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里斯本大地震之後,發生在哲學體系的大海嘯——《愛因斯坦冰箱》

商周出版_96
・2019/08/22 ・1988字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

里斯本大地震不只讓自然科學家開始思索地震的物理成因,更在歷史上產生廣泛且深刻的影響,特別是在哲學思想層面上。

地震是天譴?紅燈區安然無恙,教堂倒光光

自古以來,基督教會就習慣將天災,尤其是地震,視為神對罪人的懲罰,但很諷刺的是在這一次地震中,妓院林立的紅燈區損害不大,反倒是許多宏偉的大教堂被地震、海嘯給毀了,許多虔誠的信徒彌撒中在倒塌的教堂中遇害。

圖/pixabay

四年後,伏爾泰(Voltaire)寫了小說《憨第德》(Candide, ou l’Optimisme)便大大地嘲弄了傳統的宗教信仰,他尤其對萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)及他的樂觀主義,特別是萊布尼茲在著名的《神義論》(Essais de Theodicee sur la bonte de Dieu, la liberte de l’homme et l’origine du mal)中「世界是眾多可能的世界之中最好的,因為上帝會選擇最好的一個」的主張,毫不留情地加以挖苦訕笑。而比伏爾泰更年輕也更激進的法蘭西哲學家,如狄德羅(Denis Diderot)等人,則藉著編寫百科全書來宣揚惟物主義與無神論。

日爾曼哲學的新典範

當時在遙遠東方有一位剛出道的年輕學者伊曼努爾.康德(Immanuel Kant)正努力地思索地震的成因,三十年後他更完成宏偉的哲學體系,取代了萊布尼茲的哲學,成為日爾曼哲學的新典範。

康德。圖/wikimedia

1724 年,康德出生於東普魯士的柯尼斯堡(現今俄羅斯的加里寧格勒)。1740 年,他進入柯尼斯堡大學就讀,很快地對自然科學產生濃厚興趣。他在邏輯與形上學教授馬丁克努特曾(Martin Knutzen)的指導下,學習傳統的萊布尼茲-吳爾夫哲學以及牛頓的力學系統。1746 年,康德因父親身故而中斷學業,離開柯尼斯堡到鄉村擔任私人教師。

潛沉九年之後,康德於 1754 年回到柯尼斯堡大學。此時他的創造力如同火山爆發,他首先發表一篇討論「地球因受月球對地球引力影響自轉速率將日益趨慢」的精彩論文,接著又發表一篇「從牛頓力學來探討地質現象」的文章。隔年三月他更出版了巨著《自然通史和天體理論,或者根據牛頓定律試論整個宇宙的結構及其力學起源》(Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels, oder Versuch von der Verfassung und dem mechanischen Ursprunge des ganzen Weltgebaudes nach Newtonischen Grundsatzen)。

康德在書中解釋太陽系如何從一團氣體雲依照牛頓力學原理產生旋轉,逐漸變成扁平狀而最終形成行星。雖然這個構想最早是由瑞典的科學家伊曼紐.斯威登堡(Emanuel Swedenborg )在 1734 年提出的,但卻是康德形成條理清晰的學說。

1796 年,偉大的數學家拉普拉斯侯爵也獨自提出相同的學說,所以被稱為「康德-拉普拉斯星雲假說」。不過出版康德這本書的出版社倒了,印好的書被債主拿去抵債,最後大多被收進倉庫然後付之一炬,康德成名的機會就這樣淪為泡影。

1755 年秋天,康德取得大學的講師資格,旋即開始授課;這是編制之外的私募教師,其薪俸由願意選課的學生負擔;他在十五年後才正式成為教授。所以當里斯本大地震發生時,熱血的新進講師康德當然沒有放過這個機會,隔年一月他就發表了一篇文章在柯尼斯堡當地的周刊上,二月更加碼出版一本篇幅更長的單行本,內容都是在討論地震的成因。

他採用的是萊布尼茲死後才發表的著作《波多該亞》(Protogaea)中的說法,認為地震是由於地底下的「空穴」中的可燃性氣體與岩漿混合點燃爆炸造成的。康德比萊布尼茲更進一步揣測這些空穴是「遠古大洋」退潮留下的痕跡。同年四月,康德又寫了一篇論文駁斥了地震是由太陽或月球對地球引力造成的說法。

地震與神意無關,道德原則是「義務」

整體來看,當時的康德正醉心於用牛頓的力學來解釋物質世界的各樣現象,上至星辰,下至地心,都統攝在牛頓的系統之下。所以他主張地震與神意無關,更不是上帝的懲罰,只是康德是否卻步不敢回應里斯本大地震帶來關於道德與宗教的疑問呢?

當然不!在經過數十年的苦思後,康德接連出版了《純粹理性批判》(1781)、《實踐理性批判》(1788)和《判斷力批判》(1790),標誌著康德哲學體系的完成。在《實踐理性批判》中,康德將道德的基礎原則重新設定為「義務」。所以行為是否符合道德規範,並不取決於該行為的後果,而是該行為的動機。

在《純粹理性批判》中,康德論證了理性無法證明上帝的存在;但在《實踐理性批判》中,康德將上帝的存在當作道德的三個「實踐的設準」之一,所謂「設準」指的是一個無法證明,但為了實踐的緣故必須成立的假設。另兩個設準分別是自由意志與靈魂不朽。我們可以看得出來,這正是康德,不,毋寧說這是日爾曼啟蒙運動對三十多年前里斯本地震的回應啊!

阿文耳邊不禁響起康德的名言:「有兩件事物我愈是思考愈覺神奇,也愈充滿敬畏,那就是我頭頂上的星空與我內心的道德準則。」

下次地震時別急著逃命,想想康德吧!

——本文摘自泛科學 2019 年 8 月選書《愛因斯坦冰箱》,2019 年 7 月,商周出版。

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推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

安比西林_96
・2021/10/20 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水井、石油井和天然氣井大家都知道,但你有聽過「岩漿井」嗎?最近,冰島著手開挖全球第一座「火山岩漿井」。這似乎是一個瘋狂的主意,滾燙的岩漿可高達攝氏上千度,還可能伴隨著可怕的火山災害。不過這個前所未有的大膽計劃,不僅具備新興可再生能源的巨大潛能,更有望開啓地球科學的新篇章!

冰與火之地——冰島,100% 依靠可再生能源的國家

落在北極圈邊緣的冰島(Iceland),擁有壯闊冰川與絢麗極光,同時也是地球上火山活動最頻繁的地區之一,可謂名副其實的「冰與火的國度」。這座大約 1500 萬年前才因火山活動形成的年輕島嶼,因位在大西洋中洋脊[註1]之上,受到歐亞大陸板塊與北美洲板塊往各自方向的拉扯,而有著 32 個活躍的火山系統,且平均每 4 年就會發生噴發。

圖/wikimedia

除了令人屏息的天然極地美景,冰島更是全球綠能國家中的模範生。得天獨厚的地理條件,讓冰島超過 99% 的電力都是依靠可再生能源,其中 73% 的電力源自水力發電,另 26.8% 則來自地熱能。在可再生能源,尤其是地熱能的開發應用技術上領先世界的冰島,在地發電厰不單是觀光旅游的賣點之一,更吸引了不少國外的投資入駐,以降低企業的碳足跡。

延伸閲讀:利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

通往「地獄」之門,也是推開科學新研究的大門

地熱能開發技術純熟的冰島,在 2009 年的一次鑽探中,卻遇到了意想不到的變故:原本想開挖深達 4500 公尺下的熱水,沒想到卻在 2100 公尺處挖到了一個岩漿庫[註2]!這此的開挖位於冰島北部的 Krafla 火山口附近,一個較小火山口 Víti (冰島語中正是「地獄」之意)邊上。

大量的蒸汽與玻璃從鑽孔中噴湧而出,在鑽探套管報廢之前,還觀測到破紀錄的 900°C 高溫。原先的計劃被迫喊停,但科學家卻從中看到進行地科研究的大好機會。

2009 年時,原先要鑽探地熱井的冰島團隊,卻意外挖到了一口岩漿井。圖/science.org

這起事故,促成了克拉夫拉岩漿試驗臺( Krafla Magma Testbed,簡稱 KMT)研究計劃的誕生。時隔多年籌備,這個備受矚目與期待的計劃,在國際大陸科學鑽探計劃(International Continental Scientific Drilling Program)與多個科研機構的支持資助下,終於於今年展開。這一次,科學家們帶著更堅實的鑽探工具,與明確的鑽研目標,要來敲開通往「地獄」的大門。

「我們曾去過火星,也到過金星,但我們從未觀測過地表下的岩漿。」意大利國家地理物理與火山學的研究主任 Paolo Papale 如是説道。

過去火山學家一直缺乏直接觀測地底岩漿的機會,只能仰賴地震儀、GPS 感測系統和雷達衛星,來推測岩漿的運動。儘管他們可以調查噴發到地表的熔岩,但這些已固化的樣本,早已失去大部分原本所含有的氣體。這些氣體是驅動火山噴發,影響岩漿原始溫度、壓力與成分的關鍵。

自 2009 年與這口岩漿井打交道以來,科學家確認它的脾氣相當溫和,並無噴發的太大風險,加上位處偏僻無人居住之地,因此非常適合進行研究。未來若從 KMT 取得新鮮熱辣的岩漿樣本,將可用來驗證過去科學家對於岩漿的認知是否屬實。

地底下的岩漿,揭開大陸形成的秘密

地球大部分海床,都是由玄武質熔岩[註3]構成,冰島也不例外 。然而組成大陸地殼的花崗岩,卻是由另一種更粘稠、富有二氧化矽的流紋質岩漿而來,而 KMT 岩漿井底下的就是流紋質岩漿。

為什麽構成海床與大陸地殼的熔岩種類有所差異?科學家相信,探究以玄武岩為主要構成的冰島上的流紋質岩漿樣本,將揭秘這個地質科學中很基本,卻未解決的問題。

要長期監測岩漿井的溫度、氣壓、化學成分等參數,實實在在地挑戰人類科技的極限,因為靠近岩漿處的溫度可是超過攝氏一千度。鑽探團隊正測試各種能耐高溫及膨脹的器械,而科學家也在研發各種可抵抗高溫高壓的新型偵測器。

這些研究成果不僅能用於地球科學,有朝一日更可能造福太空探索,如被運用在登陸太陽系中環境最惡劣的金星上。

水手 10 號拍攝的金星,由可見光與紫外光影像疊合而成,可見其表面被一層厚厚的硫酸雲遮蓋。圖/維基百科

一口岩漿井,將成為世界重要的火山學中心

KMT 引領科技的創新,也為冰島的地熱能產業帶來突破的機會。越靠近熾熱的岩漿,利用地熱能發電的效率便會增倍,這麽一來便可減少為了滿足能源需求而開挖的地熱井數量,降低對周圍環境造成的衝擊。光是在 2009 年意外挖掘的這一口岩漿井,就具備可以供應一整個小鎮電力的潛能。

開挖岩漿井時,需要注入大量的水來冷卻與潤滑鑽頭,這個對火山系統進行擾動的過程,也提供科學家一個瞭解火山運動的絕佳觀測機會。進行鑽探後,地震波速度發生的改變,也可透露岩漿流動的範圍。透過探究這些細微的火山運動變化,科學家能更好預測火山的噴發,讓我們能建立更整全的火山預警系統。

「十年後,這裏將可能成為火山學的中心。」冰島地熱研究中心科學主管 Ottó Elíasson 這麽認為。觀察地底下流動的岩漿,就像在瞭解地球的脈動,可以告訴人類更多關於這顆星球的故事,更能帶領我們走向更多科學新的可能性。

註釋

  1. 大西洋中洋脊(Mid – Atlantic Ridge,又稱中大西洋帶),是橫跨大西洋及北冰洋、大部分地區位於海底的山脈。
  2. 岩漿庫(Magma chamber,又稱岩漿房),是地球表面下一至十公里處由熔岩和火山灰氣體形成聚集之處。由於其內的岩漿密度比周圍的母岩來得低,因此會產生使岩漿往上移動的浮力。如果出現可讓岩漿通往地表的管道,便會造成火山噴發。
  3. 玄武岩(basalt),由基性岩漿噴發凝結而成,主要成分是矽鋁酸鈉或矽鋁酸鈣,是一種細粒緻密的黑色火成岩。玄武岩質熔漿被認為源自地球的上部地函。

延伸閱讀

參考資料

  1. Forget oil or water. In Iceland, well diggers seek to tap a volcano’s magma
  2. VisitIceland – Geography of Iceland
  3. VisitIceland – Renewable energy
  4. Magma chamber
  5. Krafla Magma Testbed
  6. Rhyolite
  7. Basalt

安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)
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