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「宇宙是黑暗的森林,文明是帶槍的獵人」——從《三體》的「黑暗森林法則」看契約論中自由與權利的角力

法律白話文運動_96
・2021/11/19 ・3075字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 作者:張哲瑜╱台大工商管理學系大一生,尚在探索人生的辯論俗人

《三體》是中國作家劉慈欣所著之長篇科幻小說,出版後陸續發行了包括《三體II:黑暗森林》以及《三體III:死神永生》的三部曲,後更榮獲 2015 年雨果獎最佳小說獎。

《三體》三部曲。

《三體》的內容主要闡述人類對太空發射的信號,被四光年以外的「三體文明」截獲,兩個文明從此開始博弈與較量的故事。其中,作者對於宇宙文明的發展引入了一套理論──黑暗森林法則。

這個法則除了解釋不同文明間,在發展上的博弈心態以及自保心理之外,筆者更發現,這與霍布斯與洛克等人所建構的「社會契約論」有很深的關係!

什麼是黑暗森林法則?

圖/envato elements

該法則認為:

「宇宙就是一座黑暗森林,每個文明都是帶槍的獵人,像幽靈般潛行於林間,竭盡全力隱匿自己的蹤跡,任何暴露自己存在的生命都將迅速被他人消滅,在這座森林中,他人即是地獄,就是永恆的威脅。」

而這樣的原則,主要建構在兩個想法之上:

  1. 生存是文明的首要需求
  2. 文明不斷擴張的同時,宇宙中的物質總量保持不變

同時另外兩個重要概念也起到了很深的作用:

  1. 猜疑鍊:由於距離間隔,以及文化、物種的差異,文明之間無法確認對方是否為善意文明;亦無法確定對方是否認為自己是善意文明(作者定義的善意是:不主動攻擊和消滅其他文明)。
  2. 技術爆炸:文明進步的速度不見得是一致的,弱小文明可能在短時間內超越強大的文明。

基於後二個概念,不同文明間由於資訊的落差難以確認對方是敵或是友,且即便對方比自己弱小,也可能透過集中快速發展超越自己進而形成威脅;再根據前兩個想法,這樣的威脅將不利於自身文明在宇宙中的資源運用,甚至會影響自身的生存狀況。

「讓你知道我的存在或是讓你繼續存在下去,對我來說都是危險的。」

這樣的想法最終歸結出:若是暴露自身的存在,就有可能被快速消滅,所以各個文明都需要努力隱藏自身的蹤跡,而這也就是前述的黑暗森林法則的運作原理。

因此書中的地球人便利用這樣的恐懼,威脅三體人「若攻擊地球,就向宇宙發出『三體星球』位址」,成功與他們相互制衡,達成一段和平的時期。

書中還提到,主角們為了突破「黑暗森林法則」的侷限,試圖思索可能的解決方針。

其中一個,便是向其他文明發送「安全宣言」──透過聲明自身的非攻擊性,換取對方的和平共識。因此主角們研究出「黑域計畫」,試圖用數千個光速飛船的航跡包裹住太陽系,由於航跡中真空中的光速被降低,太陽系中的光速就會被降低至第三宇宙速度以下,太陽系就會變成一個低光速黑洞。

而在低光速黑洞裡,光速無法達到脫離恆星引力的逃逸速度,而由於光速不可超越,於是一切物質永遠無法逃離黑域。

圖/envato elements

簡而言之,透過將自身文明侷限在一定區域,使黑域裡的文明無法威脅到黑域外的文明,黑域外的文明就不會浪費資源攻擊他們,形塑出宇宙文明間的安全宣言。

從宇宙大規模戰爭看社會契約論

看完充滿科幻奇想的小說情節,讓我們回到法律思維的世界。

英國政治哲學家湯瑪斯 ‧ 霍布斯(Thomas Hobbes)曾在對於國家起源的探討中,討論過類似黑暗森林法則的概念。他認為,在「沒有國家」的初始狀態下,人類處在一種充滿風險的「自然狀態」。

「即便是最強壯的人也需要睡覺;即便是最弱小的人也可能教唆他人以殺害別人」(Leviathan, xiii.1-2),在自然狀態下,由於缺乏強制性規範的控管,加上每個人都有可能具有殺死其他人的能力,因此每個人對其他人都可能是威脅。

同時,由於「人對人是狼」(homo homini lupus),人們彼此之間並未具備如現今的對等權利概念,對於任一人而言,其他人不過是如同樹上蘋果一樣的「資源」。因此,基於三種狀況(1)確保資源獲取(2)確保自身安全(3)追求聲譽,避免他人攻擊。基本上所有人都將會以暴力作為生存的首要手段,形成一種「萬人戰爭」(bellum omnium contra omnes)的狀態。

圖/envato elements

簡言之,鑑於自我保有的欲求,以及對死亡的恐懼,更基於理性計算下的功利選擇,人們便會同意訂定契約,將權力讓渡給主權者,透過進入政治社群的方式,以保全自身的存有,形塑了社會契約論的濫觴。

無獨有偶,英國哲學家約翰 ‧ 洛克(John Locke)也認為,在充滿風險的自然狀態下,必須透過契約,建立人和人之間的「共識」。

唯有當人意識到另一個人也是和其對等的「人」,並達成不互相侵犯的共識,將原本主觀上對於資源的「霸佔」,轉換為大家所共同認知的「所有」,並保持尊重,人們才能集體脫離自然狀態,以此建立社群與國家。

自由與權利的角力

從《三體》對於黑暗森林法則的設定,可以發現霍布斯所看見的「萬人戰爭」──被比擬為黑暗森林的宇宙,就像他眼中的自然狀態,由於對各種環境與資訊充滿不確定性,所有文明都可能對他者產生威脅,因此暴力將是生存的首要手段。

而如果想突破此一窘境,便須打造所謂的「安全聲明」,利用對自身所發動的客觀限制,消除他者所意識到的生存風險。這也如同「社會契約論」這個概念,想像上便是藉由人民與國家之間,簽訂不互相侵犯的契約,打造「自我拘束的共識」,藉此減少環繞彼此的生存風險。

圖/envato elements

那麼,從前述故事以及理論的討論中可以發現:現今的權利保障其實根本上是建立在對於個體自由的限制之上。在自然狀態下,沒有任何規範的限制,講白了想做什麼就能做什麼,甚至包括現今被歸納為違法的事項,可說是「自由自在」,不過事實真的是如此嗎?

在我們什麼都能做的情況下,其他人也是沒有什麼事情不能做;所以當我們企圖享受恣意掠奪帶來的利益,同時間我們也壟罩在遭受恣意掠奪帶來的弊害──那種隨時隨地被侵害的風險之中,「號稱完全自由的人,其實才是最不自由的」。

可想而知,那樣隨時膽顫心驚、深怕隨時被殺害的「自然狀態」,不會是我們認為的合理世界。這也讓權利的保障,勢必建立在對於自由的「拘束共識」上。正如孟德斯鳩(Montesquieu)在《論法的精神》中所說:

「自由就是,可以做該做的事,不可以做不該做的事」。

雖然霍布斯和洛克的社會契約論不盡相同,但都能讓我們更理解現今人類對「自由」與「權利保障」兩大概念的互動關係,甚至是兩者之間的角力關係:愈是不自由,不見得會削減所享有的權利;反之,愈是自由也不一定能完整保障權利。

參考資料


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極目遠眺的意義:天文學家為何追尋第一代星系

Tiger Hsiao_96
・2022/05/15 ・3764字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 文/蕭予揚 清大天文所碩士生,將於約翰・霍普金斯大學攻讀天文博士
      林彥興 清大天文所碩士生,EASY 天文地科團隊總編

近日,來自東京大學和倫敦大學學院的科學家 播金優一(Yuichi Harikane) 在天文物理期刊《The Astrophysical Journal》發表了一篇論文,宣稱他們可能找到目前最遠的星系(名為 HD-1,紅移值 z 約為13),打破了原本最遠(GNz-11,z 約為 11)的紀錄。

天文學家為什麼執著要找最遠的星系呢?
是單純為了破紀錄而破、抑或是蘊藏了什麼科學涵義?
天文學家們又是怎麼尋找、並且推論這些星系多遠的呢?

HD1 的影像。圖/Harikane et al.

時間推回到二十世紀初,當時的科學家們對宇宙大小到底是恆定或是膨脹爭論不休,其中,愛因斯坦(Albert Einstein)便是支持「宇宙穩恆態理論」的知名科學家。而支持膨脹宇宙的科學家們,一直到西元 1929 年,愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)透過測量其他星系,發現了宇宙在膨脹,才為膨脹宇宙(也就是日後人們所說的「大爆炸理論 The Big Bang Theory」)注入了一劑強心針。

接下來的各種證據,如宇宙微波背景輻射、宇宙中元素的比例等,讓天文學家們越來越確信宇宙的年齡是有限的,並開始利用紙筆與超級電腦,來推測最早、也就是第一代星系及恆星的樣貌,並嘗試用望遠鏡,來尋找早期星系是否和我們預測的相符。

科學家是如何知道距離的呢?

天文學家並沒有一把長達「一百多萬光年」的尺,那他們是如何尋找,並且知道這些早期星系距離我們有多遠呢?讓我們把兩個問題分開,先來探討在宇宙學尺度下的距離是怎麼得到的。

由於我們知道宇宙在膨脹,而這些遠離我們的星系所發出的光,也會因為類似都卜勒效應的影響,有著紅移的現象。而越遠的星系遠離我們的速度越快,它們紅移值也就越大;而從實驗室中,我們知道每種元素都會發出特定的譜線,藉由測量到星系光譜中特定譜線的實際位置,並與那條譜線所該在的位置比較,就能夠計算這些星系的紅移值了。

而結合紅移值和其他測量到的宇宙學參數(例如哈伯常數),就可以從星系的紅移值計算出物理上的距離,比如大家常會看到的「光年」。

星系的紅移(Redshift)與它跟地球的距離(Distance)可以互相換算。圖/林彥興

那既然這樣,我們只要測量所有星系的光譜,不就能知道最遠的星系是哪一個了嗎?可惜事情並沒有這麼簡單。

一來,很多星系(尤其是越遠的星系)都很黯淡,難以測量光譜,二來,測量光譜實際上是又貴又耗時的。所以,以「尋找」的為目的,做單一波段的搜索通常是比較實際的作法。但若是使用單一波段,不就代表我們沒有光譜,這樣不就又不知道距離了?

Well yes, but actually no。大家應該都聽過盲人摸象的故事,透過觀測越多的波段,我們就越能描繪出實際上的光譜,再根據現有的理論模型,我們就可以利用光譜擬合來推論出這些星系的紅移值。

那要如何鎖定這些早期的星系?

天文學家總不可能對每個能測量到的星系都做很多波段的觀測,並且大費周章的利用理論模型去擬合他們。很多特定的望遠鏡(例如 ALMA、JWST)是要寫觀測計畫書和其他天文學家競爭觀測時間的,總要給出一個有力的理由,才能讓你的觀測計劃脫穎而出。

但還沒有資料之前,天文學家要怎麼知道哪個星系是最遠的?這便產生了一個「沒有工作要怎麼有工作經驗」的迴圈。怎麼辦呢?天文學家就是要想辦法,在已經觀測的深空資料庫中去尋找最遠的星系。

哈伯太空望遠鏡拍攝的「哈伯極深空 Hubble Extreme Deep Field」影像。藉由比較圖片中不同紅移的星系的性質,天文學家就能重建出過去百億年來星系的形成與演化歷史。圖/NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team

而要怎麼在龐大的資料庫中尋找遙遠的星系呢?讓我們再次簡單回顧歷史。量子物理在十九世紀末至二十世紀初逐漸開始發展時,瑞士物理學家約翰.巴耳末(Johann Balmer)研究激發態的氫原子所放出的光譜,發現在可見光波段,氫原子只會發射一系列特定波長的譜線。隨後美國物理學家西奧多.萊曼(Theodore Lyman)也接著發現,氫原子從受激態回到基態時,會放出一系列位於紫外線波段的譜線,這些特定的譜線也被稱為萊曼系。

氫原子的各個譜線家族,由上而下分別是位於紫外線的萊曼系,位於可見光的巴耳末系,以及位於紅外線的帕森系。圖/Szdori, OrangeDog

而用來尋找早期星系的第一種方法,也是最主要的搜索方法,就與萊曼系關係密切。天文學家發現,宇宙中有一種名為「萊曼斷裂星系(Lyman-break galaxies; LBGs)」的星系,這種星系的光譜有一個很明顯的特徵,便是在特定的波長以下就幾乎觀測不到,原因是波長更短的光(更高的能量)都被星際物質(Interstellar medium; ISM)和星系際物質(Intergalactic medium; IGM)的中性氫的萊曼線系給吸收了。

而萊曼線系中波長最短的譜線(常稱為萊曼極限)約在 91.2 奈米,最長的萊曼 α 譜線則約在 121.6 奈米。只要透過兩個波長足夠接近的波段去尋找「在長波長有觀測到、但在短波段沒觀測到的天體」(稱為 drop-out),就可以粗略的估計星系的紅移。

舉例來說,如果我們要找紅移值為 9 的萊曼斷裂星系,只需要稍微長於和短於 1216 奈米的兩個波段,看看有沒有星系出現在長波段的影像中,但在短波段的影像中卻沒有出現,就有可能是在紅移值為 9 的萊曼斷裂星系。如果要找越遠的萊曼斷裂星系,只需要換波長較長的波段即可。

近日打破紀錄的最遠星系,也是透過 H-band drop-out(在波長 H 波段沒有觀測到,而較長的波段有)所找出的。

光譜drop-out的例子。圖/Harikane et al (2022)

上圖為近日打破紀錄的最遠星系 HD1 的 H-band drop-out,可以看到長波段:4.5、3.6 微米以及 Ks 波段都有偵測到,但在 H 波段(以及更短波長)的影像就消失不見了。藍色的光譜 z 值為 13.3 的萊曼斷裂模型,灰色的光譜則為可能的低紅移汙染,z=3.9 的巴耳末斷裂模型。

當然,這只能幫助科學家初步的篩選,而且此種方法會受到一些其他非早期星系的汙染。

舉例來說,上文提到氫原子除了萊曼系以外,還有回到第一激發態的巴耳末系。若只是單純地透過 drop-out,因為巴耳末系本身的譜線就比萊曼系來得紅,所以也有可能找到的是紅移值較小的巴耳末斷裂;此外,非常紅且充滿塵埃的星系也會在光譜上出現類似「驟降」的特徵。

當然,更多波段以及光譜的觀測,都有助於釐清這些可能的汙染。而除了上述的方法以外,萊曼 α 發射體(Lyman-alpha emitters; LAEs)、伽瑪射線暴的宿主星系、重力透鏡效應等,也是尋找遙遠星系的重要方法哦!

那麼,找出這些早期星系有什麼科學意義?

現代宇宙學理論認為,宇宙在早期曾經經歷過兩次相變。第一次是宇宙從炙熱的游離態降溫回到中性的氣態,被稱為宇宙的復合時期(Epoch of Recombination),也是大家熟悉的宇宙微波背景的起源;第二次(也是最後一次)的相變,宇宙中的中性氫變成了游離化的氫離子,這個相變的過程被稱為再電離時期(Epoch of Reionization; EoR)。

而目前認為,第二次這個電離的原因,是第一代恆星和第一代星系所發出的強紫外線光,把周圍的中性氫游離成氫離子。藉由尋找越來越多的早期星系,我們就能透過這些早期星系來描繪宇宙再電離時期的歷史,而這又能夠進一步驗證現代宇宙學理論是否正確。不僅如此,研究這些早期星系,可以讓我們對於星系演化的歷史更往前推,或是研究早期星系的超大質量黑洞,是如何長到這麼大等等的議題。

未來展望

在 2021 年底順利升空的詹姆斯.韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope; JWST),其中一個主要的科學目標就是研究早期宇宙。如這篇文章一開始提到的「新的最遠的星系(HD-1)」,又如前一陣子發現的「最遠恆星 Earendel」,以及同一團隊的另一個紅移約 11 的星系,都在第一輪 JWST 的觀測計畫之中。

期待幾個月後 JWST 公布的第一批科學照片,能大幅革新我們對早期宇宙的認識。

參考資料(論文們)

延伸閱讀(科普文章)


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Tiger Hsiao_96
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現為清大天文所碩二學生,即將赴美於約翰霍普金斯大學攻讀天文博士。