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平行現實的果,分歧世界的因?! —從「想像的未來」到「科技恩仇錄」

oeo
・2011/09/09 ・2982字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

「打從一開始,R101計畫就是靠意識形態而非常識來推動。R101號必須不計一切代價,趕在1930年10月的某個日子飛航印度,因為湯普森大人(當時英國工黨上院議員,曾任航空部長,『飛船』開發強力推行者)將在那天搭乘R101號,進行由倫敦往返喀拉蚩的處女航,並在航程結束後,及時趕回倫敦參加帝國會議…它終於在惡劣的天候中起飛,全身溼透,飛行八小時後,終於在法國北方一處曠野中墜毀燃燒。飛船上共載有五十四人,只有六人生還。…因為這樣一樁慘案後(即便同期有另一艘大致成功的R100案例),再也沒有乘客自願進行另一趟飛船飛行。大英帝國的飛船紀元也正式畫上句點。」

這是「想像的未來」一書描述,一段消失的巨型飛行器—「飛船」的故事,相較於現今現實滿天「重於空氣」的飛機,這種曾一度轟動登場的「輕於空氣」的飛行科技可以算是悄然走入歷史,走入幻想創作,人類文明及其與天空之間的共同命運也走上了一段不同的樣貌!

今年閱讀「科技恩仇錄—科技史上的十大爭端」一書,特地把十多年前另一本談科技發展的「想像的未來」拿出來溫習溫習,對照呼應一番,曾經從青少年就熱衷天馬行空的思緒,像是對科技世界的總問細問,一股腦地湧現。這讓人有一種又喜又嘆的感覺。喜的是難得近年看到一本書主要就是細談科技發明與科學發現的故事,而且還寫得如此精采並具有戲劇張力;嘆的是經過了這樣多少有一些歷史考究的「內幕揭發」,我們對於創造發明的偉大夢想不免再次蒙上一層灰暗,但也許這正是現實的光亮之處!正如套用改編自電影「三不管地帶」當中那則吊詭笑話的說法:悲觀與樂觀有什麼不同?看待「現在文明科技好不好」的這個問題時,悲觀的人認為情況不會更好(現在已經是最好的?),而樂觀的人認為會!

「科技恩仇錄」所開啟的省思,大致上可以從兩方面來說。一方面就是現實人生,從機器是問題的所在嗎?奈德・勒德對抗工業革命、是誰發明礦工安全燈?戴維單挑史蒂文生、到底誰發明了電磁電報?摩斯對抗傑克遜和亨利、交流電∕直流電之戰:愛迪生對抗西屋、汽車製造業的大「車」拼:福特對抗塞爾登及持有執照汽車製造商協會、第一架成功的飛行器:萊特兄弟對上了寇提斯、查努特、艾達、懷德海等人、「電視之父」名歸何人?薩諾夫對抗方斯渥斯、核子潛水艇和核子海軍何去何從?瑞克歐弗對抗宗華特、「人類基因組解密」計畫途徑抉擇?凡特對抗柯林斯一直到生物技術領域中的戰鬥:雷夫金對孟山都公司,夾雜著新仇舊恨、合縱連橫,沒有一個故事不精采,沒有一段劇情不生動,這些在人類科技發展與發明史上扮演舉足輕重的A咖,其實一樣有著凡夫俗子的意念個性與愛恨情仇,甚至這些意念個性與愛恨情仇,才是決定文明發展的關鍵因子。不免讓人想到「天下熙熙,皆為名來;天下攘攘,皆為利往。」這典故:在《清代皇帝秘史》記載乾隆下江南時,來到江蘇鎮江金山寺,看到山腳下大江東流,船來船往,人聲鼎沸,熱鬧非凡,便問旁邊一老和尚:「你在這裏住了幾十年,可知每天來來往往有多少船?」老和尚說:「我只看到兩隻船,一隻為名,一隻為利。」這種簡說,顯然也把文明故事說完了一大半。而務實地說,如果創造發明途徑拒斥名利,那發展難逃艱困而貧乏,但如果創造發明之道是為追求名利,那命運註定紛亂與空虛

另一方面是整體人類科技文明發展上的,上述還只是「科技恩仇錄」提到了事例,實際上許多在創造發明的「分歧」,像是「資料儲存格式與器材」、「飛機VS.飛船」、「鍵盤設計之爭」、「核分裂核能VS.其他能源」一直到「作業系統軟體之爭」、「網路開放系統VS網路封閉架構」…林林總總的競爭、消長、分合、興衰、演變如火如荼,方興未艾!物理學家戴森認為:「科學革命有兩種形式,一種由新工具引發,另一種由新觀念引發。孔恩在他的名著『科學革命的結構』中講的,幾乎全都只限於觀念革命,差不多完全沒提到工具革命。…孔恩那本大作寫得實在太精采了,因此很快就成為經典之作。然而,它卻誤導了一整個世代的學生以及科學史學者,讓他們誤以為,所有科學革命都是由觀念所引發的。觀念驅動的科學革命一向最富吸引力,而且最能衝擊社會大眾的科學認知,但是,他們其實是比較罕見的。

就拿最近五百年來說,除了被孔恩選為例證模型的量子力學革命之外,科學史上就只剩下六場主要的觀念驅動革命,分別和哥白尼、牛頓、達爾文、馬克士威、佛洛伊德以及愛因斯坦有關。然而,同樣這五百年內,大約出現了大約二十場工具驅動革命。社會大眾對這些工具驅動革命,沒有留下那般深刻的印象,但它們對於科學的發展,卻是同等重要。兩個工具驅動革命代表:第一個是天文學上,由於使用望遠鏡而產生的伽利略革命;第二個是由於使用X光繞射決定生物體大分子結構,而產生克里克–華森革命。」並主張:「觀念驅動革命的功效在於,用新的方法解釋舊的事物。反觀工具驅動革命的功效,則在於發現需要進一步解釋的新事物。」由此,「人群—工具—發明—思維—驗證—理論」形成的龐大而複雜網路的動態呈現,才是科學革命與文明演進的真貌!

許多主流的科學書籍與教科書多多少少成了化約主義甚至精英權威的信奉者,常常塑造一個所謂「科技文明演進」的「系統」形象,也許版本不同,為了能掌握的方便與條理,把事物發展的脈絡賦予一種理論與邏輯的正當性與必然性,甚而走火入魔者,全然接受「成王敗寇」的價值觀,相信勝出的科技一定有著科學上的「優越性」,存活的文明就是最強的,這樣的論調至少對我個人而言,說服力愈來愈顯薄弱,之所以還沒有完全消除,只是因為在「優」與「強」的文辭解釋上還有讓度的空間!雖然一種「好的」科技發展大致上要符合附有彈性、可驗證、輸得起的條件,但是否能出類拔萃、發光發熱、可長可久,其實「因緣際會」還是最精煉的解釋!

無論是「科技恩仇錄」採用的史料鋪陳,或是「想像的未來」專業的評論批判,當中也涉及兩個令人感到相當熱血的課題—科幻與發明,也都滋養了靈感與發想的沃土。舉例來說,對現實文明與主流科技的批判,並不代表就要採取一種憤世嫉俗的姿態,甚至絕非等同貴古賤今的情迷,反而促成了一種超越「科技樂觀主義」的樂觀,而這種樂觀是需要智慧、反思與希望的!在當中,我們的批判是為了反省教訓,我們的冀求是為了珍惜當下,我們的精進是為了利益眾生。單把過去、現在、未來科技發明的合理可能性作一系列的排列組合,從創作想像到現實發展都足以從「無奈」過渡到「無限」!

我真正想談的平行現實與分歧世界,並不是甲國與乙國,A族與B族,甚至不是軸心與同盟那樣歷史存在的有限格局,我要談的,是從科技科學創造發明的角度,一種「不同文明的模樣」,一種「人類發展的可能性」!「決定論」的科學觀也許真的很難自圓其說,但當中又存在著什麼道理具有強大的吸引力,就像電影「大隻佬」中提到:「我說的因,不是你們說的因;我說的果,也不是你們說的果!」看到這些可信度很高而且細膩的科技故事,可以提醒我們其實真正上並不存在所謂「完全客觀的科學與科技」,它們的發展當然也一樣,就像「測不準原理」所支持的那般,森羅萬象的發動者、參與者與觀測者、描述者總是密不可分的,另一種要說,當然就是「一切法由心想生」。那麼,少一點的恩仇,多一點的想像,科技的未來會是怎麼樣?

本文原發表於想趣時空[2011-09-08]
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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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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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