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【Gene思書齋】科學之子的最後理論

Gene Ng_96
・2011/03/26 ・442字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

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Final Theory

最後理論 2 科學之子The Omega Theory

我雖然是愛看驚悚的人,可是卻還不常找到可以一口氣廢寢忘食地看完的驚悚小說。前陣子能讓我拍案叫絕的驚悚小說是去年看過的千禧年三部曲-《龍紋身的女孩》(Man som hatar kvinnor)、《玩火的女孩》(Flickan som lekte med elden)和《直搗蜂窩的女孩》(Luftslottet som sprangdes)。最近,書單上又多了兩本-《最後理論》(Final Theory)和《最後理論 2 科學之子》(The Omega Theory)。

《最後理論》和《最後理論 2 科學之子》是哥倫比亞大學科學史家大衛.史威夫(David Swift)、普林斯頓高等研究院理論物理學家莫妮卡.雷納多(Monique Reynolds)以及他們的親人朋友的冒險故事,兩部小說都非常有想像力,居然可以把高深的理論物理學方程式化為各國極力爭獲的間諜陰謀,真的很不簡單。

閱讀全文:

科學之子的最後理論

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 23 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

快搜尋美光官方網站,了解業界最先進的技術,並追蹤美光Facebook粉絲專頁獲取最新消息吧!

參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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你認為閱讀只需要用眼嗎?先聽懂,才能讀懂!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/08/27 ・3967字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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  • 文/雅文基金會聽語科學研究中心研究員 詹益智
人類大腦最初演化的目的是為了聆聽口說語言。圖/EXECUTIVEMIND

人類習得語言的順序:先學會聽才能學會讀

於 2016 年上映的電影「寒戰 II」中,由梁家輝飾演的李文彬有一句經典的台詞

「沒有學會走,先學跑,從來不是問題,但先問一問自己是不是天才。如果不是,就要一步步來[1]。」

這就好似使用口語溝通者語言發展的歷程,除非你是天選之人,有過人的天份,否則通常會依聽、說、讀、寫的順序習得語言[2],這樣的順序透露了一個重要的訊息,即閱讀的學習應奠基於聽理解力。為何語言習得的順序是先聽再讀呢?從人類大腦的演化的足跡便可略知一二。除非特別說明,以下皆以使用口語者為主要談論對象。

人類大腦最初演化的目的是為了習得口說語言(後簡稱口語)[3],而是習得口語的最佳媒介。在幾十萬年前口語就已出現[4],而書面語則約在五千年前才誕生[5],因此人類祖先在開始透過文字溝通之前,早已有了數萬年的口語交流經驗。我們可以發現,使用口語溝通的兒童一出生便自然地開始聆聽口語,接著才是學會閱讀,這並非是巧合,而可能是大腦演化之下的產物。

閱讀不只是認字這麼簡單,還需要良好的聽理解力

談到閱讀,許多人的第一印象就只是閱讀文字,但僅只如此嗎?閱讀文字其實只是閱讀過程中最基本、最初階的的技能。兒童在學習閱讀的過程中,無不從識字開始,透過記憶字形、拼讀注音、部首或聲旁線索認讀文字,但即便能將文本所有的文字唸出,也不代表能理解文本背後的涵意,癥結在於是否能將唸出的文本賦予應有的意義,才可達到閱讀理解的目的[6]

兒童在早期學讀的過程中,所接觸文本的難度大多低於其口語理解的水準,因此其閱讀理解主要受到識字能力的限制[7],到了晚期透過閱讀來學習的階段,兒童的識字能力會因多次的練習而趨近自動化,也就是一眼便能提取文字的語音;此時,他們所接觸文本在內容與結構上也會變得更加困難與複雜,單憑識字能力,並不足以讓他們理解全文,而聽理解力,才是決定其閱讀成效的因素之一 [7]。

早期「學習閱讀階段」的文本內容相對容易,閱讀理解主要受識字能力的影響,晚期「透過閱讀學習階段」的文本內容相對困難,閱讀理解主要受聽理解力的影響。圖/筆者製圖 & TheSchoolRun

一般而言,聆聽口語可幫助一個人建構閱讀時所需的語言基礎,例如詞彙與句法[8],換言之,聽理解力可能會影響語言知識的習得,進而左右閱讀的表現。研究指出聽理解力對於閱讀理解的影響會隨著兒童年紀漸長而有所增加[9]。最終,聽理解力甚至可以完全預測其閱讀理解[10]

語言知識是閱讀發展的關鍵

你可能會質疑聾人朋友沒有聽力也可閱讀,原因在於他們仍可透過手語或讀唇的方式獲取語言知識。沒錯,語言知識便是其中的關鍵!有許多具有殘存聽力的兒童,因聽經驗較為缺乏而需要花更多時間奠定語言根基,相對於典型聽力的兒童,也較易有閱讀發展遲緩的現象[11]。有些研究甚至發現,聽損兒童的閱讀能力到了國小四年級時就停滯不前[12],顯見聽力對使用口語為主要溝通者閱讀發展的重要性。

聽理解力可用以區分不同類型的閱讀障礙

在臨床上,閱讀理解困難可分為三大類:失讀症(dyslexia),即有識字困難但保有完好的聽理解力;理解困難(poor comprehender),即有足夠的識字能力,但聽理解力有缺陷;廣泛性閱讀障礙(garden variety poor reader),即識字與聽理解力皆低落[7]。由此可見,聽理解力在閱讀理解上扮演著決定性的角色。

聆聽和閱讀都會在內心產生感官意象

聽理解力不單只是透過聽去理解口語中的詞彙與句法,良好的聽理解力還牽涉到是否能將這些語言及背景知識整合成一個心理模型(Mental Model)[13],也就是能在內心中,將人、事、時、地、物具像化,以幫助理解。舉例來說,你將和朋友去參加一場美食盛宴,你可能會在腦海中勾勒出當天會場的樣貌、會出席的要角、即將發生的事、食物的滋味、美妙的音樂等。

在聆聽言談與閱讀文本時,皆會觸發這種感官意象的形成[7]。因此聽理解力與閱讀理解其實同出一轍。換句話說,聽理解力和閱讀理解其實共用了相同的心理處理機制,只不過聽理解力並未涉及文字解碼的歷程。

閱讀時,內心也會聽到「聲音」

聽理解力對閱讀的影響也可從「默讀」(subvocalization or silent reading)的觀點來談。所謂「默讀」指的是在閱讀時,心中將文字唸出聲音,這是典型聽力者閱讀時的自然過程,它有助於大腦理解與記憶所讀過的內容,從而能夠減少認知負荷,並將剩餘的認知資源用在高層次的語言理解[14]

既是唸出「聲音」,自然就會牽涉到聽理解力,若是聽經驗不足,即便將文字唸出,對讀者而言只不過是一連串無意義的語音符號,因而也就無法達到閱讀理解的目的。

聆聽與閱讀同篇文章時,相同的大腦區塊都被激活了

這些透過顏色編碼的 3D 大腦地圖顯示了大腦在聽聆聽(頂部)和閱讀(底部)同一篇故事時,語意處理的過程基本相同。圖/Fatma Deniz University of California, Berkeley

一群加州大學柏克萊分校的腦神經學家 Deniz 等人[15],在《神經科學雜誌》(Journal of Neuroscience)上,發表了一篇有關大腦處理聽力與閱讀的論文,他們利用功能性磁振造影(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)技術,記錄一群成人受試者在閱讀和聆聽同一篇故事時,大腦活動的狀況,並根據結果繪製3D大腦互動式地圖(interactive map ,這個網頁可以讓你體驗 3D 大腦互動式地圖)。

這個地圖以不同的顏色標示大腦活動的區塊。研究人員不但發現聆聽和閱讀同一時詞彙時,相同的大腦區塊會被激活外,更發現不同類別的詞彙所激活的大腦區塊也有所不同。例如,與數字相關的單詞會激活一個區塊,而與時間​​相關的單詞則會激活另一個區塊。

也就是說,無論透過聆聽或是閱讀相同的文本,這兩種處理語意訊息的方式都是類似的,這也證實了聆聽與閱讀間緊密不可分割的關係。研究人員也提到了未來對於閱讀理解有障礙的兒童或許可以透過聆聽有聲書的方式來改善他們的閱讀理解力。

如何透過「聽」來提升閱讀理解?

TEDxTaipei 是個可用來訓練聽理解力的平台。圖/TEDxTaipei

既然聽與閱讀間的關係來自於語言理解,訓練聽力來提升語言理解進而促進閱讀能力應是可行的方法,那麼應該要怎麼透過聽來提升閱讀理解力呢?平時我們可以利用手機或電腦的 TEDxTaipei 平台聆聽不同主題的演說,並利用四種實證策略來聆聽[16]

1.預測(prediction)

在聆聽演講時,可試著預測講者後續要說的內容,因為對內容的理解有很大程度取決於我們所聽到的是否與預期的一樣,如與期待不符,則可能會產生誤解。相反地,如果我們能準確地預測接下來的內容,聆聽便會變得更有效率。

2.釐清(clarification)

除了預測外,釐清自己是否能理解所聽到的內容,也是聆聽中重要的一環。有時我們可能會發現講者使用了一些艱澀難懂的專有名詞或概念,此時不妨按下暫停鍵,稍微 Google 一下,找出相關的解釋,如此不但可豐富自己的背景知識,更有助內容的理解。若我們對不懂之處置之不理,就無法順利地理解演說的內容。

3.提問(questioning)

有目的的去聽一場演講比漫無目的聆更可使聽者對演說的內容產生共鳴,而自我提問便可以達到這樣的目的。自我提問的策略可在演講的任何時刻皆可使用,例如在演講前使用,便能將背景知識帶入自己的意識中,而有助內容的理解。在演講中使用,可以促使自己更專注的聆聽,因為在某種程度上,也是與內容作交流。若在演講後使用,則可訓練自己的批判性思維。

4.摘要(summary)

聽完一場演講後,試著用自己的話重述一遍講者的內容,但需將焦點放在講者主要闡述的想法是甚麼?有哪些細節可以支持這些想法?哪些訊息是不相關或非必要的?對演講的內容做摘要不但可幫助自己更積極且專注地聆聽,也可訓練自己整合訊息的能力,並對內容也會留下更深刻的印象。

閱讀若想要達到「讀你千遍也不厭倦」的境界,或許可從訓練自己的聽理解力開始,當建立起閱讀所需的語言與背景知識的基礎後,就不會產生「讀你一遍都感厭倦」的無奈感囉!

參考資料

  1. 寒戰II
  2. Pawarbrother21. (2022, February 11). Language skills- Listening, Speaking, Reading, Writing. 
  3. Victor. (2021, March 15). Three reasons listening is the most important skill to tackle first. 
  4. Scerri, E. M., Thomas, M. G., Manica, A., Gunz, P., Stock, J. T., Stringer, C., … & Chikhi, L. (2018). Did our species evolve in subdivided populations across Africa, and why does it matter?. Trends in Ecology & Evolution33(8), 582-594.
  5. Gelb, I. J. (n.d.). Sumerian language
  6. Hoover, W. A., & Gough, P. B. (1990). The simple view of reading. Reading and Writing2(2), 127-160.
  7. Hogan, T. P., Adlof, S. M., & Alonzo, C. N. (2014). On the importance of listening comprehension. International Journal of Speech-Language Pathology16(3), 199-207.
  8. Hogan, T. P., Bridges, M. S., Justice, L., M., & Cain, K. (2011). Increasing higher level language skills to improve reading comprehension. Focus on Exceptional Children, 44(3), 1-19.
  9. Catts, H. W., Hogan, T. P., & Adlof, S. M. (2005). Developmental changes in reading and reading disabilities. In The connections between language and reading disabilities (pp. 38-51). Psychology Press.
  10. Adlof, S. M., Catts, H. W., & Little, T. D. (2006). Should the simple view of reading include a fluency component?. Reading and Writing19(9), 933-958.
  11. Harris, M., Terlektsi, E., & Kyle, F. E. (2017). Literacy outcomes for deaf and hard of hearing primary school children: A cohort comparison study. Journal of Speech, Language, and Hearing Research, 60, 701–711
  12. Traxler, C. B. (2000). The Stanford Achievement Test, 9th edition: National norming and performance standards for deaf and hard-of-hearing students. Journal of Deaf Studies and Deaf Education, 5, 337–348.
  13. Kintsch, W., & Kintsch, E. (2005). Comprehension. In S. G. Paris & S. A. Stahl (Eds.), Current issues in reading comprehension and assessment (pp. 71-92). Mahwah, NJ: Erlbaum.
  14. Erickson, K. (2003). Reading comprehension in AAC. The ASHA Leader, 8(12), 6-9.
  15. Deniz, F., Nunez-Elizalde, A. O., Huth, A. G., & Gallant, J. L. (2019). The representation of semantic information across human cerebral cortex during listening versus reading is invariant to stimulus modality. Journal of Neuroscience39(39), 7722-7736.
  16. Aarnoutse, C., Brand-Gruwel, S., & Oduber, R. (1997). Improving reading comprehension strategies through listening. Educational Studies23(2), 209-227.
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雅文兒童聽語文教基金會_96
40 篇文章 ・ 201 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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科學家模擬出《沙丘》行星的氣候模型:現實中的人類真的能在 Arrakis 生存嗎?
Y.-S. Lu
・2021/11/12 ・3205字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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架空世界:任腦中遨遊的世界,嗎?

法蘭克‧赫伯特的《沙丘》是 2021 年上映的硬派科幻電影[註1]。《沙丘》之名,在科幻迷眼中,被視為科幻類型文本的開山始祖之一,更是難以電影化的科幻小說作品;在電影《沙丘》中,行星厄拉科斯(Arrakis)是作品中的主要場景,一片荒蕪的沙漠行星,除了有著珍貴的香料礦,還有可怕的沙蟲。

1984 年的厄拉科斯行星的想像圖。圖/WIKIPEDIA

這樣的架空世界,屢屢存在於各個作品中,《魔戒》中有中土大陸(Middle Earth),《冰與火之歌》中有維斯特落大陸與厄斯索斯大陸,《星際大戰》更有具雙日的環聯星運轉行星克卜勒16b[1]塔圖因星球。身為讀者,以及一位地球科學模擬科學家,有時不禁會想:這些架空是否真的有可能存在?這些作家設計的世界,真的能存在嗎?

今日,布里斯托大學氣象研究所的 Dr. Alexander Farnworth 與他的同事 Dr. Sebastian Steinig,以及薛菲爾德大學的 Dr. Michael Farnsworth 就實際驗證了一次,究竟一個架空星球的氣候環境,是否為真?是否真的適合人類居住?

《沙丘》的氣候模型:低碳高臭氧的沙漠環境

在他們發表的文章[2]中,他們使用了氣候模型來模擬厄拉科斯的氣候。Dr. Farnworth 亦提到[3],他們使用的是同樣用在 IPCC(The Intergovernmental Panel on Climate Change,跨政府氣候變化專門委員會)報告中,用以預測未來氣候變遷狀況的 HadAM3B-M2.1D 模型[4],其不需要海洋模式,所以海洋模式也就不用運行了(當然也可以省下計算資源)。

《沙丘》世界中的厄拉科斯行星的氣候模型。資料來源/climatearchive.org

這個模型使用與地球相同的物理行為與物理參數。他們也使用了《沙丘百科》所提供的資料,來告之氣候模型應使用的地型狀態以及星球軌道,而星球軌道將大大影響到一個星球上的季節情況。最後,則是厄拉科斯星球的大氣組成:350 ppm 的二氧化碳、0.5% 的臭氧層。這兩個數字會影響到地球的溫室效應,只不過雖然厄拉科斯的二氧化碳濃度低,但是同樣是溫室氣體的臭氧值高,因此具一定的溫室效應。

等這些數據確定後,氣候模型就可以開始運作並且計算。這個氣候模型一共跑了三週多,作者另外提到,他們總共模擬了五百年,而且還使用了地球的部份大氣情況來跑厄拉科斯的數據(當然同樣是為了省下電腦運算資源的策略)。幸運的是,在初始的幾年中,大氣就乾了,而五百年後,大部份的水都保存在地底[3]。這也不難想象,尚未蒸發到大氣中的水會因重力滲流到地表下保存,而在沒有植物行光合作用的情況下,大氣中的水蒸氣也將成為厄拉科斯上居民爭奪的「黃金」。

為什麼要算五百年的氣候狀態?因為氣候/氣象模型餵進去的只是 Initial Condition,也就是「初始條件」,而初始條件只是氣候模型的開端而已,不能當做結果。所以算到最後,這個氣候模型必須達到「平衡態」——也就是說,模型算出來的四季,與下一年算出來的四季,必須要有極小的差值。等這個差值小到可以忽略時,這種數值模型才算是成功的。

住在「赤道比高緯度區域還舒適」的沙漠星球

在書中描述了厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境,像是人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿,再自己喝,連血都會快速凝固來防止蒸發。書中描述的厄拉科斯是個非常乾熱的地方,所以大多數的人會住在兩極地區。

但是根據氣候模型,熱帶/赤道地區,在夏天會達到 45°C,冬天則不低於 15°C,但是在中緯度與兩極地區,最高溫會達到 70°C,在中緯度最低溫會達到 -40°C,兩極則會到 -75°C。其主要的原因就是兩極地區的大氣濕度高、雲層厚,造成其極端的氣候狀況。

另外與書中描寫不同的,是降雨狀態。書中的厄拉科斯沒有降雨,但是依據氣候模型的計算,在高緯度的夏天,還有山區與高原地區,還是有非常少量的降雨。也因為前述提到的極端溫差,所以兩極地區也不存在冰帽。

厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境,人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿,再自己喝,連血都會快速凝固來防止蒸發。圖/IMDB


最後的問題,人類可以住在厄拉科斯嗎?根據氣候模型,人類最有可能居住在熱帶地區,而不是書中提到的中緯度:畢竟中高緯度才是最熱的地方,也是最不適合人類居住的氣溫。如果有誰想要用岩石煎牛排,是可以考慮到中緯度一遊吧?

雖然書中的描述與實際氣候模擬的狀況有一點落差,但是作者們也提到,《沙丘》原著出版時間早(1965 年),比真鍋淑郎發表第一支地表模式早了整整四年,在這樣的落差下,《沙丘》原著中對厄拉科斯的氣候描述,雖與氣候模型模擬的結果有部分落差,但並無大錯。

Dr. Alexander Farnworth 給中文讀者的話

筆者與撰寫《沙丘》氣候模擬的文章作者進行了一些交流,除了學術交流外,也榮幸邀請了作者給中文讀者一些感言:

「從數十年前開始,我便一直是法蘭克·赫伯特的作品《沙丘》的超級粉絲,而他也打開了從我童年時開始,對奇幻世界的眼界。這也讓我有機會用一個科學家的角度,來重新檢視童年時有對此世界的奇想。我希望就此成果,也能夠一樣能吸引更多的人來了解我們的氣候是如何運作,知道為什麼要保護我們的星球,更希望能夠激發更多下一代的氣候學家。」[3]

I have been a massive fan of Frank Herbert’s Dune since childhood due to the fantastical world he first envisioned many decades ago, to be able to look at it as a scientist was a fantastic experience and brought back that childhood wonder. So, I hope this work equally inspires others to learn about how our climate works, how we should not take our planet for granted and maybe even inspires the next generation of climate scientists.

大氣科學是一門很有趣的學問,人類仰望星空,是透過地球的大氣層才有了閃爍的星光,也是有大氣層才保護人類免受宇宙射線侵害。人類在埃及、商朝、伽立略等年代,都建立了對星體運動的了解,但大氣動力學要一直等到納維爾-斯托克斯方程出現後,才有飛躍般的進展,更惶論在能用數值模型解釋氣候、氣象模型,以及人類擁有更精確、更大量的氣象資料後,才能大量驗證大氣運動,進而改良大氣模型,才能達到預測氣象與氣候推測(Climate Projection)的能力。但這非常需要大量的人力,以及大量的知識才能達到。

大氣科學是一門很有趣也有用的學問,能幫助人類更精準地預測氣象,但也考驗知識、人力與物力。圖/Pixabay

真鍋淑郎博士在近六十年前,以少數人力建構了第一代的地表模式,而現在最新的《通用地表模式第五版(Community Land Model Ver. 5)》,是橫跨多國的合作開發的模式[5],而這還只是地表模式,大氣模型中還有形成雲或雨的 Microphysics、輻射能量傳導模式的 Radiative Transfering Scheme、解大氣間傳輸的 Planetary Boudary Layer Physics、屬海洋領域的洋流模式,屬水文領域的三維地下水模型,以及用來進行數值解的計算流體動力學,更惶論日新月異的電腦資訊工程的發展,這些的確都需要未來學子們加入並一同改進,也是未來泛地球科學學門需要的生力軍。

註解

  1. 2021 年上映的科幻電影《沙丘》舊譯為《沙丘魔堡》。除了 1984 年大衛·林區所拍攝的初代電影使用舊譯名稱外,還有九零年代的同名即時戰略遊戲;遊戲版的《沙丘魔堡II》,也是《終極動員令(Command & Conquer) 》創作公司Westwood的代表作之一。

參考資料

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  2. Farnwoth, A, Farnwoth, M, Steinig, S, 2021, Dune: we simulated the desert planet of Arrakis to see if humans could survive there. https://theconversation.com/dune-we-simulated-the-desert-planet-of-arrakis-to-see-if-humans-could-survive-there-170181?fbclid=IwAR2EhRwjxNsGtFdkZGic8SZRS7cOgQbjfFXt27PmGYyZoVLH3BpANma569g
  3. Farnworth, A, 2021, Personal Communication.
  4. Valdes, P. J., Armstrong, E., Badger, M. P. S., Bradshaw, C. D., Bragg, F., Crucifix, M., Davies-Barnard, T., Day, J. J., Farnsworth, A., Gordon, C., Hopcroft, P. O., Kennedy, A. T., Lord, N. S., Lunt, D. J., Marzocchi, A., Parry, L. M., Pope, V., Roberts, W. H. G., Stone, E. J., Tourte, G. J. L., and Williams, J. H. T.: The BRIDGE HadCM3 family of climate models: HadCM3@Bristol v1.0, Geosci. Model Dev., 10, 3715–3743, https://doi.org/10.5194/gmd-10-3715-2017, 2017.
  5. Lawrence, D. M., Fisher, R. A., Koven, C. D., Oleson, K. W., Swenson, S. C., Bonan, G., … & Zeng, X. (2019). The Community Land Model version 5: Description of new features, benchmarking, and impact of forcing uncertainty. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4245-4287.
    https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018MS001583
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Y.-S. Lu
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自從來到學界後,便展開了一段從土木人到氣象人的水文之旅。主要專業是地球系統數值模擬,地下水與地表模式的耦合系統,以及大氣氣象模擬。目前是于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich GmbH)超級電腦中心的博士後研究員。