即時性,讓純電駕馭依然充滿悸動與溫度。

全新 BMW iX3 搭載 Heart of Joy 駕趣核心與第六代 eDrive 科技,以毫秒級的精準控制,
全新 BMW iX3 搭載 Heart of Joy 駕趣核心與第六代 eDrive 科技,以毫秒級的精準控制,在公路馳騁中完美詮釋純電時代的極致操控。
圖/ BMW

首款跨世代量產結晶 BMW iX3 以產品實績宣告未來已屆

從 1961 年法蘭克福車展上亮相的初代 Neue Klasse,到如今蓄勢待發的新世代純電陣容,跨越六十餘年的時空,車輛的外觀形態與動力心臟或許截然不同,但 BMW 對於「駕馭樂趣」的追求從未改變。

身為 Neue Klasse 架構下的首款純電豪華休旅量產車,全新 BMW iX3 絕非只是一台新車上市,而是 BMW 移動願景的具體實踐。

從設計語言分析,iX3 摒棄繁複飾條,以如隕石雕琢般的一體化線條形塑車身;前臉標誌性的垂直飾光水箱護罩,在致敬經典的同時,巧妙包裹了高階雷達與感測器,達成「形式服從功能」的科技美學。

全新 BMW iX3 以垂直式飾光水箱護罩向初代 Neue Klasse 致敬,搭配如雕刻般流暢的一體式線條
全新 BMW iX3 以垂直式飾光水箱護罩向初代 Neue Klasse 致敬,搭配如雕刻般流暢的一體式線條與幾何輪弧設計,在傳承經典基因的同時,展現前瞻未來的純電豪華姿態。
圖/ BMW

而在海外市場開賣後短時間內訂單爆發、甚至吸引高比例非 BMW 車主的實績,更強烈證明了市場對於這套跨世代理念的高度認同。

跨越世代的革新之作,即將在台灣市場開啟宣傳與銷售。這不僅是一台新車的登台,更是 BMW 再次向世界宣告:未來無需等待被定義,因為極致的駕馭體驗,始終由 BMW 主動創造。

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