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【2021年搞笑諾貝爾—動力學獎】實驗證實:邊走邊當低頭族,會更容易和行人相撞喔!

超中二物理宅_96
・2021/09/11 ・2131字 ・閱讀時間約 4 分鐘

如果大家在上下班尖峰時間到「台灣第一魔界迷宮」的台北火車站(或者是世界上任何一個大都市的大車站),會看到密密麻麻的人萬頭鑽動,有觸發密集恐懼症的危險。這種大車站四面八方都有通路與出口,每個人都有自己想去的方向,到底大家是怎麼移動的呢?

一個極端是每個人都朝著自己的目的地直線前進,可能沒走幾步就撞得鼻青臉腫了,得要排除萬難才能抵達。另一個極端是所有的人都像醉漢般的亂走,一樣會撞得亂七八糟,而且還可能完全搞錯方向,到不了目的地。

到底每天在台北車站急急忙忙殺進殺出的這五十幾萬人,是怎麼在這種擁擠的情況下,以很短的時間走到自己想去的月台、出口、商店、廁所,而且還鮮有相撞的事故?

日本 JR 川崎站檢票口前的人群。圖/PAKUTASO

風有點大,你擋一下

物理學家早有研究,靠的是「自我組織現象」(self-organization)。我們在人擠人的地方走路的時候,自動會跟在「和我們走在同方向的人」後面,因為可以拿前面那位當「擋箭牌」嘛!這個自行車團體比賽裡面主力要跟在「破風手」後面一樣,只是這時候的「風」指的是從對面過來的反向人潮。

於是擁擠的車站空間中自動形成了幾條由同方向、同速度的行人所構成的無形走廊,往各個方向的人們跟著自己所在的人流順暢的流向目標。

不過這種充滿默契與效率的「行人流體」,在手機出現之後,就從順暢的「層流」變成混亂、黏滯性高的「紊流」了。

2021 搞笑諾貝爾動力學獎得主的實驗研究

於神戶大學取得地球行星科學博士學位的村上久(Hisashi Murakami),任職於東京大學先端科學技術研究中心,設計了一個實驗來看手機對擁擠人流的影響。

實驗的場所是一條寬 3 公尺,長 38 公尺的走廊,研究群募集了 54 名大學生,把他們分成兩組,走廊的兩端各有 27 人,兩邊的人各戴著不同顏色的帽子以便利用攝影自動追跡來分析走路的速度與轉彎的角度等數據。所有的人用平常走路的速度,朝著另一端前進。兩邊的人在中間遭遇之後,大約只花了四秒鐘就形成了五條人流,兩條向右,三條向左,所有的人都在幾乎不需閃避碰撞的情況下順利走完全程。

(A)實驗場景,有三個走在前面的黃帽子正在接電話算數學;(B)實驗結果,(i)-(iv) 分別為接電話的三個人在隊伍前、中、後方,以及沒人接電話的對照組。圖/《Science

接下來的實驗是,重複同樣的過程,但是實驗者會以手機隨時通知三個受試者,要求他們開啟一個應用程式,這三個人得要一邊走路一邊做手機上的「個位數加法」題目,雖然很簡單,但是眼睛得要看題目,然後輸入答案後送出,一題接著一題。為了避免真的發生碰撞,研究者有把「有人會邊走邊看手機」這件事跟所有的受試者講,而且被抽中的三人都是走同一個方向。實驗分為四個條件:接電話的三個人是在隊伍的前面、中間以及後面,以及沒有人接電話的對照組,每個條件進行 12 次的實驗。

前樑不正,後樑歪(?

結果不意外,如果接電話的人是在隊伍前面領頭的,造成的影響最大。跟對照組比起來,整個群體走路的速度都慢了下來,形成人流的時間也拉長到 6 秒左右。會造成「塞人」的原因是前面的人突然慢下來或是停下來,所以跟在後面的人就得要來個「急轉彎」以避免碰撞,造成行人劇烈轉向的次數也大幅增加。行動的軌跡也顯示,比起沒人看手機的對照組雜亂許多。

如果接電話的人是在隊伍的中間或後面的話,影響則是遞減,移動速度幾乎沒差,但是形成人流的時間要比對照組長一點,只是統計上並不顯著。

邊走邊滑手機,會更容易和行人相撞。圖/Pixabay

「跟著前面的人走」只需要用到一小部分的注意力,人流穩定後就可以靠著體感保持同樣的速度前進,即使一邊走路一邊講電話也不是問題,不過當前面的人的移動模式突然出現變化時,就會打亂後面跟著走的人的行動。此外,人類走路時非常依靠視覺(當然,盲人除外),在智慧型手機流行之後,當視覺的注意力全部被手機螢幕搶走時,會自動調節讓行動慢下來,就擋到後面的人了。

所以在人潮洶湧的地方走路,還是專心一點!特別是如果你的前面沒什麼人,是一個「帶頭大哥或大姊」的話,更是要好好肩負起帶領你的「追隨者」閃過對面來的人潮,建立人流的重責大人,不然就要天下大亂啦!

這個研究,發表於 2021 年 3 月 17 日的「Science Advances」。村上久博士也已於今年轉任至京都工藝纖維大學(英文「Kyoto Institute of Technology」,京都理工學院好像比較響亮?)擔任助理教授。

參考資料

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超中二物理宅_96
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想解構一句超經典的 punchline?——你得先知道語言學家到底在研究些什麼

科技大觀園_96
・2021/09/21 ・3519字 ・閱讀時間約 7 分鐘
語言學家是在研究什麼?圖/沈佩泠繪

說話是複雜且精確的動作

當你說你是語言學家的時候,人們通常會很困惑,有人可能以為你會說很多種語言,有人可能覺得你對非標準的說話方式很感興趣,這都代表人們很難把語言視為一個物件:一個需要了解更多的物件。人們會覺得,你說一些事,我聽懂了,還有什麼好多說的?

說話或許是個不費力、不須多做解釋的活動,然而這樣的想法完全忽略了其中生理與認知的複雜性。跳探戈、彈小提琴、花式溜冰這些生理活動都不比說話複雜,說話牽涉到 100 多種以上的肌肉,交互使力造成的一系列快速且精確的動作。我們都沒有察覺到我們在幼兒時期累積了廣大的語言知識,這些知識都是內隱的(tacit),也就是不易覺察到的,卻造成我們即使不知道詞性、句法等規則,依然可以說出完美的句子。

說話是複雜且精確的一系列動作。漫畫中的男子正在訪談一位母語為毛利語的女性。圖/Subhashish Panigrahi,Wikimedia Commons

語言學家解析語言的結構

語言學家嘗試解析語言的文法,通常他們會專門研究文法的特定面向,如,音韻學、構詞學、句法學……。現存最古老的文法紀錄是 2500 年前由波你尼(Pāņini)編寫的梵語語法,包含了句法、構詞、音韻等層面。

每個語言學家研究的語言範圍都不盡相同,有的只研究相近的語言,有的研究一些差異頗大的語言,以了解它們的異同。

語言學家還會聚焦在一個特定的語言特質,接著比較這個特質在一大群語言中如何表現,也就是類型學(typology)。

如果語言學家研究的是一個尚未被記錄的語言,設法按照語言學的科學標準描述這種語言,並將其口頭和書面文學形式記錄下來,甚至為這種語言編撰辭典和語法書,這種研究稱為「語言檔案編制」(language documentation),很可能會占去研究者大半的人生。

音韻學家則聚焦在語言的語音結構,除了建立語言的語音庫藏,他們還會查究音節、字、句子如何組成。

社會語言學家探討的是社會、地理等因素如何造成語言差異,他們也試圖追蹤語言變化在音韻、構詞、句法等層面如何發生。就像我們在上一篇文章中「語言的演變」那一段提到的,這種研究屬於「差異社會語言學」(variationist sociolinguistics)。

語意學:不僅要考慮文法,還要考慮語境

語意學研究的則是語言的意思。在英文,單詞的意思通常與句子的意思有所區別。「意思」(meaning)這個字其實不好定義,比如說英文的「school」(學校)是一個有教育功能的建築物,但當有人說「The school is closed.」(閉校了),這時他指涉的是處理教學計畫的組織;而在「The school had a good influence on its pupils.」(學校對學生有良好的影響)這樣的句子,指涉的事物比較偏向教學的方法;若是在「The school unanimously agreed.」(整校一致同意),代表的是跟學校有關的學生與老師;不過也有只指涉一些學生的時候,如:「Our school came second in the chess tournament.」(我們學校在西洋棋賽得了第二名);如果有人跟我說「The school of life is life itself.」(學習就是人生),那我會理解為他在闡述「學習的經驗」。

綜合上述可知,一個詞可以有許多引申含義,不過究竟他們是如何被文法規範,依然不清楚。詞意事實上大部分反映著一個人的生活經驗,也就是「對世界的了解」。語意學家的工作之一便是分辨什麼是文法語意(grammatical meaning),什麼是語用語意(pragmatic meaning),也就是語境對語言含義產生的影響。

句法,也就是句子的文法。句法結構定義句子裡有不同位置讓字詞可以填入,且讓彼此之間有不同的語意關係。這也就是為何「John kissed Mary.」(約翰親了瑪莉)及「Mary kissed John.」(瑪莉親了約翰),只要交換了「John」與「Mary」的位置,意思就截然不同,即便它們的句法結構與用的字都一模一樣。不過句法也會受到語用的影響,像是「policemen are getting younger.」(警察越來越年輕了),由於沒有比較的子句「than X」(比……),因此一定要應用語用的知識來讓句義完整。有了「policemen」,聽者會知道這句話是限於警察間的比較,那可能就是不同梯次上任的警察,此句應該就是指每年都有新進警察,畢竟沒有一個人會隨著時間而越來越年輕。

「policemen are getting younger.」需要搭配當下語境來理解。圖/hojusaram,wikipedia

語言中的聲音辨識

流利說話時,每秒大約會說三個字,而且還能準確地在腦裡從三萬多字中挑出需要的字,說話者是如何這麼快找出這些字的?聽者又是如何這麼快辨識出他們聽到的是什麼?

Pim Levelt在荷蘭紐梅因馬克斯普朗克心理語言研究所(Max Planck Institute for Psycholinguistics in Nijmegen)至今已 35 年,啟發了許許多多的心理語言學家,他致力於解答人類說話時「文字提取」(word retrieval)的謎團,發現語意相近的語境,更能增加說話者找到單字的速度,另外發音相似的字也能增加找字速度,也就是說語意與發音是各自獨立存在的,它們各自都對文字提取有幫助(facilitation)的效果,而且類似效果在任何語言都看得到。

另外,不同語言辨識聲音的方法都不盡相同,這是因為每個語言常用的聲音、音韻規則都不同。例如說話時聽到的聲音是像這樣:[mɛərihædəlɪtllæmuːzfliːswəzwaɪtəzsnəʊ],中間沒有停頓,但這串東西其實只是「Mary had a little lamb whose fleece was white as snow」(瑪莉有隻毛似白雪的小羊)。英文是一個有重音的語言,開頭是重音的單字數量大概是非重音開頭的三倍,字詞辨識(word recognition)大部分是依賴找到字詞的開頭,因此在英文,透過重音,能最快在像上述的一串聲音中辨識出字詞,其他的語言也有類似這樣的常見規律性。很明顯,這也是為何外語學習者常常會覺得很難理解學習中的外語。

每個語言辨識聲音的方法都不盡相同,這也是外語學習者會面臨的困難之處。圖/freepik

承上,這也帶到最後的主題:語言習得(Language acquisition),分為母語及其他額外的語言習得。兒童語言習得的研究,都是在追蹤兒童如何發展出他們的語言感知偏差(perceptual bias),隨著孩童長大,他們會越來越聚焦在語言中區分語意的不同聲音,並忽略不會造成感知差異的不同聲音。

當然,兒童學習另一種語言的時候,他們可能會與新學習的語言有不同的感知偏差,造成了在第二語言習得中眾所皆知的「轉移」(transfer)效果。例如講西班牙語長大的孩子,實際上聽不出來英文中「cut」和「cat」之間的區別,因為母音 [ʌ] 和 [æ] 在他的母語裡是屬於同一個感知類別。缺乏語言差異的覺察意識,很可能造成戲劇性的效果。例如在香港,人們去做禮拜唱聖歌時,會唱著「我的豬」,但他們其實是想唱「我的主」,使得孩子們得憋著咯咯笑。唱聖歌時,不同音節的音調必須是平穩的,也就是說不能讓音高升高或下降,但很不巧的,粵語剛好有揚升調:[zye35](主),以及高平調:[zye55](豬)。

結語

語言能力在智人的基因中出現,造成了我們與其他物種有了截然不同的結果。在大部分的情況這都是無法預測的,在家附近圈養一小群雞的人們,沒有一個人會想像得到,在 1 萬 2 千年後,牠們會變成 249 億隻雞。因為人類的天敵,像是獅子與老虎,從我們的棲息地中消失了,我們不再將自己視為居住在全球生態系統中的一份子,目前的大流行病算是提醒了我們,人類依然與病毒共存在同一個棲息地。我們的科技發展提供了大眾能獲取的龐大資訊,但我們沒有想到錯誤資訊也會大量產生,亦沒有發覺國家機關可能會審查正確資訊與散播錯誤消息,甚至搜集我們希望保密的資訊,進而潛在地威脅到我們的自由。

儘管對一般人來說,將人類語言視為可用科學方法檢視的物件可能有些困難,但語言已被證實是一個複雜的現象。研究的領域也擴散到各個面向,例如我們如何習得一個語言?語言如何變化?語言跟群體的文化有何關聯?我們如何發音?我們如何解讀聽到的聲音?還有我們如何習得另一個語言,以及這兩個語言在腦裡有何相互作用?

對大部分的語言學家而言,研究重點是語言的結構,也就是文法,它規範著詞句的型態,以及它們的發音與音韻變化。根本的議題並不只有定義結構的構成,還要考慮跨語言間的差異,以及在這些不同文法中的所有元素。隨著現存 7000 種語言之中有一大部分在漸漸消失,使得記錄並分析尚未記錄下來的語言這件事十分緊迫。如此龐大數量的語言,相較之下,語言學家的數量稍嫌不足,加上能提供資金的科學機構間也普遍沒有意識到這個情況的緊迫,共同導致了目前這個令人擔憂的局面。

科技大觀園_96
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