0

1
1

文字

分享

0
1
1

岡瓦那大陸地質歷史研究的死海文書:緬甸琥珀生物群

蕭昀_96
・2019/06/28 ・4466字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 566 ・九年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

琥珀。圖 / Wikipedia

琥珀,是一種質地透明的樹脂化石。其形成原因為古代植物的所分泌的樹脂,受到千萬年高溫高壓的作用下石化,並掩埋在地底。近年來,在緬甸地區所出產的琥珀不僅產量大、品質優良,還完好保存動植物,成為近年古生物學者所專注的焦點之一 (史,2017,見下圖)。

緬甸琥珀古昆蟲分類學研究成果近年各年度累計發表狀況。左圖,論文發表情況;右圖,新物種發表情況。圖 / 史,2017

截至 2018 年底為止,從緬珀生物群所描記的物種就有 1192 種,而這其中又以節肢動物占了絕大多數,共有 1117 種 (Ross,2019)。這些紀錄除了協助我們探討白堊紀晚期的生物多樣性以外,緬甸琥珀生物群相關的研究更增進了我們對於岡瓦那大陸 (Gondwanaland)的地質歷史的認識。

美國奧勒岡州立大學的 George Poinar Jr. 博士 2018 年在 〈歷史生物學 Historical Biology發表的論文便以緬珀生物群的古生物作為佐證,探討了岡瓦那大陸上的西緬地塊 (West Burma Block)的漂移過程。

你說的「岡瓦那大陸」是什麼大陸?

岡瓦那大陸(Gondwana / Gondwanaland),也稱岡瓦納古陸、南方大陸,是 5.73 億到 5.10 億年前的古代超大陸。岡瓦那大陸主要位於南半球,而後進一步分裂成數個陸塊,包含現今的澳洲、南美洲、南極大陸及非洲等南半球的大陸、紐西蘭和馬達加斯加島,以及當今已經漂流到北半球的印度古陸、阿拉伯半島。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

岡瓦那是從古代羅迪尼亞大陸分裂出來的兩塊超大陸之一,很多動物起源於岡瓦那大陸,並在此後的陸塊分離產生了間斷分布現象,而這也解釋了岡瓦那陸塊之間動物區系的類似性。

5.5億年前形成後的岡瓦那大陸。圖 / Wikipedia

緬甸琥珀與它們的產地

緬甸琥珀的礦區主要位於緬甸北部克欽邦的胡康河谷地帶西南側 (26°20’N, 96°36’E),古生物學證據指出緬甸琥珀形成於距今9700至11000萬年左右的白堊紀阿爾布階晚期(late Albian),而近年透過鈾鉛定年法 (U-Pb zircon dating)則近一步確認緬珀年代為 9879±62 萬年,介於阿爾布階 / 森諾曼階時期。

而從地質學的角度,緬珀礦區很有可能就位於所謂的西緬地塊 (West Burma Block),西緬地塊東臨實皆斷層 (Sagaing fault),相接於滇緬馬蘇地塊 (Sibumasu terrane),西側則面接印度板塊。

東南亞地區地質構造圖。圖 / Barber & Crow,2008

科學家們根據核磁共振光譜的結果,分析出南洋杉科的植物很有可能是緬甸琥珀的樹脂成份來源。南洋杉科 (Araucariaceae)是典型岡瓦那分布的針葉植物,現今分布於紐澳、馬來西亞和南美南部。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

同時,從解剖緬珀中的木頭材質,再次佐證其來源為南洋杉科的植物,而且貝殼杉屬 (Agathis) 現生成員常常生成大量的樹脂,進一步推測緬珀是由貝殼杉屬的物種所製造的樹脂形成。

貝殼杉屬 (Agathis)很有可能是製造緬甸琥珀的樹脂來源,圖為紐西蘭貝殼杉。圖 / Wikipedia

緬甸琥珀生物群中具有岡瓦那分布特色的生物

不少現生動植物類群呈現岡瓦那分布特色,意即主要分布於現今的南半球個大陸塊,本文作者即列舉數個例子佐證說明緬珀生物群起源於岡瓦那古陸。

植物:

根據化石紀錄,被子植物的起源時間至少可確切追溯至白堊紀早期(一些更古老的化石紀錄在分類上仍有待商榷),本文作者列舉了三類植物,分別為 Tropidogyne Poinar & Chambers、Palaeoanthella Poinar & Chambers 和 Endobeuthos Poinar & Chambers。

這些發現於緬甸琥珀的植物親緣上分別與 Cunionaceae、Monimiaceae (玉盤桂科) 和 Dilleniaceae (五椏果科)這些現今主要分布於南半球的類群關係接近。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
Tropidogyne pentaptera 是緬甸琥珀中所發現的開花植物,其親緣關係與 Cunionaceae 科的植物接近,該科植物分布澳洲、南太平洋、西印度洋、馬來西亞、馬達加斯加島和南美洲。圖 / 原始論文
Palaeoanthella huangii 亦為緬甸琥珀中所發現的開花植物,其親緣關係與玉盤桂科的植物接近。圖 / 原始論文
玉盤桂科 (Monimiaceae) 植物分布澳大拉西亞、馬來西亞、馬達加斯加島、非洲、墨西哥和南美洲。圖 / Wikipedia

動物:

節肢動物占了緬珀生物群中所發現的絕大多數生物物種,其中並不難從中發現所謂的「岡瓦那分布特色」,然而在節肢動物的情況裡,卻有著真/偽‧岡瓦那分布之分。

相比於那些分布在岡瓦那的被子植物已經是被確認起源於早白堊紀,更有不少無脊椎動物的科或亞科起源於中生代早期或古生代,他們曾一度廣泛分布於全球,由於其後的區域性滅絕,導致現生的類群呈現岡瓦那分布格局,而並非真正的岡瓦那起源物種(偽‧岡瓦那分布),舉例來說:現生的澳洲蕈蟲科 (Boganiidae)分布於澳洲、新喀里多尼亞和南非,為典型的岡瓦那分布格局,然而在中國內蒙古道虎溝化石層生物群(九龍山組,中侏儸世,約 1.65 億年前)發現的侏儸古澳洲蕈蟲 Palaeoboganium jurassicum 則證實本科在中生代時亦分布於勞亞大陸,其分布格局顯然比我們現今所知還要來得廣闊[註1]

作者提出了三個很有可能為真‧岡瓦那分布的例子,這三種在緬甸琥珀中所發現的昆蟲除了現生成員呈現岡瓦那分布格局外,它們均可歸類至現生的屬別,顯示這些屬別至少起源於白堊紀末期並且成功渡過了白堊紀末期的大滅絕事件而存續至今,由於屬級階層續存時間都是較為晚近的,不像科或亞科級階層(或以上)有可能上溯自中生代早期或古生代,因而更加可能是真‧岡瓦那起源的物種,這三個例子分別為:

  • (1) 單跗甲 Lepicerus georissoidesL. pretiosus:單跗甲屬的現生種類分布於墨西哥、中美及南美洲北部。
Lepicerus georissoides 為緬甸琥珀中所發現的單跗甲屬物種,該屬現生種物種分布中美及南美洲北部,並延伸至墨西哥。圖 / 原始論文
  • (2) 栓皮小蠹蟲 Microborus inertus:栓皮小蠹屬 (Microborus)現生種分布於中南美洲和非洲、馬達加斯加島。
  • (3) 蜍椿 Gelastocoris curiosus:蜍椿屬 (Gelastocoris) 現生種物種多樣性中心位於南美洲。
Gelastocoris curiosus 是緬甸琥珀中所發現的蜍椿屬物種,該屬現生種物種多樣性集中於南美洲。圖 / 原始論文

緬甸琥珀生物群,一探西緬地塊的漂移

雖然緬甸全境一度被認為是勞亞大陸的一部分,但目前地質學家已經提出西緬地塊起源於岡瓦那大陸,至於有關西緬地塊漂移至現今位置的過程細節則有兩個不同的假說:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 假說 A:西緬地塊直接從澳洲大陸分離後漂移至現今位置,與印度板塊的分離過程相互獨立發生。
  2. 假說 B:西緬地塊接合於印度板塊東側,兩者同時從岡瓦那大陸分離後,再行解構而定局於現今位置。

另外有關西緬陸塊從岡瓦那大陸分離的時間也有爭議,一說可追溯至泥盆紀,另一說則認為是在侏儸紀晚期。

有關西緬陸塊從岡瓦那大陸分離途徑的兩個假說:假說 A:西緬地塊直接從澳洲大陸分離;假說 B:西緬地塊與印度板塊一同從岡瓦那大陸分離。圖 / 原始論文

到底西緬陸塊是何時從分離出岡瓦那大陸的?又是採何種分離途徑?所幸,這些看似無解的難題在緬甸琥珀古生物的研究中綻放了一些曙光。

先前提及「被子植物的起源時間至少可確切追溯至白堊紀早期」,換言之,西緬陸塊從岡瓦那大陸分離的時間若是泥盆紀或侏儸紀,那麼不可能會有白堊紀早期才誕生的這些植物分布在西緬陸塊,也更不可能在緬珀生物群中發現這些物種,所以西緬陸塊分離自岡瓦那大陸的時間應不會早於白堊紀早期

根據白堊紀早期的海岸線研究,若西緬陸塊與印度板塊先行相接而一同離開南方大陸漂向東南亞,則西緬陸塊全境當時必是淹沒在海水面之下,就不可能有這些豐富的陸相生物了,因此,西緬陸塊應是從澳洲大陸分離後漂移至現今的位置的。然而,當我們想問那麼西緬地塊在從澳洲大陸分離而漂移前往東南亞的過程中,是否曾經被海水淹沒過一段時間和其細節,則非常困難。

在 1.1 到 1.15 億年前,澳洲內海的水位上升而使盆地淹水,進而壓縮島嶼陸塊的陸地面積,若當時西緬地塊尚連結在澳洲北岸,那必定是在水下無誤,其餘細節如究竟淹了多久?全境或部分淹沒?只有在與澳洲北岸尚且連接的時候淹沒?還是在漂流的過程也曾被淹沒過?諸如此類的問題目前尚且不能完整回答,不過能肯定的是「淹沒事件應當有發生過」,因為這些岡瓦納起源的動植物類群現今並不分布於緬甸境內 (也就是說還沒抵達現今位置,這些生物就已被包埋進入地底)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

生物化石的研究,雖然有時候看似只是發現一個又一個已經滅絕的生物命名種,然而若適當地配合上生物地理學及地質事件等,我們就能進一步解析古地理和地球演變,有關古生物研究的延伸面向可參考筆者另外兩篇文章[註2,3]

參考論文

  • 史宏亮。2017。緬甸琥珀古昆蟲學研究進展。中國國際珠寶首飾學術交流會。(2017年11月,中國北京)。
  • Poinar, G.Jr. (2018): Burmese amber: evidence of Gondwanan origin and Cretaceous dispersion. Historical Biology, DOI: 10.1080/08912963.2018.1446531
  • Ross, A.J. (2019): Burmese (Myanmar) amber checklist and bibliography 2018. Palaeoentomology 2: 22–84.

註釋

文章難易度
蕭昀_96
22 篇文章 ・ 17 位粉絲
澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,目前是國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。

0

3
3

文字

分享

0
3
3
圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
文章難易度

討論功能關閉中。

賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

1

0
0

文字

分享

1
0
0
真假琥珀怎麼分?寶石是如何仿造的?——《琥珀之書》
積木文化
・2023/11/17 ・2617字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/瑞秋・金(Rachel King)
  • 譯者/林潔盈

仿製琥珀

雷斆文中的琥珀指血紅色的琥珀。後來的作家用「蜜蠟」描述混濁的黃色琥珀。1 大約在一一〇〇年,宋代醫者寇宗奭寫道,中國西部使用的琥珀從「不均勻的蒼白」到「明亮清澈」皆有,而中國南方使用的則是「顏色深而混濁」。2 寇宗奭顯然很熟悉波羅的海琥珀與緬甸琥珀的不同外觀。緬甸琥珀與呈明亮藏紅花黃色或白色的琥珀色鈣鋁榴石不同,顏色可以從深棕色到非常淡的雪莉酒色,有時甚至像亮紅色,或是有鮮奶油倒入咖啡的漩渦紋路。更後來的文獻繼續將琥珀與水進行比較。其中一本寫於十八世紀關於葡萄牙人定居澳門的編年史,曾論及作為葡萄牙商品的水與金琥珀,讓紅色類型琥珀可能源於歐洲的觀點更具說服力。3

波羅的海琥珀。圖/wikimedia

歐洲人仿製琥珀的配方側重於黃色與淨度——這是波羅的海琥珀的特點,也是他們最熟悉的類型。他們鮮少提到再現斑紋或漩渦,對於模仿形狀說得更少。法國天文學家暨醫生安東.米索(Antoine Mizauld)提出的配方特別有名,也許是因為他提出了一種可供調整以仿造任何寶石的基本混合物。米索以琥珀為例:

各位可以如此偽造琥珀。先把白水晶(石英)打成非常細的粉末備用,取蛋白……,不停攪打並將泡沫弄掉,打到蛋白變成水狀;加入前述的粉末混和均勻,如果想做黃色的琥珀,則再加入少許藏紅花細粉,然後把混和物放入中空的蘆葦稈裡,……準備一些小玻璃瓶,把混和物放在滾燙的熱水中,直到他們變硬成形,再把它們拿出來,放在大理石上磨成你喜歡的形狀。4

米索也概述了過濾混合物以確保透明度的方法,以及如何形塑與乾燥以做成珠子和刀柄。這裡用了藏紅花,但其他配方則用了薑黃。一篇中國古代文獻建議加入魚卵。5 二〇二〇年春天,赫爾辛基(Helsinki)的研究人員按照近世的仿造琥珀配方進行實驗,結果令人著迷。6 製成的一些物質,儘管可能有點黏,卻是非常令人信服的琥珀替代物;部分在幾天內發了黴,不得不丟棄。相形之下,早期歐洲幾乎沒有模仿白色琥珀(圖 46)的配方,白色琥珀通常為普魯士統治者的御用品,也是藥用首選,不過確實也有一些方法能將黃色琥珀變白,例如放在鹽水中煮沸。

〔圖 46〕天然白色琥珀,俄羅斯加里寧格勒琥珀博物館收藏。

人們也會將琥珀放進油裡煮,讓外觀更加清澈,如果琥珀因為年久而裂開或發紅,也可以藉著這種方法復原外觀。十七世紀末,工匠克里斯蒂安.波爾希寧(ChristianPorschinen)運用這種方法製作出琥珀鏡片與琥珀菱鏡,其工藝的知識基礎在於,將已切割和拋光的琥珀放入油中烹煮能夠漂淺琥珀的顏色。7 油煮琥珀也可以替琥珀著色。此法已為羅馬人所知,後來於十八世紀重新發現,這讓琥珀可以染成「紅色、藍色、綠色等」,也能做成類似其他石材的模樣。8

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
多明尼加出產天然的藍琥珀。圖/wikimedia

重量與可溶性

琥珀非常輕,會浮在鹽水上,有人甚至說會浮在啤酒上;一個成功的仿製品不僅要模仿顏色與淨度,也得模仿這個特質。有些配方給出了讓人可以計算後續體積的量。某個配方建議用三十公克櫻桃樹脂、六十公克阿拉伯膠與十六個蛋黃做成黏稠的混合物。9 如此一來大約可得到四百公克的濕混合物,乾燥後可能比琥珀的重量稍重。在赫爾辛基的實驗中,正是這種類型的配方會做成導致發黴的團塊。在其他情況下,特別是使用石英粉的配方,重量會是露餡之處。可溶性也會出賣最終產物。

眾所周知,仿製琥珀在水裡會有不同的表現,而正是出於這個原因,十六世紀作家休.普拉特(Hugh Plat)警告他的讀者,仿製琥珀一定要在室內使用。10 從當代歐洲現存仿製琥珀數量並不多的情形來看,耐久性顯然也是個問題。11

氣味

除了外觀與重量以外,假琥珀的氣味是另一個挑戰。一份原始資料說明了複製真琥珀氣味的高難度,強調這個特徵可能特別有助於辨識假琥珀。12 真琥珀因其香氣而珍貴,古羅馬作家馬提亞爾(Martial)曾經把琥珀的香氣比作情人的吻。13 後來的歐洲史料將其描述為甜美的,並以松樹的氣味比擬。還有說琥珀聞起來有苦味,並將它比作瀝青。也有人說琥珀的氣味隨著顏色而變。在德國的薩克森,蓋歐克.鮑爾發現白琥珀最令人愉悅,但表示所有的琥珀都具備沒藥的味道。14 部分中國文獻討論到芳香琥珀。有人認為芳香琥珀是非化石樹脂,如同沒藥。十七世紀法國學者塞繆爾.恰普佐(Samuel Chappuzeau)雖然未曾造訪中國,但他評論了將琥珀扔進香罐以釋放其氣味並點燃火焰的做法,認為這種操作解釋了中國商人在巴達維亞(Batavia,今雅加達)從荷蘭人手中大量購買琥珀的情形。15

——本文摘自《琥珀之書:傳承萬物記憶、透視歷史風貌的永恆傳奇》,2023 年 9 月,積木文化出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

註解

  1. 許曉東,《中國古代琥珀藝術》 (Zhongguo gu dai hu po yi shu/Chinese Ancient Amber Art) (Beijing, 2011), p. 6.
  2. Laufer, Historical Jottings, p. 219.
  3. 同上,p. 242.
  4. 這個英文譯本來自約翰.雅各布.韋克(Johann Jacob Wecker),Eighteen Books of the Secrets of Art and Nature (London, 1660), p. 233.
  5. Laufer, Historical Jottings, p. 218.
  6. ‘Refashioning the Renaissance Team, Imittion Amber and Imitation Leopard Fur’, www.aalto.fi, accessed 19 September 2021; Sophie Pitman, ‘Una corona di ambra falsa: Imitating Amber Using Early Modern Recipes’, www.refashioningrenaissance.eu, 30 April 2020.
  7. Johann Heinrich Zedler, Grosses vollständiges Universal Lexicon aller Wissenschafften und Künste (Halle and Leipzig, 1733), vol. III, col. 1401.
  8. Johann Christian Kundmann, Rariora naturae (Wrocław and Leipzig, 1726), pp. 219–26.
  9. John Houghton, A Collection for the Improvement of Husbandry and Trade (London, 1727), vol. II, p. 64.
  10. Hugh Plat, The Jewell House of Art and Nature (London, 1594), pp. 67–8.
  11. 關於這些資料來源的進一步細節, 參考 Rachel King, ‘To Counterfeit Such Precious Stones as You Desire: Amber and Amber Imitations in Early Modern Europe’, in Fälschung, Plagiat, Kopie: künstlerische Praktiken in der Vormoderne, ed. Birgit Ulrike Münch (Petersburg, 2014), pp. 87–97.
  12. Stanislaus Reinhard Acxtelmeier, Hokus-pokeria, oder, Die Verfälschungen der Waaren im Handel und Wandel (Ulm, 1703), p. 24.
  13. D.R.S. Shackleton Bailey, trans., Martial: Epigrams, 3rd edn (Cambridge and London 1993), vol. I, bk III, epi. 65.
  14. M. C. Bandy and J. A. Bandy, trans., Georgius Agricola: De natura fossilium (Textbook of Mineralogy) (New York, 1955), p. 77.
  15. Adrian Christ, ‘The Baltic Amber Trade, c. 1500–1800: The Effects and Ramifications of a Global Counterflow Commodity’, MA thesis, University of Alberta, 2018, p. 112.
所有討論 1

0

0
1

文字

分享

0
0
1
燃燒的石頭:琥珀有什麼功用?薰香、配件、建築,還可以藥用?——《琥珀之書》
積木文化
・2023/11/15 ・2516字 ・閱讀時間約 5 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 作者/瑞秋・金(Rachel King)
  • 譯者/林潔盈

琥珀的氣味

在部分近世文字資料中,很難區分出琥珀(amber)與龍涎香(ambergris),後者是一種極受珍視的物質,來自抹香鯨的消化道。1 這是因為在許多歐洲語言中,「琥珀」一字兼具這兩種意義。宮廷刺繡師帳簿記載的小琥珀珠支出,可能指的是琥珀或龍涎香,而描述為琥珀裝飾的服裝,也可能是使用了琥珀或龍涎香的其中一種。琥珀與龍涎香之間的混淆,部分原因在於兩者都因為其氣味而受到珍視。在中世紀與文藝復興時期的歐洲,琥珀的吸引力部分來自其氣味。許多作者建議用琥珀替代薰香,品質較差的琥珀也具備此用途。2 琥珀可以燃燒的事實,反映在大多數北歐語言給它的名字,字面意思就是「燃燒的石頭」。3 琥珀也被廣泛推薦用作空氣清新劑。與花瓣和香料混合可做成房間薰香,亦可撒在炙熱的鐵塊和煤炭上。如此釋放出的濃煙被認為具有淨化作用,因此在瘟疫肆虐倫敦之際,琥珀用於大規模的公共區域薰蒸。4

人們有時也認為燃燒琥珀產生的煙具有神奇的力量。一位醫師聲稱,他看過一名病人在薰蒸後立即甦醒。5 有人說,濕燒琥珀可以驅逐惡靈。今日,人們仍然認為琥珀有益健康,用它來建造蒸氣浴室。立陶宛假日公園酒店(Atostogų Parkas)的水療中心就用了大約三噸重的琥珀打造。

立陶宛假日公園酒店的琥珀桑拿。圖/Atostogų Parkas

把琥珀磨成粉能進一步釋放琥珀的氣味。琥珀粉與油脂和水混合後,用來灑在手套和皮膚上增添香氣:這兩種「佩戴」琥珀的方式在今日已非常少見。蒸餾琥珀可製作出琥珀油。發現琥珀油的醫師約翰尼斯.馬根布赫(Johannes Magenbuch)將琥珀油、琥珀水與琥珀糖進獻給普魯士公爵,藉此宣布這項發現。這個時期的許多皇室成員都對科學實驗感興趣,向公爵請求以將琥珀用於自己的實驗。後來,印刷食譜也向更多人分享了製作琥珀油的方法。食譜作者告訴讀者,將琥珀粉溶解在溫的亞麻油或酒精中。溶於酒精比較不油膩,因此適合用於衣物。朱塞佩.唐澤利(GiuseppeDonzelli)告訴他的讀者,將一磅琥珀粉與等量的葡萄酒混合,加熱混合物,直到蒸餾出金色的露水。他警告讀者要小心,以免做出「紅色、黏稠且具有惡臭」的油。深色的油會讓織品染色,唐澤利還提出了用鹽漂白琥珀油的配方。6 儘管荷蘭東印度公司的有關資料顯示,遠東地區並沒有琥珀油的市場,但有些軼事證實,中亞人會用琥珀油替動物皮染色。在英格蘭,琥珀、黃赭石與乳香的混合物也推薦用於將皮革染成黃色。7 令人著迷的是,今日琥珀用於紡織品的製作。科學家利用琥珀的收斂性,讓織品收縮、減少滲色,並將其加工成外科手術用的纖維。8

配件與健康

琥珀油在近世歐洲非常受歡迎,因為人們相信琥珀的氣味「可以有效促進並維持健康,同時阻止和消滅所有疾病。」9 無論是在德國、義大利、法國或英格蘭,利用琥珀氣味的方法很多,其中最引人注目的——僅次於使用琥珀柄馬鞭與將碎琥珀撒在頭髮上(後來則為假髮)——無非是香球(pomander)的使用。古代哲學家與醫生曾寫到「spiritus animalis」(精神力量):這是只在大腦中產生的東西,從吸收大氣的「生命精氣」再過濾或蒸餾而來。人們認為鼻子是通往大腦的直接通道,琥珀的氣味因此可以直接支持「精神力量」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

中文譯作香球的 pomander 一字,來自 pomum d’ambra(琥珀/龍涎香蘋果)。手掌大小的琥珀塊是最簡單的香球,只要搓揉一下就能散發香氣。一般人更熟悉的也許是掛在脖子或腰上的球形珠寶型香球。10 有些由金屬製成,如橙子般分割,分割部位是盛裝芳香劑的地方,現存刻有「琥珀」字樣的香球證實人們確實會將琥珀置於其中。還有一些是穿孔的球體,看來像是現在的泡茶器,它們裝滿了香膏,有時本身甚至就是用琥珀製作(圖 67)。

〔圖 67〕來自布蘭登堡瑪格達列娜.希比拉莊園(Magdalena Sibylla) 的琥珀珠與香球,可能產自柯尼斯堡,17 世紀早期,材質為琥珀與絲綢。

此外,還有一種稱為嗅瓶的東西,這是一種瓶塞穿孔的小香瓶,裡面可以重複填裝琥珀油;有些嗅瓶也是用琥珀製作。琥珀油也可以用來製作臨時薰香;可以將海綿浸在琥珀油裡,或是讓琥珀油在「柏木、杜松木或月桂木做成的空心小盒子裡」凝結。11 儘管如此,它也可以單獨使用。在鼻孔下塗抹琥珀油可治療癲癇和憂鬱症。將琥珀油塗抹在太陽穴則可以治療頭暈、痙攣與顫抖症。在中國, 琥珀早在宋朝就已被視為一種芳香劑。統治今日中國北部與蒙古地區的遼朝(916-1125), 則將琥珀用作香料、茶葉、藥品和化妝品的容器。時間可追溯到西元二〇〇年的中國資料,描述了將琥珀當作頸部與頭部支撐物的用法(即枕頭),而一份更晚的宋代文獻則提到一位接受使用琥珀枕的皇帝, 不是因為它有助休息和睡眠的用途,而是因為它可以搗碎用作藥品。12

——本文摘自《琥珀之書:傳承萬物記憶、透視歷史風貌的永恆傳奇》,2023 年 9 月,積木文化出版,未經同意請勿轉載。

註解

  1. John M. Riddle, ‘Amber: An Historical-Etymological Problem’, in Laudatores temporis acti: Studies in Memoryof Wallace Everett Caldwell, ed. Gyles Mary Francis and Davis Eugene Wood (Chapel Hill, NC, 1964), pp. 110–20.
  2. Bandy and Bandy, De natura fossilium, p. 76.
  3. 德文 Bernstein、荷蘭文 barnsteen、波蘭文 bursztyn、匈牙利文 borostyn 與瑞典文 bärnsten。
  4. Joseph Browne, A Practical Treatise of the Plague, and All Pestilential Infections That Have Happen’d in This Island for the Last Century, 2nd edn (London, 1720), p. 50.
  5. Berlin, Geheimes Staatsarchiv Preussischer Kulturbesitz, XX Hauptabteilung, Etatsministerium 16a 5, ‘Abhandlung von Gregor Duncker über den Ursprung des Bernsteins als Arznei’ (Treatise by Gregor Duncker on the Beginnings of Amber as a Medicine, c. 1538), ff. 2r–4v.
  6. Giuseppe Donzelli, Teatro farmaceutico, dogmatico, e spagirico, 3rd edn (Rome, 1677), pp. 399–400. 作者的翻譯。
  7. Aurifaber, Succini historia, unpaginated; Johann Wigand, Vera historia de succino Borussica (Jena, 1590); andJohn Bate, The Mysteries of Nature and Art: In Four Severall Parts, 3rd edn (London, 1654), p. 217.
  8. Sarah Kettley, Designing with Smart Textiles (London and New York, 2016), p. 12.
  9. Aurifaber, Succini historia, unpaginated. 作者的翻譯。
  10. John M. Riddle, ‘Pomum ambrae: Amber and Ambergris in Plague Remedies’, Sudhoffs Archiv für Geschichte der Medizin und der Naturwissenschaften, XLVIII/2 (1964), pp. 111–22.
  11. A Collection of Very Valuable and Scarce Pieces Relating to the Last Plague in the Year 1665 (London, 1721), p. 85.
  12. 同上,p. 234.