古騰堡聖經首次印刷出版｜科學史上的今天：2/23

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎？還是 AI 會成為個人專屬的超級助理？

隨著人工智慧技術的快速發展，AI 與人類之間的關係，成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一，究竟，AI 會成為人類的取代者或是協作者？決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力，唯有人們清楚了解如何使用 AI，才能化 AI 為助力，提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此，目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」，特別將展覽主題定調為奇異點（Singularity），透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

C-LAB 策展人吳達坤進一步說明，本次展覽規劃了 4 大章節，共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品，帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始，到欣賞各種結合科技的藝術創作，再到與藝術一同探索 AI 未來發展，希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式，進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來：AI 技術發展的 3 個高峰

其中，展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖，從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線，平行梳理 AI 技術發展過程。

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究，觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧（Artificial Intelligence））」一詞，並明確定出 AI 的任務，例如：自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等，就開啟了全球 AI 研究浪潮，至今將近 70 年的過程間，共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制，科學家將任務文字化、建立推理規則，再換成機器語言讓機器執行，然而受到演算法及硬體資源限制，使得 AI 只能解決小問題，也因此進入了第一次發展寒冬。

之後隨著專家系統的興起，讓 AI 突破技術瓶頸，進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成，由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的，因此只要搭載不同資料庫，就能解決各種問題，克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外，機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生，雖然是 AI 技術上的一大創新突破，但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響，導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於，IBM 超級電腦深藍（Deep Blue）戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov，加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法，並使用 GPU 進行模型訓練，不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位， 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上，不斷的追求創新和突破。

從現在看未來：AI 不僅是工具，也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進，如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中，更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用，而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」，便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

例如，超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》，乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家，運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區，就像走進一間新科技的實驗室，」吳達坤形容，觀眾在此不僅是被動的觀察者，更是主動的參與者，可以親身感受創作方式的轉移，以及 AI 如何幫助藝術家創作。

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》，將 AI 人物化，採用與 AI 對話記錄的方法，探討網路發展的歷史和哲學，並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻，無所不在》，則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論，使其更清楚在面對網路資訊時，該如何識別何者為真何者為假，更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡，第一章回顧 AI 發展史的內容設計，可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去，這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點，很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容，但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現，讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化，及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態，才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

「畢竟展區空間有限，而科技發展史的資訊量又很龐大，在評估哪些事件適合放入展區時，我們常常在心中上演拉鋸戰，」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件，還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則，「不過，歷史事件與展覽主題的關聯性，還是最主要的決定因素，」蔡侑霖補充指出。

舉例來說，Google 旗下人工智慧實驗室（DeepMind）開發出的 AI 軟體「AlphaFold」，可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構，解決科學家長達 50 年都無法突破的難題，雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破，但因為與本次展覽主題的關聯性較低，故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外，在呈現方式上，2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容，蔡侑霖舉例說明，像某些比較艱深的 AI 概念，便改以視覺化的方式來呈現，為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容，從中找尋靈感，最後製作成簡單易懂的動畫，希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出，「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作，也跟上國際展會發展趨勢，於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動，包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽，例如：由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座，希望透過帶狀活動創造更多話題，也讓展覽效益不斷發酵，讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界，展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊：「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00，週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

文／洪瑞駿｜國立中央大學地球科學學系-地球物理研究所碩士，對地球科學充滿好奇與想像的南部仔，因為 2006 屏東雙主震搖起對地震學的熱誠，目前在地震源與構造實驗室當個快樂的研究助理，夢想是當科學家（菸）。

編按：在前篇要怎麼知道地球的內部構造？何不問問神奇地震波！——幫地球照一張 X 光(1)一文中，提到人們開始利用地震儀探索地球內部構造，在這數十年的歲月中，又有哪些突破性的進展呢？讓我們繼~~續~~看~~下~~去！

「消失」的震波

如果我們將地震儀繞著地球一圈擺放，便可發現，在震央距（註 1） 某些範圍沒有 S 波訊號，僅有微弱的 P 波通過，而且震波抵達的時間比預期慢（圖ㄧ）。這便引起地震學家的注意了，畢竟如果地球內部若是均勻一致，S 波又怎麼會消失？到時（波傳到的時間）又怎麼會變慢？

對科學家而言，往往最感興趣的就是調查「不合理」的事物。1914 年，古騰堡（Beno Gutenberg）從這樣的觀測結果，推測地球內部應該有個「地核」（就如同蛋的蛋黃般）存在，使震波紀錄在地函-地核交界處出現不連續（命名為古氏不連續面，以紀念古騰堡，註 2）。從下方圖一右邊的震波走時曲線（詳見上篇介紹）可以清楚看到這個不連續的位置，筆者以紅色箭頭標示出這個異常位置，可以發現在震央距 143˚~180 ˚ 位置抵達的 P 波到時比預期晚，而且 S 波消失了，這意味著震波通過了另一個構造（事實上就是穿過了地核，當時古騰堡用 P’ 來表示）。遲到的 P 波，代表的是通過地核時「波速變慢」嗎？從觀測結果來說似乎是對的，但也不完全正確，因為介質的變化太大了，事情其實頗為複雜。

至於「S 波消失」這件事，很明顯的外核（當時認為是地核）是種「S 波無法穿透的物質」。從震央距 103˚ 開始，P 波和 S 波就會打到地核，S 波無法穿過地核而無法被接收；此外根據物理定律，P 波也因為入射角/出射角的偏離而無法被清楚記錄。直到143˚ 出現穿越地球而過的 P 波，我們稱這段範圍為陰影帶（沒有直接傳遞的 P 和 S 波），只會有些許的繞射波（註 2）被記錄到（圖三）。根據古騰堡當時的估算，這個核的深度大概是 2,900 公里，這與現代認為的 2,889 公里，僅有些微的差距。

「漏看」的震波

接著，在發現地核後，一直到 1930 年代前，科學家們認為有著一層地殼、地函、和液態地核。然而，進一步的發現則要等到約30 年後的 1929 年，紐西蘭的強震說起。當另一端南半球的震波穿越地球到達歐洲，丹麥地震學家萊曼（Inge Lehmann）發現到另一種不同的波相，她推測這個這個波是從震源一路穿過地球核心而來，且震波速度又與古騰堡發現的P’不盡相同。這個波相過去被視為是繞射波，然而從頻率、震幅等幾個特性暗示它與繞射波有所不同（萊曼因此稱為 P3’）。

此外，從記錄中看到在 103˚~143˚ 這段陰影帶內，其實藏著清楚的反射波，這暗示有一個介面，把震波從地核彈回地表（圖三），然而這在古騰堡發表的走時圖中並未加以討論。萊曼試著解釋這個波相，她曾在這篇 1936 年經典的文獻中寫道：

An explanation o f the P 3 ‘ wave is required, since now it can hardly be considered probable that it is due to diffraction. A hypothesis will be here suggested which seems to hold some probability, although it cannot be proved from the data at hand. We take it . . . that inside the core there is an inner core in which the velocity is larger than the outer core.

（譯）既然了解不太可能是繞射效應造成，我們便需要解釋 P3’ 波。在此提出了一個假說，雖然現在尚缺乏有力的資料證明，但我們認為…在地球核心裡面還從在一個速度更快的內核。

萊曼大膽假設，如果這個核裡面還有一個內核的話，就可以解釋她看到的現象，她假設地函 10 km/s 每秒以及地外核 8 km/s，再放入一個速度較快的內地核（圖三）。當時她僅利用直線與三角函數來計算，卻已經可以完美解釋大部分的現象！她於 1936 年發表了內地核的看法。不過，當這樣的假設通過驗證後，萊曼並沒有近一步推算更多參數（例如確切的地內核速度、大小、組成等）。後來在 1938 年當古騰堡與芮克特重新檢驗這個模型後，基本上也同意內地核的想法。

接著經過幾年的驗證與討論後，越來越多的地震學者支持這樣的模型，1939 年傑佛瑞斯和布林提出了地球速度模型時（著名的 Jeffreys-Bullen Velocity Table），也將固態內地核列入考慮。

由於儀器進步、日益廣泛運用，以及科學家們的細心觀察，加上時有大膽的假設與嚴謹求證。短短數十年的光景，人類已經逐漸「摸透」地球內部的主要構造。然而，並非所有研究發展都如此順遂。回溯到 1910 年代左右的時間點，除了地震學的發展外，還有個剛起步萌芽的假說：韋格納（Alfred Lothar Wegener）提出大陸會移動的想法。可惜當時人們無法解釋驅動大陸運動的成因，他的假說便被束之高閣，等到二次世界大戰後，海洋探勘的興起才能將這塊拼圖湊齊，加上地震學對於地球內部的掌握，進一步發展起板塊學說（Tectonics）以及地體動力學（Geodynamics），以至於現代，我們才能對地球有個初步的認識。

註解

1. 震央距係指從震央開始為起點計算與測站的距離。由於地球很大，我們改用圓周角度來表示。因此通常將地球圓周分為360˚來表示距離（類似經度的概念）。
2. 最早將此介面命名為「古氏不連續面」的典故雖已不得而知。一般在學術界也多以「核-函邊界」予以稱呼。考慮到此為科普文章，且台灣的地科教科書也多以古氏不連續面作為介紹，故本文還是用此稱呼來表示核函邊界（可參考龔慧貞老師在科學月刊 552 期的說明）。

參考文獻

• Bolt, B. A. (1987) 50 years of studies on the inner core. EOS., Vol. 68, 6.
• Bolt, B. A. & E. Hjortenberg (1994) Memorial Essay Inge Lehmann (1888-1993) Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 84, 1.
• Lehmann, I. (1936) P’, Publ. Bur. Cent. Seismol. Int. Trav. Sci. Ser. A, 14, 87.
• Lehmann, I. (1987) Seismology in the days of old. EOS., Vol. 68,3.
• 龔慧貞，2015。談談「古氏」與「雷氏」不連續面。科學月刊 552 期。

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《幫地球照一張 X 光 （II）地震學家如何用地震波了解地球構造?》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

• 建議閱讀本文前，先稍微了解地震規模的一二事，或先讀過這篇：地震大小誰說了算？Part I：課本沒教的芮氏震規模

規模計算方法七十二變，變的原來是我們對地震與斷層的看法

記得我以前學到的知識是「地震規模只有一個」，我也一直都相信這件事。不過在接觸實務的地震定位和規模計算後，卻發現一件有趣的事，那就是「原來計算上的規模值可能不止一個！」由於當初在求地震規模時，使用的參數是儀器的最大振幅值，但因為每一個地震測站所在地的地質特性不一，而造成計算結果不同。而我們對地底下的地質變化了解的尺度其實頗為粗糙，所以要把結果不同的誤差完全修正，幾乎是不可能的。

這問題芮克特也是有想過的，但規模是用來描述地震本身的大小，定義上本來也只能有一個值，所以求出震源位置、計算規模時，實務上會把各地測站求得的規模值作平均，這也是為什麼地震規模只會到小數點後一位，因為精度是有限的。以現今的地震站密度以及我們對地下構造的了解，大多時候如果增加了數個測站後，還需要修正的地震規模值，大概頂多只差個 0.1、0.2 左右，所以下次你看到事後有修正規模值或是不同單位的結果不同，也不需要太意外了！

從前從前，芮氏規模背後有個偉大的男人

在之前的文章《地震大小誰說了算？Part I：課本沒教的芮氏震規模》中，有提到了最早設計規模的人是芮克特和古騰堡，好像我們都忘了後面那位厲害的科學家，連名字都忘了放上去，但他其實也做了某程度的貢獻。他和芮克特發現芮氏規模會有「飽合」的問題，簡單來說就是明明規模應該是遠大於 6.0 很多的地震，用芮氏規模的計算方式，怎麼樣都只有 6.0 ~ 6.5 不等。

（以下為對白部分純屬想像，不代表真實故事）

「這其中一定是有什麼誤會！」古騰堡表示。

「這很麻煩，其實扣除那些大地震，我們的方法還是很好用啊！」芮克特不想改變這套計算系統。

「不然，我們調整一下做法好了，看能不能調整公式，或是把不同類型的波分別處理（文末註 1）？」

所以後來古騰堡又發明了不同規模的計算方式，包括只利用實體波（P 波、S 波）的「體波規模」mb，還有另一種專門可以用在大地震上的「表面波規模」Ms，正好銜接上原先規模的計算上限。

所以最後我們現今常用的芮氏規模之所以可以算出大於規模 7 的值，也是因為後來古騰堡改良了原先規模太大會達飽和的問題。而與其說我們的規模是用芮氏規模，不如說它是「近震規模」，其標示 M_L 的下標 L，本來就是指 local magnitude 的意思！

但是，其實問題還是沒有完全解決呢！

不懂規模「飽和」的原因？想像一下放屁吧！

對於超大型等級的大地震（規模 8、9 以上的地震，像 2011 年東日本大地震、2004 蘇門答臘地震）的「近震規模」，即使有了表面波規模的加持，但終究還是出現「飽和」的情況，這其實反映了我們看待地震的問題。

以現今的科學角度來看，近震規模的計算方式其實有盲點。大多時候，斷層錯動釋放能量引發地震時，往往會發生在很快的一瞬間，但是斷層的尺度一旦變得很大時，那一瞬間有可能會變得相對久得多。用一個稍微不衛生但相對好懂的例子：我們用不同的工具來測量「誰放的屁較大」時，便會有不同的結果。

我們先試想兩種放屁的情境：

1、在 1 秒之內放了一個響屁。

2、花 10 秒時間緩慢的放了一連串的屁，最大音量和前者接近。

如果我們僅只測量屁聲的音量來評斷屁的大小，第 2 種情況產生的屁量「容積」雖較大，但因為屁聲的分貝數相近，所以會發生低估屁量的情況。

所以，近震規模之所以飽和，代表的就是它沒辦法正確且完整的測量斷層錯動引發地震所釋放的能量。芮氏規模的計算方式僅計得了最大規模，但斷層的錯動時間可能很快，也很可能很慢，在《震識》網站上的「潛移斷層」介紹文中，提到了斷層錯動甚至可以慢到不會發生地震。

如果所有的斷層面只是在一瞬間（數秒鐘左右）滑動，那麼用地震波最大振幅來估算，應該不會有太大問題，可這種情況多半只發生在規模較小的地震。當地震大到 8.0 以上，滑動就有可能花上很長的時間，近代最極致的例子，就是 2004 年蘇門答臘 Mw = 9.3 的地震，整條斷層錯動的時間花了將近 10 分鐘。至於最近一次超過規模 9 的 311 東日本大地震（Mw = 9.1），斷層錯動的時間也超過 3 分鐘，這已經算是非常快的滑動速度了！

金森博雄教授發明的「震矩規模」

要說明解決地震規模的新發明「震矩規模」，就不得不提它的創立者，就是加州理工學院的金森博雄教授（Hiroo Kanamori，金森教授同是本站催生者馬國鳳教授的指導教授，對阿樹來說是「老師的老師」輩了XD）。金森博雄用了我們國中都稍微接觸過的物理意義來解決這個問題：斷層做的「功」，就是地震釋放的能量。

而金森博雄在計算地震能量時，便創立了一個新單位：「地震矩」，利用斷層的滑動量、斷層的面積和斷層面的特性（剛性係數）這三個參數算出來。由這三個參數算出的「地震矩」，一般會以 Mo 表示，它雖然像是「力矩」的概念，但也相當於地震釋放的能量。（見文末註 2）

怕大家看了不熟悉的公式害怕，細節可以參考「地震矩」（Earthquake Glossary），在此就不贅述。對於細節還更有興趣的話，可能就要看當年發表的文章一和文章二了（但要付費下載）。

這三個參數或是其計算結果的「地震矩」要怎麼得到呢？大地震後的地表變形，讓我們知道斷層的長度、錯動的程度和地表變形的範圍，而大地震過後的餘震也能告訴我們地底下斷層面可能的分布情形，再加上一些地震波形藏的資訊，這些都能幫我們估出地震矩。但受限於科技，早期的地震儀就像是比較低階的錄音機，能記下的震波有限，直至寬頻地震儀的問世（1988 年），我們「錄製」地震的波形能力大幅提升，現在也能藉由地震波直接估算出震矩，只要有「完整的地震波形」，就能算出地震的總能量。

不過 Mo 的值既然是代表地震的總能量，那麼可想而知其值非常大，不過這個問題芮克特和古騰堡早就已經解決了，用對數（取 log 值）的方式來建立公式就可以讓它的標示單純化。說到這，阿樹也不禁感慨，原來當初念書時學的微積分、工程數學真的是有用處的啊！（笑）

不同規模間的差異該怎麼辦？說清楚就好

用震矩規模的方式來計算並描述地震，既不會有飽合，小地震也都能套用，可以說是「更先進」的計算方法。但也因為它是完整的計算能量，和其它的規模計算方法間的轉換就不太好作換算，因為不同的規模的計算方法已經不是在算同樣的參數了，自然無法容易轉換。在震矩規模開始發展以前所使用的那些近震規模，就難以再轉換回來，這樣在統計過去的地震規模時，就會有單位使用不一致的情形，所以其實蠻多地區的監測單位仍使用近震（芮氏）規模來描述地震。

或許有人會認為「既然有個更先進的方式，為什麼還要用比較舊而且有缺點的方法？」不過就像前面提到的，以長期地震紀錄來看，兩者並行或許是更好的方式，當然我們現在也已經在做了，只是中央氣象局公告的資料還是以芮氏規模為主。

附帶一提，有些時候，震矩規模和芮氏規模計算結果的「差異」，也透露了一些科學訊息。有一種「慢地震」，顧名思義就是滑移速度較慢的地震，如果它的斷層類型是正斷層或逆斷層，又發生在海底時，斷層錯動造成的大規模海水波動，有可能引發大海嘯。從前面提到的計算原理來看，正因為慢地震的滑移的速度較慢，往往會讓儀器收到的振幅較小，芮氏規模因而較為低估，因此當我們發現兩者的差異很大，且又發生在海底時，就要特別當心這現象。

這樣看來，或許地震矩規模有它「先進」的地方，但並不代表芮氏規模就「不好」，畢竟芮克特和古騰堡將地震的能量計算回歸地震波形，並用對數的方式做處理表示，已經是一個劃時代的做法。而金森博雄教授再進一步的量化方式，讓我們更了解地震發生過程和能量釋放的方式，又讓地震科學再更上一層樓。我想對人們來說，只要清楚知道自己用的是什麼單位即可，就像計算容積時用「公升」還是「加侖」都行，只要講清楚、說明白，方是科學之道！

• 註 1：地震波主要可分實體波和表面波，實體波即為 P 波、S 波，代表能穿透的震波，而表面波則是在介面（地表也是一種介面）上傳播，依運動方式不同包括雷利波和洛夫波，分類細節請參考氣象局地震百問。
• 註 2：如果忘記「功」是什麼，可以重新翻開國中自然課本，裡面有個 W = F x S 的公式，即「功」=「作用力」乘上「作用的距離」，譬如提重物走一層樓，作用距離就是一層樓的高度。不過，斷層是個塊體相對運動，另一個公式可能更能說明斷層上的情況，那就是力矩的公式：L = F x D，即「力矩」=「力」乘上「力臂」。

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參考資料：

1. USGS Earthquake Glossary(web)：seismic moment
2. Lee S. J., 2011, Rupture process of the 2011 Tohoku-Oki earthquake based upon joint source inversion of teleseismic and GPS data; Terr. Atmos. Ocean Sci. 23 1–7.

延伸閱讀：

• 地震規模變變變？（泛科學）
• 為何地震規模常會一修再修？（Geosory）
• 地震！規模二三事（科學人雜誌）