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宇宙如此宏大,該如何發展文明?那些科幻作品中的啟示──泛生態科幻系列(3)

oeo
・2018/08/04 ・5230字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 602 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文為系列文章,在此之前你可能會想先看看
人類該如何學習自然而變得文明?—那些含有「泛生態」意涵的科幻作品發想與凝望
如果地球是個硬碟,生命如何創造資訊彼此溝通?《阿凡達》展現的生態文明

星際航行與太空活動,由生態提供最可行的科技靈感?

我們常常忽略一個科學事實:絕大多數的星系是我們永遠無法造訪的。這些星系溜走的速度快到我們永遠無望接近。

「就算有一天我們能夠獲致光速能力──物理學家向我們保證這是不可能的──依然無法到達最遠的可見星系,就算我們永不停止地航行下去也辦不到。由於擴張宇宙的加速作用,等到我們抵達星系此時此刻的位置──為此得在太空船裡待上單調乏味的三百億年以上──我們和星系之間的距離已經變大到比以前還要遠。……無限宇宙並不意味著非常大,並不意味著我們所觀測的一切都是實際宇宙的小小一塊。無限的任何百分比都是零。所以,我們所能觀測到的一切都是宇宙的百分之零。」──引自《萬物運動大歷史》

Interstellar (2014)。圖/imdb

其實,站在物理學的角度,科學理論、先端與傳播、推廣、實務應用甚至教育可能就已存在著誤差與錯解,例如愛因斯坦認定重力根本不是力。經過一次空前絕後──或許除了海森堡那一票量子幫之外──的靈感飛躍,愛因斯坦說,有一種看不見的基體,他稱之為時空 (spacetime),遍及宇宙的每一個角落。時空是時間與空間的混合體,其組態決定物體必須以何種方式在其中運動。

物體的存在,即其質量,扭曲了周遭的時空。運動通過這個區域的任何物體都以可預測的方式改變其運動軌跡,及其時間推移。愛因斯坦以幾何取代了重力,每一個物體的路徑皆由局域時空的組態決定。

不幸的是,關於時空的翹曲方式與物體穿行時空的運動方式,愛因斯坦的場方程式複雜得不可思議。這些方程式如此的勞力密集,就連美國太空總署在計算太空飛行器前往各行星的航行路徑時都不使用。他們寧可謹守牛頓比較簡單的數學,所得出的結果已經夠好,處理起來也容易得多。(資料引自《萬物運動大歷史》)

圖/pixabay

這讓人聯想到經濟學上的重要提醒:

效率不同於效益!

例如生產 100 隻左腳鞋雖然很有效率,但實際效益遠遠不及生產 25 雙/50支鞋。目前現在科技文明的「方法論」似乎遠遠凌駕「目的論」,在價值、結果、影響的思辨上也許更需要補正與更新。

以「泛種論」航行於宇宙的「發現號」

Star Trek: Discovery (2017)。圖/imdb

去年(2017年)開播當紅科幻影集《星際爭霸戰-發現號》,除了延續 Star Trek 系列作品的「硬科幻」風,在有關星際航行的劇情上,有別於傳統上純物理、機械的科學科幻設定,採用了近似與生物生態相關的「泛種論」(Panspermia,是一種假說,猜想各種形態的微生物存在於全宇宙,並藉著流星小行星彗星等「星際污染」散播、繁衍。)來假設「孢子引擎系統的宇宙超光速移動」(Displacement-activated spore hub drive; DASH drive) 存在。

本劇中設想存在一種能在普通空間拓展的菌絲體網路,菌絲體的根系遍布全宇宙,創造出一個矩陣(近似超快速交通幹道系統),影集中的描述:「生物引擎的特殊基因構成使得它與菌絲體共生,並得以利用菌絲體在宇宙中穿梭。通過水平基因轉移,生物引擎能將外來 DNA 合併到自身 DNA,當輸入坐標時候,它就知道往哪裡走,像一位領航員一樣控制船的導航……」,但影集劇情中這套系統被禁用,畢竟,這是科幻。科幻的重點則在於提出的一個「大致合理,有所可能」的探究、批判新方向、突破性的思維(真正的創意原型)。

《超時空要塞》以歌聲征服外星人

《科學人》No.184一篇有關「哨音」的研究報導,提及

「在智慧型手機、甚至摩斯碼發明前,有些住在偏遠地區的人們能用哨語傳訊達意,這種溝通方式至今仍讓語言學家大感驚奇,並是為文化遺產。」

「哨語長距仍清晰可辨,科學家目前發現大約 70 個族群會使用哨語,他們大多居住在孤立的山區或植被茂密的地區。」

這是在地球上的科學事實,面對多變歧異的現實環境,人力、生物力、生態力,相較於主流科技發展(例如電子通訊、動力傳送),仍不失為一種可行、合理的參考、替選方案!

圖/imdb

在太空中,令人印象深刻的科幻作品「超時空要塞(另譯:宇宙戰艦)」,女主角明美搭乘宇宙戰艦,將歌聲以機器設備擴大到整個戰場,贏得戰役。

這一點在現實上並不會如卡通中那樣浪漫,因為太空中是無聲的。但透過「波動」的轉換、加工與傳導,一種生物旋律(波形)「魔/仙音傳腦(外星智慧生物的心智)」超越純物質強大武器、破壞能量卻是可能的。這段情節的精華仍在於「生物加機器」,亦即凱文·凱利所稱「人馬模式」領先單執一方之處,也是整合生物生態與當代科技的潛能方向。

分析比較,科技文明做對了嗎?

圖/wikimedia

文明的進展關乎選擇,科學科技的主軸又重於比較分析,但比較分析的基準與取捨,卻往往並非完全獨立客觀的。例如絕對速度、相對速度與比擬速度,雖都為我們對速度的描述與理解,但要採用哪一種標準卻是更根本的前提,例如根據《萬物運動大歷史》,旗魚每秒游 10 倍自體長度的距離,因而被認為非常快速。

但即將降落的波音 747 客機一秒內只能飛越 1 倍自體長度:70 公尺。它因為自身的巨大而在視覺上吃了虧,而最快的細菌每秒能跨越一根人髮粗細的距離。這種細菌每秒移動了 100 倍自體長度的距離,有些能做到 200 倍的自體長度。

從某個角度而言,

「動物在演化到像人類這般複雜的程度之前,必須先經過一個步驟,那便是建立一個可以做為屏障的窩巢,並且分工合作、互惠互利。但在生物史上,只有二十種動物達到這個階段,建立了複雜的社會組織。其中三種是哺乳類動物,包括兩種非洲鼴鼠和「智人」(非洲猿的一支奇怪的旁系),十四種是昆蟲,三種是住在珊瑚礁裡的海蝦。但除了人類之外,其他幾種動物體型都不夠巨大,不足以演化出足夠的腦容量,以發展出高度的智商。」(引自《人類存在的意義— 一個生物學家的思索》 )

「但很多生態中已存在的優勢與特長卻是要靠人類科技文明的發展(例如工具的研發)達到某一程度才被發現與認知。單從『速度』這項人類科技引以為傲的向度,很多生態中的非凡表現,恐怕都難有結束與定論的一天,蜂鳥的翅膀一分鐘拍打一千兩百五十下。遊隼向以速度最快的鳥而聞名,俯衝時能達到每小時320公里。」

「近來在弄蝶科所觀察到的,算得上是自然界歷來最快的日常(生物)反應速度。弄蝶突然遇到亮光時,會以六十分之一秒的驚嚇反射加以反應。」──引自《萬物運動大歷史》

圖/pixabay

也許這樣的速率在人造科技片面較量之下不算什麼,但我們能夠做出一隻完整相同條件與表現(大小、壽命、續航力…)的蜂鳥與弄蝶嗎?

今天的學童所學到的通常還是比較舊的牛頓式觀點,亦即地球是因為太陽重力而繞著太陽轉。科學課程很少提供孩子們更先進的愛因斯坦觀念,亦即我們的星球純粹是沿著一條穿行彎曲時空的直線路徑(測地線)而墜落,而這個彎曲時空是由近旁那顆大質量的太陽所製造出來。

而且,若「最快的速度不是加速中的實質物體之速度,而是我們與它們之間正在擴張的虛空空間之速度」(引自《萬物運動大歷史》)為真,那真正重要的不是生物生態中現已被發現的速度有多快,而是它們提供文明問題(例如星際航行)解決替選方案與方向的豐富性與可能性。

《基地》系列:文明該往何處前進?

基地系列的創作時間橫跨美國作家以撒·艾西莫夫 49 個寫作年頭,一共10冊(包括別人續寫3冊),彼此間劇情獨立,卻又緊密關聯。圖/wikipedia

科幻傳奇人物楊威利曾引用兵學家克勞塞維茲名言:「再多戰術上的成功,也無法彌補戰略上的失敗!」即便從文明發展的層次,仍算說得刻骨銘心。而《基地》這部曠世巨作,就是對文明發展有著戰略層級的構思與探究。

《基地》當中虛構了重要的「心理史學」,面對「文明黑暗」的指導方針,既不是正面對抗,也不是逃避屈服,而是在於設法「縮短黑暗的時間」!後續《第二基地》的劇情設定,仍是一種文明戰略層級的計畫。這種在應然與實然的跨界思辨,為文明後天未雨綢繆超尺度時空預想,正是科幻啟發甚至引領科學科技的優勢所在。

生物學教導我們的「近因」與「遠因」

圖/pixabay

在生物學上,我們經常必須解釋生命過程是「如何發生」、「為何發生」的,並將這兩者分別稱為「近因」和「遠因」。而現今這樣的探討就與「遺傳」和「演化」相關,這樣的方式與觀點,自然也就擴充、延伸到其他事物上。看待「科技」與「文明」,就會有「近因」、「遠因」的成份,也會有「遺傳」和「演化」的觀點。

而在物理學演繹、推論的多重宇宙說、平行時空,雖然在學術定義上有所不同,但在語意上,生態、生物學上的多重宇宙、平行世界(觀)卻很可能順理成章、自然而然地從觀察(不只看見)、感知而得。透過探究昆蟲複眼、嗜極生物及其生境,親近山野蹲下身來細觀一草一木、一苔蘚一蕨類,學者專家歷經數十年載甚至大半輩子親身探究一個物種族群,所領會的,「一沙一世界,一花一天堂」的意義就不會只是文學上的美,必定含有科學上的真!

當年洪堡德、梭羅的「宇宙」一詞就是指生態,和現代科學談的「宇宙」自有不同。生命所想(思想)、所言(語言)、所指(物事)互相影響,例如科普名著《當世界變得寂靜》和《科學人》第 171 期專題〈無以名狀的幸福〉,皆提及生物多樣性和詞彙的貧乏,都將對文明發展與心靈充實造成負面影響。

而世界觀的移轉與參照非常忌諱斷章取義、捕風捉影。就宏觀層面而言,保有單純、特色(例如寒帶純林、個性),相較於為多而多、地球村國際化,更符合生物多樣性原則。因為重點在整體尺度非縮限個別、感通交流非樣貌形式、動態平衡非固著穩定、傳承學習非移植複製。

發展文明世界,維繫根本生態系統

圖/Ben & Gab @flickr

法國作家尚.布勒(Jean Bruller)—筆名韋科爾(Vercors)──在他於1952年出版的小說《你該知得》當中宣稱:

「人類的所有煩惱皆起因於我們不知道自己是什麼,對於我們想要成為什麼,也沒有一致的看法。」

人類不論發展何種文明,總不能掉進這樣一個黑色鬧劇:物質建設發達,文明精彩輝煌,但人性甚至生命卻衰敗消逝。

全球確認物種的數量到了 2013 年時已經達到兩百萬之多。如果再加上目前尚未被發現的各種無脊椎動物、真菌和微生物,總數估計在五百萬到一億之間。每年被確認和命名的只有大約兩萬種。所有的分類工作要到二十三世紀中期才能完成。單是整個生態體系所賴以維繫的物種──「關鍵物種」(keystone species)的被忽略與遭破壞,很可能就動搖整個文明世界的發展。

威爾森在《人類存在的意義》一書中提醒:人類若破壞生物多樣性,無異自我戕害,是盲目愚蠢、未經思慮、反噬萬物的破壞行動。這些行為可以用 HIPPO 這五個英文縮寫字母來代表。也就是 H 代表「棲地的喪失」(Habitat loss)、I 代表的是「入侵種」(Invasive species)、第一個 P 代表「汙染」(Pollution)、第二個 P 代表「人口成長」(Population growth)、最後的 O 代表「過度捕獵」(Overharvesting)。

《基地》這樣的科幻巨作更精要提醒了我們:無論是什麼型態的文明,文明發展至何種階段,目的先於方法,方向更勝速率。

本文為系列文章,後續請見:

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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科學家模擬出《沙丘》行星的氣候模型:現實中的人類真的能在 Arrakis 生存嗎?
Y.-S. Lu
・2021/11/12 ・3205字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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。

1984 年的厄拉科斯行星的想像圖。圖/WIKIPEDIA

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 Farnworth 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. Farnworth 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)。

《沙丘》世界中的厄拉科斯行星的氣候模型。資料來源/climatearchive.org

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。

厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境,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。圖/IMDB


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 Farnworth 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。

大氣科學是一門很有趣也有用的學問,能幫助人類更精準地預測氣象,但也考驗知識、人力與物力。圖/Pixabay

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. Farnwoth, A, Farnwoth, 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
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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。

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時空長河畔的星狩者——《再.創世》專題
再・創世 Cybernetic_96
・2021/08/03 ・5193字 ・閱讀時間約 10 分鐘

  • 作者 / 伍薰

我們都曾是獵人,以弓箭奴役百獸萬物。

儘管在空間上相距數萬光年、在時間上相距數億年,忽略指頭數量等細微差異的話,我們可說十分相像。因此,接下來我要說的事,會盡量以你們人類熟悉的詞彙來比喻。

孕育我們兩個物種的母星,都位於 G0 光譜恆星適居帶的行星,甚至就連星球地表的重力、大氣組成、海陸比例,與自轉軸偏角都差不多。我們的文明同樣經歷了從游獵進入農耕、最終走向工業革命的過程,甚至就連政治格局,也跟人類現在差不多——強權挾氫彈保持恐怖平衡、人口失控成長,百分之一的少數,則掌握著行星百分之九十九的資源。

作為那幸運的百分之一( 嚴格說來是百萬分之一),我的家族事業有一部份,是專門將古代浮游生物遺骸所轉化成的黏稠液體從地底下抽出,製作成器皿與燃料來驅動世界。當許多學者提出警告,說我們這行製造了太多溫室氣體,最終將導致嚴重的氣候變遷,本家族的反應是捐獻更多資金給遊說團體、媒體與政客,全盤否認暖化。

圖 / Pixabay

反正,死於熱浪與極端氣候的,只會是那些卑賤的基層勞工,不會是我們這些真正掌握世界的權力者,當那百分之九十九為了支付冷氣錢死命工作,我們這百分之一則早已透過客製療程逐步調校自己的遺傳碼,將預期壽延長了一倍以上。

北極海冰不再結凍時,我的家族立刻進駐從事老本行,列強的重心也直接放在終年暢通的北方航線上,而未曾考量過後續的氣候危機。直到南極陸塊周遭的冰棚全數裂解,厚達數公里的冰川失去支撐而開始快速融化、崩解時,即使想力挽狂瀾,也已經來不及了——冰川在短期內全數落入海中,直接導致了全球海平面上升六十公尺。

生命以難以想像的速度消逝時,我們每個家族也總有些成員正在沿海都會進行視察而遭逢不幸。不過總體而言,我們對世界的掌控力並未受到實質影響,依舊貪婪地在背後操弄列強,搶先在露出土壤的南極大陸上插旗。

我們顯然過於自信,而忽略了事物之間的微妙關連——將近六百座的核能發電廠大部分都沿海而建,快速上升的海平面很快就淹沒整個廠區。核反應爐則在數天到數周內因為冷卻水的停止灌注而爐心熔毀。後續的氫爆,則將放射性物質源源不絕地排放到海水中。

圖 / Pixabay

我們的母星,也在此刻正式迎來了永不可逆的改變。

很快地,所有海產均因輻射超標而無法食用,與海相關的休憩則永遠成為歷史名詞;跨海航運,則成為被汙名化而必須存在的行業。在各地輻射規範鬆緊不一的狀況下,輻射物質終究因極少數的便宜行事,而被挾帶上陸地。

α、β、γ——你們所孰悉的這三個希臘字母所代表的放射性衰變,從此與我的族類永存,伴隨輻射而來的不可逆疾病加劇了動盪,最終則導致了秩序的永久崩解。當局勢失控時,我們這百分之一遁入了先前秘密建造的永久避難所,虛度一段歲月後,決定分批進入冬眠設施,以圖在適當時機重返地表,憑藉著庫存的大批貴金屬,再度接掌世界。

我們在兩千年後首度甦醒,向外探勘的代表,卻絕望地發現,地表上已經沒有了我們同類的足跡。

那些曾經生活著千萬人口的大都會,而今成為了滿布植披、地貌縱橫起伏的新棲地,曾被豢養、而今已經野性化的寵物與牲畜在其間安棲。欣欣向榮的景象背後,則是高度的幼體畸形率與夭折率,這起因於廣泛充斥於環境裡的輻射——在同類消失後,未被海水侵襲的其餘核能發電廠,也終因失去維護者,盡數熔毀的爐心,則導致放射性物質擴散到所有陸地。

自此,世間找不到一方淨土,世界被一分為二:其一,是核電廠反應爐的殘跡,這裡由於散發極端高量輻射,成為絕對無法接近的「禁區」;其二,則是其餘輻射污染相對輕微、生物還能苟延的「安區」。

圖 / Pixabay

即便是安區,輻射劑量仍然遠超健康生存的標準;此外,禁區不穩定狀態所造成的爆炸,仍不定期將高濃度的輻射塵向外擴散,侵蝕著安區。

某些意義上,我們確實毫不費力就再度掌控了全世界,與預期計畫不同之處則在於,世間再也沒有其他族群能供我們奴役使喚,深藏在避難處的貴金屬,此刻就僅不過是幾種重元素。

我們這些財閥巨富,正式從天之驕子的百分之一,淪為僅存的百分之百。

失望之餘,我們經過激烈辯論,決定將自己關回冬眠艙,將時限調整至設施的極限。我們悲戚地共同約定:下次睜開眼,若汙染並未改善,那麼就用僅存的氣力,見證我族最後的存續時光……

當冬眠系統達到運作極限,我們再度甦醒,時間已經快轉了五十萬年。我們穿著厚重的動力機甲邁向戶外,當年還依稀可見的都會遺跡,現在已經完全融入了自然地貌之中,曠野上奔馳著陌生又熟悉的走獸,牠們很顯然源自當年的寵物與家畜,卻因應環境裡新騰出的棲位,而滿是輻射的世界裡輻射適應。

然而,相較於可預期的外貌變化,我們始料未及是整個生態體系的基礎內裡,已在肉眼看不見之處,發生了翻天覆地的革命性變革。

——所有動物的代謝都緩慢得超乎預期,頂級階掠食者劍齒㹭的族群,兩次獵食至少間隔了十天以上。我們也觀察到:族群內越年幼、個體越小的個體,就花越多時間在進食上,也享有最高的進食順序,至於那些具備強大追捕能力的成年個體,則多半只是點綴性地咬上幾口,然後意興闌珊地在周遭找塊空間歇息,一面守望著大口進食的幼體。

圖 / Pixabay

「這樣難道不會餓死嗎?」——畢竟,分解獵物的體組織來取得化學能,是掠食動物維持代謝與生存的能量基礎,吃的東西數量不夠多、種類不對,唯一的下場就是死亡。

這並非唯一的不尋常之處。儘管由生產者、消費者、分解者構成的能量、元素循環仍然完善運作,但很顯然地,文明消失後五十萬年的這個生態系有點不太對勁。

若勉強要找出形容的詞彙,我會說整個生態系都有點「虛浮」——獵物與掠食者都散發出輕飄飄的慵懶感,與災變前野生動物紀錄片裡隨處所見的、那種生死相搏的激烈追逐戲碼比起來,現在的生態系感覺更像是動物們全體都嗑了迷幻藥,遺傳碼內建著愛與和平的溫馨方程式,不論呼吸或基礎代謝的速率,都遠比災變前大幅下降。

另一項不尋常之處則在於突變:災變頭兩千年所觀察到的嚴重畸形率,在現生族群裡已觀察不到了。然而污染大地的放射性物質,例如錼-237、碘-129 等都具有百萬年以上的半衰期,整顆星球上的輻射實際上並沒有減弱的趨勢。

可以想見這五十萬年來,生態系統必定經歷過什麼事,讓生物在充斥輻射的環境下有效壓低突變率,維持代謝與發育的正常。

少數具有生物學背景的同伴首先對動物進行了調查,其後則是植物,最後則是培養皿裡的微生物。在肉眼不可及的微觀領域,我們訝異地發現——五十萬年這段相當於地質史的「眨眼瞬間」,已經足夠微生物針對輻射汙染演化出相對應的適應機制,一支對紫外線具備抗性的嗜極微生物,在這段期間內快速演化成多個物種,分別能適應α、β、γ,或多重輻射衰變的環境。

圖 / Pixabay

還有更甚者,不僅能抵禦輻射對遺傳物質與代謝的危害,還發展出了全新機制,能以特殊的多層膜結構包裹輻射物質,並透過內嵌重元素的特殊色素蛋白,將輻射衰變的能量透過電子傳遞鏈,轉化為生物體能使用的化學能,稱之為「輻合作用」(Radiation synthesis)。這意味著,五十萬年間,已經有一批生物適應了輻射環境,並且反過來依賴著輻射的能量作為營生基礎。

不知從哪個時間點起,其中一種自由營生的特殊微生物,竟然廣泛地與所有動植物細胞建立關係,能同時被眾多物種的免疫系統忽視,而以內共生的形式,成為非固著性的胞器:同位素體(Isotoplast)。

雖然確切途徑尚不清楚,但同位素體最早似乎是透過與植物進行共同演化而成為植物細胞的胞器,再藉由草食動物的攝食,從消化系統開始發展與動物細胞的內共生關係。接著,再以相同模式,從食植動物的細胞水平移轉到掠食者體內。

每顆同位素體內部都含有放射源,輻合作用將能量源源不絕地供應給共生的生命體,伴隨著動物進食與發育,從食物裡獲得的同位素體越來越多,最終使其在達到成年體型後,就逐漸不需要來自食物的能源,而大幅降低代謝率與呼吸次數。攝食的主要目的,則轉變成補充氨基酸、核酸,與脂質等身體成分。

當代謝率下降,萬物繁殖的速度也隨之趨緩,整個新世界的節奏,已在無形中朝著「慢活」方向偏移。

圖 / Pixabay

我們徹查許多動物在這五十萬年內的遺傳碼變異,並憑藉著分子生物技術將這些適應機制移轉到自己的遺傳碼中,進而成功將同位素體引介到自己細胞內,自此獲得半永動的能量來源。

與此同時,我們則不斷測試細胞再分化的技術,終於能隨時憑藉外在調控重啟細胞分裂,誘導它們分化來補充那些因老化而死去的細胞。能無限復原的身體、加上同位素體所提供的無盡能量,讓我們得到了那柄開啟永生之門的鑰匙。

在災變以前,我們每個倖存者全都靠著剝削其他百分之九十九的勞動力、壓榨這顆行星的資源,來享受優渥生活;五十萬年後的現在,滿是輻射的母星理應是囚禁我們的煉獄,卻弔詭地在時光長河深邃的凝望中,在天擇鐵律的捶打下,被重鍛為新樂園。

所以我們放下了舊文明的種種,以「鉛民」(Leadian)作為自己族類的新名字,在風和詩歌的沐浴下,揭開樸素新頁。

圖/愛莫

當時間是永恆,很多事就不必急著辦,而能夠仔細咀嚼、好好品嚐。儘管恆星即將在三十億年後膨脹為紅巨星吞沒此地,我們也有二十九億九千萬年的時間來思考。

我們曾經是行星地表最殘暴的頂級掠食者,我們曾造就了最嚴重的大規模生物滅絕;而今,在這座永恆樂園中,我們卻選擇放下了獵人、農夫、鐵匠與士兵的身分,傾注心智在探索世間每一處細節。

數千萬年的歲月轉眼即逝,我們沉醉在安逸的如歌歲月中,卻忘了浩瀚星海裡,我們並不孤單。

工藝技術力只高我們一個層次的野蠻征服者並未放下他們的弓箭,在他們眼裡,我們這顆沐浴著輻射重生的行星,不僅是星間的特例,更是一頭彌足珍貴的「星際奇獸」。

被征服後,此地以放射性同位素體為基礎的生態系,被征服者系統化地歸檔,成為了他們推銷給星間各文明「輻射污染清淤工程」的標準授權商品內容。

永生的我們則淪為奴隸,被逼迫大量繁殖,幼童被大量灌食,直到體內的同位素體足以驅動他們進行十五萬年的勞動需求,才用星艦載運交付給遠方的買主。

十五萬年這個數字,是征服者開給的客戶的「保固期」。

我們被賣到星系各地的艱困環境去開採資源,我們曾經屬於自己族類裡的百分之一,而今卻淪為了宇宙經濟剝削體系下的那百分之九十九。

就這樣,漫長的兩億年間,我們鉛民「星際間最耐用奴隸」之名不脛而走,甚至數十億光年遠的纖維狀結構空洞彼端,都有慕名前來的買家。

天荒地老、海枯石爛,我的族人用字面上的意義,來償還我們所犯下的罪——不、你搞錯了,我指的並非讓星球滿布輻射污染這件事!而是——

獵人,從來就不該放下自己的弓箭。

我不知道其他同類的命運,自己卻很幸運地碰上好的奴隸主,而有幸撐過了遠遠長於「保固期」的年歲,最終被你們即將加入的公約組織營救,而恢復了智慧物種基本權,做為回報,我的第一個任務就是被派駐到地球來當說客。

組織交付給我的任務,是希望藉由我的親身經歷諄諄告誡,以期人類能盡快到達碳中和來避免氣候變遷,以免屆時公約組織需要耗費更多資源物力,從劫難中拯救這顆行星。

這是你們的百分之一與百分之九十九,必須要嚴肅思考、共同面對的問題。

不過如果我是你們,我就會評估:實踐碳中和的那個當下,這顆行星上是否還有足夠的能量,來對抗只略高你們一個層次的文明侵略?

雖然很動聽,但千萬別被那套愛與和平、進步與開化的謊言給騙了,誰說都一樣——即便是我的雇主、邀請你們加盟的公約組織。

畢竟,我們都曾是獵人,以弓箭奴役百獸萬物。

我們都看過,獵人放下弓箭的後果。

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再・創世 Cybernetic_96
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由策展人沈伯丞籌畫之藝術計畫《再・創世 Cybernetic》,嘗試從演化控制學的理論基礎上,探討仿生學、人工智慧、嵌合體與賽伯格以及環境控制學等新知識技術所構成的未來生命圖像。