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「光纖之父」高錕誕辰|科學史上的今天:11/4

張瑞棋_96
・2015/11/04 ・1093字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

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編按:高錕已於2018年9月23日於香港辭世,享壽84歲。

今天網路已成為現代人日常生活中習以為常的一部分,我們瀏覽網頁、聊天、上傳相片、購物、聽音樂、看影片、……等等,而不會留意到這些內容都是化作0與1的數位訊號,經由以光纖為骨幹的基礎網路傳遞。沒有光纖,就沒有如此蓬勃發展的網際網路與各種應用,而發明光纖技術,讓這一切成為可能的就是被稱為「光纖之父」的華裔科學家高錕。

進行早期光纖實驗的高錕。圖片來源:nobelprize

高錕出生於上海,自幼就展現發明家的特質,曾自製煙火、泥土炸彈、收音機。上中學時因國共內戰而全家遷來台灣,後再移居香港。在英國念完大學後,就進入國際電話電報公司(ITT),一邊工作一邊攻讀博士學位。就在取得博士學位後的第二年,高錕於1966年發表改變通訊方式的關鍵論文《介電波導管的光波傳送》,從此開啟了光纖網路的新紀元。

其實光纖並非新玩意兒,但因為衰減過快,行進20公尺後就只剩 1%,因此都只拿來當裝飾品或內視鏡之用。當時普遍認為「光在玻璃中會嚴重衰減」是理所當然的現象,但高錕卻不以為然。經過幾年研究後,他證明只要去除玻璃的雜質,就能將光的衰減幅度改善到與銅線相當,行進一公里才剩 1%,因此可以做為長距離通訊的線路。高錕深知在實驗室的成功還不夠,因此還實際設計出如何製造極低雜質之石英玻璃的製程。

不過通訊業界對此論文仍抱著半信半疑的態度,高錕還得努力向業界推銷光纖的可行性與優勢。最後終於由美國康寧(Corning)公司於1970年成功量產出來,到了1982年更開發出衰減幅度改善百倍的光纖。光纖比銅線傳輸距離更長、直徑更細,加上同一條光纖可以允許不同波長的光同時傳輸,頻寬是銅線的萬倍以上,自此海底電纜完全改由光纖取代,全球通訊進入光纖時代。

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然而網際網路的盛行要等到二十一世紀了,光纖對人類文明的重要性至此才明顯浮現,因此直到2009年,高錕才終於獲得諾貝爾物理獎。只是此時他已罹患阿茲海默症六年,已不知光纖為何物,更不記得自己就是發明人。

從瑞典國王(右)手上接過諾貝爾物理學獎獎章的高錕(左)。圖片來源:nobelprize

到了諾貝爾獎頒獎典禮那天,瑞典國王打破慣例,主動走到高錕的座位前頒獎給他,讓他無須行禮如儀,像其他得獎人那樣走到舞台中央鞠躬領獎。高錕起身站得挺直,笑容純真燦爛,因為他仍沒忘記這是科學家的最高榮譽……。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
/ 圖片來源:921地震教育園區

前事不忘,後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

延伸閱讀:
高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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極權國家網軍來襲!「資訊獨裁」的雙重手法:網路審查 x 散播假消息
研之有物│中央研究院_96
・2021/10/18 ・5288字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|龔雋幃
  • 美術設計|林洵安

網路是對抗極權的利器,還是政府監控之眼?

上個世紀末,網際網路甫萌芽,彼時正是自由無垠的代名詞。但不過十數年,獨裁政體已導入新技術,建置網路審查系統與防火牆,奪回資訊掌控權,甚至發動跨國資訊戰。當台灣成為境外假訊息的投放目標,我們又該怎麼面對資訊攻擊?「研之有物」專訪中研院社會學研究所林宗弘研究員,他與廈門大學政治學系張鈞智副教授合作,運用 153 國資料,分析國家網路審查與公民社會能量的交互關係。

自由的網路世界,讓我們集結革命!

跨入千禧年之時,傳言中國將著手建置防火長城,全面管制網路資訊流通,時任美國總統的柯林頓(Bill Cliton)嘴角淺淺上揚地微笑說,「祝他們好運。那就像是要把果凍釘在牆上。」

大約 10 年過後,透過社群平台的迅速串連,從網路點燃的燎原怒火,果真在 2010 年底掀起北非、中東地區的「阿拉伯之春」(Arab Spring)革命浪潮!一時之間,網路儼然成為組織動員的新興反抗支點,藉由虛擬世界的合縱連橫,便得以撐起更好未來的想像,動手打造屬於人民的明天。

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「從阿拉伯之春、佔領華爾街到太陽花運動,那時候主流的觀點是,網際網路有助於年輕人集結抗爭,或是獲得社會資本。」中研院社會所研究員林宗弘說。

2010 年底突尼西亞爆發茉莉花革命,甫崛起的行動網路與社群媒體成為助力,民眾透過手機迅速串連,分享圖片、資訊,掀起北非與中東地區一連串的民主抗爭運動,多國獨裁政權垮台,被稱為「阿拉伯之春」。圖為 2011 年埃及街頭抗議民眾。圖/iStock

「數位烏托邦」的夢起夢醒:技術決定論 vs 獨裁進化論

阿拉伯之春的浪潮下,「數位烏托邦主義」(Cyber-Utopianism)蔚為風行,人們相信隨著數位科技愈成熟、使用人口愈多,公民社會就能擁有愈大力量。

烏托邦論者立基於技術決定論,樂觀地相信網際網路的崛起,得以打破威權政體的資訊高牆,鬆動原先被政府一手掌控的單向訊息來源。人民不再只能被動接受資訊餵養,得以透過網路自由地共享資訊、迅速串連,召喚出集體行動。對於公民社會,網路無疑是成本更低、效率更高的賦權工具。

然而,當革命時刻的激昂褪去後,那些威權國家卻沒有被掃出歷史舞台,原先瑰麗的網路烏托邦想像反倒轉眼成空。

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短短幾年,威權國家管控、壓制、操弄資訊的技術全面進化來說,乃至於發展出一整套資訊政治經濟學戰略。換言之,如今果凍不只牢牢地被釘在牆上,甚至連呈現在牆上的大小、形狀和樣態,也幾乎被資訊獨裁國家玩弄於股掌之間!

由此,另一套對立論述應運而生:面對新科技的突破,獨裁國家已重新再進化,運用新工具反制網際網路帶來的自由衝擊,透過高度的網路審查監控,再次壓制公民社會的力量。

網路再翻轉,成為威權政體的鞏固工具

原先普遍樂觀的烏托邦期待,究竟是如何走向宛如老大哥夢魘般的非預期結果?

林宗弘指出,2010 年前後為關鍵分水嶺。在此之前,網路的崛起確實帶來強烈衝擊,因此多數威權國家的網路覆蓋率遠低於民主國家,即是因政體感受到數位科技的威脅,從源頭限制人民使用。

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但是阿拉伯之春爆發後幾年,威權國家的網路覆蓋率卻迅速攀升,不僅超過全球平均值,最後更越過了民主國家。

林宗弘研究發現,這項飛躍性成長並非偶然,而是當權者有意為之的反制性操作。

過去,政府的反制是限制人民上網、抑制網路擴散,但大約 2012 年以後,威權度較高的國家,包括中國、伊朗、埃及、土耳其、俄羅斯,以及近年的泰國和馬來西亞,已陸續建置了網路審查系統(internet censorship),形塑出強大的維穩防火牆,得以遮蔽並扭曲訊息。換言之,國家已重新奪回資訊掌控權。因此即便網路更普及,但實則被套上重重枷鎖,甚至轉而成為國家打壓監控的有力工具。

例如,埃及在 2011 年示威運動期間,曾採取全國斷網手段,用來防止示威者串聯。但之後,政府大量投注科技資源以監控網路,限網、斷網就不再是政府採取的手段。

圖為全球 153 個國家的網路、手機覆蓋率趨勢。2010 年前,威權政體的網路、手機比例還遠低於民主國家,其後迅速增加,分別在 2013、2010 年超過民主國家。圖/研之有物(資料來源/林宗弘)

林宗弘指出,國家如何介入且建構出一整套資訊政治體制,過往研究始終較為貧瘠。雖然有宣傳學、傳播理論可援引,但缺少系統性的資訊政治經濟學理論。 2019 年,Sergei Guriev 和 Daniel Treisman 兩位政治經濟學者才提出「資訊獨裁論」。他們研究發現,威權國家在資訊審查、政治宣傳上的投資愈大,政權的存活率愈高,愈不容易被推翻,也會減少流血暴力鎮壓的機率。這便構成了一個簡潔的理論架構,明確解釋威權國家加強資訊審查操弄的動機。

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國家網路審查:壓制公民社會的黑手

不過林宗弘認為,現有研究多半集中在資訊審查如何影響政治轉型,聚焦於宏觀的變遷過程,卻忽略了中介影響機制,例如對公民社會的活躍性打壓。因此林宗弘與廈門大學政治學系副教授張鈞智合作,援引瑞典哥德堡大學 V-Dem 資料庫(Varieties of Democracy)的大型跨國調查,取得全球 153 個國家的資料(1995-2018 年),探究網路審查對於公民社會的影響。

研究進一步以互動固定效應模型(interactive fixed-effects model),檢視 2011 至 2018 年網路審查成長超過 10 %的 34 個國家。以 2017 年為例,網路審查的效力削弱了核心公民社會指數約 8%,清楚呈現出兩者的相關性。研究發現國家的網路審查,確實是降低公民參與的關鍵因素。

「我們的研究發現,網路覆蓋率已經跟公民社會的活力脫鉤,也跟政治體制脫鉤。」林宗弘分析,在威權國家底下,網路科技是推進新興經濟、科技產業的工具,但同時也是澆熄公民社會的武器。

2011-2018 年全球網路審查提高了 5.6 %,中國、伊朗、土耳其、埃及為審查成長最快的四個國家,轉折關鍵大約在 2010-2011 年阿拉伯之春以後,諸如茉莉花革命等關鍵字會遭到屏蔽。圖/研之有物(資料來源/林宗弘)
網路審查與公民社會指數的關係呈 U 型,網路審查迅速增高的國家,公民社會指數也明顯下滑(如土耳其的公民能量大幅衰退,與政府建置了審查技術密切相關)。此外,研究也透過模型運算,顯示網路審查確實能削弱公民社會,特別在專制政體。圖/研之有物(資料來源/林宗弘)

林宗弘直言,過往的比較研究,大多聚焦於網路對政治轉型的影響,普遍忽略了威權國家運用科技針對公民社會展開操弄與反動員(demobiliztion)的策略。

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網路的快速發展最初雖為威權國家帶來了空前挑戰,然而這些政體很快展現其韌性,已學會靈活地運用科技手段,有效壓制公民社會持續壯大,化解潛在的政治風險。

以中國為例,習近平上任後成立「中央網絡安全和信息化領導小組」,大力強化網路審查技術與訊息防火牆。一般人可以透過網路表達個人意見、商業交易、聯繫親友等等,甚至可以批評政策,但絕不能用於發動社會抗爭。背後嚴密的審查機制,包含特定關鍵字,緊盯著使用者的一舉一動,防範集體集結行動的火苗於未然。

哈佛大學政治學者 Gary King 等人曾提出經典解釋:中國進行網路審查的重點不在於阻止一般人批評政府,而是要防堵、阻絕動員的可能,也就是禁止那些會集結群眾發動連署、陳情、抗爭或更激烈政治行動的內容。

資訊操弄的兩手策略:減少訊息、增加訊息

林宗弘進一步分析,威權國家進行網路審查的兩種策略。

首要是減法。簡單來說,如同前述的刪文、斷網與關鍵字屏蔽等,皆是威權國家常見的審查手段,關鍵在於「減少訊息」,隔絕封鎖踩到政體紅線的新聞與討論。但這只是資訊操弄的其中一個面向。

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另一個手段則是加法,即「增加訊息」。包括散播假訊息,選擇性釋出足以歪曲、遮蔽原先焦點的訊息,又或是刻意放送溫暖正面的心靈雞湯,目的皆在於奪取民眾的注意力。根據 Gary King 等人的另一篇研究指出,中國網軍的操作並非直接反擊不利於政府的訊息,而是帶風向、貼歪樓,使用反諷、嘲弄、抹黑對方的手法轉移焦點,讓原先的議題力道被削弱。

威權國家正是同時運用減少訊息、增加訊息兩套手法,導引操弄社會可獲得的資訊,達到統治目的。

讓假訊息飛!資訊戰可能群體免疫嗎?

不過林宗弘提醒,類似的操作不只侷限國內。威權國家也會對外投射,特別是針對潛在敵對或競爭關係的民主國家,包括病毒攻擊、癱瘓伺服器造成斷網,同時也投放大量的假訊息,以此讓目標國內部分化,製造情緒爭端,使社會陷入認知癱瘓。

林宗弘解釋,這種干擾模式有其特殊性。「我們另一個研究已系統性發現,只要周邊存在一個領土爭議的威權政體,民主政體被攻擊的頻率就會大幅上升;但是相對地,威權政體並沒有同樣被大幅攻擊。」換句話說,

這個攻擊是單向、非對稱的,來自於威權政體。資訊戰已被當作攻擊武器,使用在國際關係中。

一旦國家與鄰國沒有領土爭議,或四周都是民主政體,國內被投放假訊息的比例就大為降低。

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被攻擊國的另一特色是選舉時期。2017 年法國總統大選,選前最後一刻出現重傷馬克宏的假新聞,由大量境外假帳號散布。同樣情形,也出現在 2017 年川普與希拉蕊的總統大選,來自馬其頓的境外網軍製造大量假新聞發動攻擊。圖/Wikipedia

但民主國家內訊息原本即多元殊異,資訊戰攻擊是否真的會造成實質威脅?或者,社會其實終將形成「群體免疫」,無需過度擔憂?

林宗弘不同意這類觀點,他正在進行的研究發現,根據 2020 年資料,一國的假訊息量愈大,該國的疫情愈嚴重。近期英國研究也顯示,假訊息會降低接種疫苗的意願。「如果資訊戰確實會產生效果,造成社會傷害,又怎麼達到群體免疫呢?」

迄今,林宗弘已大致拼湊出理論圖像,希望更完整理解資訊操弄背後的整體面貌,但仍有許多亟待突破的環節。包括在民主、威權不同政體下,哪些更容易被操弄?運作結構與結果有何殊異?以及,它對哪個社會階層更有利?都是未來待持續梳理的部分。

台灣為境外網攻密集目標!跨國假訊息攻防戰

根據 V-Dem 跨國研究,在 2018 年全球 179 個國家「遭受境外假資訊攻擊」的調查中,台灣高居世界第一!面對威權國家的步步進逼,林宗弘雖不再如過去的數位烏托邦論者樂觀,但也不致絕望。

「我們看到的是一個循環結束:公民社會因為網路而崛起;接著國家掌控愈來愈多資源,投資審查技術,把公民社會壓制下去。這表示原先樂天看法是錯的,但未來的科技突破還會有進展,下一個循環還是可能出現。」

但他強調,我們不應該僅單憑烏托邦或反烏托邦的想像來面對。「人一定要介入科技發展,它是權力鬥爭的一部分,民主的一部分。不投入,當作搭便車,最後就是被宰制。」

2018 年瑞典 V-Dem 遭受外國假資訊攻擊的跨國調查, 0-4(淺至深)為嚴重程度,0(淺色)代表散布最為頻繁,台灣在 179 個國家中名列第一。圖/digital society of project

具體而言可以怎麼做?林宗弘提出三點建議。

根據 2019 年台灣民主基金會的調查,65.7% 民眾認為假訊息對台灣民主危害很大,這顯示資訊戰的威脅感已深入大眾。政府應該在基礎研究與資料情報蒐集上,提供更多挹注,才能依據實證研究成果建立防護體系。

其次,主動揭露調查結果。除了專業的事實查核機構,公民社會內部也可以自我動員組織,譬如醫師公會若發現錯誤的醫療流言,即主動澄清、提供正確資訊。

第三,假訊息攻擊的受害者具共同特徵,包括和外在社會接觸較少、資訊獲取管道不足。因此政府應該找出方法彌平數位落差,協助更多弱勢者培養資訊識讀的能力。

身處在資訊紛雜的年代,真假難辨已成日常。林宗弘總結,當假訊息的類型、來源愈趨五花八門,國家、公民社會、研究者都需要持續尋找各種政策工具,完成這幅複雜的拼圖,而不應寄望可能存在一個快速解決的萬靈丹。

延伸閱讀

  • Chang, Chun-Chih and Thung-Hong Lin, 2020, “Autocracy login: internet censorship and civil society in the digital age”, DEMOCRATIZATION, 27(5):874-895
  • 林宗弘,2019,〈數位貧窮與天災風險資訊來源:來自台灣傳播調查的證據〉,《新聞學研究》,第 138  期,頁 131-162
  • Sergei Guriev,Daniel Treisman,2020, “A Theory of Informational Autocracy”,Journal of Public Economics, vol. 186, issue C
  • 林宗弘個人網頁
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2021 諾貝爾物理獎得主真鍋淑郎——地表模型開山始祖,研究地表模式都要引用他的論文
Y.-S. Lu
・2021/10/14 ・2990字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 作者|盧彥森,目前任職於 德國于利希研究中心 能源與氣候研究所

第一個地表模型的開發者——真鍋淑郎

在大氣科學領域中,有一部份專業領域統稱為「氣象模擬」,其中,有一門名為「地表模式」的領域,是專門算地表上各種物理、化學、生物作用的行為。

在做這些模擬的研究者中,有個很有名的日本名字,叫做 Manabe,他的論文會一直出現在大家眼前,也就是(只有我們在乎的)《 Manabe 1969, CLIMATE AND THE OCEAN CIRCULATION I : THE ATMOSPHERIC CIRCULATION AND THE HYDROLOGY OF THE EARTH’S SURFACE 》[1]最近因為大量的報導,我才知道原來他名字的漢字是——真鍋淑郎,也就是第一個地表模型的開發者,而在 2021 年時,他拿下了諾貝爾獎。

真鍋淑郎,2021年諾貝爾物理學獎得主之一。圖/維基百科

地表模式(Land Surface Model)在大氣模擬中有舉足輕重的地位,可以算地面是怎麼跟大氣作反應的,像是降水是怎麼被樹冠層截流、土壤水是怎麼變成地表逕流跟地下水、水是怎麼靠蒸散發回到大氣中;還有太陽光怎麼被地面或葉面吸收、能量怎麼被蒸散發作用給吸收、地面上的溫度增加或減少了多少,還有太陽輻射是有多少返回大氣層。

而真鍋淑郎的地表模式,則涵蓋了一大部份的物理反應,供美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)的 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory 的全球大氣模型使用。

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Geophysical Fluid Dynamics Laboratory 圖/Geophysical Fluid Dynamics Laboratory

不過學界是殘酷的。在那個電腦比房子貴的年代(房價在 1960 年的中位數約為$11,900,CNBC報導),真鍋順便背了個學界的鍋,像是:你的模型是不夠真實的、你的土壤濕度估算不夠物理……等因為電腦計算跟理論發展還不夠成熟,所以尚未發展的物理與計算方法。

後來的論文也會稱真鍋的地表模式是水桶模型(因為其計算土壤濕度的方法宛如水桶一樣,滿了就去除,而非經土壤中水流方法流走的)。但無論如何,第一個地表模型,基本上就是真鍋與他在普林斯頓的好夥伴們發展出來的。因此,真鍋的地表模型也在後來的論文中,尊稱為第一代的地表模式,建立起祖師爺等級的封號(Sellers et al., 1997)。

水桶模型後,百家爭鳴的地表模式大戰

雖然第一代的地表模式,土壤當做水桶,地上也沒有植物,更不要說可以進行光合作用或是碳排放來研究二氧化碳是怎麼搞壞我們的人生,但也讓後續的第二代地表模型有了出發點。

1980年後,在個人電腦逐漸普及後,地表模式也開始百家爭鳴,其中真鍋的身影也就只存在各家論文的引用中了。後來再出現時,則是在地表模式大戰——PILPS(Project for the Intercomparison of Land-surface Parametrization Schemes)[2]。這個計畫中,以水桶模型這個稱號出現。基本上始於 1995 年的 PILPS 計畫,就是利用荷蘭的 Cabauw 量測站測到的氣象狀況,來驗證各家第二代的地表模式中,誰才是最強的。

荷蘭 Cabauw 村莊。圖/維基百科

當然結果就是,沒有誰家最強。

更重要的是,雖然地表模式都比真鍋的模型更複雜了一點,但是有個東西是沒有人考慮到的:光合作用

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當時各家的蒸散發公式,主要都是用Jarvis的葉面氣孔參數化公式做考量[3],所以也沒有真的考慮到二氧化碳、水、太陽之間的直接關聯。而做出這個關連性主要公式——Farquhar等人[4] 的二氧化碳同化作用公式,才在 1980 年時正式發表,離他同事 Berry 拿去演化成植物氣孔跟光合作用的連動公式[5],還有七年。而在地表模型大戰中發表的模型,其實都長得 87% 像。

在 1997 年時,NASA 的 Sellers等人[6],與多位同樣是地表模式的作者與植物氣孔模擬專家,在《Science》期刊中,登高一呼:我們要有能夠計算生態跟複雜物理的模型!畢竟在 PILPS 的大戰中,沒有真正的勝者,也沒有真正的輸家,甚至我們的真鍋大哥在水文計算上也沒有輸[2]

所以在 2003 年,集合了 PILPS 大戰中和解的部份朋友們,第一支集眾人之力誕生的通用地表模式(Common Land Model)上線了[7],這支從 1998 年開始寫的程式,過了近五年後才發表,算是第三代地表模式的代表作

而這個第三代中,植物終於開始有了它的意義,這植物的葉子終於可以隨四季生長了,也會行光合作用了,土壤也增厚到兩公尺多了,土壤也會依不飽和水流公式往下滲流,也可以計算堆雪了。其中最重要的,就是那光合作用公式的應用。

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持續再精進與貢獻

之後的地表模式,就一直著重在地面植物的改良,讓植物越來越真,從一開始的沒有植物,到會蒸發水,再到會跟二氧化碳互動,以及跟氮交互作用,計算植物的農作產出,一步步朝著更精細的方向前進。

當然地表模式也有很多需要改良的地方,首先是地表模型是假設地表跟大氣是一維方向的互動,而土壤中水流也是只會向下滲流,如果要計算真正的水流,就必須要進行三維的地下水流動,這就是另外一個耗資源的計算。另外植物也不是真的植物,植物被假設只有四片葉子,還只有一層。

英國的「JULES」模型曾報告說他們做了個多層葉冠層的模型,最後只能淡淡的說因為計算資源耗太兇,所以沒算完 [8]。更甚者,地底下的根是「死」的,一年四季,不生不滅、不垢不淨,持續地在只有兩公尺厚的土裡,把水吸到植物中行光合作用(Pitman, 2003)[9]

所以無論如何,地表模型不僅不死,其勢更烈,因為有太多的東西可以靠地表模式來計算,像是人類對地球表面的影響、化合物排放,也都可以靠地表模式計算其對大氣的影響,就連地下水模型也都要拜託地表模式處理複雜的地表水文狀況[10]

從 1969 年到 2021 年,無數的改良與改版,還有兩次的超級地表模式大戰(第二次利用 Rhône 流域量測結果[11]),都增加了人們對大氣系統的了解,並且一步步改善天氣預報的準確度,而其中的功臣之一,當然是真鍋博士在 1969 年,比 Unix 更早發表的地式模型,所以的確功不可沒,而現在地球科學的眾多估算中,地表模式解決了很多的水文與能量問題,更遑論對氣候變遷的計算,才能在1975年提出二氧化碳加劇溫度上升的研究[12]。拿下諾貝爾獎,不僅僅是贊同真鍋博士的功勞,更是對大氣模擬界的慰勞吧。

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參考資料

  1. Manabe S. (1969). CLIMATE AND THE OCEAN CIRCULATION 1: I. THE ATMOSPHERIC CIRCULATION AND THE HYDROLOGY OF THE EARTH’S SURFACE. Mon. Weather Rev. 97:739–774.
  2. Pitman, A. J., Henderson-Sellers, A., Desborough, C. E., Yang, Z. L., Abramopoulos, F., Boone, A., … & Xue, Y. (1999). Key results and implications from phase 1 (c) of the Project for Intercomparison of Land-surface Parametrization Schemes. Climate Dynamics, 15(9), 673-684.
  3. Jarvis PG. (1976). The Interpretation of the Variations in Leaf Water Potential and Stomatal Conductance Found in Canopies in the Field. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 273:593–610.
  4. Farquhar, G. D., von Caemmerer, S. V., & Berry, J. A. (1980). A biochemical model of photosynthetic CO 2 assimilation in leaves of C 3 species. Planta, 149(1), 78-90.
  5. Ball JT., Woodrow IE., Berry JA. (1987). A model predicting stomatal conductance and its contribution to the control of photosynthesis under different environmental conditions. In: Progress in photosynthesis research. Springer, 221–224.
  6. Sellers PJ., Dickinson RE., Randall DA., Betts AK., Hall FG., Berry JA., Collatz GJ., Denning AS., Mooney HA., Nobre CA., Sato N., Field CB., Henderson-Sellers A. (1997). Modeling the Exchanges of Energy, Water, and Carbon Between Continents and the Atmosphere. Science 275:502–509
  7. Dai Y., Zeng X., Dickinson RE., Baker I., Bonan GB., Bosilovich MG., Denning AS., Dirmeyer PA., Houser PR., Niu G. (2003). The common land model. Bull. Am. Meteorol. Soc. 84.
  8. Best MJ., Pryor M., Clark DB., Rooney GG., Essery RLH., Ménard CB., Edwards JM., Hendry MA., Porson A., Gedney N., Mercado LM., Sitch S., Blyth E., Boucher O., Cox PM., Grimmond CSB., Harding RJ. (2011). The Joint UK Land Environment Simulator (JULES), model description – Part 1: Energy and water fluxes. Geosci Model Dev 4:677–699
  9. Pitman AJ. (2003). The evolution of, and revolution in, land surface schemes designed for climate models. Int J Clim. 23:479–510.
  10. Kollet SJ., Maxwell RM. (2006). Integrated surface-groundwater flow modeling: A free-surface overland flow boundary condition in a parallel groundwater flow model. 29:945–958.
  11. Boone A., Habets F., Noilhan J., Clark D., Dirmeyer P., Fox S., Gusev Y., Haddeland I., Koster R., Lohmann D. 2004. The Rhone-Aggregation land surface scheme intercomparison project: An overview. J. Clim. 17:187–208.
  12. Manabe, S., & Wetherald, R. T. (1975). The effects of doubling the CO2 concentration on the climate of a general circulation model. Journal of Atmospheric Sciences, 32(1), 3-15.


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Y.-S. Lu
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自從來到學界後,便展開了一段從土木人到氣象人的水文之旅。主要專業是地球系統數值模擬,地下水與地表模式的耦合系統,以及大氣氣象模擬。目前是于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich GmbH)超級電腦中心的博士後研究員。