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每個人都有「創造色彩」的能力,回顧「藍黑白金裙」與「色彩恆常性」——《全光譜》

商周出版_96
・2022/03/20 ・4056字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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  • 作者/亞當.羅傑斯 
  • 譯者/ 王婉卉

一件讓全球流量暴增的裙子

二○一五年二月七日,瑟希莉亞.布利斯戴爾(Cecilia Bleasdale)整個下午都在逛街,想要買出席女兒葛蕾絲婚禮所穿的連衣裙。下午三點半,在英國柴郡(Cheshire)的一間店裡,布利斯戴爾找到了一件鑲著黑色花邊的藍裙,用手機拍了下來。她把照片傳給葛蕾絲,問她覺得如何。

葛蕾絲覺得那是一件以金色裝飾的白裙。她母親告訴她才不是。這還真怪,事實上,怪到葛蕾絲把照片上傳到臉書,問大家為什麼她和母親看到的顏色不一樣。

葛蕾絲的友人凱特琳.麥克尼爾(Caitlin McNeil)也同樣覺得很困惑,於是在婚禮結束後,把同一張圖轉貼到自己在社群網路平台 Tumblr 的頁面上。

藍黑白金裙。圖/Wikipedia

不久後, 麥克尼爾將以下訊息傳給了網路新聞媒體 BuzzFeed 的 Tumblr 帳號:

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「buzzfeed 幫幫忙——我發了這件裙子的照片(就是我 tumblr 帳號上的最新貼文)。好了,有人覺得是藍色,有人覺得是白色,你可以解釋為什麼嗎? 因為我們快想.破.頭.了。」

負責管理 BuzzFeed Tumblr 帳號的凱茲.霍德內斯(Cates Holderness),看到這則訊息後,基本上只是聳了聳肩,繼續做自己的工作。但到了美國東岸下午五點,也就是霍德內斯所在的時區,這則 Tumblr 貼文下面已經有超過五萬則的回覆。

霍德內斯叫了幾名同事過來看那張照片,問他們那件連衣裙是什麼顏色。這群人立刻出現了共識被打破的知覺式有絲分裂,有如酵母細胞一分為二。霍德內斯發現自己被夾在兩群生氣的人中間,他們像坐在肩上大聲叫喊的天使與惡魔:白與金對上藍與黑。

藍黑白金裙導致全球流量暴增。圖/Pexels

霍德內斯對網路鄉民喜歡的話題有超乎尋常的直覺,於是決定進行投票調查,把照片上傳到 BuzzFeed 的網站。「Tumblr 上現在吵得不可開交,我們得來解決這場爭議。這件事很重要,因為我覺得我快發瘋了,」她寫道。投票調查在下午六點十四分上傳。之後,霍德內斯下班,趕搭地鐵回家。

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她從地鐵站走出來時,發現大量的手機通知轟炸開來。她收到的簡訊有如海嘯來襲。她那篇投票調查的流量就像曲棍球桿效應般,衝高闖進了數位平流層。她上不了推特,頁面一直當掉,也許是因為微網誌網路本身的全球流量暴增,每分鐘就有一萬一千筆推文,其中看到白與金以及藍與黑的人各占一半。

在 Tumblr 上調查的結果,兩邊的人數也差不多。這件連衣裙變成了所謂的「藍黑白金裙」(The Dress)。

到底是什麼顏色?

我當時在《連線》(Wired)雜誌擔任科學編輯。少了霍德內斯那種對網路話題的敏銳直覺,我最初看到這個迷因時,沒有多想。那就是一件藍裙,隨便啦。

我們西岸這裡就快下班了,通常是數位新聞流量往下降的時段,也是我們放慢腳步的時候。我的其中一位上司是執行編輯,在我隔壁撲通坐下,找我閒聊。我那時大概說了,你能相信這件裙子造成的騷動嗎? 大家居然分辨不出它的顏色。

他說:「我懂,可不是嗎? 笑死人了。」

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「那很明顯就是藍色啊。」我說。

他看著我,擔心地皺起眉頭說:「是白色的。」

終於,我才理解自己究竟錯過了什麼。藍黑白金裙,或者該說是那張連衣裙的照片(ceci n’est pas une robe〔法文:這不是連衣裙〕,正如超現實主義畫家雷內.馬格利特〔René Magritte〕可能會這麼說),不僅僅只是把所有人分成兩大陣營,還讓所有人的立場僵化。

藍黑白金裙的真面目。圖/Roman

情況不只是單純看到藍與黑,而是任何看到白與金的人都瘋了,或在說謊,反之亦然。大家是如何透過自己的雙眼和心智看到色彩,就是當時最熱門的新聞報導。

而且不只如此,這件事是個令人印象深刻的科學故事,而我慢了一個小時才跟進。我們麻煩大了。

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我任職於《連線》雜誌前,是拿研究獎學金在麻省理工學院攻讀新聞學。我用那九個月,跟各方人士探討色彩和人類視知覺——這些內容最終將化為本書。

直到藍黑白金裙出現那一天的近十二年前,我遇到了康威,也就是上一章研究奇馬內語的藝術家兼神經科學家,我也記得自己很喜歡他的跨領域研究法。我上網搜尋了康威,發現他那時在衛斯理女子學院(Wellesley College)教書,於是寄給他一封電郵,附上原始 BuzzFeed 貼文的連結,並沒有抱太大的希望。他回信給我。於是我打給他。

「所以有些人覺得是藍色跟黑色?」康威說,「真的嗎?」

我跟他說我就是其中一人。

「嗯, 很好,」 他表示,「至少我們倆意見不同。它絕對是藍色跟金色, 我用Photoshop 看是藍色跟橙色。」

在康威經過仔細校正的螢幕上,「金」或「棕」的部分實際上被歸為橙色。照片上每個像素的RGB座標值,也就是像素在電腦顯示器紅綠藍色彩空間中的所在位置,也毫無幫助。

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人類色覺的差異

像素各自量化的客觀色彩,與眾人看著整張圖像時所看到的顏色毫無關聯。我們已經曉得,色彩可能會因為旁邊擺著其他顏色而看起來不一樣,這正是謝弗勒爾記錄下來的現象。但為什麼這個現象會發生在電腦螢幕中的一張連衣裙照上呢? 又為什麼不同的人會看到不同的顏色呢?

「白與金的部分不難理解,」康威表示,「我的強烈直覺告訴我,這是因為我們非常偏好日光軸。」

他是這樣解釋:在晴朗的日子,如果把一張白紙放在室外,測量其光譜數值,也就是客觀測量白紙反射了哪些光的波長,它實際的顏色會沿著色彩空間中的一條可預期曲線產生變化——先是偏紅,接著變藍,再變白(白天將盡之時則再次偏紅)。

但對人腦而言,那張紙整天看起來都會是白色。色彩在人的眼中看起來會改變,但在人的大腦裡則維持穩定不變。「我們演化時,就是置身在這樣的彩色環境條件下,」康威說,「這張照片造成的情況就是,你的視覺系統看著它,而你試著要忽視自己對日光軸的那種彩色偏好。」

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數世紀前,楊格便發現,大家看到的顏色未必都會對應到這些色彩的客觀波長。將色光照在某種表面上,客觀來說,這個表面的顏色會改變,但根據觀者所處的環境,他們依然有可能表示,表面呈現的是跟原本一樣的真實顏色。

可以看到某個東西的「真」色彩(或者應該說接近真實,晚點就會知道原因了),這種能力稱為色彩恆常性(color constancy)。

物體表面變化多端,因為物體在照到光後,其客觀測量出來的色彩可能會隨著不同色光而產生變化,但大腦會確保我們看到一樣的顏色。

拿一顆蛋,從日光下改放到紅光下,你還是會把蛋看成白色。大腦在處理色彩的過程中,透過某種方式去除了反射自物體表面的色光,意即照明(illumination),以便產生與物體表面色彩一致的圖像,也就是讓反射率(reflectance)保持不變。

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有些人看到那張連衣裙照後,去除了藍光,於是看到白與金;其他人則把金色部分解讀為黃橙色的照明,因此看到藍與黑。就像我說的,藍黑白金裙是深藍色,因為另一位跟我談過的研究員,也就是華盛頓大學的傑伊.奈茲(Jay Neitz),經過搜尋後,找到了布利斯戴爾拍的其他照片。

連衣裙的兩種理解方式。圖/Wikipedia

在那些照片中,連衣裙的顏色毫無爭議。然而,藍黑白金裙這張照片的某個部分,導致有如大災難規模般的人口無法發揮色彩恆常性的能力。

我寫了一篇探討上述論點的報導,在美國東岸下午七點二十八分發布到網站上。我待在辦公室,到處閒晃一下,喝點酒,看著我們用來監測流量的軟體,上面顯示的數字不斷攀升。

到最後,我想有三千八百萬人讀過。現在還有人會看。這篇報導依然是《連線》有史以來最多人讀過的故事。它無疑創下了我的讀者人數紀錄,而且領先的差距多達數百萬。

色彩科學的震撼彈

不過,故事沒有在此畫下句點。藍黑白金裙為色彩學領域帶來了有如地震般的衝擊。

藍黑白金裙出現後,數年來的研究都顯示,最初讓這個迷因爆紅的分界線,並不像簡單明瞭的白與金/藍與黑那樣涇渭分明,但整個事件就是一場在展現可怕事實的實物教學:為了決定事物具有何種色彩,光的物理特性與顏料的化學特性,將會經由精心計算的神經學的錯縱複雜結構,從眼中相互連結的光受器到大腦視覺皮質中迷宮似的神經突觸連結之間,進行轉換與重新詮釋。

而人的大腦就像一棟住戶自己動手整修的老屋,這條神經線路卻沒有跟著完全翻新,有時還會短路。

你看到的藍黑白金裙是什麼顏色,決定這個結果的唯一最重要一點,就是你的大腦是如何在下意識中,辨別照亮連衣裙的色光——或許甚至就像康威一開始的推測,也就是你認為這張照片是在一天當中哪時候拍的。

藍黑白金裙暗中顛覆或公然打破,科學家針對色彩恆常性以及人類視覺偏好日光所提出的幾乎每個假設。置身於隨處可見高畫質螢幕的時代,許多人都能隨時看到近乎無窮的各種色彩。不過,這種色彩無所不在的情況也顯示出,每個人都有各自的無窮色彩,因為色覺不只受文化影響,也大幅受到個人影響。

我們全都以不同的方式,以數十億的個人調色盤,看到色彩。於是,人類用來發出跟自然界一樣多顏色的技術能力,現在又迫使科學得再次解決人類實際上是如何製造色彩的問題——不論這是指實際生產,還是在腦中產生。

摘自《全光譜》,2021 年 12 月,商周出版
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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鯨魚學彼此唱歌,還會定期更新歌單——堪稱動物界迷因的座頭鯨歌曲文化?
森地內拉_96
・2022/08/19 ・3442字 ・閱讀時間約 7 分鐘

你認為什麼才是文化(culture)?如果你感到一絲猶豫了話,那很正常,因為它在人類學家的辨識中,至少擁有 164 種以上的定義,而在生物學上,文化最基礎的定義即是:個體或族群藉由社會學習(social learning)獲得而來的行為或訊息[8]。所以事實上,文化並非是人類所獨有的,許多動物也擁有各種複雜程度不一的文化,例如:日本獼猴(Macaca fuscata)的洗番薯文化[9]、蒼頭燕雀(Fringilla coelebs)的當地歌曲[11],以及寬吻海豚(Tursiops truncatus)的工具使用[10]等。

其實,除了非人靈長類以外,學界在討論動物文化交流時,最常使用的模式生物之一就是座頭鯨 ( Megaptera novaeangliae ,又被稱為大翅鯨),因為在其生態學的多個方面都存在著多樣的文化特徵,比如覓食策略的革命、遷徙路徑以及複雜歌曲的展示等[1, 17]

一首座頭鯨的「流行新歌」

西元 1996 至 1997 年,學界第一次記錄到了一種前所未有的文化現象[13],原本出自於印度洋的西澳大利亞座頭鯨族群的歌曲類型(song type),竟然出現在南太平洋的東澳大利亞族群中,隨後迅速取代了現有的歌曲類型,而這種在一個族群中,一首歌被另一首新歌迅速取代的現象,被稱為歌曲的「革命(revolution)」

雖然這首新歌一開始在族群內出現時的頻率很低,但經歷兩年後的蠶食鯨吞,新歌就已經完全取代舊歌了。隨後的研究工作也驗證了這種文化的傳播機制的存在,並在橫跨十幾年的一系列研究紀錄中,顯示出已有多種歌曲類型和革命從東澳大利亞族群向東傳播到南太平洋族群[4, 5, 6, 7]

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有層次與結構的座頭鯨之歌

儘管學界還尚未完全理解座頭鯨歌曲的確切作用,但根據性廣告假說(sexual advertisement hypothesis)[12],雄性座頭鯨唱歌的目的是為了傳播自己的健康訊號,以此來吸引雌性並與其他雄性競爭。

而雄座頭鯨的歌曲具有相當複雜的層次與結構,並不只是單純的鳴叫而已[17],其中最小的單元代表一個單獨的聲音;而固定順序的單元會構成一個樂句(phrase);樂句重複一至多次後就會形成主題(theme);最後一系列不同的主題會組成一首「歌曲類型」 [16],並且在同一時間的單一個族群中,大部分雄性都會唱同一種類型的歌[14]

雄性座頭鯨的歌曲,具有相當複雜的層次與結構,不是僅是單純的鳴叫,雖然目前我們還未完全理解鯨魚歌曲的作用。 圖/elements.envato

歌曲交流的南北半球差異

雖然目前全球總共有 17 個座頭鯨族群(圖一),其中 6 個來自北半球;11 個來自南半球(南北半球之間幾乎不交流),但是幾乎所有關於座頭鯨歌曲的文化研究都聚焦在南太平洋複合族群[註 1],其中最根本的原因來自於文化產生的背景,也就是地理環境上的差異[17]

因為南太平洋複合族群在南半球海洋之間移動缺乏地理障礙,導致相鄰族群之間交互作用相對容易,而相比之下,因為北半球的北太平洋與北大西洋之間受到歐亞及北美大陸的阻隔的緣故,所以這兩個大洋的複合族群之間缺乏交流的機會[17]

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(圖一)全球所有的座頭鯨族群及其繁殖地、覓食地與交互作用網,左圖箭頭由繁殖地指向覓食地。圖/參考文獻 17

如何創作一首膾炙「鯨」口的新歌?

  • 歌曲的演變

所有雄座頭鯨都可以透過社會學習,來為自己的歌曲新增變異。這些變異包括:增加歌曲的持續時間添加新的主題使用更多種類的單元[1],而這些小而漸進的變異過程被稱作為演變(evolution)

這些變異導致一個族群內的歌曲每年都會包含著略有不同的編排。然而,隨著歌曲的持續演變與傳播,也造成了歌曲類型的差異在族群內小、在族群間大的現象。除此以外,歌曲在最後也可能面臨一場「革命」,徹底在族群與物種中消失[13]

  • 傳播方式

根據紀錄與模型顯示[6],大部分歌曲類型的傳播都是單向的,並由大族群傳給小族群(表一)。首先,從西澳大利亞(west Australian,WA)族群向東傳到東澳大利亞(east Australian,EA),然後傳到新喀里多尼亞(Nouvelle-Calédonie,NC)、東加(Tonga,TO)和美屬薩摩亞(American Samoa,AS),最後傳到庫克群島(Cook Islands,CI)和法屬波利尼西亞(French Polynesia,FP)(圖一)。

(表一)1998 至 2008 年在南太平洋地區的紀錄,不同顏色代表不同的歌曲類型,斜線區塊代表數據缺失。
圖/參考文獻 6

然而,學界尚不完全清楚傳播機制,其中 Payne 與 Guinee 就提出了三種可能的歌曲交流途徑[15]

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  1. 透過個體在一個季節內在多個族群間的移動來交流
  2. 透過個體在連續幾年間在多個族群間的移動來交流
  3. 族群共享覓食地或遷徙路線時交流

定期更新歌單,難道是「動物界迷因」?

在人類中心主義(anthropocentrism)的影響下,為了區別人類與其他動物的差異,「文化」有了更為狹隘的解釋,那就是群體成員共享的社會學習行為,並且這種行為必須在過程中不斷累積與改善[8]。但不同於其他非人動物,憑藉非凡的傳播速度與變異水準,南太平洋座頭鯨複合族群能年復一年迅速而一致地將其歌曲替換為不同的版本[17]

座頭鯨群體的傳播速度可是有著非凡水準。 圖/GIPHY

在這裡,我們就用比較詼諧的方式去比喻它:傳播速度快,既能複製、變異,也能優勝劣汰,這種歌曲傳播模式,就如同《自私的基因》中所提到的迷因(meme)一樣[2, 3]。雖然這其中有沒有達到改善,仍存有爭議,但是相對於其他非人動物,這種獨一無二的歌曲傳播模式,似乎成了更接近人類文化的一步。

雖然一系列的座頭鯨歌曲文化研究正如火如荼地展開,但其中還是留有許多待解決的議題,例如:歌曲變異的原動力來自於哪裡?性擇(sexual selection)在這些社會學習的過程中有什麼作用?能不能將座頭鯨的歌曲傳播模式用來推敲人類文化的演化過程?

總而言之,在文化演化論(cultural evolution)方面,這些座頭鯨歌曲文化研究確實提供了一個極具有發展潛力的模型[1, 17]

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註釋

  • Metapopulation,同一物種的多個子族群的集合,並且彼此具有一定程度的交互作用。

延伸閱讀:

禹英禑最愛的鯨豚特輯!大翅鯨用「翅膀」打架?吐泡泡捕魚法?52赫茲鯨魚的身世之謎?

參考資料

  1. Allen, J. A., Garland, E. C., Garrigue, C., Dunlop, R. A., & Noad, M. J. (2022). Song complexity is maintained during inter-population cultural transmission of humpback whale songs. Scientific Reports, 12(1).
  2. Bhatia, A. (2011). Hollaback to the male humpback whale.
  3. Dawkins, R. (2022). The Selfish Gene (Indian Edition). Oxford University Press.
  4. Garland, E. C., Gedamke, J., Rekdahl, M. L., Noad, M. J., Garrigue, C., & Gales, N. (2013). Humpback Whale Song on the Southern Ocean Feeding Grounds: Implications for Cultural Transmission. PLoS ONE, 8(11), e79422.
  5. Garland, E. C., Goldizen, A. W., Lilley, M. S., Rekdahl, M. L., Garrigue, C., Constantine, R., Hauser, N. D., Poole, M. M., Robbins, J., & Noad, M. J. (2015). Population structure of humpback whales in the western and central South Pacific Ocean as determined by vocal exchange among populations. Conservation Biology, 29(4), 1198–1207.
  6. Garland, E. C., Goldizen, A. W., Rekdahl, M. L., Constantine, R., Garrigue, C., Hauser, N. D., Poole, M., Robbins, J., & Noad, M. (2011). Dynamic Horizontal Cultural Transmission of Humpback Whale Song at the Ocean Basin Scale. Current Biology, 21(8), 687–691.
  7. Garland, E. C., Noad, M. J., Goldizen, A. W., Lilley, M. S., Rekdahl, M. L., Garrigue, C., Constantine, R., Hauser, N. D., Poole, M. M., & Robbins, J. (2013). Quantifying humpback whale song sequences to understand the dynamics of song exchange at the ocean basin scale. The Journal of the Acoustical Society of America, 133(1), 560–569.
  8. Heyes, C. (2020). Culture. Current Biology, 30(20), R1246–R1250.
  9. Kawai, M. (1965). Newly-acquired pre-cultural behavior of the natural troop of Japanese monkeys on Koshima islet. Primates, 6(1), 1–30.
  10. Krützen, M., Mann, J., Heithaus, M. R., Connor, R. C., Bejder, L., & Sherwin, W. B. (2005). Cultural transmission of tool use in bottlenose dolphins. Proceedings of the National Academy of Sciences, 102(25), 8939–8943.
  11. Marler, P. (2008). Variation in the Song of the Chaffinch Fringilla Coelebs. Ibis, 94(3), 458–472.
  12. Mercado, E. (2021). Song Morphing by Humpback Whales: Cultural or Epiphenomenal?. Frontiers in Psychology, 11.
  13. Noad, M. J., Cato, D. H., Bryden, M. M., Jenner, M. N., & Jenner, K. C. S. (2000). Cultural revolution in whale songs. Nature, 408(6812), 537.
  14. Payne, K., & Payne, R. (2010). Large Scale Changes over 19 Years in Songs of Humpback Whales in Bermuda. Zeitschrift Für Tierpsychologie, 68(2), 89–114.
  15. Payne R. S., & Guinee L. N. (1983). Humpback whale (Megaptera novaeangliae) songs as an indicator of ‘stocks’. In Communication and behavior of whales (ed. Payne R), pp. 333-358. Boulder, CO: Westview Press.
  16. Payne, R. S., & McVay, S. (1971). Songs of Humpback Whales. Science, 173(3997), 585–597.
  17. Zandberg, L., Lachlan, R. F., Lamoni, L., & Garland, E. C. (2021). Global cultural evolutionary model of humpback whale song. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 376(1836).
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總覺得自己是理組中的文科生,一枚資工念一半就轉去生科的傻白甜。 關注於生態、演化生物學、生物多樣性及動物行為等議題,想要把自己的想法與接受到的新知傳達給大家,所以就開始嘗試寫科普......

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與原色、光譜、煉金術交織而成的牛頓光學——《全光譜》
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・2022/03/19 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/亞當.羅傑斯 
  • 譯者/ 王婉卉

光譜的故事

牛頓從三稜鏡中獲得的最大體悟,並非不同色光在穿透同一介質後,折射率會有所不同。席奧多瑞克與他同時代的研究學者已經證實這點了。

就算讓單色光再穿透另一個稜鏡也不會改變,牛頓甚至不是證明這點的第一人——證明的人是十七世紀的波西米亞科學家約翰尼斯.馬克斯.馬奇(Johannes Marcus Marci)。

牛頓的獨家發現是,那些色彩是如何混合在一起。他發覺,純粹陽光的白光,其實是所有其他色光混合而成的結果,透過稜鏡的折射,才使其分散開來。或者就像牛頓所說的,光是「由形形色色的光線構成,有些光比其他光更容易折射。」我們四周充斥的光是由順序固定的「純」色構成,而這個順序就是自亞里斯多德的時代起,眾人不斷在尋找的目標。

牛頓為這個順序想出了一個非常不錯的名稱,叫做「光譜」(spectrum)

模擬的自然光光譜。圖/Wikipedia

然後,牛頓誰也沒說,就這樣返回了劍橋。他協助一位年長導師編輯光學與色彩的著作,卻沒告訴對方自己的新發現。這位導師退休後,牛頓接任了這傢伙的職務:盧卡斯數學教授(Lucasian Professor of Mathematics)榮譽職位。

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牛頓這位據說上課很無聊的講師,這時才終於開始一點一滴發表自己從研究稜鏡所得出的結果。

儘管牛頓寫出的折射運算式既冰冷又毫不浪漫,卻依然有人深感崇拜。當時的皇家學會祕書是德國人亨利.歐登堡(Henry Oldenburg),工作主要是負責讓歐洲各地的研究人員能進行書信交流。(歐登堡精通荷蘭語、英語、法語、德語、義大利語、拉丁語。)

《自然科學會報》的鬥嘴故事

一六六四年,他向皇家學會創始成員的波以耳極力推銷一個可以賺錢的構想:把所有書信整合成只供訂閱的通訊刊物。

法國才剛開始出版《科學家週刊》(Journal des Sçavans),他們的編輯部也有向歐登堡邀稿。結果,歐登堡反而把先前出版的一本週刊帶到了學會的集會上,連同一份他自己想嘗試的通訊草稿或校樣——一份相似「但本質更偏向哲學」的刊物,他如此表示。

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於是,《自然科學會報》(Philosophical Transactions)就這樣創刊了,可說是世上首份徹徹底底的科學期刊。一份有兩三頁,要價一先令。

歐登堡聽說了牛頓正在埋首研究的主題,於是開始不斷央求他發表成果。最後,在一六七二年二月,牛頓洋洋灑灑寫了一封長信,描述自己的研究,以為這封信會在皇家學會的集會上由人朗讀。

由於歐登堡假定,任何人寄給自己的任何內容都屬於正式公開發表,於是就把那封信的內容刊登在當月的《自然科學會報》上。這時,歐登堡已經把這份期刊改為訂閱制,而這種模式是否可行,全取決於獨家內容。

《自然科學會報》自創刊以來的七年間,發表的論文格式大多遵循波以耳樹立的範本,也就是採時序敘事。現今期刊可能會遵循的格式——緒論、假設、研究方法、實驗結果、結論——當時尚未成形。

牛頓寫的信一開始有點像做工精良的成品,提出了研究方法與概念,並表達這整個研究到底多有樂趣,他自己對研究發現又是多樂在其中。

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然後,他似乎就放棄了。寫到一半,牛頓不再試圖用數學計算證明任何事,就只是寫下自己的理論,描述幾個實驗。這不是「我的彩虹之旅」。儘管如此,牛頓依然為世上有史以來的第一份科學期刊,寫下了有史以來的第一篇科學論文。內容還是關於色彩與光。

色彩與光。圖/Pexels

幾乎沒過多久,世上最聰明的一群人就開始酸他。虎克在信件內容發表後的一週內,就寫信給歐登堡,表示牛頓對折射性不同的看法錯了、對白光的看法錯了、對光是由什麼構成的看法也錯了。

況且無論如何,虎克說,他早就做過這些實驗了,不覺得有什麼了不起。接下來的四年間,《自然科學會報》不斷發表針對牛頓研究成果的批評,再刊登牛頓對這些批評的回應。

《光學》終於出版

最終,牛頓投降放棄。他不再跟歐登堡有所交流。虎克則在一七○三年去世,一年後,少了吹毛求疵的批評者,牛頓出版了《光學》(Opticks)。

在這本相當有分量的著作中,牛頓添加了一堆新難題。他先前就一直在思考原色的問題,但現在終於承認光譜是連續的,而這個連續光譜包含了無窮的色彩層次變化,也是色彩何以會改變、色彩順序何以會漸變的答案。

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然而,牛頓也堅決主張,這個光譜具有亞里斯多德式(與煉金術)的七種色彩:他在紅、黃、綠、藍、紫羅蘭中,加上了橙與靛藍,接著將所有色彩圍成一圈,透過根本就是他虛構的非光譜紫色,把其中一端的紅色與另一端的紫羅蘭色連接起來。

以現代色彩學術語來說,他創造出一張色度圖(chromaticity diagram),試圖要量化混色的方式,似乎也呈現出色彩按順序漸變為另一種色彩。

色度圖。圖/Wikimedia

牛頓建構的色彩順序屬於現代,有如彩虹般的漸層變化,是以自然的物理現象為基礎。不過,把色彩圍成一圈,可能是牛頓輕觸尖頂巫師帽,向鍾情於畢達哥拉斯神奇數學比例的煉金術士致意。

牛頓實際上究竟有沒有尖頂巫師帽,歷史學家對此尚未發表意見,但他無疑相當熟悉煉金術是如何看待色彩,以及色彩具有的重要性:雖然是在背地裡,但牛頓確實寫下了大量關於煉金術的內容,而且在他位於三一學院〔Trinity College〕的實驗室裡,還放置了煉金術相關的藏書,以及煉金術會用到的常見材料。

但不像典型的煉金術士,牛頓運用的是數學。他能相當精確地計算出每個色彩之間的折射率差異,色環(color circle)也依各顏色的比例,分配到長短不一的周長,意即各顏色的扇形區塊有大有小。

無可否認的是,這些比例都是主觀分配的結果,跟對應音階的神祕關聯有關,但就像之後會看到的,一般人對色彩彼此是如何互有關聯的認知,一向都很主觀。這個色環逐漸成為具體表達色彩之間幾何關係的方法。簡言之,就是所謂的色彩空間。

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—摘自《全光譜》,2021 年 12 月,商業周刊

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