歐洲核子研究組織(European Organization for Nuclear Research,簡稱 CERN)主要在探索宇宙的基本結構,利用全球最大且最複雜的科學儀器,讓粒子用接近光速的速度,相互撞擊,來研究基本物質的成分。物理學家藉此過程找到粒子如何互動的線索,逐步拼湊宇宙的樣貌。
「碰撞國際大獎(Collide International Award)」是CERN實驗室的一項藝術計畫,主要在扶植物理學的藝術研究,而這次在台灣國立美術館展出的「對稱性破缺-超科學.藝術展」,就是這項合作計畫的成果。
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對稱性破缺-超科學.藝術展 |
〈本然的觀點〉這件作品,主要呈現出歐洲核子研究組織裡的研究情形。可以看到粒子加速器,還有科學家是如何構思和實驗。
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〈本然的觀點〉影片截圖 |
〈目前無法證明,但我們知道它的存在〉這件作品,將各種實驗儀器,科學的檔案,用圖像交疊的方式呈現出來。好像看到科學的歷史流動與變化。
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〈目前無法證明,但我們知道它的存在〉影片截圖 |
大家國中都有學過元素表,原子是元素的最小單位,原子有原子核,周圍有電子圍繞旋轉。原子核由質子和中子組成。不過質子和中子不是最小單位,還有更小的粒子存在。量子力學就是在研究各種粒子的交互作用。
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原子的組成:由原子核和電子組成,電子圍繞在原子核周圍,原子核由質子和中子組成 |
不知道各位有沒有看過電影《星際效應》,在電影裡,我們可以看到在黑洞的影響下,出現很奇幻的時間與空間。在量子物理的世界也一樣,裡面的世界跟我巨觀的世界很不同,甚至時間有可能倒流。
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《星際效應》,影片中有講述穿梭黑洞的各種物理和天文現象 |
在巨觀下,我們看到的世界裡,光線就像水一樣,連續在一起,像波浪一樣。不過在微觀下,光也是一顆顆的粒子組成,我們稱為波與粒子的二象性。目前我們發現在宇宙的四種基本力:重力、電磁力、強力、弱力中,只有重力缺乏無法用量子描述,其他三種力都可以用量子描述。
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波與粒子的二象性 |
剛開始科學家在研究時,發現物理定律都有對稱性。我們可以稱宇稱守恆,就是一個系統無論如何變化,不管是分裂出新粒子,還是結合成新粒子,系統變化前後的總宇稱保持不變。像是動量守恆,角動量守恆,能量守恆。大自然的各種現象,套用在方程式中,不管從哪裡看,都是一樣的。有了這些守恆定律,自然界的變化就呈現出一種簡單、和諧、對稱的關係,科學家就讚嘆這個世界的完美,還有上帝的全能。
不過物理學家楊振寧和李政道,對這個「完美的對稱世界」提出了挑戰,發現了「對稱性破缺」,也就是這次美術館展覽的主題。
剛才我們有說到宇宙有四種基本力,重力、電磁力、強力、弱力。重力就是地心引力,電磁力就是電磁效應,強力就是原子核和電子之間交互作用的力。弱力是什麼呢?我們知道原子核衰變會產生放射線,而其中獨特的β射線的原子核反應,不能用已知的強力、電磁力、重力去解釋,我們就稱為弱力。楊振寧和李政道發現到,在弱力的作用下,性質相同的粒子,運動規律卻不一定完全相同。也就是在方程式中並不守恆。稱為宇稱不守恆。後來經實驗證實,這種不對稱的性質的確存在,而這樣的不對稱,讓我們在量子領域中,又看到全新面貌的世界!
在巨觀上,對稱守恆的定律之下,由於臨界點附近發生了微小的改變,打破了系統的對稱性,好像天秤傾向了一側,造成了物質的流動,並且決定了系統的趨向和結果。例如從水變成冰,即是水分子失去平移對稱性的現象。宇宙就是在打破絕對對稱性後,誕生了新的創造力與美感。
〈三軸柱之二與阿爾戈斯〉這件作品,好像在量子世界中,粒子的碰撞與互動,產生出了黑洞。
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〈三軸柱之二與阿爾戈斯〉作品截圖 |
〈一,1,一〉這件作品也很有趣,作品的語言,文字都是我們知道的,但組合出來卻是一個另類的世界,就好像量子的世界一樣,跟我們所看見的世界,是完全不同的!
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〈一,1,一〉作品截圖 |
〈盜取自己的大體(攀向黑暗的另一組立足點)- 第三部曲〉這件作品,比較偏向探討人文主義,表現出科學對生態的衝擊,人類在未來會何去何從。
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〈盜取自己的大體(攀向黑暗的另一組立足點)- 第三部曲〉影片截圖 |
〈純量振盪〉這件作品,可以讓我們感受到,物質經過不對稱的破缺,時間、空間、生命,如何流動,發生變化,也就是因為這樣不對稱的破缺,才讓這個世界變得非常多樣性,而不是一個從哪裡看都是圓形的圓球。
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〈純量振盪〉影片截圖 |
到底什麼才是美呢?這樣的不對稱的破缺,是美嗎?我們常會覺得單純的圓形、方形,是一種美。從建築物來看,我們反而不會住格局非常四四方方的房子,我們會選擇的,大多是有點變化的格局。人也一樣,我們感動的,倒不是一出生就是很完美的故事,反而是不屈服逆境,努力扭轉人生的故事。打破平衡,才會產生動力,變化出各種結果,也許這樣的過程,就是一種美吧!這個展覽還有其他很特別的作品,就不一一介紹,建議大家有機會,可以去美術館看看這個展覽,體驗一下量子世界的美麗喔!