哈雷誕辰｜科學史上的今天：11/8

本文與 研華科技 合作，泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言，總能牽動整個 AI 產業的神經。然而，我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線，那如果哪天「網路斷了」，會發生什麼事？

想像你正在自駕車打個盹，系統突然警示：「網路連線中斷」，車輛開始偏離路線，而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭，開始暴走跳舞，甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎？當然不是！也因為如此，「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端，AI 就能在現場即時反應，不只更安全、低延遲，還能讓數據當場變現，不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ？

邊緣 AI，乍聽之下，好像是「孤單站在角落的人工智慧」，但事實上，它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前，像是企業、醫院、學校內部的伺服器，個人電腦，甚至手機等裝置，都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算，稱為邊緣運算；而在邊緣節點上運行 AI ，就被稱為邊緣 AI。簡單來說，就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力，「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

那麼，為什麼需要這樣做？資料放在雲端，集中管理不是更方便嗎？對，就是不好。

第一個不好是物理限制：「延遲」。
即使光速已經非常快，數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房，再把分析結果傳回來，中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回，就算只是幾十毫秒的延遲，對於需要「即刻反應」的 AI 應用，比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時，每一毫秒都攸關安全與精度，這點延遲都是無法接受的！這是物理距離與網路架構先天上的限制，無法繞過去。

第二個挑戰，是資訊科學跟工程上的考量：「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送，湧入的資料數據量就像超級大的水流，一下子就把水管塞爆！要避免流量爆炸，你就要一直擴充水管，也就是擴增頻寬，然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理，把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端，是不是就能減輕頻寬負擔，也能節省大量費用呢？

第三個挑戰：系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時，一旦網路不穩、甚至斷線，那怎麼辦？很多關鍵應用，像是公共安全監控或是重要設備的預警系統，可不能這樣「看天吃飯」啊！邊緣處理讓系統更獨立，就算暫時斷線，本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應，這在工程上是非常重要的考量。

所以你看，邊緣運算不是科學家們沒事找事做，它是順應數據特性和實際應用需求，一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇，是我們想要抓住即時數據價值，非走不可的一條路！

邊緣 AI 的實戰魅力：從工廠到倉儲，再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了，接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢？它強就強在能夠做到「深度感知（Deep Perception）」！

所謂深度感知，並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減，而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型，從原始數據裡面，去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

以研華科技為例，旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例，利用物件偵測模型，快速將工業產品中的瑕疵挑出來，而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測，因此品管上能達到一致性，減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中，檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品，替工廠節省大量人力，同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

此外，在智慧倉儲場域，研華與威剛合作，研華與威剛聯手合作，在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台，打造倉儲系統的 AMR（Autonomous Mobile Robot） 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣，AMR 不需要事先規劃好路線，靠著感測器偵測，就能輕鬆避開障礙物，識別路線，並且將貨物載到指定地點存放。

當然，還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning )，除了可以做備忘錄跟排程規劃以外，還能將實務上碰到的問題記錄下來，等到之後碰到類似的問題時，就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問，那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了？其實，對許多企業來說，內部資料往往具有高度機密性與商業價值，有些場域甚至連手機都禁止員工帶入，自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安，又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言，自行部署大型語言模型（self-hosted LLM）才是理想選擇。而這樣的應用，並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器，體積僅如後背包大小，卻能輕鬆支援語言模型的運作，實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現：要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型，會不會太吃資源？這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一：如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」，又不減智慧。接下來，我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

語言模型瘦身術之一：量化（Quantization）—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限，大模型卻越來越龐大，「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像：有些畫面細節我們肉眼根本看不出來，刪掉也不影響整體感覺，卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此，只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示，什麼是浮點數？其實就是你我都熟知的小數。舉例來說，圓周率是個無窮不循環小數，唸下去就會是3.141592653…但實際運算時，我們常常用 3.14 或甚至直接用 3，也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思！ 

然而，量化並不是那麼容易的事情。而且實際上，降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時，工程師會精密調整，確保效能在可接受範圍內，達成「瘦身不減智」的目標。

模型剪枝（Model Pruning）—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型，其實就是在搭建一整套類神經網路系統，並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而，在這麼多參數中，總會有一些參數明明佔了一個位置，卻對整體模型沒有貢獻。既然如此，不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候，總會雜草叢生，但這些雜草並不是我們想要的作物，這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在，而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術，就稱為 AI 模型的模型剪枝（Model Pruning）。

模型剪枝的效果，大概能把100變成70這樣的程度，說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助，但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型，僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手，採取更治本的方法：一開始就打造一個很小的模型，並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」，是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾（Knowledge Distillation）—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下，一位經驗豐富、見多識廣的老師傅，就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在，他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案，老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」，例如「為什麼我會這樣想？」、「其他選項的可能性有多少？」。這樣一來，小小的學徒模型，用它有限的「腦容量」，也能學到老師傅的「智慧精髓」，表現就能大幅提升！這是一種很高級的訓練技巧，跟遷移學習有關。

舉個例子，當大型語言模型在收到「晚餐：鳳梨」這組輸入時，它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯：50%，蝦球：30%，披薩：15%，汁：5%」。在知識蒸餾的過程中，它可以把這套機率表一起教給小語言模型，讓小語言模型不必透過自己訓練，也能輕鬆得到這個推理過程。如今，許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成，讓我們得以在資源有限的邊緣設備上，也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是！即使模型經過了這些科學方法的優化，變得比較「苗條」了，要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料，並且高速、即時、穩定地運作，仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說，要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型，真正放到邊緣的現場去發揮作用，就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

邊緣 AI 的強心臟：SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器，就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色！那麼，它到底厲害在哪？

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要？因為 GPU 的設計，天生就擅長做「平行計算」，這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的！

你想想看，那麼多數據要同時處理，就像要請一大堆人同時算數學一樣，GPU 就是那個最有效率的工具人！而且，有多張 GPU，代表可以同時跑更多不同的 AI 任務，或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果，在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎！

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房，有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計，體積相對緊湊，散熱空間也比較好（這對高功耗的 GPU 很重要！），部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算，進行「工程化」，讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格，背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場，系統穩定壓倒一切！你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧？這些設計確保了部署在現場的 AI 系統，能夠長時間、穩定地運作，把實驗室裡的科學成果，可靠地轉化成實際的應用價值。

台灣製造 × 在地智慧：打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能，能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署，及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析，還是其他 AI 相關的服務，都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務，讓企業在啟動 AI 專案前，大幅降低前期投入門檻，靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構，從精密製造、城市交通管理，到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全，都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是，這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示，這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果，往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI，不只是一項技術創新，更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場，就能被有效的「理解」與「利用」，是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石！

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A 編按：最近的《哥吉拉大戰金剛》用了「地球空心說」，將地心作為泰坦巨獸的故鄉，可你知道嗎？「地球空心說」可是由著名天文學家艾德蒙．哈雷提出的！這個猜想不只有其道理，也帶動人類探索地心的秘密。

《一切都是泛科學的陰謀》專題與你一同挖掘各種陰謀論的脈絡！「地球空心說」並不是陰謀論，但其衍生出的各種說法，卻比陰謀論還要精采，而美國也真的派出過探險隊，試圖找到極地的地心入口。

有科學腦的人，應該很討厭陰謀論吧？有些有趣又無厘頭，有些很認真的讓你皺眉頭並且開始懷疑自己。你可能會問「這些想法為什麼會存在？」但是不管在哪個時代，陰謀論都會存在來挑戰充滿證據的事實，而我們能作的除了不斷的完整事實和理論的樣貌，還能從這些陰謀論反問自己「這背後有什麼道理嗎？」

如果把「地球空心說」放到現代，絕對會被大家嘲笑吧！但是在330年前，就連最偉大的天文學家也對此深信不疑。

過去，人類對於地球的內部構造並沒有定論，各種說法存在於神話、信仰之中。而第一位有憑有據猜測地球內部構造的人，是十七世紀末，大名鼎鼎的英國天文學家艾德蒙．哈雷，大膽提出了「地球其實是空心」的理論。

哈雷的浪漫猜測

哈雷發現地球的磁場其實並沒有想像中的「穩定」，在接近極區的地方，指南針並沒有辦法準確的指向，為了解釋這個現象，他大膽地假設地球的中心是中空的……更詳細一點的描述，其實地球內部是一個大空腔，裡面裝著有 3 個不互相接觸的同心球，由外到內大小分別參考金星、火星、水星，像俄羅斯娃娃一樣套在地球中，哈雷還參考土星環的原理，推斷這些球殼靠著離心力和重力懸空且不會相撞，而就是這些浮空的內部球殼造成地球磁場的變化。

面對這多層的地球，只有最外層有住生物嗎？哈雷大膽地說：「這些內部球殼上還有生命存在，整個地球結構就像上帝創造的多層建築一樣，不同樓層有不一樣的生命。」（事實上怪物宇宙系列電影也是以此為設定，這些地方就是泰坦巨獸的家鄉）

為了完善「地球空心說」，哈雷又提出球殼內部含有「鹽水」，靠著類似玻璃的粒子阻擋來讓地面的海洋不流到底下，又在 1716 年提出影響現代地球空心說的假設，極光就是從兩極地區的大洞下噴出的發光蒸氣。

神奇的地球空心說就此誕生，甚至連哈雷本人都有點難以置信，他在 1692 年的紀錄中寫到：「講出這麼誇張又浪漫的假設，讀者可能會立刻譴責，直到我找到足夠的證據支持這個假說。」

哈雷當時剛剛好和好朋友艾薩克·牛頓撰寫科學名著「自然哲學的數學原理」(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)，和「自然哲學的數學原理」這本近代科學研究的基石寶典相比，哈雷在沒有足夠實驗方法下提出的地球空心說，某種程度上也算是近代科學史上第一個預測性質的假說，這稱不上是「陰謀論」，畢竟裡面沒有什麼違反當時認知事實的陰謀，只是一個科學家的大腦洞。

博物學家的瞎掰

但老實說，地球空心說並不是哈雷獨有的想法，例如同一時期在日耳曼地區，一位名叫阿塔納奇歐斯·基爾學（Athansius Kircher）的全才博物學家也出版過一本書叫作 “Mundus Subterraneus“ （姑且翻譯為: 世界之下），內容提到地球中間其實有個大窟窿，可能就像鐘乳石洞般，裡面除了地下湖泊外，還有岩漿和火焰，而北極有一個漩渦將海水吸入地球內部，加熱後從南極噴出。

和哈雷相比，基爾學連支撐他故事的理論都沒有。儘管現在知道哈雷錯得離譜，但是當時的科學認知和技術已經知道轉動的金屬會產生的磁場，所以如果地球磁場會有不同，可能表示地球中間不是堅硬的石頭，而是有會旋轉的岩石、金屬體吧？而且，因為磁力與引力相比影響更大，所以內部的球殼一定要處於一個絕妙的平衡來保持球殼不會崩壞。

當然在哈雷的版本中，還是有許多無法解決的問題，例如生命都需要的陽光怎麼達到內部？哈雷試著自圓其說，表示地底可能有許多凹面鏡，反射兩極製造出跟太陽一樣耀眼的光芒。

不過哈雷的地球空心說並沒有讓大家為之瘋狂，大部分人的回應是「恩，我知道了，這樣喔」，而哈雷也沒有再針對這個說法提出解釋或補強。但這也不代表他完全放棄了，事實上，他還執筆親手畫出了 3 個地殼的假設圖，成為地球空心說最標誌的圖像之一。

雖然不被廣泛討論或承認，但在缺乏任何證據的情況下，與哈雷類似的地球空心說在 18、19 世紀偶爾會再重新出現一下，並帶著新的推論和假說。

數學大師也瘋狂

在 18 世紀，地球空心說被兩個數學家研究過，他們是大名鼎鼎的李昂哈德·尤拉（Leonhard Euler）和約翰·萊斯利（John Leslie）。

在微積分、幾何學有莫大貢獻的數學大師尤拉，曾假設空心的地球內有一個直徑將近 10000 公里的溫暖球殼，然後上面住著高科技的種族；萊斯利則是相信地底下有兩個同心球殼，內部還有兩顆恆星提供光線，他將這兩顆莫名其妙出現在地球內的恆星取名為 Pluto 和 Proserpine，也就是羅馬神話的冥王和冥后。

推廣地球空心說的辣個男人——希姆斯

19世紀地球空心說最大的推崇者是美國人約翰·克里夫·西姆斯（John Cleves Symmes），在美國紐澤西誕生的他熱愛研讀自然歷史相關書籍，在 1818 年他出版自己的地球空心說：

「我主張地球是空心的，內部有無數同心球殼而且適宜居住，地球在南北極還有成12~16度的開口已獲得陽光。我發誓要證明這件事，也準備好前往地球內部探險，希望世界能夠支持我。」

作為一名多產的作家和演講者，西姆斯非常勤奮地到處宣傳他的假說，包括根據整個理論提出著作 “Symzonia: Voyage of Discovery” （姑且能譯為《西姆斯：發現之旅》），還四處募款，試圖前往兩極探險。他的主張「兩極有空洞，為地心帶來光明」的假說基礎是最廣為人知的空心說版本，也是在極地探險成真之前，眾多對兩極的幻想之一。

一波三折的南極探險計畫

西姆斯的努力吸引了幾位關鍵人物的注意，一位名為詹姆斯．麥可布萊德（James McBride）的俄亥俄州有錢人，他不只寫文章支援這個假說，還遊說肯塔基的議員理查．M．強森（Richard M. Johnson）支持前往南極的探險，沒想到理查還真的說服了當時的美國總統約翰．昆西．亞當斯（John Quincy Adams），但草案卻被國會駁回，直到下一任總統安德魯．傑克森（Andrew Jackson）上任之後，一個截然不同的南極探險計畫在 1836 年才被重新提出，但西姆斯已於 1829 年去世，無緣參與這場南極遠征。

西姆斯死後，地球空心說的代言人由俄亥俄州的一位新聞記者——傑瑞曼亞．雷諾茲（Jeremiah Reynolds）繼承。為了前往南極一探究竟，1829 年雷諾茲加入狩獵船隊，爭取前往南極的機會，但旅途一波三折，不只遭遇叛變，還被同伴流放，經歷了九死一生的冒險才回到美國。隨後 1836 年雷諾茲在國會中演講，大力推崇當時尚未定案的美國南極探險隊，他強調這將會為國家帶來光榮並加強國際事務，但是在籌劃階段他因為不滿進度和內容，所以從計畫中被開除了。

這場探險成功在傑克森總統卸任後 2 年出發，稱為 1838~1842 美國探勘船隊，由查爾斯．威爾克斯（Charles Wilkes）領導，這其實是一次非常正式的探險船隊，目的包括建立海圖、建立航線、收集科學及物種資訊……等，船隊從美國東岸出發繞過南美洲後前進太平洋，並在去程的倒數第二站造訪了南極，但是在希姆斯猜測有大洞的位置什麼都沒找到。

對地球空心說的狂熱並未停止

到此為止地球空心說可以說是正式破解了，但一直以來只要有機會，這個理論就會被丟出來解釋科學發現。例如 1846 年在西伯利亞冰原發現了猛瑪象遺骨，當下就有人懷疑它是不是從北極的大洞內部遊蕩出來、因為找食物而被困在西伯利亞，因為在猛瑪象的肚子內找到未消化的毬果，而死亡又這麼突然。

在 1864 年，還有一位大人物也出手了，也就是現代科幻小說之父凡爾納，他的作品之一《地心歷險記》就是描述一群人從冰島火山進入地心的世界探險，地心中還有大海和古生物。

1869 年一位美國煉金術士賽勒斯．提德（Cyrus Reed Teed）可以說是地球空心說的狂人，而且非常特別，在他的著作 “The Cellular Cosmogony, or The Earth, A Concave Sphere” 中，大膽的假設我們所居住的世界其實是地球的內凹面，我們頭上的天空其實是地球中心，而在我們地殼對面住著一支文明，但是因為濃霧的關係無法發現它們存在，而我們看到的月亮其實是另一個地球內部球殼。

提德還改了姓名、創立了名為 Koreshanity 的宗教，並發行雜誌來吸引信徒，為了證明我們所居住的地球面是向內凹，還使用儀器丈量地表！最後，他在佛羅里達還擁有一塊 300 英畝的土地，他和將近 250 名信徒一同活在那裡直到 1940 年。

1873 年，一位神祕學家愛德華．鮑沃爾—利頓（Edward Bulwer-Lytton）完成了 “The Coming Race”，內容有關一群住在地球內部的文明，因為發現神秘的能量來源而科技發達。

1906年，作家威廉．里德（William Reed）出版了一書 “The Phantom of the Poles”，表示其實可以搭船從地球外面到達地球內部，因為重力的作用讓他們在經過反轉時完全無感，而且很多水手其實去過了只是沒有發現。

就算是在 1913 年，此時人類已經成功到達並記錄了北極點，一位叫作馬歇爾·佳德爾（Marshall Gardner）的作家還是出版的一本叫作 “A Journey to the Earth’s Interior, or Have the Poles Really Been Discovered?” 的書質疑這件事，書中表示許多已經滅絕的生物其實都住在地球內部，因為地球誕生時，離心力形成了最外層的地殼，但是內部還有一個較重的殼，並持續接收地心的熱度。

但是隨著我們對地球越來越瞭解，我們知道這些假說真的都是空穴來風，而在事實確認之下，已經是陰謀論的等級了。

終結地球空心說的女科學家——英厄．萊曼

20 世紀中期，第一位飛行橫跨南北極的人：理查德．伯德(Richard E. Byrd)在他的飛行紀錄回報中完全沒有提到任何大洞；1959 年一艘美國潛水艇從北極圈冰山下鑽過然後在北極地區重新出現，表示沒有大洞；儘管到今天我們在兩極都有觀測站了，還是沒有大洞存在。

1929 年，丹麥的地科學家英厄．雷曼（Inge Lehmann）藉由測量地震產生各種不同的波，推斷地球內有較靠近外部的液態構造和最裡面的固體核心，而這些液態物質的攪動、流動造成了磁場和變化，之後經過無數的實驗和驗證我們總算可以斷定……地球內部不是空的，但是某種程度上哈雷講的也沒有錯，因為我們的地球內部的結構的確有很多不同的層，包括地殼、地函、地心……等。

儘管錯得離譜，哈雷的地球空心說讓大家發現了一個可能從來沒問過的問題，激起了後來科學家們研究這件事的興趣，作為啟蒙時代的起步者，這可以說是一個有益於後代進步的有趣陰謀論，科學有趣的地方在於它的反覆驗證、質疑並且修正的特性，我們可以從錯誤的主張，逐漸導出正確的路。

參考資料：

• Fantastically Wrong: The Legendary Scientist Who Swore Our Planet Is Hollow
• Lockhaven.edu: Turning the Universe Inside-Out.
• encyclopedia.com-philosophy and religion-hollow earth
• The Origin of the Hollow Earth Theory

十八世紀，歐洲正值啟蒙運動（Enlightenment），崇尚理性，強調勇於求知、挑戰權威；當時的思想家普遍認為，理性的發展可以為人類帶來福祉、改善社會與生活——這樣的信念其來有自：從哥白尼創立日心說、1543年出版《天體運行論》開始，到1632年伽利略的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》為哥白尼辯護，再到牛頓於1687年發表《自然哲學的數學原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica，簡稱Principia），闡述三大運動定律和萬有引力定律，人類對世界的理解，產生翻天覆地的變化；同時，不只物理學，包括數學、化學、生物學等等，都出現突破性進展。

史稱科學革命的這段時期，大大加深了人們對理性求取知識的信心。

然而，每當有新的科學理論出現，社會不見得能馬上接受，或要經歷觀點的衝突與思想的轉化；隨著證據越來越多，最後才獲得大多數人認同。牛頓在發表他的理論之初，同樣面臨其他學說的競爭；其之所以能夠廣為人知、最終成為學界主流，某位女性居功厥偉──她參與了十八世紀學派間的論戰，也是史上第一位深刻理解牛頓學說的女性；她將牛頓以拉丁文寫成、內容艱澀的《自然哲學的數學原理》翻譯成法文，並鉅細靡遺地加上自己的解說和註釋。法國當時是歐洲最強盛的國家，《自然哲學的數學原理》法文版的出現，對牛頓思想的普及帶來很大幫助，也間接促進其地位的確立。奈何她的婚外情人名聲太過響亮，使其推廣科學的成就往往被後人忽略。

她，就是埃米莉．沙特萊（Émilie du Châtelet）。

良好的家世與顯赫的婚姻

加布里埃勒．埃米莉．勒托內利耶．德布勒特伊（Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil）出生於1706年12月17日的巴黎。她的父親是服務法國路易十四朝廷的高級官員，也是文學愛好者，常定期邀請文人至其寓所聚會。因著良好家世，埃米莉從小就接受多元的教育，學習外語、馬術、體能、戲劇、舞蹈和音樂等等，甚至也被鼓勵發展科學和數學上的興趣（這對當時的女性來說是可遇不可求的），還認識許多知名學者與作家。年僅十二歲，埃米莉便能說流利的拉丁文、義大利文、希臘文與德文；到了十六歲，更被父親引介至凡爾賽宮，與其他王公貴族交遊。在當時的法國，很難有比這更優渥的童年了。

只不過，就算擁有再顯赫的出身與再高的學識，埃米莉都無法決定自己的終身大事。十九歲的時候，她接受家裡安排，嫁給大她十歲的軍官──沙特萊－羅蒙侯爵（Marquis du Châtelet-Lomont）。成為夫妻的兩人，卻一絲共同點都沒有：她聰明、機智、喜歡接觸新知，沙特萊－羅蒙卻很遲鈍、沒有智識上的興趣；她喜歡巴黎以及宮廷的社交生活，丈夫卻因職務之故長期不在巴黎，社交圈也僅止於軍中同袍。對埃米莉而言，這段婚姻完全沒有任何激情成份，只是盡義務罷了。然而，這樁婚事倒也不是沒有好處──埃米莉得到了更高的社經地位，甚至擁有在皇后面前坐凳子的特權，旅行時還能有自己的隨扈。而伴隨婚姻而來的，是豐富的物質生活，與填補不了的感情空虛。

沙特萊－羅蒙侯爵作為邊境地帶的領主，常需要參與戰事。丈夫遠行時，埃米莉就回到巴黎，參加凡爾賽宮的社交活動，包括賭博，更是皇后牌桌上的常客。結婚之後數年，他們的子女相繼出生，年僅二十多歲的埃米莉，已是三個孩子的媽。當時的貴族家庭，父母並不親自照顧小孩，孩子出生後便給奶媽帶大；她就跟當時其他的貴族女性一樣，不用負擔子女的照料和家事，生活奢華、喜歡華貴的衣服和鞋子、穿戴價格高昂的首飾。

這時候的埃米莉，還很難讓人想像，有朝一日將成為十八世紀屈指可數的女性科學家。

與伏爾泰的相遇，成了邁向科學的契機

1733年，就在埃米莉放縱於巴黎的紙醉金迷時，能夠幫助她展現才華的人出現了──長她十二歲的阿魯埃（François-Marie Arouet），筆名伏爾泰（Voltaire）。

伏爾泰是優秀的思想家和哲學家／作家，也是啟蒙運動的代表人物；他常年批評時政與羅馬教廷，宣揚公民權、宗教自由以及政教分離；因為曾在英格蘭住過，伏爾泰對牛頓及其他英國學者的思想很是熟悉。雖然兩人早在多年前就打過照面，年輕的他們並沒有發展出長期的友誼關係；而這次相會，機智風趣的伏爾泰，馬上就和埃米莉成為很好的朋友，一起參加歌劇、戲劇、出入凡爾賽宮。

在那個年代，自然科學尚未獨立成為學門，只被歸類為哲學的一個分支──自然哲學；因為埃米莉對自然哲學很有興趣，伏爾泰於是引介巴黎最熟悉牛頓理論的科學家莫佩爾蒂[1]（Pierre-Louis Moreau de Maupertuis），給她上科學和數學課。

長期處於情感匱乏狀態的埃米莉，見到年紀相近、又是科學家的青年才俊莫佩爾蒂，瞬間墜入情網。她顧不得自身已婚，宛如少女情竇初開那般，將愛慕轉化為綿綿不絕的情書。然而，莫佩爾蒂或許對埃米莉過於濃烈的愛意感到負擔，轉而請另一位學者克萊羅[2]（Alexis-Claude Clairaut）代替自己教導她。比埃米莉小七歲的克萊羅，是天份洋溢的數學家，聞名歐洲；他不但和埃米莉成為一生的朋友，也是其日後科學工作的夥伴。

或許可以說，埃米莉能在科學路上有所成就，除了靠自身天份與努力外，也多虧這三位益友在途中的幫助。

遠離塵囂

1735年，伏爾泰因為出版的新書觸怒法國政府，被迫離開巴黎；埃米莉提供位於法國東部的上馬恩省（Haute-Marne）、距巴黎275公里的西雷莊園（Château de Cirey）給伏爾泰避難。過了幾個月，埃米莉也搬到西雷莊園與伏爾泰同住。此時的兩人，已成為熱戀中的情侶；沙特萊－羅蒙侯爵，也就是埃米莉的丈夫，對妻子另結新歡抱持默許的態度──畢竟他們的婚姻早就名存實亡。

西雷莊園成為兩人哲學／科學工作的中心，房間擺滿書籍和科學儀器，藏書量甚至媲美大學圖書館。和學術圈保持密切聯繫的同時，他們也邀請學者／朋友到莊園拜訪或長住。兩人遠離了巴黎社交圈，也遠離閒言閒語；白天研讀科學，晚上和朋友開宴會同歡。這時候的埃米莉，生活有好一部份重心都轉移到數學和科學上，即使短暫回巴黎也不忘記學習；她更將西雷莊園稱為「哲學與理性之地」。

在科學圈的初試啼聲

1737年，法國皇家科學院（現為法國科學院）的年度論文競賽，主題是火的本質與傳播。埃米莉寫了139頁的論文，嘗試整理所有已知的火焰性質並做出論述。雖然沒有提出新的實驗發現或理論，但她在論文裡提到：「太陽的光線呈現黃色，所以相較於其他顏色的光，太陽在本質上必然投射出較多的黃光。⋯⋯很有可能在其他的（恆星）系統，有的太陽會投射出更多紅色、或綠色等等的光線⋯⋯」這段推測與目前的科學認知，在概念上非常接近。

後來，論文獎項由瑞士出身的數學家歐拉[3]（Leonhard Euler）和另外兩位學者奪得；這讓埃米莉、以及也有參加競賽的伏爾泰傷心極了，埃米莉甚至寫信，向評審之一的老朋友莫佩爾蒂抱怨。此時的她並不知道，贏得殊榮的歐拉將成為有史以來最偉大的數學家之一，輸給歐拉一點都不是什麼可恥的事。無論如何，1738年，法國皇家科學院將參與競賽的優秀論文彙整出版，其中便包括埃米莉和伏爾泰的論文。

《物理學教程》的出版

1740年，鑑於當時的法文物理學教科書都已過時，沒有納入近幾十年的物理學發展，在朋友勸說下，埃米莉將她教導兒子的物理學基礎內容整理成冊，匿名出版《物理學教程》（Institutions de Physique）。事實上，埃米莉對出書並不陌生：兩年前，伏爾泰出版著名的《牛頓哲學要素》（Éléments de la philosophie de Newton），嘗試為牛頓哲學提供清楚易懂的解釋；一般相信埃米莉對這本書的內容貢獻良多，只是沒有被列為作者。

《物理學教程》主要在介紹當時（尤其是牛頓）的物理學理論，但同時也採用知名數學家萊布尼茲[4]（Gottfried Wilhelm Leibniz）的觀點，討論當時最前沿的物理學爭議──活力（vis viva，意為活著的力）。早在十七世紀，聲名遠播的哲學家笛卡兒[5]（René Descartes）及其追隨者便提出，在力學系統內，若把每個物體的「質量」[6]和其「速率」相乘，再加總起來，會是守恆的。過了幾十年，萊布尼茲卻聲稱，真正守恆的量，是把每個物體的「質量」和其「速率的平方」相乘，再加總──他把這個物理量稱為活力。同時，牛頓也參了一腳：他指出，在某些特定系統裡（例如兩個軟物體互撞），萊布尼茲的說法顯然有誤。

十八世紀的學界，對動量、力、功、能量、質量這些我們現今熟知的概念並不清楚。活力的爭議會延續這麼多年，一方面是因對詞彙的運用與定義不清，另一方面學界也找不到所有狀況都適用的原則。

埃米莉本身雖然是牛頓學說的支持者，但在《物理學教程》中，進一步發展萊布尼茲的觀點，並採用當時另一位科學家的實驗觀測，論證活力應該要正比於「速率的平方」才對。沒想到，這本書關於活力的討論，後來卻引起軒然大波。

接踵而來的人際糾紛、歧視與批評

埃米莉在撰寫《物理學教程》的時候，曾就萊布尼茲的理論向某位學者請教。然而，這位學者後來卻散布謠言，聲稱埃米莉正在寫的書抄襲他的著作；埃米莉自然是一概否認。換個角度想，既然埃米莉曾向其諮詢，那麼書中針對萊布尼茲學說的介紹，有一定程度受到對方的觀點影響，或許也不是那麼奇怪。無論如何，這件事後來不了了之，《物理學教程》也順利出版。世人無從得知兩人之間究竟發生什麼事，只懷疑是跟金錢糾紛有關。

福無雙至禍不單行，在《物理學教程》出版後不久，法國皇家科學院的秘書德邁蘭（Jean-Jacques d’Ortous de Mairan）發表公開信，質疑書中內容。原來，埃米莉在《物理學教程》裡，除了採用萊布尼茲的觀點之外，還評論了德邁蘭支持笛卡兒／牛頓一派的論文；德邁蘭作為堂堂學者，又是皇家科學院的秘書，實在無法忍受被學界名不見經傳的女人批評。在公開信中，德邁蘭質疑女人善變、埃米莉腦袋有問題，並堅持埃米莉錯誤詮釋他的科學工作、對數學的理解也不完全。

埃米莉無法忍受德邁蘭的無稽之談；她即時針對信中批評，以體面、整潔的語調逐一反駁，並將回應寄給皇家科學院眾多成員。埃米莉一戰成名，也讓眾人看到她確實學有專精。為此，在1742年《物理學教程》再版裡，埃米莉除了就部份內容做修改之外，也把自己和德邁蘭隔空交火的信件附上，讓讀者自行判斷孰是孰非。這次她不但不再隱去姓名，還加上自己的畫像。一般而言，人們大多認為埃米莉在這次爭論中贏了德邁蘭。

從科學發展史的角度來看，埃米莉的《物理學教程》，是一本嘗試向法語國家推銷英國學說，卻又努力不傷害國家民族感情的著作──大自然畢竟不分國界。她特地旁徵博引許多法文參考資料，以作為論述的佐證；像是，莫佩爾蒂和克萊羅於1736年率領法國遠征隊，到芬蘭的拉普蘭（Lapland）測量子午線長度，最終證實地球為扁圓形──跟莫佩爾蒂和克萊羅基於牛頓理論的研究結果吻合。這本書將牛頓學說的基本概念，包括物體的運動以及萬有引力，介紹給一般大眾。可以說，《物理學教程》的撰寫，以及引發的一系列討論，都讓埃米莉更有能力面對她畢生最大的成就──翻譯牛頓的《自然哲學的數學原理》。

埋首新計畫：《自然哲學的數學原理》的翻譯工作

好些年來，伏爾泰和埃米莉在西雷莊園過著只羨鴛鴦不羨仙的生活，然而再親密的伴侶終究還是得面對時間的考驗。1743年以後，兩人的互動充滿緊張與爭吵；伏爾泰出外旅行時，寄給埃米莉的信不但越來越少，內容也不再情話綿綿。他們的關係，就在伏爾泰出軌後嘎然而止──儘管如此，兩人可能過於習慣彼此，分手後還是一起旅行、一起生活。

失去了感情上的寄託，埃米莉埋首書堆，專注於牛頓哲學的研究。1745年，她展開新計畫，打算將牛頓的科學鉅作《自然哲學的數學原理》由拉丁文翻譯成法文。當時牛頓已去世18年，《自然哲學的數學原理》也已問世58年，卻一直沒有完整的法文譯本。這本書充滿了複雜難解的數學，沒有兩把刷子是翻譯不來的。對埃米莉而言，這個工作不但可以讓自己的學識被眾人肯認，二來她也希望能夠增加眾人對牛頓學說的接受度──基本上，當時牛頓的理論只在英國廣為流傳，並不被歐洲大陸多數學者認同。

1745年末到1746年初，待法國政府和出版社的同意都下來之後，埃米莉終於能夠著手進行這將讓她聲名遠播的計畫。因為書中許多地方都需要用數學重新驗證並做解釋，她於是找了克萊羅協助處理數學的部份。《自然哲學的數學原理》是大部頭著作，共分三本；前兩本講述物體的運動，第三本則談論牛頓的世界體系，尤其是萬有引力在天文學（包括太陽系）上的應用。埃米莉花了兩年多，還沒能將翻譯完成。

轟轟烈烈地去愛

1748年，埃米莉和伏爾泰到呂內維爾[7]（Lunéville）旅行，拜訪他們的朋友、也是當時法國皇后的父親──前波蘭國王萊什琴斯基（Stanisław Leszczyński），史稱斯坦尼斯瓦夫一世。在那裡，埃米莉認識了聖－蘭伯特（Jean-François de Saint-Lambert），一個平凡乏味、在學識上也不如她的詩人。

愛情或許真的沒什麼道理可言，埃米莉愛上了聖－蘭伯特。在呂內維爾的日子，她瘋狂得不顧一切：不顧對方才學平庸、不顧自己的地位、不顧親人和朋友的看法、捨棄了翻譯工作，一心只想著情人；她經常寫情書給聖－蘭伯特，來回穿梭於兩人的房間。這是埃米莉最後一次轟轟烈烈的戀愛，愛上一個在各方面完全都不如她的人。

一開始，伏爾泰對兩人的曖昧裝作不知情，但事情演變到後來，就算再遲鈍的人都看得出來他們關係匪淺。儘管伏爾泰和埃米莉已經分手，也曾有過爭吵、衝突，但他和埃米莉之間的感情非常深刻，兩人十多年來一直是生活和學識上的好夥伴──伏爾泰再也不能坐視不管了！

伏爾泰半強迫地把埃米莉帶回巴黎，卻發現一切都已太遲──埃米莉懷孕了。在現代，與婚外情人有孩子雖然並不少見，但在多數人眼裡也不是什麼光榮的事；考量到當時的年代，以及埃米莉的貴族身份，想必不是打哈哈就能過去的。

沒辦法之下，埃米莉只得和伏爾泰商談，如何把懷孕的消息告知她的丈夫，沙特萊－羅蒙侯爵。就在某一天，兩人找了聖－蘭伯特和沙特萊－羅蒙，齊聚西雷莊園，打算把事情交待清楚。出乎意料地，沙特萊－羅蒙侯爵最終接受了這個事實。

鞠躬盡瘁，死而後已

解決懷孕的事情後，埃米莉在巴黎繼續翻譯工作，克萊羅每天也都會來幫忙她。直到1749年6月，已經六個月身孕的埃米莉，才和伏爾泰啟程前往呂內維爾待產。

儘管是高齡產婦，埃米莉仍然不眠不休地工作，希望趕在第四個孩子出生前，將翻譯工作做完。完成書稿的最後一個月，她常常每天工作十七個小時，到凌晨五點才休息；當睡魔來襲，她就把雙臂浸到冰水裡，以恢復專注。《自然哲學的數學原理》翻譯，埃米莉在臨盆前幾天才大功告成。

1749年9月4日，埃米莉生下一個小女嬰；過程看似順利，之後她卻開始發燒，病情每況愈下。到了9月10日晚上，在丈夫、以及前後任情人伏爾泰和聖－蘭伯特的環繞下，埃米莉撒手人寰。她的小孩在活了一些時日後，也跟隨母親的腳步而去。

伏爾泰對埃米莉的死悲痛不已；在給普魯士國王腓特烈二世（Frederick II）的信中，他寫到：「我失去了一個認識二十五年的朋友、缺點是身為女人的偉大男人──全巴黎都尊崇與為之哀悼。」雖然從現代性別平等的角度來看，這句話很有問題，卻是十八世紀的伏爾泰，所能給予女性的最高讚美。

回想埃米莉最後的日子，她簡直就像是早已預知自己的死亡，才趕在臨盆前把翻譯完成。但話又說回來，如果她不要那麼拼命，把身體狀況調整好，是否可能捱過難產、並在日後繼續完成翻譯工作呢？永遠都沒有人知道了⋯⋯

《自然哲學的數學原理》的出版

埃米莉去世十年後，克萊羅將她的《自然哲學的數學原理》法文譯本出版，由伏爾泰撰寫前言。翻譯分成兩冊：第一冊包含原《自然哲學的數學原理》前兩本內容，埃米莉在後面也加上目錄，解釋書內物理概念和詞彙的定義，並標註書中位置；第二冊即原《自然哲學的數學原理》第三本──考慮到大多數人可能無法理解箇中深奧，埃米莉還附上自己長達286頁的譯註，以及關於數學的附錄。

埃米莉的譯註，完全可以當作是《自然哲學的數學原理》閱讀手冊；她用清晰的文字補充說明內容，並旁徵博引，引述牛頓及其他科學家的話、提及當代學者的研究成果，以作為牛頓理論的印證；除此之外，埃米莉也述說天文學歷史上的重要發現，像是哥白尼太陽系模型、克卜勒行星運動定律等等。

埃米莉的《自然哲學的數學原理》翻譯，是至今為止唯一一本完整法文譯本，也是公認的標準版本。她的翻譯促進牛頓學說在歐洲的擴散與研究、幫助同時代的人理解牛頓的物理理論，也象徵了十八世紀女性在科學與數學上的最高成就。若沒有對數學的專精知識，與對牛頓哲學的深入理解，絕對無法適切翻譯這本科學史上最重要的論著──光憑這一點，當時的許多男性學者都不可能做到。

奔放不羈的科學傳播者

埃米莉生前不但被選為義大利波隆那科學院（Academy of Sciences of the Institute of Bologna）的成員，也是十八世紀極少數的女性科學家。她不到四十三歲便去世，不只是歐洲科學界的損失，也是全體人類的損失。

埃米莉長得高挑、漂亮，海洋般的綠色眼珠搭配較深的膚色，聰明高雅又熱情，多才多藝，在科學、歌劇、戲劇上都有所長，毫無疑問會是社交場合目光的焦點、討人喜愛。另一方面，她率情、率性、奔放不羈又自負，喜歡穿著裝飾華麗的禮服、展露身上昂貴的鑽石，生活花費龐大，常因為債務而必須跟伏爾泰借錢。她不是溫柔婉約的女性，當時的貴族文化更讓她不會犧牲奉獻當什麼慈母；其一生最大的成就，是在被男性佔據的科學界爭得一席之地。即使到現在，也很少科學界的女性像埃米莉那樣，生活充滿了鮮明對比。

埃米莉沒有開創新的科學理論，但是促進了科學的發展；她生來為愛、為被愛、願意為愛犧牲一切，而她最後確實也為喜愛的科學，工作到最後一刻，並在她的愛人陪伴下離開世界。時至今日，我們仍然可以在呂內維爾的聖－雅克教堂（The Church Saint-Jacques）入口旁，看到她的灰色大理石墓碑，寫著：加布里埃勒．埃米莉．勒托內利耶．德布勒特伊，沙特萊侯爵夫人⋯⋯科學與哲學的女性。

參考資料

• Rachel Swaby (2015), Headstrong: 52 Women Who Changed Science-and the World, Broadway Books.
• Sarah Hutton, Emilie du Châtelet’s Institutions de physique as a document in the history of French Newtonianism, Stud. Hist. Phil. Sci. 35, 515 (2004).
• Katherine Brading (2018), Émilie Du Châtelet and the Foundations of Physical Science, Routledge.
• Dora E. Musielak, The Marquise du Châtelet: A Controversial Woman of Science, arXiv:1406.7401 [math.HO].
• Robyn Arianrhod (2012), Seduced by Logic: Émilie Du Châtelet, Mary Somerville and the Newtonian Revolution, Oxford University Press.
• Ian Davidson (2012), Voltaire: A Life, Pegasus Books.
• George E. Smith, The vis viva dispute: A controversy at the dawn of dynamics, Physics Today 59, 10, 31 (2006).

註釋

• [1] 皮埃爾．路易．莫佩爾蒂（Pierre Louis Moreau de Maupertuis，1698-1759）是法國數學家和哲學家，最知名的成就為提出物理學的最小作用量原理。
• [2] 亞歷克西斯．克勞德．克萊羅（Alexis Claude Clairault，1713-1765）是法國的數學家和地球物理學家，最知名的成就為其關於地球幾何形狀的數學定理。
• [3] 李昂哈德．歐拉（Leonhard Euler，1707-1783）是出生於瑞士的數學家，近代數學的先驅，在諸多數學和物理領域都有傑出貢獻。
• [4] 哥特佛萊德．威廉．萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716），德國數學家與科學家，最知名的工作為發展出微積分概念。
• [5] 勒內．笛卡兒（René Descartes，1596-1650），法國哲學家與科學家，也是首位強調運用理性發展自然科學的思想家，留有名言「我思故我在」，對數學的解析幾何做出重要貢獻。
• [6] 事實上，當時還沒有「質量」的完整概念。笛卡兒本人用的詞彙是物體的「大小」。
• [7] 呂內維爾（Lunéville）位於法國東部，是默爾特－摩澤爾省（Meurthe-et-Moselle  department）的一個市鎮。