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【特輯】《哥吉拉II:怪獸之王》:一暝大一吋的哥吉拉?

PanSci_96
・2019/05/30 ・2523字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

近期上映的《哥吉拉II:怪獸之王》(Godzilla II: King of the Monsters) 為怪獸宇宙系列的第三部電影(前兩部為《哥吉拉》(2014)、《金剛:骷髏島》),本片不只有哥吉拉的回歸,更有大朋友小朋友都喜愛的(?)摩斯拉、王者基多拉、拉頓等等都出現在其中;後續可能出現的各式獨立電影更是讓人既興奮又期待更怕受傷害。

y編私心覺得這張比較帥。source:IMDb

我們就不妨趁著哥吉拉的歸來,來回顧那些與哥吉拉有關的空想科學吧!

———- 以下內容,有一點雷 ———-

哥吉拉為何會越長越大?

跟著哥吉拉一起長大、再一起變老的捧油,是否也多少有這種感受:哥吉拉啊,你是不是越長越大啦!

我又長大啦!(吼)source:IMDb

從1954年初登場時只有50公尺、體重2萬噸的元祖哥吉拉,到2014、2019年好萊塢版108公尺9萬噸的哥吉拉,顯然他是真的越長越大了呢!(不過最高的還是正宗哥吉拉的第四形態 愛稱:鐮倉君<3,身高118.5公尺、全長333公尺、體重9萬2千噸)

N. CARY/SCIENCE

前主編大大Z編在2014年就曾寫過討論「哥吉拉會越長越大嗎?」的文章,裡面提到古生物學家與比較解剖學家愛德華柯普(Edward Drinker Cope,1840~1897)所提出的「柯普法則」(Cope’s rule),認為「動物族群譜系會隨著演化歷程而體型漸大」。

雖然柯普只是從同類群不同時期的化石型態演進歸納出這項法則,並沒有提出更多證據支持動物會朝體型大的方向演化。此外,也有其他科學家認為,因為大型骨骼比較容易形成化石,而且地質年代越近的化石就越可能保存,所以才有「化石越來越大」的現象;體型是否隨著演化越漸增加,還有待商榷。

不過大體型確實有些優勢能夠提高適存度(fitness),從生存、生殖上的優勢產下更多大體型的後代,像是大體型容易擊退競爭者、容易抵抗掠食者,也因為比表面積降低,能量的利用效率也較高。

但2011年科學家也發現,隨著全球暖化,也許多種類的生物體型縮小了!

國立新加坡大學(National University of Singapore)的生態演化學家比克佛德(David Bickford),和阿拉巴馬大學(University of Alabama)的保育生物學家謝里登(Jennifer Sheridan),他們在綜合了過去的諸多研究後發現,從植物(2種)、魚類(8種)、陸生爬蟲類(3種)、鳥類(19種)到哺乳類(6種),都有物種因為近幾十年來的氣溫升高而體型變小 。而且從古生物的研究中也發現,5580萬年前的「古新世–始新世氣候最暖期」,當時的甲蟲、蜘蛛、地鼠化石也比較小。雖然科學家還不確定為何暖化會使得生物體型縮小,不過他們推測,其中一項原因和食物來源有關。

而早已突破生物力學限制的哥吉拉,究竟體型會越來越大還是受全球暖化的影響而縮小?

或許最重要還是「人擇」(Human selection)的力量。美國北卡國家演化綜合研究中心(National Evolutionary Synthesis Center in North Carolina)的專家Craig McClain提到,使哥吉拉在系列電影中體型年漸增大的原因,很可能跟摩天大樓的發展有關 ;為了使哥吉拉在城市中保持「巨大」的體態,就得增加身高,讓他繼續受到觀眾的青睞而「活下來」。如果哥吉拉未來得去對抗的怪獸所在的城市林立著百公尺高的大廈,那麼現在108公尺的身高似乎就顯得不夠力。

更多精彩內容請見原文:

這麼大的哥吉拉,要吃多少放射線才能長這~麼大呢?

那麼,一直不斷長高(?)的哥吉拉,要讓這~麼大的身體運作,要消耗多少的能量呢?而要供給這些能量,搞不好地球養了一隻哥吉拉後,就再也不用擔心核廢料了?更別說哥吉拉要超進化成紅蓮哥吉拉,芹澤(渡邊謙 飾)只抱著一顆核彈去送頭,這能量應該是遠遠不夠吧?

讓我們來看看空想科學讀本怎麼說:

要用什麼武器才能毀滅哥吉拉?

殺死初代哥吉拉的水中氧元素破壞裝置,是一種能破壞氧氣、使生物液化的化合物。在這次的《哥吉拉II:怪獸之王》當中也有出現,但這東西傷的了哥吉拉傷不了基多拉的武器,到底原理是什麼?

破壞氧能液化物質完全看不出這一點的理論根據。不過要是能破壞氧原子,那在生物體內擔任最重要角色的「水」就沒了,這樣的確會對生物造成致命傷害。然而,水中氧元素破壞裝置的另一種說法是「氧氣破壞劑」,這擺明它是一種化學物質。要破壞原子的話,必須引發核反應,但是化學物質所擁有的能量遠比核反應的能量小多了,所以靠化學反應是不可能破壞原子的。

如果目的在於從哥吉拉的體內奪走氧氣,那可以用燃燒、或者用強酸來沖它等化學反應來達成。不過這樣做並不能夠「破壞」氧。當初創造水中氧元素破壞裝置的芹澤博士,已經隨著哥吉拉消失在大海中一去不回了。在此我們就繼承他的遺志,努力想想看用化學反應「破壞」氧元素的方法吧。

能獲得最大能量的化學反應,就是燃燒氫氣。燃燒 1 公克氫氣,可以得到 12 萬焦耳熱能。我們就先假設水中氧元素破壞裝置放出的能量比這大 10 倍吧。要破壞 1 公克的氧原子核,至少也需要 7700 億焦耳的能量。在生物體來說,體重的 3 分之 2 都含有氧。初代哥吉拉重 2 萬噸,所以體內的氧元素是 1 萬 3 千噸。要破壞這麼多的氧原子,需要 100 垓焦耳的能量!

這可是當年初代哥吉拉遇上的核爆的 16 萬倍。要是能把這能量全部集中在哥吉拉身上,倒也還好,但這保證對周圍造成巨大損害,一定會讓地球毀滅。而要達成這個要求,水中氧元素破壞裝置的重量將高達 84 億噸!

芹澤博士是抱著裝了水中氧元素破壞裝置的小瓶子,潛入海中去消滅哥吉拉,他的臂力真是太嚇人了。單純計算起來,光靠芹澤博士的臂力,就足以抬起 42 萬隻哥吉拉了。這樣就算空手去打哥吉拉,也穩贏的啦。

同理,這一代的芹澤博士也是蠻驚人的Σ(;゚д゚)

芹澤博士表示,沒發現原來這任務這麼硬(X
Source:IMDb

其他應該好像大概可以殺死哥吉拉的方法在這裡:

從昭和走到了平成、再到《正宗哥吉拉》,從《酷斯拉》到如今逐漸鋪成的怪獸宇宙裡的《哥吉拉》,這隻既是破壞之王、也是守護神的大怪獸,牠和人類相伴的日子還沒結束。你最喜歡哪一個版本的哥吉拉呢?除了爆幹爽的場面之外,哥吉拉還帶給你哪些感受呢?跟我們分享吧!(浦田君激萌!(被打

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如何選擇「基因交友軟體」?——影集《真愛基因》的現實
胡中行_96
・2022/06/27 ・4916字 ・閱讀時間約 10 分鐘

「身為交友軟體公司的執行長,用自家服務找對象並不道德,可是我偶爾會做市場調查,所以手機裡下載了 20 個同行的產品。當我打開其一,便收到一個月前,某位友善男士的來訊。內容實在迷人,可惜他整頭紅髮……」幸好見面之後,一拍即合。她徵求對方的同意,採集其口腔的 DNA 樣本,進而得知他們擁有最頂尖 10% 的相容性。「我從不想要紅髮伴侶,認為自己不會喜歡,但其實我超愛。……,這都在你的 DNA 裡。」[1]

  

影集《真愛基因》中的基因配對廣告:「接受檢測,找到真愛」。圖/IMDB

  

Netflix 影集《真愛基因》

Netflix 影集《真愛基因》(The One)講述科學家發現有一種 DNA 檢測,可以找到完美伴侶,於是數百萬人踴躍嘗試。以此營利的媒合公司執行長,卻在事業愛情兩得意之際,捲入一場謀殺案……。[2][3]

話說回來,本文第一段引述的並不是影集劇情,而是美國交友網站 Pheramor 的共同創辦人兼執行長,接受德州醫療中心(Texas Medical Center)專訪時的自白。[1]

  

您的手機裡,裝有哪些交友軟體?圖/Pratik Gupta

  

真實的基因配對業者

影集《真愛基因》於 2021 年上映,然而在更早之前,就已經有業者開始提供類似的服務。以下是幾個知名的例子:

DNA Romance 的口腔 DNA 採集套件。圖/參考資料 11

  

基因配對的原理與目的

在考慮註冊一般交友軟體或網站的帳號之前,我們由最基本的動機,例如:純交友、約砲、短期約會、長期戀愛,甚至是以婚姻為前提交往等,搜尋適合的平台。選擇基因配對服務時,想清楚使用的目的,同樣也是首要之務。同時,最好瞭解這些檢測的功能,是否符合您的需求。有鑑於業界廣告的項目繁多,單一基因觸及的層面也相當複雜,以下只簡單說明其中一小部份:

  • 人類白血球抗原(human leukocyte antigens,HLA),即人類的主要組織相容性複合體(major histocompatibility complex,MHC):[15]1995 年瑞士 Claus Wedekind 教授等人,發現動物身上的MHC,會影響體現免疫特質的體味。排除避孕藥干擾的情形下,女人喜愛的味道,通常屬於與自己 HLA 差異較大的男人。[16]2016 年的德國研究,認為 HLA 相異者的結合,能帶來令人滿意的關係和性愛,以及強健的子代[15]不過,2020 年另一群德國科學家檢視 3,691 對情侶後,覺得 HLA 對人類求偶的實際作用甚微。[17]
  • 血清素轉運體(serotonin transporter,SERT基因:編寫蛋白質 SERT 的基因變異體 5-HTTLPR,[18]是調節神經系統中血清素濃度的關鍵,與情緒控管有關[19]
  • 催產素受體基因(oxytocin receptor gene):這種基因有幾個不同的類型,2019 年的美國研究指出,GG 基因型的人合群、有同情心,且情緒穩定。他們或他們的伴侶,比 AA 或 AG 基因型婚姻滿意度高[20]
  • 多巴胺受體基因(dopamine receptor gene)DRD4:多巴胺帶給人愉悅感,但相應受體遲鈍的 DRD4 7R+ 基因型,必須要更大的刺激,才能達到相同效果。[21] 2010 年美國研究 DRD4 的論文指出,相較於 7R-,屬於 7R+ 者,傾向從事一夜情、出軌等高風險的行為,因而有旺盛的繁殖力,且容易繁衍多元的子代。[22]
  • 兒茶酚-O-甲基轉移酶基因COMT gene):COMT 基因若異常,會提高某些精神疾病的風險。[23]2019 年的德國研究顯示 COMT 基因的不同類型,會導致情緒辨識表現的差別。與 Val/Val 相比,有 Met/Met 和 Met/Val 基因型的人,能更準確的辨識負面情緒。因此,遇到負面的社交經驗時,也更輕易地陷入焦慮或憂傷的情緒。[24]
  • 單核苷酸多態性(single-nucleotide polymorphism,SNP):SNP 是指 DNA 序列中的變異,可以用來尋找致病基因和療法、做親子鑑定,或是瞭解族群的演化等。目前科學界已知約 400 萬個 SNP,[25]如果交友網站沒說要驗哪些,其實算是過度籠統。

值得注意的是,許多現有的相關研究均以順性別異性戀為主,所以對性少數的族群而言,未必有參考價值。Instant Chemistry 為此展開大型研究,正在招募後者參加。[6]

  

《真愛基因》劇照:如果已經有伴侶了,您還會想做基因檢測嗎?圖/參考資料 3

  

基因在戀愛中的角色

除了正在尋覓另一半的單身人士,Instant Chemistry 更鼓勵情侶們購買雙人檢驗套組,說是有助於解決兩人對關係的不滿。[6]影集《真愛基因》的原著小說《命定之人》(The One)裡,就有這麼一個經典的橋段:「如果我們的 DNA 結果不合,怎麼辦?」「那就要留心,或許我們得為戀情更加把勁。就像約翰.藍儂說的,『你只需要愛』。」「對,可是他也說過『我是海象』,所以咱們還是別太相信他智慧的箴言。」[26][註1]

想去驗基因的伴侶,是不是早就對感情缺乏信心?若是心中的芥蒂被科學驗證了,又該如何面對?

換個角度來說,這可能要看兩人不合的基因,是關乎哪個面向。比方,美劇《宅男行不行》(The Big Bang Theory)裡,不用驗也知道大難臨頭的 Amy,以反諷的口吻抱怨:「噢,當然,因為 Sheldon 跟我的 DNA 加起來,會等於一個曉得怎麼交朋友的孩子。成熟點!」[27]憂慮子代基因無法適應社會的心情,擺在生育意願超低的臺灣,不僅很難激起觀眾共鳴,應該也不太會動搖已經成形的交往關係。

但,要是基因檢測,還有其他風險呢?

  

Michael Connelly 的小說《Fair Warning》,點出基因檢測的風險。圖/參考資料 28

  

基因資訊的隱私疑慮

「你知道今年五角大廈叫所有軍人,不准使用 DNA 試劑,因為那會造成國安問題嗎?」曾任記者的知名美國作家 Michael Connelly,在 2020 年出版的虛構小說《合理警告》(Fair Warning;暫譯)裡,[註2]描述真實世界可能上演的基因隱私危機。「骯髒四號。有些遺傳學家這麼稱呼 DRD4。」故事中,有心人士從盜用的基因資料,斷定哪些女性水性楊花,然後跟蹤並殺害她們。[28]當原本屬於隱私的個人資訊被交予私人企業,以獲取服務,消費者究竟能得到多少法律的保障?

根據 Michael Connelly 的調查,目前美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration,FDA)尚且無法有效規範基因資料的蒐集與運用。[28][29]DNA Romance 強調他們遵守美國《健康保險攜帶和責任法案》(Health Insurance Portability and Accountability Act,HIPAA)的隱私準則,而且不會把使用者個資賣給第三方。[11]

可是美國國家人類基因組研究所(National Human Genome Research Institute)坦承:「雖然很多公司設有健全的隱私及知情同意政策,但沒有聯邦法律能禁止他們將個人的基因資訊提供給第三方。[30]

  

臺灣的基因隱私保障

科技部 2021 年的《科技魅癮》數位季刊,曾探討臺灣與美國在基因法規方面的異同。[31]比起美國允許某些科學研究不經當事人同意,就能使用去識別化的基因資訊;[30][31]臺灣的規範較為嚴謹,卻也因阻礙科技發展而為人詬病。[31]基因檢測等相關科技,是一個仍在不斷演進的領域。

我們一來不能光看基因就認識一個人的特質,畢竟後天環境也是造就人格和生理條件的重要因素;二來在研究還未成熟的階段,對檢測的解讀必有其侷限。另外,還得注意檢測單位是否遵循當地法規,以保障消費者權益。萬一不小心,資料外洩或是驗出個本來不曉得的基因缺陷,當事人受到的打擊,說不定會比失戀還嚴峻。

總之,基因檢測是潘朵拉的盒子。一旦勇敢嘗試,便如同 Michael Connelly 書中所言:「你的 DNA 可以開啟任何事物,從此秘密再也不是秘密了。[28]

  

備註

  1. 影集《真愛基因》和原著小說《命定之人》的原文名稱都叫做「The One」。本文引述的段落是由筆者自行翻譯,所以可能與目前通行的繁體中文版用字略有出入。
  2. Michael Connelly 小說改編的作品中,較為臺灣人所知的,大概是電影《下流正義》(The Lincoln Lawyer)和影集《絕命警探》(Bosch)。至於《Fair Warning》,目前好像沒有中文譯本。

參考資料

  1. Dating app taps genetics and social media (Texas Medical Center, 2019)
  2. The One (Netflix, 2021)
  3. The One (IMDB, 2021)
  4. GenePartner (2022)
  5. Instant Chemistry (LinkedIn, 2022)
  6. Instant Chemistry (2022)
  7. SingldOut (Crunchbase, 2022)
  8. This Online Dating Site Thinks It Can Match You Based On Your DNA (Business Insider, 2014)
  9. How Identity Evolves in the Age of Genetic Imperialism (Scientific American, 2015)
  10. DNA Romance (LinkedIn, 2022)
  11. DNA Romance (2022)
  12. Nozze (2022)
  13. The Illusion of Genetic Romance (Scientific American, 2020)
  14. Pheramor (Facebook, 2019)
  15. Kromer J, Hummel T, Pietrowski D, Giani AS, et al. (2016) ‘Influence of HLA on human partnership and sexual satisfaction’ Scientific Reports, 6: 32550.
  16. Wedekind C, Seebeck T, Bettens F, and Paepke AJ. (1995) ‘MHC-dependent mate preferences in humans’ Biological Sciences, 260: 1359, pp. 245 -249.
  17. Croy I, Ritschel G, Kreßner-Kiel D, Schäfer L, et al. (2020) ‘Marriage does not relate to major histocompatibility complex: a genetic analysis based on 3691 couples’. Biological Sciences, 287: 1936.
  18. serotonin transporter (SERT) (APA Dictionary of Psychiatry, 2022)
  19. Cao H, Harneit A, Walter H, et al. (2018) ‘The 5-HTTLPR Polymorphism Affects Network-Based Functional Connectivity in the Visual-Limbic System in Healthy Adults’. Neuropsychopharmacology, 43, pp. 406–414.
  20. Monin JK, Goktas SO, Kershaw T, DeWan A. (2019) ‘Associations between spouses’ oxytocin receptor gene polymorphism, attachment security, and marital satisfaction’. PLOS One, 14 (2): e0213083.
  21. Muda R, Kicia M, Michalak-Wojnowska M, Ginszt M, et al. (2018) ‘The Dopamine Receptor D4 Gene (DRD4) and Financial Risk-Taking: Stimulating and Instrumental Risk-Taking Propensity and Motivation to Engage in Investment Activity’. Behavioral Neuroscience, 12: 34.
  22. Garcia JR, MacKillop J, Aller EL, et al. (2010) ‘Associations between Dopamine D4 Receptor Gene Variation with Both Infidelity and Sexual Promiscuity’. PLOS One, 5(11): e14162.
  23. COMT gene (APA Dictionary of Psychiatry, 2022)
  24. Lischke A, Pahnke R, König J, Homuth G, et al. (2019) ‘COMTVal158Met Genotype Affects Complex Emotion Recognition in Healthy Men and Women’. Frontiers in Neuroscience, 12:1007.
  25. single_nucleotide_polymorphism_snp (國立中正大學生物資訊實驗室,2014)
  26. John Marrs. (2020) Chapter 9. ‘The One: Now a major Netflix series!’ USA: Random House.
  27. Big Bang Theory Quote 11016 (The Big Bang Theory)
  28. Michael Connelly. (2020) ‘Fair Warning‘. USA: Little Brown and Company.
  29. Beautiful Places to Die (The New York Times, 2020)
  30. Privacy in Genomics (National Human Genome Research Institute, 2021)
  31. 【個人vs.社會】基因檢測如打開潘朵拉盒子?隱私權成為重要問題!(科技魅癮,2021)
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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千萬別說《千萬別抬頭》有幫科學說了什麼——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/04/08 ・2534字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 黃俊儒/中正大學通識教育中心特聘教授,物理學出身,學術研究專長為科學傳播與大眾科學教育,喜歡讀書與追劇。

Take Home Message

  • 《千萬別抬頭》是去年充滿話題性的科學題材電影。片中以極為誇張的劇情,諷刺現今社會與政治環境對於科學議題的反應及現象。
  • 黃俊儒認為,電影的敘事手法有引發高馬效應之虞,導演以高高在上的姿態來訓誡觀眾,但這樣的做法卻可能引起更多的爭議及分裂,無助於釐清真相。
  • 雖然許多人表示這類的電影能引發更多對於科學的關注,但黃俊儒表示,若媒體僅「提到」科學就算是「關心」科學,而非協助閱聽眾進行理解與轉譯,將無法實質幫助到科學知識傳播。

無疑的,Netflix 於去(2021)年末推出的科幻電影《千萬別抬頭》(Don’t Look Up)極具話題性,更一舉獲得今(2022)年奧斯卡獎最佳影片入圍。

可能是感動於科學議題難得被如此大規模地盛情對待,此片在科學圈裡也引起了相當程度的關注,包括片中的科學主題、科學家的處境、科學家與媒體的互動,甚至連科學家與公關的關係也有人提出討論。我們能否真的藉由一部電影,令觀影人從此更加關注科學、留意地球環境?

《千萬別抬頭》獲得今(2022)年奧斯卡獎最佳影片入圍。圖/IMDb

荒誕卻又既視感十足的戲碼

看過影片的人應該可以在片中感受到一種滿滿的既視感,例如彗星撞地球的災難,幾乎是各種現存科技爭議的翻版;誇張的美國女總統如同世界上任何一位無視科學證據、一意孤行的民粹式領導者;科學家的角色充滿了不諳人情世故,且夾雜社交恐懼的刻板形象;媒體所顯示的則是充滿了嗜血,以及熱衷配合政治炒作的投機本質等,難怪許多網友更直呼這部片根本就是在講臺灣的現況。

《千萬別抬頭》或許會給觀影者滿滿的既視感。圖/IMDb

種種昭然若揭的片段,滿足了大家心中的各種「不意外」,但是如果冷靜下來想想,這些情緒所反應的只是大家對於現況不滿的集結,體現一種酸民式的語彙邏輯。但劇情滿滿的酸味,恐怕也稀釋了深入咀嚼本片的機會。

過度嘲諷的劇情與現實脫節

在政治與科學傳播的研究領域中,有個「高馬效應」(high horse effect)理論。

這個說法的起源與古代戰爭有關,不論是東方或西方,戰時的將領總是會騎一匹特別高大的駿馬,給人一種睥睨常人的威嚴與氣勢。而在現代,高馬效應則經常描述假消息傳播時所造成的影響,例如有人在群組上義正辭嚴地駁斥另一個人所張貼的假消息,原本這個指正應該是對的,但是因為當事人用高高在上的姿態訓誡他人,導致受訓誡的人心生不滿。

除了不領情之外,甚至可能將錯就錯地故意用更極端的方式回應當事人。這種高馬效應所造就的結果,經常不是事情的真相因此被釐清,而可能適得其反地造成了更大的分裂及衝突。

這部影片就充滿了高馬效應的風險。即使以科學作為主要的討論題材,但片中卻充滿了粗糙、線性且誇大的影射手法。從電影中可以強烈感受到導演急著凸顯某些荒謬感,結果卻微妙地轉化成滿滿的說教感,彷彿只有導演才是這些光怪陸離現象背後的先知,其他人都是被意識形態矇在鼓裡的傻瓜。

而這些說理的不成功,除了基於大量猛爆性的嘲諷之外,一部分則來自於對科學活動的脫序描述,不僅讓觀眾頻頻出戲,更無法感受到電影敘事的誠意。如果彗星撞地球這麼外顯的天文現象發生,全世界卻只能仰賴「兩個」科學家去確認並奔走,我想許多天文或地球科學界的學者都要氣到翻桌了。

以現在的科技,人們非得用肉眼看見頭頂上的長尾巴星象,才相信彗星已經朝我們而來,就跟非得看見狂風暴雨才相信颱風要來是一樣的,這是停留在遠古時代的荒謬想像。這些刻畫讓人在觀影過程中很難引發同理心,反而充斥著一種酸民邏輯下難以言喻的不舒適感。

當然,也有人對於支持這部電影,特別是國外有些氣候科學家,認為這部片忠實地呈現了他們數十年來被忽視的無奈。也會有人認為好不容易讓這些大卡司代言科學議題的電影,至少可以喚起大家的關注。

有些人認為這些大卡司代言科學議題的電影,至少可以喚起大家的關注。圖/IMDb

這些基於媒體對科學的經常性忽視,而好不容易被投以關愛眼神時油然而生的感謝,是無可厚非的。在筆者過往分析過的案例中,就經常感受到科學家在這類事情上的客氣,即使媒體把研究的成果報錯、報歪了,只要有稍微提及,科學家們就會覺得「沒關係,有提到就好」。

然而除了卑微的期待之外,真正嚴肅的問題應該是:這部片真的能夠引發大眾對於相關議題的關心嗎?

電影真能喚起大眾關注科學?

如果透過片中反諷與嘲笑的方式,就可以推進我們對於科學現況的關心及投入,甚至因此更願意去了解氣候變遷、疫苗施打、能源轉型等科學議題,那我是滿滿的悲觀。因為透過網友的鍵盤,除了一時帶風向的效果之外,我不認為有真正協助科學改變了什麼,反而更擔心透過導演高高在上的視角,不要再製造出更多的分裂與對立就已經是萬幸了。

「科學是一個很長的故事,媒體要的卻只是快門的一瞬間。」這是科學傳播研究裡面一句十分經典的話語。媒體如果要為科學講一個動人的故事,需要花足精神進行理解與轉譯,如果「提到」就算是「關心」科學,那只能說是大家的寬容。

所以千萬不要相信《千萬別抬頭》真的有幫科學說了些什麼,如果今年 3 月 28 日的奧斯卡金像獎,真的把最佳影片頒給了這部片,我只能佩服評審們媚俗的勇氣;如果沒有得獎,那就算是剛剛好而已。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 4 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
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非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

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怪獸襲來!為什麼會有哥吉拉形狀的雲朵?:千變萬化的流體(三)
ntucase_96
・2021/12/11 ・2345字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 作者/劉詠鯤

本文轉載自 CASE 報科學 《千變萬化的流體(三):哥吉拉雲—流體的不穩定性

海岸邊的雲層上緣,出現一隻隻如同哥吉拉形狀的雲;原子彈投下後,劇烈爆炸引起的蕈狀雲;土星大氣層內形狀獨特的雲帶……等。這些看似毫無相關的現象,背後其實成因都可以歸納為:流體中的不穩定性。

2020 年在青森縣的海邊,有網友分享了一張雲朵彷彿在進行「哥吉拉大遊行」的照片(圖一左上);也有飛行員在雲層上分享過類似的照片(圖一右上);除此之外,天文學家在土星的大氣層也觀察到相似形狀的雲層(圖一下)。這些「哥吉拉」的行動力竟然如此之高,不只在地球上出現,連土星上都有。這是否暗示它們背後其實具有相同的形成機制呢?

圖一左上:海岸邊的哥吉拉雲,圖/大間觀光土產中心推特
圖一 右上:飛行員在雲層上看到的哥吉拉雲,圖/世界氣象組織(WMO)推特
圖一下:土星大氣層內的雲帶照片。圖/NASA

在<千變萬化的流體(一)>一文中,我們介紹了流體流動的狀態主要可以分成兩種:層流與紊流。層流狀態的流體十分穩定,它可以被視為一層一層獨立的流動來討論;相對的,紊流如同它的名字所表示,流體內部的流動較為混亂,不同層之間的流體會互相混合、影響。而決定是層流還是紊流的關鍵因素便是「不穩定性」[1]

在描述天氣系統為甚麼難以預測時,常常會提到「蝴蝶效應」這個小故事:位在大西洋的颶風,其成因可能只是在亞馬遜森林裡面一隻蝴蝶煽動了翅膀,這個初始的小擾動,隨著時間演變,最終形成尺度龐大的結構。不穩定性在流體中扮演的角色也十分相似。起初流體內部隨機的產生十分微小的擾動,若整個流體的不穩定性足夠大,微小的擾動便有機會繼續成長,直到對整個流體都造成影響。流體中具有各式各樣的不穩定性,在本篇文章中,我們將會介紹與哥吉拉雲還有蕈狀雲有關的兩種不穩定性:克耳文-亥姆霍茲不穩定性以及瑞利-泰勒不穩定性。

克耳文-亥姆霍茲不穩定性:哥吉拉雲

這個不穩定性得名於兩位對此現象進行研究的物理學家:發明絕對溫標的克耳文爵士,以及對聲學共振系統做出系統性研究的亥姆霍茲(在<香檳聲音哪裡來?>一文中,他曾經登場過)。這個不穩定性發生的條件是:兩層流體之間具有相對速度。

請搭配圖二,讓我們一起來理解這個不穩定性是如何產生哥吉拉雲的。假設有兩層流體,分別向左與向右運動。當它們彼此完美平行時,一切無事,如圖二(a)。但這個狀態其實並不穩定,任何的擾動,都可能會破壞這個完美狀態。例如,流體中形成了如圖二(b)的擾動,接下來流體的運動會如何變化呢?

對於淺藍流體來說,A 點的體積較原本略小,因此流動速度較大,如同澆花時,將水管捏住(管徑縮小),水可以噴得更遠。此外,流速較快也會使得 A 點的壓力減小;但對於紅色流體來說,A 點的壓力反而會增大。如此會導致流體內部的壓力分佈形成圖二(c)。兩種流體之間的壓力差,會進一步使擾動長大,如圖二(d)。最後,由於流體本身橫向的速度,使擾動在橫向上出現變形,如圖二(e)。如此一來,哥吉拉形狀是不是就出現了呢?

圖二:克耳文-亥姆霍茲不穩定性形成示意圖。圖/CASE 報科學

瑞利-泰勒不穩定性:核爆蘑菇雲

接下來,讓我們來看另一種在生活中沒那麼常見,但是看過就很難忘記的不穩定性現象:核爆產生的蘑菇雲。這種現象的成因,是來自於瑞利-泰勒不穩定性,它會發生於密度較大的流體壓在密度小的流體之上時。核彈爆發會在極短時間內釋放出極大熱量,將爆炸中心的空氣瞬間加溫。我們知道,氣體的溫度越高,密度越低,因此在爆炸中心,會瞬間形成大量的低密度空氣。

讓我們用簡單的模型來看看,這種不穩定性是如何造成蘑菇雲的。圖三(a)中有兩種流體,密度較高的在上,此時整個流體系統處於不穩定態,只要有一點擾動 ,如圖三(b) ,不穩定性就會使擾動擴大。由於密度差異,重力使得密度小的流體上升,密度大的下降,使不穩定度振幅逐漸增大。此外,由於壓力差與密度差的方向並不平行,會導致流體的邊界形成渦旋,如圖三(c)。以上這些效應疊加在一起後[2],流體邊界處便會逐漸形成如蘑菇狀的特徵,如圖三(d)。

圖三:瑞利-泰勒不穩定性示意圖。圖/CASE 報科學

以上兩種流體不穩定性,其實在我們生活中也存在,例如:點燃的線香。由於線香燃燒處的溫度上升,空氣密度下降,此時就滿足瑞利-泰勒不穩定性的條件;當熱空氣上升時,和兩側靜止的空氣有一相對速度,也滿足了克爾文-亥姆霍茲不穩定性條件。只是由於規模較小,發生速度較快,肉眼未必可以清楚的看到如前文中提到的明顯特徵。儘管如此,各位讀者在了解這些不穩定性之後,若是試著觀察看看生活中的各種流體,也許也能找到隱藏起來的「蕈狀雲」喔!

註解

[1] 更詳盡的說明可以參考 CASE<上下顛倒漂浮船>一文
[2] 實際上,形成蘑菇狀構造還與流體在三維條件下的非線性效應有關,數學模型較為複雜,此處只是簡單概述其成因。

參考資料

  1. Kelvin–Helmholtz instability
  2. Rayleigh–Taylor instability
  3. “Single mode hydrodynamic instabilities” draft from Hideaki Takabe.
ntucase_96
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