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鴨子也會霸王硬上弓?!——《美的演化》書摘

馬可孛羅_96
・2021/05/15 ・2838字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 559 ・八年級
  • 作者 / 理查.O.普蘭  (Richard O. Prum)
  • 譯者 / 鄧子衿

現在,鳥類學家和演化生物學家使用「強迫性交」(forced copulation)來指稱鳥類以及其他動物群體中的強暴事件。之前動物學界已經用「強暴」(rape)這個詞一百多年了,但是在一九七○年代,由於女性主義者多方批判,才改成強迫交配一詞。蘇珊.布朗米勒(Susan Brownmiller)在《非我等所願》(Against Our Will)這本書中提出強力論證,說明了在人類社會中,強暴和強暴的威脅本身是壓迫女性社會和政治地位的手段。她的論點影響深遠,人類的強暴行為具有巨大的象徵意義和社會影響力,的確不適合置入非人類動物的情境之中。如同鳥類學家佩娣.哥瓦蒂(Patty Gowaty)所寫:「由於強暴和強迫交配之間有重大的差異,所以我們這些研究動物行為的人多年前同意,在非人類動物上使用『強迫性交』,而不採取用在人類身上的『強暴』。」

我了解這些考量,也完全同意。但可惜,我認為在生物學使用「強迫性交」這個詞,讓我們對動物行為中性暴力具備的社會與演化影響不再那麼敏銳,也讓我們不容易察覺到事實上強迫交配是一種高壓性的性暴力,損及許多雌性動物的利益。因此,改變說法可能會阻礙我們對性暴力演化過程的了解。(在第十章,我會進一步說明,這種改變阻礙了我們深入研究與了解人類演化的過程中,性暴力所造成的影響。)

人類的強暴行為具巨大的象徵意義和社會影響力,如希臘神話中的美杜莎原爲雅典娜神殿的祭司,卻因被海神波塞頓强暴而被咒詛成蛇髮女妖。圖/wikimedia

雖然我並不認為我們在動物學領域需要完全恢復使用「強暴」這個詞,但是我認為,用「強制性交」這個詞在學術研究上其實會幫倒忙,讓我們較不容易了解非人類動物中的性暴力。當然,在雌鴨這個例子中,性高壓和性強迫的確違背了她們的意志,這個認知在科學上是很重要的。

在雁形目的許多物種中,強迫性交的情況相當普遍,我們或許可以認定這屬於經常性事件,但是這種事件非常暴力、可憎、危險,甚至會造成死亡。雌鴨顯然會抵抗這種暴力行為,而且會想要飛離或是游離攻擊者。如果沒能逃開,雌鴨會激烈掙扎,好擊退攻擊者,不過通常難以成功,因為在許多鴨類當中,這樣的強迫性交行為是有組織的。成群的雄鴨會一起行動,聯合攻擊單一母鴨,也就是集體強暴。比起單獨行動,雄鴨聯合攻擊雌鴨,可以讓其中一隻雄鴨攻克雌鴨、擊倒保護她配偶的機會增加。

在強迫性交的過程中,雌鴨付出的代價非常高,通常會受傷,死亡比較少見。那麼,為什麼雌鴨要那樣劇烈抵抗呢?雌鴨如果順從、不抵抗強迫性交,身體受到的直接傷害會少很多,所以從演化的角度,很難解釋她們激烈的抵抗行為。對於把基因傳遞下去這件事,死亡是最大的威脅,那麼,雌鴨為何要冒著死亡的危險而掙扎抵抗呢?

在鴨子的世界中,性高壓和性強迫的確違背了雌鴨的意志。圖/Pixabay

這個問題讓我們一窺複雜交互關係的重點所在:雌鴨按照自己對美麗的慾望行動,挑選配偶,雄鴨則用性暴力對抗雌鴨挑選配偶的能力。更要緊的是,這些強迫受精的企圖,不只讓雌鴨直接犧牲了健康與安樂,還讓雌鴨付出了間接的遺傳代價,這對雌鴨本身可能更為重要。為什麼會這樣?因為和雄鴨成功配對的雌鴨,產下的後代很可能具備了她們自己偏好的演示特徵,其他雌鴨可能也喜歡這樣的演示特徵,這些雌鴨的後代因此更具有性吸引力,所得到的後代也就越多。由擇偶得到的間接遺傳利益,強力驅動了美學共同演化。如果雌鴨被強迫受精,提供精子的雄鴨具備的演示特徵往往是沒有經過挑選的,或是因為不符合雌鴨的美學標準而遭受排拒。不管怎樣,結果都是後代不太可能遺傳到與受雌性偏好的雄性裝飾特徵,因此對其他雌性的性吸引力也跟著降低,損及了得到配偶的機會,這樣那隻雌鴨的後代數量便跟著降低。這便是雄鴨性暴力造成的間接遺傳損失。

鴨類的繁殖生物學會如此複雜,重點在於雄鴨和雌鴨之間有性衝突,兩者爭奪對後代生育血統的掌控權。雌鴨的掌控權來自擇偶,選擇的標準是雄鴨共同演化出來的羽毛、歌聲和演示。雄鴨的掌控權來自高壓暴力造成的強迫性交。到底是哪一方掌控呢?一九七九年,傑佛瑞.帕克(Geoffrey Parker)把性衝突定義為:在生殖相關的情況下,不同性別的個體因為演化利益而造成的衝突。性衝突可以發生在生殖的各個層面,包括誰能得到配偶、性行為發生的頻率、親職分工中的投資與責任等。其中一項衝突來源對性別之美的演化至關重要:爭奪受精控制權所造成的衝突,控制權掌握在精子提供者上,還是卵子管理者。

鴨類的性生活是爭奪受精控制權而產生衝突的絕佳例子,也能讓我們深入研究,達爾文所說「對美麗的品味」提供了什麼樣的機會,讓性自主進一步演化。最重要的見解是在雁形目中,性擇的兩個最基本的機制同時發生了,而且在演化上這兩個機制站在對立的方向。一個機制是雌性對雄性的演示有美學偏好,並且基於這個偏好選擇配偶。另一個機制是雄性之間彼此競爭受精控制權。

除了闡述人類是怎麽演化而來,達爾文在他 1871 年的著作《人類原始》中也對他的性擇理論做更多描寫。圖/wikimedia

從這個角度觀察到的結果破壞力十足。之前提過,自從達爾文出版了《人類原始》之後,位於主流的華萊士式適應主義者就認為,任何形式的性擇只是天擇的某一種形式。在這個觀點中,不論是海象或是天堂鳥,只有客觀上「最佳」的雄性能夠成功找到配偶。但是,當雌性的擇偶和雄性之間的競爭同時出現,而且兩者顯然朝不同的方向前進(例如在雁形目物種當中的狀況),會造成什麼結果呢?在這兩者截然不同的競爭下,勝利者不可能是「最佳」的。如果在性上面最具攻擊性的雄鴨實際上是最佳的,那麼雌鴨為什麼不偏好這些雄鴨呢?擇偶中的勝利者,和雄性之間的競爭得勝者,顯然不是同樣的個體。

除此之外,性暴力是雄性自私的演化策略,並不符合雌性受害者的演化利益,可能也不符合整個物種的演化利益。性暴力會讓雌性受傷甚至死亡,這使得族群中雌性個體的數量減少,同時也進一步擴大性別比例差異,還使得性衝突更為激烈,因為在擇偶競爭中失敗的雄性增加了,失敗者會採取性暴力這種適得其反的策略。因此,鴨類的性衝突再次顯示了達爾文的遠見:性擇並不等同於天擇。

南美硬尾鴨創紀錄的四十二公分長陰莖。圖/《美的演化》
——本文摘自《美的演化:達爾文性擇理論的再發現》,2020 年 6 月,馬可孛羅

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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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