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人不是地球上唯一物種,文明也是複數──泛生態科幻系列(完)

oeo
・2018/08/05 ・4325字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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
宇宙如此宏大,我們該如何發展文明?
由大衛芬奇到宮崎駿:文明本就與生命世界環環相扣

《侏儸紀公園》直接生態能源與動力的顯與隱

當國際上野生動物保育組織、流刺網捕魚作業還有一長串黑名單的年代,野生動植物保育觀尚未如此盛行、成熟、普及,五、六年級生小時候就有像是《恐龍救生隊》、《大白鯨》這樣「超時代」的科幻卡通,想像、探討在現實中早已滅絕或未曾出現的物種與生境,「恐龍、巨獸救援與保育」問題,以及動物在文明中的地位與科技利用。

《恐龍救生隊》這部卡通也許不是當年最知名的作品,卻是拍攝技法與內容別開生面的奇作。較為人熟知的《侏儸紀公園》系列,時髦地引用了生物技術的當紅主題,但從生態科幻宏觀創意的層次來看,這類作品一再提醒我們思考:要永續、保護、保育(包括復育)生物、生態的主流,會尊重、共生、學習生物、生態的方向,從此而生或衍生而出的的科學科技與文明,會造就怎麼樣的世界?

「所有生物,從藍藻到藍鯨,從秀麗隱桿線蟲到大象,都具有穩定有序、低熵的構造,這一點其實相當令人難以置信。應當說:它們的出現簡直是個奇蹟。為了維持穩定的狀態、一致性與完整性,為了避免失序,每一個生物,包括每一個生態系,都必須持續輸入能量。」(資料引自從世界變得寂靜開始:物種多樣性的衰減如何導致文化貧乏

但我們得注意,現實中,要學習生態、利用生物,局部片面、倉促短視的做法其實常常遭致生命倫理、弄巧成拙、顧此失彼甚至適得其反的後果。類似的問題與危機已發生在獸力應用、生物防治、生態工法、生物技術、基因改良、生質能源等等各大領域,又如一些利用池塘綠藻製造汽油與合成石油的研究計劃,與目前低價的石油和天然氣相比,擴大微生物生產石油所需的商業成本迫使艾美利斯(資料引自《科學人》No.184  P32)和其他一些新創公司暫停相關計畫,這些公司成為投資者的噩夢。

根據官方設定的背景資料,小藍是「合成恐龍」,因此在外型上與一般馳龍類恐龍不太相同。圖/IMDb

這近來當紅卻也引起不小爭議的「合成生物學」,它原初的狂野夢想,是安全改造所有生物以幫助人類並改善環境,科學家埃斯維特給了一個鮮明的自問自答:

「為什麼要使用生物系統,而非化學物質呢?因為自然界生物通常能在室溫或體溫狀態下進行複雜的化學反應,而科學家對此只能望洋興嘆,因其通常得依靠有毒化合物或外力協助以產生化學反應。此外,生物工廠也比矽和金屬製成的人工產品節能。……生物最大優勢正是能繁殖與演化。」(資料引自《科學人》No.184  P32)

正因為如此,在理想與方向,目的與價值確立後,我們更應該認真投入,以更靈活調適、更深廣觀察、更有序長遠從事理論建構與實踐應用,也值得關注的,宏觀而言,科幻就是科學科技與文明發展之前、當下、之後的超然思辨與廣博檢視。

另一部早期別緻科幻卡通《大白鯨》,作品特色可愛之處在於:它在科幻與現實面都非主流,結合生物、精神力(記得是用腦波操縱大白鯨飛船,還需要整個團隊的專注合作)的科學科技,是光明正義也更為先進的一方,最終還戰勝了船堅炮利機械化學的科學科技!

共生共存:人不是地球上唯一,文明也是複數

今年看到個人相當讚賞的科技評論家凱文.凱利 (KK),表示近年最熱門的「人工智慧」,發展其科技的核心價值,在於重新促進定位人類智慧。

圖/pixabay

但古今未來,人不是地球上唯一物種,文明也是複數:

「一個物種、一個語言,或是一個文化的死亡,不只是和過去、和根切斷連結。一個物種的滅絕,也代表這個物種未來的發展將有潛在的毀滅性。同樣地,當一個文化被毀滅時,所有可能的未來發展、所有它可能發展出的概念與思想也毀滅了。一個死去的語言、一個被抹滅的文化都留下了生態學上的空白:不再被提出的問題、不再被思考的理路,不再被述說的故事。這些被抹滅的事物都被新的其他事物所取代。然而,因為交流越來越頻繁、隨意,因而造成新舊之間更大的距離,新的文化、語言、生物等在任何一個地方都能發展。世界的生物多樣性和文化多樣性因此逐漸地單一化。大自然和文化的過去景象快速地被新的覆蓋。」──引自從世界變得寂靜開始:物種多樣性的衰減如何導致文化貧乏

人類在發展科學科技的同時,常常可能已經先入為主地、未經或無能於科學驗證地排除、輕忽、漠視、遺漏、壓制了『其他有效方案』!

從現實歷史中,早期礦坑毒氣偵測使用的金絲雀,猴子和人合作摘果、大象載貨運搬、海豚和人合作捕魚…..到今日在禁品檢驗的很多表現上仍優於人工機器的緝毒犬,再到科幻作品《星際大戰》中想像出絕地武士騎乘異獸穿梭在特殊地形的星際基地……人類與其他生物之間的關係本身,直接共處角色位階,是奴役、利用,還是學習、合作,本就絕不會也不該從科技文明中退位,但也可說從真正文明尺度而言,還停留在非常原始、膚淺、脆弱與粗陋的階段。

而真實歷史上,從發現認知到充分利用、融入新方向的能源、動力於其他科技發展上,都是一項漫長艱辛的歷程,單是「流動空氣」,就花了將近整整五千年才被應用在機械上。中國人拔得了頭籌,大約是在西元前 200 年左右,他們豎起了風車,並給這些風車裝配齒輪,汲水用於灌溉。單就「磁力」,分散式、小規模、安全性的運用,人類文明該學、能學的似乎還很多。

圖/wikimedia

上述大多是人類可見且較熟悉的動物實例,但談生物力、生態能當然不能只偏限某一類物種,根據傑克·舒爾茨(Jack C Schultz)的看法,就以相對較被冷落的植物而言,牠們其實「只是行動非常緩慢的動物」。這不是對基礎生物學的誤解。舒爾茨是位於美國哥倫比亞的密蘇里大學(University of Missouri in Columbia)植物科學系的教授。

他花了四十年時間研究植物和昆蟲之間的相互作用。他對自己的研究了若指掌。相反地「他探討的是我們對植物的通常看法。他覺得人們通常對植物視而不見。然而,植物會爭奪領土,尋找食物,逃避捕食者,讓獵物落入陷阱。它們像任何動物一樣活著,並且有著相應的行為。」(引自 BBC英倫網 

法國里昂大學(University of Lyon)的植物學家奧利維爾·哈曼特(Olivier Hamant)說:「要看到這一點,你只需要製作一個關於植物生長的高速播放電影——然後,植物的行為看起來就像動物了。」(引自 BBC英倫網  

事實上,延時攝像機揭示了鮮為人知的植物行為的精彩世界,任何觀看了大衛·艾登堡生命系列記錄片(David Attenborough’s Life)中著名的《林地片段》的人都可以為此證明。從材料到工具,從方向到方法,從結果到效益,我們總要記得,總要好奇,總要謙學:文明精彩,生態無疆!

結語與後記

「直覺之心是神聖的天賦,理性之心則像忠誠的僕人。我們建立了一個榮耀僕人卻遺忘了天賦的社會。」事實上,若蔑視了眾生,誤置了生態,人類文明恐怕連「理性之心」也稱不上,何來榮耀?

Avatar (2009)。圖/imdb

1963 年,蘇聯科學家卡爾達肖夫提出了宇宙文明的 3 個等級。隨著等級的提高,文明的科技和控制自然的能力也就越強。根據卡爾達肖夫的分類──

一級文明:能夠利用自己所處行星的能量,既包括該行星自帶的能量,也包含該行星從外太空接受到的能量,如恆星的太陽能等。
二級文明:能夠開發其恆星系中的能量,包括其他行星、甚至恆星的能量。
三級文明:能夠掌握其所在星系的能量,整個星系上千億顆恆星、以及它們的行星、甚至是黑洞的能量。

隨著人們對宇宙認識的深入,又有科學家增加了新的分類,一直到最高的七級文明。新補上的四級文明──

四級文明:可以利用全宇宙的能量。
五級文明:可以穿梭於多元宇宙之間,開發其他宇宙的能量。
六級文明:神級的文明,不僅僅局限於開發能量,甚至可以任意操縱時間、空間、創造宇宙!
七級文明:其實這是個預留的級別,就是我們還完全無法意識到的級別。

地球上的很多能源、甚至包括地震產生的巨大能量,人類根本無法利用。所以說,地球人現在連一級都排不上,我們充其量也就是 0.7 級文明!而大致看來,這些仍是強調控制與利用的文明進程。若改以生態的共生與關係觀之,文明的向度應是「另當別論」。

「目前的地球其實早已超載了百分之二十到三十。用經濟術語來說,那就是人類原本應當靠著地球自然資本的利息而生存,現在則不但利息已揮霍殆盡,甚至還大量用到本金。」(引自《失控的進步:復活節島的最後一棵樹是怎樣倒下的

而諸如弱肉強食、互惠共生、此消彼長、攻敵必救……,生態現象的一個重要人文價值,即在於不但以「種內」,更以確實可察、多樣豐富、宏偉細膩的「種間」關係、互動,應驗、提示、反證、啟發人類「種內」的種種社會結構與交互作用,有時單從人類種內的觀察、思考很容易疏忽、遺漏。若我們接受主流科學的達爾文演化論,這是一種無形的科學遺產保留、再造與傳承。

進而言之,關鍵珍貴的,就是它的永續、多元、無廢、真切、平衡、整體、生(活)境、有序、循環與流動的本質,終將是科學的理想,理想的文明。

圖/imdb

我們今天看到「重於空氣的科技」──飛機穿梭頂上,而非「輕於空氣的科技」──飛船滿天航行,這其實絕不是單就現代科學探討、科技現實推論講得通的道理,歷史非線性,文明是複數,科幻、生態、文明的和合共成,必定是宇宙萬曲、天地詩篇中一首動人精彩的交響樂章!

「沒有生命會真正消失。」《星際大戰》電影系列今年已上映至第八集,還用了「最後的絕地武士」這個副標題。「最後」一詞用得讓人感到震撼,尤其對於特定世代的星戰粉與科幻迷,那更是一種悲壯,一種蒼涼,一種豁達,一種啟發。

最後的絕地大師告訴我們:

「原力不是讓石頭飛起來,不是存在某人身上的強大力量(雖然它的確可以這樣示現),它是萬生萬物之間的一種連結,一種覺醒。」

原力與我們同在,原力與生態文明同在。

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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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譜一張赫羅圖,算出星團中的「人口」及演化——天文學中的距離(三)

CASE PRESS_96
・2021/10/15 ・3259字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

本文轉載自 CASE 科學報天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」

視差主要量測鄰近恆星的距離,想要量測得更遠就需要靠別的方法。在銀河系裡面有許多的恆星,有時會各自群聚為「星團(star cluster)」,就像是一個個村落。我們對這些村落進行「人口普查」,藉由它們的顏色與亮度來找出它們的距離。

M44 鬼宿星團(又稱蜂巢星團),是位於巨蟹座的疏散星團。圖/維基百科

遠看?近看?亮度不同!

在我們《天有多大?宇宙中的距離》系列的前一篇文章中,我們介紹了「視差」。利用在太陽兩端觀測到的天體位置差異,我們得以精確量測最遠一萬光年左右的明亮恆星距離。

可是光是銀河系大小就超過十萬光年,遙遠的恆星以現在的技術根本看不出位置差異、無法使用視差法,更不用說銀河系以外還有那麼多的天體了。我們還有什麼方法來量測距離呢?

在開始實際了解作法之前,讓我們先來想像一下:「有個人在夜裡手裡拿著一支蠟燭,站在你的面前,接著愈走愈遠、愈走愈遠…」那支蠟燭的亮度看起來會有什麼樣的變化?

如果你不感到害怕的話,應該可以想像:「蠟燭的亮光看起來會愈變愈暗」對吧!

從物理的角度來看,由於蠟燭發出來的光會朝四面八方射出去。距離蠟燭愈遠,蠟燭照射的面積就愈大,所以看到亮光就變暗了。可以想像,我們看到的亮度會與照射的面積成反比,也因此與距離的平方成反比(圖 1)。

圖 1:光源照射出的亮度與照射面積成反比,也因此與距離的平方成反比。圖/參考資料 2

接下來換個情景,想像一下一個人站在一座路燈旁,遠方也有另一盞一樣的路燈。如果這兩座路燈的工程品質夠好的話,我們可以假設這兩座路燈發的光本來是一樣多的。

旁邊的路燈看起來比較亮,遠方的路燈看起來比較暗。比較近的路燈要量測到距離相對簡單且精準。這樣一來,就可以利用兩盞路燈的亮度與其中一盞路燈的距離,換算出另外一盞路燈的距離啦。

我們也可以利用類似的方法來找去宇宙遙遠天體的距離,在宇宙中的天體發射出來的光,大多都是朝四面八方射出去,因此看到的亮度就跟這個球的表面積成反比、與觀測的距離成平方反比。我們利用鄰近天體、遙遠天體的亮度,搭配鄰近天體的距離,找到遙遠天體的距離。

接下來,我們就來實際認識一個用這種方法來計算距離的例子吧!

銀河系內星團的距離:人口普查

在對一些住得比較近的恆星進行「人口普查」之後,我們對於恆星的性質有了一定的理解。我們可以觀察恆星的顏色,量測出亮度,再依照它們的距離將亮度換算成光度,接著把恆星們「光度對顏色」的分布圖畫出來,這個圖被稱為「赫羅圖(Hertzsprung–Russell diagram或H–R diagram)」(圖 2)。從這個圖當中,可以研究出很多恆星的資訊。

比方說,我們發現在赫羅圖上,大多數的恆星會分布在一條帶狀區域上。這條帶狀區域稱為「主序星帶」。恆星絕大多數的生命時光,就是從在赫羅圖上的主序星帶一端移動到另外一端。我們可以從途中看出,恆星在它的演化之路上,會漸漸地從高溫、高光度,變成低溫、低光度。以觀測的角度來說,就是從「很亮的藍白色」,變成「很暗的紅色」(見圖 2)。

圖 2:赫羅圖範例。橫軸是溫度,愈左方溫度愈高。愈上方看起來愈亮。每一個點都是一顆星。點的顏色就代表這些星看起來的顏色。可以看出有一條明顯的帶狀區域從右下角往左上角延伸,就是主序星帶。恆星主要的生命會從這個主序星帶的右下角慢慢演化成左上角的樣貌。圖/參考資料 3

也就是說,我們能從「恆星的顏色」來推知「恆星的光度」。如果我們可以清楚量測出一顆恆星的顏色,就能夠猜出它們的光度,進而計算出它們的距離。雖然這個方法跟視差一點關係也沒有,但這個方法卻被稱為分光視差(Spectroscopic Parallax)。

不過要將這個方法用在單一顆恆星會有很多的不確定性。比方說,之所以叫做主序星「帶」,就是因為它不是一條「線」。即便是在同一個顏色,它的光度會有一個不算小的範圍。

所以比起單純用來找出一顆恆星的距離,這個方法更常被用來找出一整團恆星的距離。這個方法稱為「主序星擬合(Main Sequence Fitting)」。

在銀河系裡面有許多的恆星,這些恆星並不是完全隨機分布的,有時會各自群聚為「星團(star cluster)」。把每一顆恆星都想成一個人的話,銀河系就是有著一千億人口的國家(人口很多也沒關係,反正土地也很大)。而星團就是國家裡的村落。有的村落具有一定的規模,可能有上百萬顆星。也有些村落比較小巧,可能只有幾百顆星。

「主序星擬合(Main Sequence Fitting)」比較兩個村落的亮度,其中一個我們知道距離,另外一個的距離則是我們的目標。利用已知的距離,來得出未知的距離。

首先我們可以觀察銀河系內比較近、可以靠其他方法找出距離的星團。把星團裡的恆星「亮度對顏色」分布圖畫出來,可以找到一條主序星帶。

接著我們觀察未知距離的遙遠星團,一樣能從「亮度對顏色」分布圖中看到一條主序星帶。這兩條主序星帶由於星團的距離不同,亮度就會不一樣(範例見圖3)。比較這兩條主序星帶的亮度,就能換算出遙遠星團的成距離。

圖 3:距離不同的星團中主序星帶的差別。藍色點是畢宿星團(Hyades),紅色點是昴宿星團(Pleiades)中的恆星。每一個點都是一個恆星。橫軸是顏色,縱軸則是亮度。由於畢宿星團比較近,因此畢宿星團的主序星帶亮度比較亮、昴宿星團的主序星帶亮度比較低。從它們之間的亮度差別可以換算出距離的差別。圖/參考資料 4

過去常用來作為參考的星團是「畢宿星團(Hyades)」與「昴宿星團(Pleiades)」(圖 4)。畢宿星團是距離地球最近的星團,只有 151 光年,昴宿星團稍微遠一點點,大約 440 光年。這種距離下星團中的恆星距離可以用視差非常精準的量測。

圖 4:畢宿星團(左)、昴宿星團(右)。圖/參考資料 5、6

不過畢宿星團的缺點也是有的,畢竟主序星擬合之所以成立是建立在一個假設之上:「所有星團的主序星帶亮度都一樣」,然而這個假設是不一定成立的。我們已經發現,不同年齡的星團它們的主序星會長的不太一樣。

以畢宿星團來說,它是個相較之下年老的星團,大約6億年左右。如果要用它來找年輕星團的距離,就好像要拿開發中國家來和已開發國家比較一樣,總是會有些不公平。另外每個國家其實也都有著自己的特色,讓這個方法總是有潛在的偏差。

主序星擬合是「宇宙距離階梯(cosmic distance ladder)」很重要的一步。藉由假設主序星的性質一致,我們找到了銀河系內遙遠星團的距離。然而主序星擬合的極限還是離不開銀河系。

在下一篇中,我們將帶大家認識量測研究銀河系外星系距離最重要的角色:「造父變星」,並介紹一位偉大的天文學家亨麗愛塔‧勒維特(Henrietta Swan Leavitt)的故事。

參考資料

  1. Pixabay / spirit111
  2. Encyclopædia Britannica, Inc.
  3. wiki / Hertzsprung–Russell diagram
  4. ESO / CAS 2003
  5. ESA Hubble / Overview of the Hyades star cluster (ground-based image)
  6. wiki / Pleiades


本系列其它文章:
天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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