第一部科幻作品《科學怪人》的誕生──〈談科論幻話創意〉

星際捷徑

一個無底深淵怎能成為星際飛行的捷徑呢？原來按照愛因斯坦的理論，黑洞是一個時空曲率趨於無限大——也就是說，時空本身已「閉合」起來的區域。但往後的計算顯示，若收縮的星體質量足夠大的話，時空在閉合到某一程度之後，會有重新開敞的可能，而被吸入的物體，將可以重現於宇宙之中。只是，這個「宇宙」已不再是我們原先出發的宇宙，而是另一個宇宙、另一個時空（姑毋論這是甚麼意思）。按照這一推論，黑洞的存在，可能形成一條時空的甬道（稱為「愛因斯坦－羅森橋接」），將兩個本來互不相干的宇宙連接起來。

這種匪夷所思的推論固然可以成為極佳的科幻素材，但對於克服在我們這個宇宙中的星際距離，則似乎幫助不大。然而，一些科學家指出，愛因斯坦所謂的另一個宇宙，很可能只是這一宇宙之內的別的區域。如果是的話，太空船便可由太空的某處飛進一個黑洞之內，然後在遠處的一個「白洞」（white hole）那兒走出來，其間無須經歷遙遠的星際距離。把黑洞和白洞連結起來的時空甬道，人們形象地稱之為「蛆洞」、「蛀洞」或「蟲洞」（wormhole）。

「蛆洞」是否標誌著未來星際旅行的「捷徑」呢？不少科幻創作正以此為題材。其中最著名的，是《星艦奇航記》第三輯《太空站深空 9 號》（Deep Space Nine, 1993-1999），在劇集裡，人類發現了一個遠古外星文明遺留下來的「蛆洞」，於是在旁邊建起了一個龐大的星際補給站，成為了星際航運的聚散地，而眾多精彩的故事便在這個太空站內展開。

我方才說「最著名」，其實只限於《星艦》迷而言。對於普羅大眾，對於「蛆洞」作為星際航行手段的認識，大多數來自二○一四年的電影《星際效應》（Interstellar，港譯：《星際啟示錄》），其間人類不但透過蛆洞去到宇宙深處尋找「地球 2.0」（因為地球環境已大幅崩壞），男主角更穿越時空回到過去，目睹多年前與年幼女兒生離死別的一幕。電影中既有大膽的科學想像，也有感人的父女之情，打動了不少觀眾。大家可能有所不知的是，導演基斯杜化．諾蘭（Christopher Nolan, 1970-）邀請了知名的黑洞物理學基普．索恩（Kip Thorne, 1940-）作顧問，所以其中所展示的壯觀黑洞景象，可不是憑空杜撰而是有科學根據的呢！

那麼蛆洞是否就是人類進行星際探險的寄託所在呢？

然而事情並非這麼簡單。我們不要忘記，黑洞的周圍是一個十分強大的引力場，而且越接近黑洞，引力的強度越大，以至任何物體在靠近它時，較為接近黑洞的一端所感受到的引力，與較為遠離黑洞的一端所感受到的，將有很大的差別。這種引力的差別形成了一股強大之極的「潮汐張力」（tidal strain），足以把最堅固的太空船（不要說在內的船員）也撕得粉碎。

潮汐張力的危險不獨限於黑洞，方才提及的中子星，其附近亦有很強的潮汐力。 拉瑞．尼文（Larry Niven, 1938-，港譯：拉利．尼雲）於一九六六年所寫的短篇〈中子星〉（Neutron Star），正以這一危險作為故事的題材。

尤有甚者，即使太空船能抵受極大的潮汐力，在黑洞的中央是一個時空曲率趨於無限，因此引力也趨於無限的時空「奇點」（singularity）。太空船未從白洞重現於正常的時空，必已在「奇點」之上撞得粉碎，星際旅程於是變了死亡旅程。

然而，往後的研究顯示，以上的描述只適用於一個靜止的、沒有旋轉的黑洞，亦即「史瓦西解」所描述的黑洞。可是在宇宙的眾多天體中，絕大部分都具有自轉。按此推論，一般黑洞也應具有旋轉運動才是。要照顧到黑洞自旋的「場方程解」，可比單是描述靜止黑洞的史瓦西解複雜得多。直至一九六三年，透過了紐西蘭數學家羅伊・卡爾（Roy Kerr, 1934-）的突破性工作，人類才首次得以窺探一個旋轉黑洞周圍的時空幾何特性。

旋轉的黑洞

科學家對「卡爾解」（The Kerr solution）的研究越深入，發現令人驚異的時空特性也越多。其中一點最重要的是：黑洞中的奇點不是一個點，而是一個環狀的區域。即只要我們避免從赤道的平面進入黑洞，理論上我們可以毋須遇上無限大的時空曲率，便可穿越黑洞而從它的「另一端」走出來。

不用說，旋轉黑洞（也就是說，自然界中大部分的黑洞）立即成為科幻小說作家的最新寵兒。

一九七五年，喬．哈德曼（Joe Haldeman,1943-）在他的得獎作品《永無休止的戰爭》（The Forever War, 1974）之中，正利用了快速旋轉的黑洞（在書中稱為「塌陷體」——collapsar）作用星際飛行——以及星際戰爭得以體現的途徑。

由於黑洞在宇宙中的分佈未必最方便於人類的星際探險計劃，一位科學作家阿德里安．倍里（Adrian　Berry,1937-2016）更突發奇想，在他那充滿想像的科普著作《鐵的太陽》（The Iron Sun, 1977）之中，提出了由人工製造黑洞以作為星際轉運站的大膽構思。

要特別提出的一點是，飛越旋轉黑洞雖可避免在奇點上撞得粉碎，卻並不表示太空船及船上的人無須抵受極強大的潮汐力。如何能確保船及船員在黑洞之旅中安然無恙，是大部分作家都只有輕輕略過的一項難題。

此外，按照理論顯示，即使太空船能安然穿越黑洞，出來後所處的宇宙，將不是我們原先出發的那個宇宙；而就算是同一個宇宙，也很可能處於遙遠的過去或未來的某一刻。要使這種旅程成為可靠的星際飛行手段，科幻作家唯有假設人類未來對黑洞的認識甚至駕馭，必已達到一個我們今天無法想像的水平。

然而，除了作為星際飛行途徑，黑洞本身也是一個怪異得可以的地方，因此也是一個很好的科幻素材。黑洞周圍最奇妙的一個時空特徵，就是任何事物——包括光線——都會「一進不返」的一道分界線，科學家稱之為「事件穹界」（event horizon）。這個穹界（實則是一個立體的界面），正是由當年史瓦西計算出來的「史瓦西半徑」（Schwarzschild radius）所決定。例如太陽的穹界半徑是三公里，也就是說，假若一天太陽能收縮成一個半徑小於三公里的天體，它將成為一個黑洞而在宇宙中消失。「穹界」的意思就是時空到了這一界面便有如到了盡頭，凝頓不變了。

簡單地說，穹界半徑就是物體在落入黑洞時的速度已達於光速，而相對論性的「時間延長效應」（time dilation effect）則達到無限大。對太空船上的人來說，穿越界面的時間只是極短的頃刻，但對於一個遠離黑洞的觀測者，他所看到的卻是：太空船越接近界面，船上的時間變得越慢。

而在太空船抵達界面時，時間已完全停頓下來。換句話說，相對於外界的人而言，太空船穿越界面將需要無限長的時間！

無限延長的痛苦

了解到這一點，我們便可領略波爾．安德遜（Poul Anderson, 1926-2001）的短篇〈凱利〉（Kyrie, 1968）背後的意念。故事描述一艘太空船不慎掉進一個黑洞，船上的人自是全部罹難。但對於另一艘船上擁有心靈感應能力的一個外星人來說，情況卻有所不同。理由是她有一個同樣擁有心靈感應能力的妹妹在船上，而遇難前兩人一直保持心靈溝通。由於黑洞的特性令遇難的一剎（太空船穿越穹界的一剎）等於外間的永恆，所以這個生還的外星人，畢生仍可在腦海中聽到她妹妹遇難時的慘叫聲。

安德遜這個故事寫於一九六八年，可說是以黑洞為創作題材的一個最早嘗試。

太空船在穹界因時間停頓而變得靜止不動這一情況在阿爾迪斯一九七六年寫的《夜裡的黑暗靈魂》（The Dark Soul of the Night）中，亦有頗為形象的描寫。恆星的引力崩塌，在羅伯特．史弗堡（Robert Silverberg）的《前往黑暗之星》（To the Dark Star, 1968）之中卻帶來另一種（雖然是假想的）危險。故事中的主人翁透過遙感裝置「親身」體驗一顆恆星引力塌陷的過程，卻發覺時空的扭曲原來可以使人的精神陷於瘋狂甚至崩潰的境地。

以穹界的時間延長效應為題材的長篇小說，首推弗雷德里克．波爾（Frederik Pohl, 1919-2013）的得獎作品《通道》（Gateway, 1977），故事描述人類在小行星帶發現了由一族科技極高超的外星人遺留下來的探星基地。基地內有很多完全自動導航的太空船，人類可以乘坐這些太空船穿越「時空甬道」抵達其他的基地，並在這些基地帶回很多珍貴的，因此也可以令發現者致富的超級科技發明。

故事的男主角正是追尋這些寶藏的冒險者之一。他和愛人和好友共乘一艘外星人的太空船出發尋寶，卻不慎誤闖一顆黑洞的範圍。後來他雖逃脫，愛人和好友卻掉進黑洞之中。但由於黑洞穹界的時間延長效應，對於男主角來說，他的愛人和好友永遠也在受著死亡那一刻的痛苦，而他也不歇地受著內疚與自責的煎熬。

故事的內容由男主角接受心理治療時逐步帶出。而特別之處，在於進行心理治療的醫生不是一個人，而是一副擁有接近人類智慧的電腦。全書雖是一幕幕的人機對話，描寫卻是細膩真摯、深刻感人，實在是一部令人難以忘懷的佳作。

由於這篇小說的成功，波氏繼後還寫了兩本續集：《藍色事件穹界以外》（Beyond the Blue Event Horizon, 1980）及《希徹會晤》（Heechee Rendezvous, 1984）。而且兩本都能保持很高的水準。

時間延長效應並非一定帶來悲劇。在先前提及的《永無休止的戰爭》的結尾，女主角正是以近光速飛行（而不是飛近黑洞）的時間延長效應，等候她的愛侶遠征歸來，為全書帶來了令人驚喜而又感人的大團圓結局。

七○年代末的黑洞熱潮，令迪士尼（Walt Disney）的第一部科幻電影製作亦以此為題材。在一九七九年攝製的電影《黑洞》（The Black Hole）之中，太空船「帕魯明諾號」在一次意外中迷航，卻無意中發現了失蹤已久的「天鵝號」太空船。由於「天鵝號」環繞著一個黑洞運行，船上的人因時間延長效應而衰老得很慢。這艘船的船長是一個憤世疾俗的怪人，他的失蹤其實是故意遠離塵世。最後，他情願把船撞向黑洞也不願重返文明。

比起史提芬．史匹堡（Steven Spielberg, 1946-）的科幻電影，這部《黑洞》雖然投資浩大，拍來卻是平淡乏味，成績頗為令人失望。除了電影外，科幻作家艾倫．迪安．霍斯特（Alan Dean Foster, 1946-）亦根據劇本寫成的一本同名的小說。

——本文摘自《超次元．聖戰．多重宇宙》，2023 年 11 月，二○四六出版，未經同意請勿轉載。

• 作者／寒波

如果你收到寫作主題「從醫學技術到生命藝術－後人類與後物種」，你會怎麼理解這個題目？嗯，這題一定有人寫過，萬事問 Google，演算法讓一篇 2006 年的論文名列前茅，就從它開始好了。

藝術家的身體改造

這篇已顯過時的文章〈醫學干預—視覺藝術遇見醫學技術（Medical interventions—visual art meets medical technology）〉，提到幾位藝術家及他們的創作，第一位叫作奧蘭（Orlan）。這位法國藝術家最出名的事蹟，是在 1990 年代經歷多次整形手術，將自己身體的某部分改造成蒙娜麗莎、維納斯的外觀。

自己整形昭告天下，來反思別人的整形，奧蘭以自體為素材的創作轟動一時。她較新的新聞是 2013 年時，控告女神卡卡 2011 年的〈天生完美〉音樂錄影帶，抄襲她 1996 年的概念，並且索賠 3170 萬美金。最後奧蘭敗訴，還要賠償 1.8 萬美金。她應該是沒有演出行為藝術的意思。

整形手術自古有之，隨著醫學技術不斷進步，如今「醫美」成效可謂鬼斧神工，身體改造程度遠超過奧蘭的人也為數不少。然而，現實世界中最激進的肉體改造實踐，在科幻想像中只能算是幼幼班。

科幻很豐滿，現實很骨感

許多科幻作品中，運用自如的義肢和指甲彩繪同等級，大腦如電腦可以連結數據庫，人造人、改造人是常態角色，觀眾時常爭議某個角色到底是人或不算人，算生化人、仿生人，還是賽伯格。

這篇文章的高端讀者們，若看到舉例是《攻殼機動隊》、《魔鬼終結者》或《銀翼殺手》，肯定認為作者只會跟風。那就舉些冷門又沒那麼冷門的例子：《阿伊朵（IDORU）》、《海伯利昂（Hyperion）》、《小黑盒子（The Little Black Box）》。

隨著生物科技發展，科幻的眼鏡鍵盤俠，也讓出不少空間給試管白袍人。可惜科幻與科學往往是兩回事，《曼谷的發條女孩》藝術成就頗為可觀，對遺傳學的描述卻一塌糊塗，水準堪比《星海爭霸》。

然而，人造人講起來那麼順口，如今的科學技術不要說造人，即使只是最簡單的生命體，想要無中生有也非常困難。1818 年問世《科學怪人》描述的人造生命，至今依然是無法突破的障礙。

現實中的進度到哪兒呢？病毒不算，最小的生物僅有 525 個基因，叫作生殖道黴漿菌（Mycoplasma genitalium）。假如只求維生，有些基因是不需要的，於是科學家去除其一個一個基因，以此為基礎創造出名喚「JCVI-syn3.0」的人造生命，只有 473 個基因……好了，這種題材要是寫成科幻小說，不加入大量的屍體、裸體，應該是賣不出去。

來改造基因吧

人類不會無中生有新生命，改造既有的生物倒是在行。自古以來人類便透過人為挑選，造就一種又一種馴化的動物、植物，而且持續育種。在了解 DNA、蛋白質的法則，又研發出分子生物學的工具以後，每個人只要有裝備與材料，都可以改變遺傳訊息。

說起來簡單，其實也沒有那麼容易。單純「改變遺傳訊息」非常簡單，只要用 X 光、紫外線等輻射直擊細胞，就可以破壞性的改變 DNA 序列，但是一般人想像的好像不是這種。若是希望比較精確的修改，則需要借用生命的產物：各種酵素。

DNA 遺傳訊息由許多 ATCG 排列組成，有些酵素可以切割特定組合的 DNA 位置，例如見到 AATGCC 這種序列，便切斷成 AATG 和 CC。此一技術在 1970 年代開始使用後，協助人類邁入生物科技的時代。

基因改造的另一常用技術來自「跳躍的基因」，和轉座子、轉位子等中文名詞，皆指稱英文的 transposable element。生物所有的遺傳訊息合稱基因組，「玉米田裡的先知」麥克林托克率先發現，有些遺傳片段會在基因組的不同位置跳躍。後來有人想到可以利用轉座子的特質，去改變遺傳訊息為人所用。

這些方法使用上算是不難，卻沒那麼精準。每一個 DNA 位置都有 ATCG 四種可能性，讓 6 個位置隨機組合，有 4096 分之 1 的機率會出現 AATGCC 這樣的片段。乍看機率不高，可是人的基因組總共有 30 億個位置，一乘起來……而轉座子實用上也有不少限制。

基因剪刀：幾個改寫生命密碼的工具

切割 DNA 的酵素及其辨識序列，搭配起來類似密碼。排列組合一致的機率愈低，密碼愈難靠亂槍打鳥的試誤破解；DNA 序列符合辨識的機率愈低，操作也能愈精準，不容易影響其餘不想改變的位置。

那麼有沒有習慣辨識十幾二十個位置的酵素呢？要是能隨心所欲控制酵素在基因組上作用的位置，像控球大師麥達克斯（Greg Maddux）那般想投哪就投哪，將有多大的實用價值？

不少專家經歷多年奮鬥，研發出兩款尖端科技的結晶：鋅手指（Zinc finger）、類轉錄活化因子核酸酶（transcription activator-like effector nucleases，簡稱 TALEN）。名字是聽起來很科幻，可惜它們都不太好用，這也使得另一款技術一推出便大受好評：CRISPR。

如今還沒下檔就乏人討論的科幻電影，都已經出現 CRISPR 之名，說明它的成功。CRISPR 原本是細菌的免疫系統，被人變成基因改造的工具，它的全名 clustered regularly interspaced short palindromic repeats 其實也很科幻。

和之前的技術相比，CRISPR 尊絕不凡，不能屈就基因改造這舊名詞，要配上「基因編輯」才高端（其實本質上還是同一回事）。由於操作簡單又迅速，相關技術被廣泛應用，發明人也已經獲得諾貝爾獎。

佛蘭金仙的想像與實踐

受到諾貝爾獎肯定，被普遍使用的尖端生物科技，不時要來上幾條醜聞。影響不下 CRISPR 的幹細胞，曾經有小保方晴子的造假事件。濫用 CRISPR 最知名的案例，無疑是 2018 年底賀建奎的基因改造嬰兒：他用 CRISPR 技術移除一個基因，隨後兩位基因改造人誕生。

我們身體的細胞分為兩種：體細胞和生殖細胞，體細胞不會遺傳給下一代，生殖細胞會。目前各界普遍接受的底線是，針對人類的基因改造研究，不可以遺傳到下一代，所以禁止對人類胚胎幹細胞的操作。賀建奎不但打破底線，還真的搞出活生生的寶寶，真可謂當代的「佛蘭金仙」，實現梁啟超、嚴復一百多年前的野望。

一百多年前的中國在內憂外患下，不少知識份子抱持讓國家民族強大的夢想。造就「科學怪人」的英國以及西方文化，普遍將其視為負面形象的怪物，但是嚴復 1898 年介紹科學怪人時，採取非常正面的態度，他甚至覺得一個人成為別人眼中的科學怪人，也是歷史進步的方式。隔年梁啟超在文章〈動物談〉中更是讚頌「佛蘭金仙」，也就是 Frankenstein 為「沉睡中的獅子」、「先睡後醒的巨物」。

賀建奎應該聽過梁啟超、嚴復，大概不知道佛蘭金仙。不過不要緊，作為中國先賢的繼承人，賀建奎成為這個時代的佛蘭金仙，創造出別人眼中的科學怪人——沈睡的獅子醒了，中國人民站起來了！

邁入未來前，先回首智人這個物種的過去

好消息是，站起來的中國人又坐了回去。賀建奎和科學怪人一樣消聲匿跡，至少暫時如此。短時間內，中國人並不至於自我改造為全新的物種，進入「後人類」的階段。

如今的「人類」都屬於同一個「物種」，並沒有明顯分化，預備形成新物種的跡象。如上所述，僅管科學技術持續進步，和科幻想像相比，當下能做的仍很有限。

科技、文化快速發展的我們什麼時候會邁向後人類呢？思考這個問題，不妨反過來思量已經發生過的歷史：如何從「前人類」與「前物種」演變為當今的人類物種。

物種是分類的概念，方式很多。人類這類兩性生殖的動物，可以用「生物物種（biological species）」定義，也就是「個體間可以生下後代，沒有生殖隔離發生，後代彼此間也能再生下後代」。一些遺傳學研究指出，如今分家最久的人類族群可能超過 30 萬年，卻依然不存在生殖隔離，仍可歸類為同一物種。

生殖隔離有程度之別，原本屬於同一物種的生物，若是開始生殖隔離，累積到一個程度而不再能產下共同的後代，便能視作有新物種誕生。簡單說來，我們所屬的物種稱為智人（Homo sapiens），和平行發展的近親尼安德塔人、丹尼索瓦人，擁有共同的祖先海德堡人（Homo heidelbergensis），因此海德堡人（或其他定義下，算是我們直系祖先的那種人）可以算是智人的「前物種」。

智人的基因組中存在少量尼安德塔人、丹尼索瓦人的 DNA 特徵，源自幾萬年前的情慾交流。既然可以生下後代，能算是同一個物種嗎？答案因智人而異。考慮到三者遺傳上分家超過 55 萬年，又已經存在相當的生殖隔離，否則也分不出彼此的遺傳差異，我想區分成不同物種比較合適。

身心俱全，成為完全體的現代人類

但是人類不只由 DNA 定義，尤其是我們智人。與近親在遺傳上分家後，智人走上愈來愈獨特的道路，漫長的過程並非一步到位，至少可以分為身心兩個方面。

近來學術文獻描述智人時，流行一個名詞：「解剖學意義上的現代人（anatomically modern human）」，這兒的「現代」不是看年份，而是和海德堡人、直立人（Homo erectus）等古早人（archaic hominin）對照。具備智人形態特徵的化石，最早距今 30 多萬年；所以有 30 多萬年前的現代人，也有 11 萬年前的古早人。

身體形態比較容易辨識，頭腦心智、行為表現卻難的多。兩位外觀相似的人，心靈和行為可能截然不同。光看化石的形態特徵，能分辨誰長的像智人，卻無法判斷是否為「行為學意義上的現代人（behaviorally modern human）」。採用此一概念，尚未發展出類似我們心智、行為的智人，或許可以算是「前人類」的階段。

前人類是怎樣過渡到人類的？這是人類演化學爭論不休，近來成果可觀的一大問題。最直接的設想是，假如古代人展現出抽象、象徵思維、藝術創作等特徵，便足以視為「跟我們一樣的人類」。

儘管證據稀少而零碎，逐漸累積的考古學證據指出，距離遙遠的東南亞與歐洲兩地，智人距今 4 萬年前就會在壁畫、雕刻中展現明確的象徵思維；可見當時的智人，肯定擁有和我們一樣複雜的心靈。貝殼珠之類缺乏實用價值的物品，具有價值交換、情感互動、身份認同等用途，在非洲、中東的使用歷史有 10 多萬年。

更早以前不清楚，但是十萬多年前的智人，現代價值應已足夠，足以貼上「人類」的標籤。也就是說，心智和我們平起平坐的同類，已經有超過十萬年的歷史。

人類的下一階段，從神獸到神人？

目前的人類如何演變而來？按照上述脈絡，先是智人與近親在遺傳上分家，累積生殖隔離（超過距今 50 萬年），接著產生特定的形態特徵，形成新的身體（超過距今 30 萬年），從「前物種」轉型為智人物種；接著又出現行為、思維、文化上的轉變（超過距今 10 萬年），從「前人類」過渡到心靈複雜的人類。

即使長期缺乏接觸，智人間要產生生殖隔離也不容易，實際看來幾萬年都不夠。未來人們只要持續情慾交流，幾乎不可能讓生殖隔離累積到形成新的「後物種」。但是「人類不只由 DNA 定義」的道理一如過往，倘若人為影響導致非常巨大的文化差異，衍生自現代人的「後人類」便有機會誕生。

哈拉瑞的暢銷書「人類三部曲」，前兩本的中文副標題分別叫作「從野獸到扮演上帝」和「從智人到神人」，可謂以劇烈變化的觀點看待人類演化的路徑。我想也可以反過來，採取連續演進的解讀：智人其實早有成為神人的潛力，即使早在野獸的階段，也已經是配備神性的野獸；從神獸到智人，再到神人的發展，是發揮潛能而實踐的過程。

人類持續演化下，假如過程中沒有滅亡，或是受到其他智慧生命干預，神獸有機會徹底開發潛能而成為神人。未來將如何發生？到時候帶來轉變的，會是不斷在已知疆域之外探索的藝術家、科學家、思想家、政治家，或是其他角色，像是哈里．謝頓（Hari Seldon）、保羅．亞崔迪（Paul Atreides）之類的人物？

如果人類真的邁入下一階段，我猜不會是任何特定角色或人物，而是心智的集體成果。過程中會涉及極少數幾位天選之人，如精通科學的思想家、具備藝術感的科學家、洞觀事物本相的藝術家、某件事以外什麼都不懂的專業精英（為避免誤會，本文提及的所有真實人名皆不屬於上述行列），甚至是覺醒的人工智慧。

不過想像力再強大，發揮出的超能力，還是要擺在人類集體的框架中落實。我們不論願不願意，或許都牽涉其中。

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架空世界：任腦中遨遊的世界，嗎？

法蘭克‧赫伯特的《沙丘》是 2021 年上映的硬派科幻電影^[註1]。《沙丘》之名，在科幻迷眼中，被視為科幻類型文本的開山始祖之一，更是難以電影化的科幻小說作品；在電影《沙丘》中，行星厄拉科斯（Arrakis）是作品中的主要場景，一片荒蕪的沙漠行星，除了有著珍貴的香料礦，還有可怕的沙蟲。

這樣的架空世界，屢屢存在於各個作品中，《魔戒》中有中土大陸（Middle Earth），《冰與火之歌》中有維斯特落大陸與厄斯索斯大陸，《星際大戰》更有具雙日的環聯星運轉行星克卜勒16b^[1]塔圖因星球。身為讀者，以及一位地球科學模擬科學家，有時不禁會想：這些架空是否真的有可能存在？這些作家設計的世界，真的能存在嗎？

今日，布里斯托大學氣象研究所的 Dr. Alexander Farnsworth 與他的同事 Dr. Sebastian Steinig，以及薛菲爾德大學的 Dr. Michael Farnsworth 就實際驗證了一次，究竟一個架空星球的氣候環境，是否為真？是否真的適合人類居住？

《沙丘》的氣候模型：低碳高臭氧的沙漠環境

在他們發表的文章^[2]中，他們使用了氣候模型來模擬厄拉科斯的氣候。Dr. Farnsworth 亦提到^[3]，他們使用的是同樣用在 IPCC（The Intergovernmental Panel on Climate Change，跨政府氣候變化專門委員會）報告中，用以預測未來氣候變遷狀況的 HadAM3B-M2.1D 模型^[4]，其不需要海洋模式，所以海洋模式也就不用運行了（當然也可以省下計算資源）。

這個模型使用與地球相同的物理行為與物理參數。他們也使用了《沙丘百科》所提供的資料，來告之氣候模型應使用的地型狀態以及星球軌道，而星球軌道將大大影響到一個星球上的季節情況。最後，則是厄拉科斯星球的大氣組成：350 ppm 的二氧化碳、0.5% 的臭氧層。這兩個數字會影響到地球的溫室效應，只不過雖然厄拉科斯的二氧化碳濃度低，但是同樣是溫室氣體的臭氧值高，因此具一定的溫室效應。

等這些數據確定後，氣候模型就可以開始運作並且計算。這個氣候模型一共跑了三週多，作者另外提到，他們總共模擬了五百年，而且還使用了地球的部份大氣情況來跑厄拉科斯的數據（當然同樣是為了省下電腦運算資源的策略）。幸運的是，在初始的幾年中，大氣就乾了，而五百年後，大部份的水都保存在地底^[3]。這也不難想象，尚未蒸發到大氣中的水會因重力滲流到地表下保存，而在沒有植物行光合作用的情況下，大氣中的水蒸氣也將成為厄拉科斯上居民爭奪的「黃金」。

為什麼要算五百年的氣候狀態？因為氣候／氣象模型餵進去的只是 Initial Condition，也就是「初始條件」，而初始條件只是氣候模型的開端而已，不能當做結果。所以算到最後，這個氣候模型必須達到「平衡態」——也就是說，模型算出來的四季，與下一年算出來的四季，必須要有極小的差值。等這個差值小到可以忽略時，這種數值模型才算是成功的。

住在「赤道比高緯度區域還舒適」的沙漠星球

在書中描述了厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境，像是人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿，再自己喝，連血都會快速凝固來防止蒸發。書中描述的厄拉科斯是個非常乾熱的地方，所以大多數的人會住在兩極地區。

但是根據氣候模型，熱帶／赤道地區，在夏天會達到 45°C，冬天則不低於 15°C，但是在中緯度與兩極地區，最高溫會達到 70°C，在中緯度最低溫會達到 -40°C，兩極則會到 -75°C。其主要的原因就是兩極地區的大氣濕度高、雲層厚，造成其極端的氣候狀況。

另外與書中描寫不同的，是降雨狀態。書中的厄拉科斯沒有降雨，但是依據氣候模型的計算，在高緯度的夏天，還有山區與高原地區，還是有非常少量的降雨。也因為前述提到的極端溫差，所以兩極地區也不存在冰帽。

最後的問題，人類可以住在厄拉科斯嗎？根據氣候模型，人類最有可能居住在熱帶地區，而不是書中提到的中緯度：畢竟中高緯度才是最熱的地方，也是最不適合人類居住的氣溫。如果有誰想要用岩石煎牛排，是可以考慮到中緯度一遊吧？

雖然書中的描述與實際氣候模擬的狀況有一點落差，但是作者們也提到，《沙丘》原著出版時間早（1965 年），比真鍋淑郎發表第一支地表模式早了整整四年，在這樣的落差下，《沙丘》原著中對厄拉科斯的氣候描述，雖與氣候模型模擬的結果有部分落差，但並無大錯。

Dr. Alexander Farnsworth 給中文讀者的話

筆者與撰寫《沙丘》氣候模擬的文章作者進行了一些交流，除了學術交流外，也榮幸邀請了作者給中文讀者一些感言：

「從數十年前開始，我便一直是法蘭克·赫伯特的作品《沙丘》的超級粉絲，而他也打開了從我童年時開始，對奇幻世界的眼界。這也讓我有機會用一個科學家的角度，來重新檢視童年時有對此世界的奇想。我希望就此成果，也能夠一樣能吸引更多的人來了解我們的氣候是如何運作，知道為什麼要保護我們的星球，更希望能夠激發更多下一代的氣候學家。」^[3]

I have been a massive fan of Frank Herbert’s Dune since childhood due to the fantastical world he first envisioned many decades ago, to be able to look at it as a scientist was a fantastic experience and brought back that childhood wonder. So, I hope this work equally inspires others to learn about how our climate works, how we should not take our planet for granted and maybe even inspires the next generation of climate scientists.

大氣科學是一門很有趣的學問，人類仰望星空，是透過地球的大氣層才有了閃爍的星光，也是有大氣層才保護人類免受宇宙射線侵害。人類在埃及、商朝、伽立略等年代，都建立了對星體運動的了解，但大氣動力學要一直等到納維爾－斯托克斯方程出現後，才有飛躍般的進展，更惶論在能用數值模型解釋氣候、氣象模型，以及人類擁有更精確、更大量的氣象資料後，才能大量驗證大氣運動，進而改良大氣模型，才能達到預測氣象與氣候推測（Climate Projection）的能力。但這非常需要大量的人力，以及大量的知識才能達到。

真鍋淑郎博士在近六十年前，以少數人力建構了第一代的地表模式，而現在最新的《通用地表模式第五版（Community Land Model Ver. 5）》，是橫跨多國的合作開發的模式^[5]，而這還只是地表模式，大氣模型中還有形成雲或雨的 Microphysics、輻射能量傳導模式的 Radiative Transfering Scheme、解大氣間傳輸的 Planetary Boudary Layer Physics、屬海洋領域的洋流模式，屬水文領域的三維地下水模型，以及用來進行數值解的計算流體動力學，更惶論日新月異的電腦資訊工程的發展，這些的確都需要未來學子們加入並一同改進，也是未來泛地球科學學門需要的生力軍。

註解

1. 2021 年上映的科幻電影《沙丘》舊譯為《沙丘魔堡》。除了 1984 年大衛·林區所拍攝的初代電影使用舊譯名稱外，還有九零年代的同名即時戰略遊戲；遊戲版的《沙丘魔堡II》，也是《終極動員令（Command & Conquer) 》創作公司Westwood的代表作之一。

參考資料

1. Doyle, L. R., Carter, J. A., Fabrycky, D. C., Slawson, R. W., Howell, S. B., Winn, J. N., … & Fischer, D. (2011). Kepler-16: a transiting circumbinary planet. Science, 333(6049), 1602-1606.
2. Farnswoth, A, Farnswoth, M, Steinig, S, 2021, Dune: we simulated the desert planet of Arrakis to see if humans could survive there. https://theconversation.com/dune-we-simulated-the-desert-planet-of-arrakis-to-see-if-humans-could-survive-there-170181?fbclid=IwAR2EhRwjxNsGtFdkZGic8SZRS7cOgQbjfFXt27PmGYyZoVLH3BpANma569g
3. Farnworth, A, 2021, Personal Communication.
4. Valdes, P. J., Armstrong, E., Badger, M. P. S., Bradshaw, C. D., Bragg, F., Crucifix, M., Davies-Barnard, T., Day, J. J., Farnsworth, A., Gordon, C., Hopcroft, P. O., Kennedy, A. T., Lord, N. S., Lunt, D. J., Marzocchi, A., Parry, L. M., Pope, V., Roberts, W. H. G., Stone, E. J., Tourte, G. J. L., and Williams, J. H. T.: The BRIDGE HadCM3 family of climate models: HadCM3@Bristol v1.0, Geosci. Model Dev., 10, 3715–3743, https://doi.org/10.5194/gmd-10-3715-2017, 2017.
5. Lawrence, D. M., Fisher, R. A., Koven, C. D., Oleson, K. W., Swenson, S. C., Bonan, G., … & Zeng, X. (2019). The Community Land Model version 5: Description of new features, benchmarking, and impact of forcing uncertainty. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4245-4287.
   https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018MS001583