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一生萬法,萬法歸一的「大設計」

oeo
・2011/06/28 ・2557字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

如果當初我堅持對物理學的熱衷與投入,忽略或避開一些現實與環境的考量,選讀物理學系,也許繼續出國深造或學成歸國,進入一個優秀的研究團隊,深入某一個主題探究,說不定發表了一篇相關於解釋宇宙生成與發展的論文(例如叫個「小霹靂說」、「積木宇宙論」…),改變了萬千人對「宇宙」的看法…

「如果」、「也許」、「說不定」的確是上面這段敘述的關鍵詞,主詞「我」也可輕鬆替換(例如改成「某人」),而且看來還是醉漢言勇與癡人說夢,頂多像是一段不太精采的科幻小梗,至少在這個世界上!?但是如果按照嚴肅物理學「多重宇宙論」的普俗解釋,這故事並不能說是純屬虛幻,而是非常可能「真實地」正發生在「另一個」宇宙!更令人驚艷的是:這種看似科幻情節居然還可以從物理學的角度論證與推導、計算,事實上,理論物理學家甚至計算出合理存在10的500次方的平行宇宙,它們擁有不同的自然法則與不同的物理常數值!

「宇宙初起是一片混亂,上帝看不過去了,就說:『讓牛頓出生吧!』,於是世界就在牛頓定律的規範下井然有序地運行。魔鬼看不過去了,就說:『讓愛因斯坦出生吧!』,於是世界又恢復了混亂。」聽說這是在科學界流傳已久的一則冷笑話,而史蒂芬・霍金和雷納・曼羅迪諾的這本談論宇宙運行法則的「大設計」,從某個角度而言,大致上正是對這個冷笑話的深刻對待。「大設計」重點闡述了解釋時空歷史的「模型相關真實論(model-dependent realism)(M理論)」:「基本概念是人類大腦打造了這個世界的模型,據以詮釋感官輸入;當某個模型能夠成功解釋事件時,我們便會對此模型及其構成元素與概念賦予真實特質或視之為絕對真實。」當然,即便「可以充分感受到作者的誠意」,此書已經極盡所能、深入淺出地來論述與舉證,它的細部內涵絕非外行人可以輕鬆理解,但多少能看出它在科學家試圖尋找的宇宙聖杯「大統一論」與「量子理論」中取得一個「和諧與融通」。

「大設計」也石破天驚地以著名物理學家之姿釜底抽薪式地左批右打,一方面點岀雖然古代科學(如古希臘哲人)對於自然界的某些推測頗有洞見,但是大部分觀念都無法通過現代檢驗而成為有效的科學。原因之一是古代哲人未發明科學方法,發展理論並不具實驗驗證的目標。但另一方面許多後來出現的宇宙論與現代科學其實都只回答了世界「如何」運行而未揭示「為何」這般運行的問題!記得在「當和尚遇見鑽石」這本書中,雖然沒有深厚的科學基礎根據,但簡明而且貼切地將眾人看待宇宙萬象的主要根本解釋分為三大類:上帝(天神、超能者)、機率因果(佛教),這樣看來,一種人類詮釋的發展是屬於殊途同歸的「大融合」,或至少發生必須重新分類或合併之路,例如佛教結合無神論、科學終究旨在行上帝之意、上帝與佛理都在說同一些事,否則另一種發展:其實各種科學理論的宇宙論與世界觀都是要歸結在「機率」一處,而這也與我們日常生活中的經驗法則相符:許多或絕大部分週遭與聽聞的科學家與工程師朋友,價值觀傾向掌握明確可觀察、可分析的事理,有著化約主義與量化方法的取向,在他們的偏好與信仰裏,並不是每件事物都有解釋,甚至不認為每層道理都需要解釋!

關於這本書的閱讀經驗還有一則有意思的小故事:剛看完這本「大設計」,有一天我迫不及待地與一位具物理學背景的電腦工程師朋友分享,出乎意料地,一向理性溫和的他翻了翻書的第一個反應居然是對「愛因斯坦:宇宙最不能理解之事,在於它是可以理解的。」這種引言的說法表達不以為然(不解為何一定要弄得如此吊詭、模糊),而這句卻是原本我要擺在心得文頭的!再來我摘要轉述「M理論」後(其實本來要說明當中與佛法「為心所示,為識所現」印證之妙,而佛法的根基就在於(佛學)「因果論」),豈知他的理解更是讓我「清醒」一會兒:這樣的理論等於推翻了有一個固定發展脈絡的(科學)「因果論」囉!促使我反思一下「大設計」書中的背景與主要傳達的可能意旨,的確發現自己有些曲解與擴大解釋,但仍驚覺同類專業(朋友與作者)的「心心相印」(磁場契合?!),並感嘆「一本書冊,萬般風情!」

再來要談的事情對我來說有點兒勉強,尤其在篇幅與心力上。對於物理學與宗教信仰,我絕對都算門外漢,但是如果「大設計」一書是許多報導與評論:「知名物理學家霍金聲稱已證明上帝不存在」的引述代表作(如果在這本重要科普著作中,霍金表達了不同於「爭議立場的宇宙論」論述,那事件本身也是另一種荒謬),我想這整件事存在著傳播上的誤解與科學上的重大瑕疵。主觀面,「大設計」一文從頭到尾,霍金要強調的應該是「解釋宇宙的生成與運行並不需要上帝的介入」,這跟「宣稱上帝存在與否」根本是兩回事,好比我們假如說:「日本與英國的部份人民認同國家完全可以在沒有天皇與英王的條件下運作」,這和日本天皇與英國王室的實然存在與否無關,甚至和應否保有天皇、王室制度也是不同的命題!客觀面,比較引人注意的是,因此掀起喧然大波的爭論各方(例如開始強烈主張科學否定上帝存在或堅信上帝優於科學存在),是否採用了科學的態度與方法「對話」?甚至關心在「科學證明」上是否有重大的理論革新與技術突破?對於「上帝」這種原本不可科學驗證的初始定義(第一因?)與信仰層次,科學是否有超越像是數學歸謬證明法、虛無假說驗證、演繹與歸納、對照實驗方法的演出?可惜的是,從原論和傳播報導與討論中我並沒有發現!但卻觀察到所熱愛的科學,姑且不論好壞,越來越像/是所謂的「另一種」信仰活動。

有時靜下來好好想想,並對「宇宙人生真相的追尋」提出一連串強烈的質問:一個人從理論上或至少假設上,即便全力投入,窮盡一生都無法理解與親近的「道理」,尤其朝向正確方向與架構去理解與親近這個道理的邊都沾不上(特別強調,這個沾上邊的方向與架構相當重要,愛因斯坦關於「深奧」相對論的一個「陪美女等待的時間觀喻說」就是一個很好的例子),那這個「道理」對這個人是否有意義?而沒有意義的道理是否還可以說是道理?如果說科學科技完全支持「道理純粹是客觀的描述而毫無涉及主觀的認知」,那這樣與常處於其對立與批判面的宗教(至少是迷信部分)或其他信仰有沒有本質上的差異?又或者這樣的境況發生在一群人甚至一大群人(例如世界人口的絕大多數)的身上呢?我們衷心期盼科學科技,尤其現代科學科技能正視這樣的問題,從目的到方法,除了表面上獨領風騷的實證主義,更能容蓄回歸理性,甚至返照初本無限寬宏的「人性」!

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森林學研究所畢業 曾任台大創發社幹部(臉書社團 "創發社CAIV" 召集人 ) 某屆倪匡科幻獎得主 從事教育工作 科學科幻 自然生態 文藝創意 一切"豐富生命"的愛好者...

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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

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 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
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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

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

  1. Doyle, L. R., Carter, J. A., Fabrycky, D. C., Slawson, R. W., Howell, S. B., Winn, J. N., … & Fischer, D. (2011). Kepler-16: a transiting circumbinary planet. Science, 333(6049), 1602-1606.
  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。

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科普閱讀力UpUp!泛科學、數感實驗室加入臺師大第三屆 SmartReading 科普閱讀力大賽
PanSci_96
・2021/10/16 ・1578字 ・閱讀時間約 3 分鐘

閱讀素養是從小便需要培養的重要能力,不過,要讀得好、讀得懂,卻不是件容易事。為了協助學生深入閱讀不偏食,臺師大與科技部攜手合作,通過科普閱讀力大賽,陪孩子一起跑一場科普閱讀馬拉松。

第二屆順利結束後,第三屆閱讀力大賽更邀請了泛科學(泛科知識股份有限公司)、數感實驗室 Numeracy Lab 一起加入,讓內容更多、更廣,希望帶給學生們滿滿的閱讀力!

學生讀得太淺怎麼辦?SmartReading 適性閱讀陪你深入閱讀

光是 2020 年,台灣共出版了 3 萬 5 千多種出版品,可說是什麼都有、什麼都不奇怪,然而,孩子們到底有沒有讀「懂」呢?

國立台灣師範大學宋曜廷副校長分享了史丹佛大學最新的研究,其中發現:有近 2/3 的高中生無法區分網站上的「新聞」與「廣告」,凸顯學生們讀得「淺」的問題。此外,需要思考與批判的科普閱讀,歷年推行總是遇到不少阻礙,因為較缺乏故事性,常常被學生們「打入冷宮」。

上述種種難題,到底該如何克服呢?就去參加配備「SmartReading 適性閱讀」系統的科普閱讀力大賽吧!

參與科普閱讀力大賽的學生們,需要先參加中文適性閱讀能力診斷(DACC),透過診斷結果,為每位學生量身打造專屬「推薦書單」。獲得書單後,學生們便可以依照自己喜歡的進度和方式去挑戰閱讀任務,選擇自己喜歡的書籍,最後進行評量,確認閱讀成效。

除了量身打造的閱讀計畫,閱讀力大賽還特別設計了超級有趣的科普徽章,像是科味滿滿的「π」徽章,就讓孩子們愛不釋手,嘗試增加閱讀量、甚至挑戰並不熟悉的作品類別,努力得到專屬徽章。

更厲害的,是超深入的「閱讀五力分數」評量系統,不但為考慮學生自主規劃閱讀的「規劃力」、填寫評量的「執行力」,還會考量學生閱讀的多元程度,看看他們是否具有「博學力」以及代表閱讀深入程度的「精進力」等等。再輔以前後測的閱讀成長情況,計算「成長力」,可說是任何閱讀的面向都不馬虎!

學生們都喜歡讀什麼?動物、生態惹人愛

第二屆科普閱讀力大賽中,共有 2 千多位學生報名,歷經半年,共完成了近 8 千本書籍評量,平均一位學生閱讀了 13 本書籍。

看了這麼多內容,哪些是孩子最喜歡的呢?動物/寵物類遙遙領先,再來則是地球生態、天文類相關書籍。有趣的是,進入國中之後,學生們的閱讀習慣也逐漸轉變,心頭最愛變成了是地球生態/天文類書,再來則是綜合科學類。

國小參賽者更是這次比賽的小小黑馬,像是四年級組第一名的吳同學,在比賽期間不僅閱讀了 250 多本書籍,更在評量中幾乎都得到 A、A+,不僅讀得多、讀得好,更是讀得懂。

第三屆科普閱讀力大賽開跑!攜手泛科、數感一起提升閱讀力

新的閱讀馬拉松馬上就要開跑了,第三屆科普閱讀力大賽將與泛科知識、數感實驗室Numeracy Lab 一起合作,繼續將科學內容變有趣,配合學生的需求、增進學習動機。

泛科知識馮瑞麒總經理表示非常高興網站上的文章能夠成為閱讀素材,更笑言經過了「9SmartReading 適性閱讀」系統才知道原來有些原以為只適合高中生的內容,其實也可以提供給國中生們閱讀,透過這樣的系統,相信能夠幫助更多學生獲得適合的書籍。

來自數感實驗室Numeracy Lab 的賴以威教授則說,能以這些數據的方式解決像是閱讀這樣的人文問題,實在是令人期待又興奮。

究竟,接下來這場馬拉松會帶著學生們跑到哪裡?又會帶他們看到什麼樣的風景呢?更多訊息,歡迎關注比賽官網:https://smartreading.net/contest2021/index.aspx

PanSci_96
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