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過了這次乾旱還有下次!臺灣不容樂觀的水資源困境──專訪許晃雄

研之有物│中央研究院_96
・2021/07/12 ・4976字 ・閱讀時間約 10 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|陳亭瑋
  • 美術設計|林洵安

臺灣在 2021 前半年面臨嚴重的乾旱,中南部水情見紅,讓在地居民相當憂心。這次乾旱是否就是氣候變遷的結果?中研院環境變遷研究中心許晃雄特聘研究員指出,氣候系統極端複雜,不宜驟下結論。那麼,科學家是如何評估氣候的?首先需要處理複雜運算的「地球模擬器」,而許晃雄就是「臺灣地球系統模式」的主要推動者。如何用氣候模式看待乾旱?透過研之有物專訪一起瞭解。

「長期來看,未來下雨的情況,臺灣的水資源、自然災害的情況都容不樂觀。」許晃雄認為,依據氣候變遷推估的情境,雖然本次為號稱百年一遇的大旱,但未來類似的旱象極可能更加頻繁。圖/研之有物

未來還會有乾旱嗎?

佇立在桃園石門水庫的土地公廟與酋長石,隨著枯水期蓄水吃緊,奇景完整浮現在遊客面前;旱象之下日月潭持續乾涸,手機、車牌、乾隆年間的墓碑以及邵族沉沒的大型獨木舟也陸續在潭底被尋獲。

2021 前半年,臺灣遭遇號稱百年最大乾旱,中南部連續「好天氣」未有降水。事情要回到深受疫情影響的前一年,2020 的初夏梅雨少落,夏秋颱風罕見地過門不入,翻年受高壓影響春雨只走了個乾巴巴的過場。解除旱象始終要看老天爺的臉色,而推估未來的氣候走向,則是中央研究院「環境變遷研究中心人為氣候變遷專題中心」的核心任務。

「長期來看,未來下雨的情況,臺灣的水資源、自然災害的情況都容不樂觀。」中研院環境變遷研究中心特聘研究員許晃雄認為,依據氣候變遷推估的情境,雖然本次為號稱百年一遇的大旱,但未來類似的旱象極可能更加頻繁。今年的旱象應該視為水資源管理的重要警訊,提醒臺灣全體及早為了氣候變遷做出適當的因應。

規劃因應對策之前,首先當然需要了解在氣候變遷的情境下,臺灣的氣候將面臨哪些變異與變遷。自 2010 年起,以中央研究院環境變遷研究中心為核心,在科技部的支助與中研院的支援下,聚集臺灣多所大學的研究人員,組成了「氣候變遷研究聯盟」,以建立臺灣氣候變遷模擬與詮釋所需的關鍵能力。除了自行研發改進「氣候模式系統」,也利用此模式研判氣候變遷與極端天氣未來將帶來的衝擊。

科學家如何「算計」氣候系統?

氣候模式是什麼?又如何估算未來氣候狀況呢?

「(氣候模式系統)有點像是用電腦語言建一個『地球模擬器』,電腦基本上可以模擬我們觀測到的現象,比如說大氣、環流、海洋、水循環、雲。」許晃雄說明,透過將地球在水平方向切割成數萬個網格(每格約 60~100 公里)與垂直方向數十層,就可用超級電腦進行模擬、計算出每個網格的氣候狀況。

許晃雄表示,全世界目前有約 40~50 個「地球模擬器」,但還沒有公認模擬或推估能力最完善者,各單位的成果各有長處與短板。現階段如聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)撰寫氣候變遷評估報告的時候,通常會採用類似「多數決」,同時使用多個模式,以多模式模擬和系集模擬(ensemble simulation),獲得重要的預估資料。

現有的諸多氣候系統模式均投入了許多科學家的努力,但離完美模擬還有很長的一段路要走。由地球科學的角度來說,地球可以被分成大氣、冰雪、水、陸地、生物等五項子系統,這五項系統的交互作用,都會影響地球的氣候。因此考慮這些子系統間相互影響的物理過程,根據物理、熱力、化學定律組成的方程式,編寫成電腦程式,就可以在超級電腦上模擬大氣、陸地、海洋隨時間的變化。但是,全球氣候模式的解析度仍不夠精細,每格網格大小為數十到百公里,在此一尺度上,無法處理較小尺度、但極重要的物理過程(如大氣輻射、對流、氣膠、雲等),都需要將之以參數簡化,這也造成不夠精確的氣候模擬結果。

「像是在原本的氣候模式裡面,很難定義『一朵雲』。」

許晃雄說明,區域天氣中很重要的雲朵、地形輻射等因素,在原本的參數裡都難以精準呈現。而這也是許多科學家持續努力的目標,在此,臺灣的研究團隊自然也沒有缺席。

臺灣「氣候變遷研究聯盟」團隊在有限的人力物力之下發展「臺灣地球系統模式」(Taiwan Earth System Model,TaiESM,解析度約 100 公里, 無法模擬颱風),以既有的美國國家大氣研究中心「社群地球系統模式」(CESM1)與美國海洋與大氣地球物理動力實驗室「高解析大氣模式」(HiRAM,解析度約 25 公里, 可以解析颱風)為基礎,再納入臺灣特有研究專長的模組,改善大氣物理參數化,以及海洋模組的調整。

舉例來說,TaiESM 的特色之一,即是納入臺大大氣科學系自行研發的「雲與氣膠」模組,在運算中大幅改善了對於氣膠與雲的微物理交互作用的模擬能力;還有中研院環變中心的三維地形對太陽輻射的吸收,雲量的模擬與對流的啟動機制;此外關於海洋模組,中興大學發展出「海氣交互作用」模組,對於一維雪、冰、海洋模組有極高的解析度,並且耦合全球大氣模式後,可以成功呈現許多氣候模式都無法恰當模擬的熱帶「季內振盪」(Intraseasonal Oscillation,ISO),其對於全球天氣氣候影響僅次於聖嬰現象。

氣候模式系統有點像是用電腦語言建一個「地球模擬器」,模擬我們觀測到的現象。氣候模式系統會將地球在水平方向切割成數萬個網格(每格約 60~100 公里)與垂直方向數十層,因此模擬所需計算量龐大,需要用超級電腦計算出每個網格的氣候狀況。圖/研之有物

許晃雄分享,雖然「臺灣地球系統模式」建置的研究人力與資源遠不如國外相關的團隊,但已在短短的十年間獲得不錯的成果。近年已經加入世界氣象組織轄下世界氣候研究計畫中的「耦合模式比對計畫」(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)第六期計劃,臺灣成為少數有能力模擬與推估長期氣候變遷的國家,並且將貢獻相關成果給全世界。TaiESM 還有不少需要改進的地方,但是與全球數十多個模式評比發現,TaiESM 模擬現代氣候的表現與全球領先的地球系統模式相比,並不遜色。

複雜就是臺灣氣候系統的特色

當然,人為氣候變遷專題中心研究團隊也被大眾期待要處理在地議題,而模擬臺灣附近的氣候系統,本身難度就較世界其他地方高一截。「臺灣屬於亞洲季風區,全世界的季風區中,最複雜的地方。在這個區域中,有多重尺度的交互作用必須要同時處理。」許晃雄說明。

臺灣的天氣氣候深受颱風跟季風的影響,但這兩者有尺度上有一定的差異,但彼此間又會有複雜的交互作用。颱風本身會影響大尺度的環流,從而影響季風系統;反之季風系統的情況,本身也會影響颱風的生成。臺灣剛好位在歐亞大陸與太平洋的交會點,海陸分布很複雜,處於多個系統的交會點,也就很容易受到遠方的氣候因子影響。

如今年的旱象,起源自去年度氣溫較高,太平洋副熱帶高壓強,海面上生成的颱風弱而生命期短;也有研究指出,去年度印度洋海溫破紀錄,的確有可能會影響太平洋颱風生成;而在氣候變遷的情境下,印度洋的確是海溫升高速度最快的洋盆……此間的關係錯綜。許晃雄提醒,氣候系統極端複雜,雖然有些現象與推估類似,但原因不同,不宜貿下結論認為本次的臺灣大旱都是由氣候變遷所導致。

「大氣是連續的,臺灣(的天氣)會受到外面季風、氣候變化的影響。」既然無法自外於世界的變化,那就要盡力打造自身的研究能力。而未來的終極發展方向,將朝著「無接縫天氣氣候預報系統」持續發展,打破傳統將大氣現象依據時間空間尺度區分的概念,這就是氣候模擬與推估研究的終極目標。

乾旱與高溫:氣候變遷對臺灣的衝擊

有了所需的研究工具,面臨無可避免的氣候變遷趨勢,臺灣將會遭遇哪些高風險狀況呢?

首先當然還是跟民生息息相關的降雨變化。環境變遷研究中心結合科技部「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)」計畫合作,在中研院永續科學中心的支助下,2018 年完成的研究「臺灣乾旱研究:變遷、水資源衝擊、風險認知與溝通計畫」在結果中就指出,北臺灣未來(2040 – 2060)春季乾旱可能會變得更嚴重,民生與農業用缺水率會顯著增加。

TCCIP 研究推估臺灣未來的降水變遷,也發現降水時期的不平均會更極端,枯水期越乾,豐水期越濕;枯水期不下雨的天數增加,乾旱時間可能延長;而豐水期則降雨強度變大,面臨豪雨或暴雨更嚴重的狀況,反而可能加劇淹水與土石流的威脅,對於蓄水設備(如水庫淤積)造成更大的負擔。

「臺灣的乾旱通常不是特別嚴重,通常是幾個月就過去了,跟澳洲美國那種大陸型乾旱不一樣。」對於大家容易遺忘水情常岌岌可危,許晃雄舉例,2002 – 2004 年就斷斷續續有過旱災,連大臺北地區都經歷分區供水。但由於災情通常能在梅雨季或颱風季獲得緩解,旱象少有超過一年,也因此較不容易留在大家的記憶中,珍惜水資源的意識也因此較為薄弱。

但實際上,臺灣特殊的地理環境導致雖然降雨不少,但水資源管理相對辛苦,以石門水庫為例,每年至少要補充四次。研究也指出,臺灣 2 到 4 月的春雨往往是第一期稻作重要的灌溉水來源,因此春雨期間降雨的多寡,攸關當年度的水情與農作。前述研究的氣候模擬顯示,臺灣在世紀中春雨的降雨量預估將減少 13.2%,連續乾日會增加 55.7%,北臺灣未來的乾旱情況可能會更加嚴重。

另一個臺灣很可能面臨的氣候變遷情境,是高溫

相關研究均指出,臺灣未來平均氣溫的升高是無法避免的。過去百年間,臺灣的氣候已經由冬天長夏天短逐漸轉變為夏天長冬天短,推估未來夏季可以長達 150 天,「熱浪不會是很多個斷斷續續來,會是只有一個,以現在的標準,未來整個夏季都是熱浪。」許晃雄描述臺灣將進入「炙熱的世界」。

根據許晃雄先前的氣候模擬報告顯示,臺灣在世紀中春雨的降雨量預估將減少 13.2%,連續乾日會增加 55.7%,北臺灣未來的乾旱情況可能會更加嚴重。圖/研之有物

先充分了解衝擊,再進行調適策略規劃

氣候變遷已迫在眉睫,那麼我們該如何對此做出因應?

許晃雄表示,現階段應該盡快完成有關氣候變遷衝擊影響的研究,才適合進一步研擬調適策略。氣候變遷影響的層面非常廣泛,對於環境、農林漁牧、公共衛生、健康、生態等領域,都很可能造成明顯衝擊。但現階段對於這領域相關研究內容仍不夠充足,對於「衝擊」沒有充分的認知,就貿然進行「調適」的規劃,恐將事倍功半。

舉例來說,之前環境變遷研究中心「乾旱研究」即已指出,未來臺灣北部主要集水區的雨量在春季減少得最為明顯,因此受氣候變遷影響,直到世紀中,北部的缺水率最多將超過 20%,甚至北部農業用水的缺水率可能超過 40%。如此的衝擊認知仍然較為粗略,更詳細來說,在缺水情境下,哪些領域將受到最嚴重的衝擊,都還需要更細緻的研究。

「以前在(氣候變遷)討論的內容是自然科學,現在討論的方向,已經滲透到人類生活每個層面裡面去,這個是相當不同的地方。」

曾於 1997 年與魏國彥教授合著出版《全球環境變遷導論》的許晃雄浸淫在此議題中幾十年,他表示氣候變遷議題,已經廣泛到影響所有人,所有人都應當參與。關心相關議題不需要拘泥於科系領域,不管是數理化、工程、生物、健康、環境、經濟、社會科學,只要學有專精皆有可發揮之處。在不久的未來,我們必須要在各方面技術上與制度上有突破性的進展,在節能減碳的同時,也能因應氣候變遷帶來的衝擊。

氣候變遷的議題廣泛而影響深遠,將帶來許多衝擊改變。但若能及早因應面對,臺灣未嘗不能透過各種新發展化危機為轉機。

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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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