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【Gene思書齋】重溫經典的科普好書──讀《混沌:不測風雲的背後》

Gene Ng_96
・2016/08/07 ・3114字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

1993 年科幻經典電影《侏羅紀公園》(Jurassic Park)爆紅,炒熱了許多科學話題,例如基因工程、恐龍 DNA 的取得,還有暴龍的奔跑速度、以及恐龍是否為恆溫動物和有視覺行為等等。片中雖然只是簡單一提,卻已引起世人矚目的是,黑衣神經質數學家所解說的「蝴蝶效應」,說什麼一隻蝴蝶在北京拍動翅膀,可能在地球另一端的紐約掀起風暴。

這就是混沌理論的蝴蝶效應,指在一個動態系統中,初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。後來在 2004 年上映的一部科幻電影就是《蝴蝶效應》(The Butterfly Effect),影片裡原先看似無關緊要的小變化,到最後可能會導致起初無法預期的後果。

要知道混沌理論是啥咪碗糕嗎?《混沌:不測風雲的背後》Chaos: Making a New Science)是本必讀經典好書。《混沌》是天下文化的第一本科普書,也是台灣第一本科普暢銷書。這本好書開啟了科學人文系列科普的的濫觴,間接造就了科普書的黃金時代。

《混沌》的原文版在 1987 年出版,四年後臺灣出版了繁體中文版,今年再出第三版,轉眼就過了 25 年,我也從高中生歷經大學生、研究生、博士後到新進助理教授。雖然在這廿幾年來,混沌理論有了新發展,可是這本 25 年前出版的《混沌》,迄今仍是理解這門學問的誕生不可式缺的必讀讀物,是歷久不衰的經典。

雖然已經過了廿幾年了,我還忘不了當初在馬來西亞,一個高中生在書展中邂逅這本書的感動。在馬來西亞的一個小鎮,沒有像樣的書店,我們只有在中華商會辦的小書展中,才偶爾能找到新出版的好書。想當年,我們在馬來西亞吃頓飯,只要台幣十幾塊,一本台灣出版的新書,要我們至少廿幾頓飯的飯錢(想像一下要一個台灣高中生花一千多塊錢買本科普書吧)。

 

記得當年在峇株巴轄的中華商會的小書展,展出了天下文化科學人文的其他書籍,我幾乎放學有空就去逛。逛了幾次,存夠了錢想買本書,也只買得起一本,那就是《混沌》了。後來還是有空就去書展,天天翻其他書,可是翻來翻去,還是買不起其他書了。《混沌》是我第一本科普書,有陣子也是唯一一本吧。

一個高中生,怎麼可能懂得和混沌理論有關的高深數學?更何況我的數學還不太好,一個馬來西亞小鎮成績不太好的高中生,能有多少科學素養?

然而,《混沌》這本書,最神奇之處就在於,作者葛雷易克(James Gleick)的寫作功力實在太深厚了,《混沌》就是讓我看得津津有味。我很慶幸,第一本讀的科普書是《混沌》,讓我對科學的世界,嚮往得不得了,所以願意歷經艱辛投身科學事業。

過了十幾年,我終於到了美國深造,在唸博士班時,在狀況外就選修了門「族群生物的數學模式」課,一開始就被微分方程等嚇到了,撐到學期中,老師連混沌方程式都端上來了,當時才知道混沌理論在生態學上有廣泛的應用。簡單來說,許多生物族群在數量上的變動,有些條件些微的改變,會造成很巨大的不同結果,也是典型的非線性系統。

《混沌》這本好書,裡頭並沒有太多嚇人的數學方程式,在飛機上讀,不會像賓州大學經濟學教授因為在機上寫微積分,被乘客誤認為那些難以辨認的文字是恐怖活動暗號,被安檢人員約談而導致班機延誤。因為書中沒有多少奇怪的數學符號,不過倒是有很多碎形幾何的有趣圖案,如果那也能被誤認,那就乖乖上報宣傳一下《混沌》這本開啟科普書黃金時代的好書吧。

《混沌》主要要談的,其實是一群科學家的故事。

這群科學家,大多深居簡出,埋首在實驗室裡進行研究,意外發現了許多非線性系統的現象。在典範轉移前,他們的發現未必被科學社群認可,有些甚至被誤認為異端邪說。例如最早期在應用計算機時,非線性系統中初始條件微小的改變造成很不一樣的結果,大部分科學家都可能認為是程式有誤吧,只有少數敏銳的科學家鍥而不捨、排除萬難地對異例追根究底,才發現混沌的有趣世界,然後才產生了典範轉移,改變了我們對世界的認識。

天有不測風雲,難道預測天氣比把人送上月球難嗎?

過去科學家一直以為只要收集到了足夠多的數據,就能精準地預測,可是混沌理論讓我們瞭解到原來參數的微小差異,就有天翻地覆的結果。除了大氣科學,混沌理論也廣泛地應用在許多自然學科中,包括數學、生物學、資訊科學、經濟學、工程學、金融學、哲學、物理學、政治學、人口學、心理學和機器人學等等。

除了著名的蝴蝶效應,混沌理論中,另一個能讓門外漢著迷的是,《混沌》書中彩頁的曼德博集合。那是一門所謂的「碎形幾何」,其定義是:「一個粗糙或零碎的幾何形狀,可以分成數個部分,且每一部分都(至少近似地)是整體縮小後的形狀」,看起來很抽象吧?簡單來說,就是自然界中,有些東西有精巧的形狀,可是仔細瞧瞧,那些形狀是一直重複的,例如雪花。

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曼德博集合是碎形中的一個很有名的例子。圖/wikimedia commons.

「碎形幾何」革命性地讓我們對許多生物現象有了進一步的理解,例如蕨類植物的葉子,還有我們身體裡的血管、神經、氣管、腎小管等等的構造,都有其「碎形幾何」的道理在。

我的一項主要研究工作,是探討羽毛多樣性的遺傳基礎,羽毛也是個碎形構造,有羽軸加羽支,羽支和小羽支又重複相似結構,小羽毛和羽小鉤又再重複。血管、神經、氣管、腎小管、羽毛的碎形構造,讓有限的基因就能控制這些器官複雜的網路,計多基因也可以一再被用在構建不同器官上。

「碎形幾何」除了重複性,還有其他有趣現象,例如維度可以非正數,還可以有分數,例如 1.2618 等等,創造「碎形」一詞的數學家本華.曼德博(Benoît B. Mandelbrot, 1924-2010)在 1967 年的經典論文〈英國的海岸線有多長?〉現在還有人提出來讓學生思考討論。

混沌理論當然不只是有蝴蝶效應和碎形幾何,還有許許多多有趣的現象和模型。《混沌》把混沌理論的發展過程,用很平易近人的方式為大眾述說。據說有些非理工科系出身的朋友,對科學發展過程的認識就是來自這本《混沌》

如果你當年跟我一樣拜讀過《混沌》,現在是個好時機再拜讀一次,重溫多年前神遊探索科學新邊疆的熱情,如果你沒有讀過《混沌》,也還是歡迎來讀這本經典,體驗科學家探索未知世界的樂趣。

本文原刊登於故事「說書 Speaking Of Books」


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文章難易度
Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


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今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

  • 量身打造獎盃,每年都以當年獲獎的研究為靈感,製作不同主題的獎盃!
  • 不值錢獎金,得獎者會獲得比壁紙還不值錢的高額辛巴威幣作為獎金。
  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

今年夏天搞笑諾貝爾獎世界展將首次登台!廢到笑的研究與發人省思的成果,一次集結歷屆讓人目瞪口呆的得獎研究及五大互動體驗,讓你一本正經的捧腹大笑!展區內充滿更多腦洞無極限的幽默科學得獎,一定要揪朋友一起來漲知識。

5/2-5/26 早鳥 $260 限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

搞笑諾貝爾獎世界展將集結眾多搞笑諾貝爾獎的獲獎研究,其中有許多讓人會心一笑的內容,像是鴿子也懂藝術?日本學者就曾做過實驗,證明鴿子可以分得出畢卡索和莫內的畫;在野外遇到熊怎麼辦?只要穿上防熊裝就不用怕;指甲刮黑板的聲音經研究證實為世界上最讓人痛苦的聲音!

曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

  1. 鴿子也懂藝術?|連鴿子都分得出畢卡索和莫內的畫!
  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
  5. 逃跑鬧鐘|還想賴床按鬧鐘嗎?鬧鐘本人跑起來給你追!
  6. 最討厭的聲音!|指甲刮黑板太邪惡了!
  7. 如何增加乳牛的產乳量?|不妨給牠取個名字吧!
  8. 胸罩變口罩|在突發的緊急狀況時胸罩變防護口罩!?  
  9. 恐龍走路長甚麼樣子?|在雞的屁股裝上一根棒子就知道!
  10. 貓是液體嗎?|喵星人的貓體力學大解密!

五大互動體驗,只有實驗了才知道

展區現場將規劃五種關於搞笑諾貝爾獎得獎研究的實際互動體驗,讓你能夠化身為小小研究學者,一起來實際試試看、探討世界上經典的搞笑研究!

  1. 吐司永遠是塗奶油的那面先落地嗎?
  2. 挑戰「說話干擾器」!你能夠堅持把話說完嗎?
  3. 極高速烤肉!液態氧+木炭可以燃起多大的火花?
  4. 活性碳內褲過濾屁味?沒有比較沒有傷害
  5. 旋轉吧!高速助產裝置,離心力有助生產?

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 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

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