漂流了數億年— 大陸與大洋的起源－－《科學月刊》

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

• 周碩君｜國立中央大學地球科學學系四年級

居住在這顆藍色的星球這麼久，身為人類的我們自然而然、習以為常地生活在陸地上。

然而，為什麼世界分成七大洲？七大洲從哪裡來？我們為何需要遠渡重洋才能到達彼方呢？

這些問題的答案，直到近百年科技發達，使得地球科學有了很大的進展，科學家才逐漸了解在岩石與海水之下那個隱藏著支撐我們家園的秘密——板塊。

國、高中時，我們都學過「板塊構造學說」，主張地球最外層由十幾個大小不一的板塊拼湊而成，而身為臺灣人的我們，也都知道臺灣位處在歐亞板塊與菲律賓海板塊之間，島上的陡峭山脈來自於板塊的碰撞。

雖然如今板塊構造學說人人都能琅琅上口，但自 20 世紀初期以來，它可是歷經了千辛萬苦才得以引起近代科學家的注意，耗費三十年，才逐漸壯大為地球科學的知名理論。

在板塊構造學說的誕生故事前，有一位至關重要的科學家——魏格納。

魏格納玩的拼圖遊戲，是一個整個地球

魏格納 (Alfred Lothar Wegener) 是一位德國地球物理學家、氣象學家和天文學家。 1908 年魏格納被馬爾堡大學聘為氣象學、天文學和宇宙物理學應用講師。

任教期間，魏格納留意到世界地圖上，非洲大陸西岸和南美洲東岸，也就是大西洋兩側的海岸線輪廓很相似，就像是兩片可拼起的拼圖邊緣：一凹一凸，彼此密合。因此，魏格納想像兩邊陸地原本可能相連，開啟了關於大陸漂移的研究，也是往後地球物理學與地質學的重要基礎。

1911年，魏格納在馬爾堡大學圖書館，讀到一篇奧地利地質學家修斯 (Eduard Suess, 1885) 有關岡瓦那大陸 (Gondwanaland) ¹ 的文章，內容提到根據南半球各大陸上有相似的地質沉積岩層和古代動植物化石，假設在南半球曾經存在過一個統一的大陸。

魏格納是一位氣象學家，利用影響全球氣候帶分布控制因素的專業知識，判斷這些反應古氣候的沉積物證據，與當時全球氣候分布不相符。經過全球古生物化石和沉積地層的資料分析，獲得不符合現今緯度的證據，於是魏格納不僅可以支持修斯的假說，更進一步認知到大陸可能會漂移。

我們曾經都黏在一起？大陸漂移學說

1915 年魏格納正式出版《大陸與海洋的起源》²一書，以多面向的證據解釋「大陸漂移理論」。在這本書裡，魏格納主張大約在二億年前，地表有一塊「盤古大陸」稱作「泛蓋婭」 (Pangaea) ³，經過分裂變成兩個陸塊，再繼續分裂與漂移，直到形成今日的樣貌。

魏格納以古生物的資料作為證據，將目前幾個分離的大陸：南美洲、非洲、印度、南極洲、澳洲接合起來，如圖三所示⁴。這四種古生物，皆不能跨越海洋，到其他陸地生存，所以能支持這些陸塊曾經連在一起的理論，呈現帶狀且連續的動植物分布範圍。

在二疊石炭紀時期冰川中，也可以找到關於古氣候的證據。冰磧遺跡中的苔原植物很矮小、貼近地面生長，會利用陽光照射地表空氣和土壤的溫度存活，生長期更長，應該分布在高緯度、甚至極地地區。這些古苔原植物能在現今南半球各大陸發現，就可以作為這些板塊，從原先高緯度環境，慢慢移動到現在中低緯度的證據。

雖然魏格納提出了大陸漂移的種種證據，但因為沒有辦法解釋移動的機制，加上他並非地理學或地質學出身的學者，使得當時學界對他的想法嗤之以鼻。

戰爭埋葬了生命，也催生了偉大的新科技

他的研究被世人遺忘了三十年，直到世界大戰，人們發明許多新科技，地球科學的研究才再次嶄露曙光。

第一次世界大戰為了探測潛水艇而發明聲納觀測，這項發明可以用來測繪海底地形。當探勘船發出聲波、從海面向海底傳播後，探測員就可以利用從海床反彈的聲波的時間差來計算海底深度，借此測繪出海底地形，此時，人們也因此發現了大西洋中部的海底山脈——大西洋中洋脊。

到了第二次世界大戰，磁力儀誕生了，磁力儀原先是運用於戰爭的利器，軍方將其裝置在飛機並偵查海底下的潛艇，而科學家綜合以上兩項技術、岩漿冷卻成岩石的磁性特徵⁵之後，他們發現：

以中洋脊為中心，兩側海底岩石的磁力分布對稱，而且，磁極正反交錯呈現條紋狀分布，就像是超商每樣商品上條碼的樣子，記錄了過去地球磁場方向的每次反轉。

為什麼海底岩石的磁力會這樣分布呢？科學家海斯 (Harry H. Hess) 與狄茲 (Robert S. Dietz) 在 1960 年代利用同位素定年法⁶推斷：由中洋脊冒出的岩漿，生成出海洋地殼並不斷擴張，到了海溝⁷再隱沒到地球內部，像是輸送帶一樣運轉。海斯和狄茲順利解釋了海洋地殼的誕生與消逝，形成「海底擴張學說」。

直到此時，「海底擴張學說」配合魏格納的「大陸漂移理論」，再配合許多研究資料（如海溝處地震定位資料）之後，才逐漸發展出你我熟知的「板塊構造學說」。

這顆古老的地球，仍有無數難以參透的秘密

雖然當代地球科學界普遍認可板塊構造學說的概念，但這個理論並非毫無疑點，尚有許多疑惑等待科學家一一挑戰並且破解。

我們藉由魏格納及近代地球科學家的研究成果，了解地球板塊形成的原因。但是利用各種證據方法，推測陸地過去詳細的模樣，追溯到十八億年前就算是極限了，更久以前的地球板塊又是如何分布的呢？

從現實面來說，沒有任何地質學家能親眼觀察地球內部的物質成分和構造。絕不可能像法國小說家凡爾納的《地心歷險記》⁸，主角李登布洛克和他的姪子進入火山，通過地心，看遍地下所有秘密，再從地球的另一端出現，卻毫髮無傷。

或許在未來，科技更加進步，研究儀器的功能更強大，地球科學家能找到更多關於地球板塊變化的證據。到時候，或許能在板塊構造學說的基礎上，發展出合理解釋地球誕生到現在完整演變的學說，更進一步結合其他領域的科學家，預測未來地球的陸地將如何變化。這些發展，我們都可能參與，也值得我們期待。

註釋

1. 「 Gondwana 」是印度的一個地名，在此地發現的岩石相似於南半球其他大陸，修斯以此稱之。
2. 原文「 Die Entstehung der Kontinente und Ozeane 」。
3. 「Pangaea」原文為希臘語「Παγγαία」，是「πᾶν」（全部）和「γαῖα」（陸地）的合字，即「全陸地」。其中 「Γαῖα」也是前面介紹過的大地之母神。
4. 圖三古生物分帶說明：
   • 橙色：犬頜獸屬 (Cynognathus) 是種三疊紀中期的陸生肉食性犬齒獸類，在非洲、南美洲、南極洲可以發現化石。
   • 藍色：中龍屬 (Mesosaurus) 是一種小型水生爬行動物，在二疊紀早期的南美洲和南非地層中可以被發現。
   • 棕色：水龍獸屬 (Lystrosaurus) 為陸生的中型脊椎動物，存活在二疊紀晚期到三疊紀早期，化石分布於南極洲、印度、南非。
   • 綠色：舌羊齒屬 (Glossop-teris) 是一屬已滅絕的種子蕨類，生存於二疊紀至侏羅紀晚期，化石主要分布於南半球及印度。
5. 岩石中的磁鐵礦會記錄當時地球磁場的磁性，與現今地磁場方向一致稱為「正磁極性」，反之則為「反磁極性」。
6. 利用岩石中的元素，其元素包含不穩定的放射性同位素，具有規律的衰變週期，可作為測量地質年代的方法。
7. 簡單來說，為一種海洋地殼與大陸地殼交界的構造，形成深且狹窄的峽谷。
8. 書名原文「Voyage au centre de la Terre」，為法國小說家凡爾納於 1864 年出版的科幻小說。

資料來源

1. 《板塊構造學說紀事》，W. Jacquelyne Kious, Robert I. Tilling，（陳建志、馬家齊譯），五南，2005。
2. 《海陸的起源》，魏格納，（李旭旦譯），北京大學出版社。

作者後記

作者／周碩君

我喜歡閱讀科學家的故事，認識一個人的成長背景，配合其學術成果，讓我體會到科學發展一直與人緊密相關。我很幸運在 2019 年修了一門通識課，由單維彰老師和鄭芳祥老師共同教授的「知識寫作與思考」，每位學生期末成果就是產生一篇屬於自己的知識寫作。非常感謝老師們對我的文章不斷給予建議，還鼓勵我將作業成果投稿。我的作品選擇了自然科學領域，是一篇結合地球科學和歷史的科普文章，期待透過像說故事的內容，能夠讓更多人透過閱讀獲得有趣的地科知識。

• 責任編輯｜儀珈

吳依璇／臺大海洋所畢業，目前是《滔滔》的編輯。曾經在物理界裡載浮載沉，隨著洋流漂到地質界裡慢慢沉降。

「分久必合，合久必分。」

三國演義裡訴說天下大勢的句子，卻也能用來解釋韋格納提出的大陸漂移學說。

距今一百年前，即1915 年，32 歲的韋格納（Alfred Lothar Wegener）正式出版《大陸與大洋的起源》（The Origin of Continents and Oceans），內容闡述著韋格納發現到的現象，用以支持「大陸是會移動的」的想法。雖然「大陸是會移動的」這個想法被當時大部分的科學家們嗤之以鼻，但也有少部分的科學家們支持著韋格納。而韋格納的後半生為了證實這句話不斷奔走，直至喪命於格陵蘭考察一行中，享年50 歲。韋格納執著於為大陸漂移學說找出任何可能的證據，儘管因此犧牲，但提供了後人最詳盡的描述。

大陸會漂移？

韋格納雖出版《大陸與大洋的起源》一書，卻不是第一位提出大陸漂移想法的學者。早在1596年，奧特柳斯（Abraham Ortelius）就提出美洲、非洲和歐洲原本可能是合在一起的說法。到了1620 年時，培根（Francis Bacon）也發現大陸與大陸之間的海岸線非常吻合，似乎可以拼起來一樣，但是培根也沒有更進一步的討論，僅止於空想。直到1858 年，佩萊格里尼（Antonio Snider Pellegrini）注意到北美洲與歐洲有著相同的植物化石，於是在他出版的《創造和其祕密的顯露》（The Creation and its Mysteries Unveiled）書中表示所有的大陸於距今約三億年前的石炭紀晚期（賓夕法尼亞期，Pennsylvanian Period）曾聚合在一起，也認為大陸是受到大洪水的影響而移動；於是漸漸地有些科學家開始思考，是否大陸真的會移動呢？

該想法受到了丹納（James Dwight Dana）強烈的抨擊，並在《地質學手冊》（Manual of Geology） 中主張大陸早就有它們原本的輪廓，反對大陸會移動的看法。韶光荏苒，數十年過後，泰勒（Frank Bursley Taylor）於1908 年在美國地質學會（Geological Society of America）上表示，非洲西側的海岸線與南美洲東側的海岸線幾乎可以拼合在一起，並分別在非洲西側和南美洲東側的山脈作了廣泛的研究，於是泰勒認為陸塊會在地球表面上移動，現在的高山則是因為陸塊相互碰撞形成，且原本地球的南北極各有個陸塊，而在白堊紀時，陸塊受到月亮的引力緩緩移向赤道，逐漸形成現今的樣子，但是泰勒的想法慘遭當時科學家的忽略與反對。

接著曼托瓦尼（Robert Mantovani）也在1889 和1909年時發表他的看法，他認為現今的大陸原本曾經是一個很大的陸塊，而這大陸塊覆蓋了整個地球，當時的地球比現在還來得小一些，直到火山活動使得地球因熱膨脹造成大陸塊分裂，海洋隨之形成，地球表面漸漸變成現今的樣貌。

1911 和1928 年，貝克（Howard Baker）將現今各大陸重建成一個大陸塊，並提出是金星接近地球時的引力提供動力使大陸塊分裂。在今日看來，雖然這些科學家提出的大陸漂移機制並不合理，但是他們種下「大陸不是靜止不動，也非各自獨立不相干的存在」之種子，等著讓後人將這想法發揚光大。

不被接受的學說

在泰勒發表論文的幾年後，韋格納也注意到大陸之間似乎可以「拼」在一起。1912 年1 月，韋格納在德國地質學會上發表並支持「大陸漂移」的概念，震驚了許多科學家。

在韋格納提出論文之前，科學家們一般認為地球是由熔融的狀態漸漸冷卻收縮形成現今的樣貌；在這個過程中，比較重的元素，例如鐵，慢慢沉入地球內部；比較輕的元素，例如矽和鋁，則慢慢浮到地球表面。地球慢慢冷卻收縮的時候，地球表面也如同乾癟的蘋果一般出現了皺紋，這也就是現今山脈形成的原因；相較於在收縮時壓力比較大的地區，部分地表則陷落形成海盆。隨著時間推移，陸地和海洋的位置也會漸漸改變，這是因為有些陸地陷落得較周圍陸地區域快速，形成了海洋，也使原本為海洋的地區被擠壓成陸地。

除了陸地和海洋的形成原因以外，科學家們認為在大洋兩側的陸地會發現到有相類似甚至是一樣的植物和動物化石，是因為大陸之間曾有條陸橋可以連接，動物們就可以藉這條陸橋來往於兩大陸，只是最後這條陸橋沉入海底。科學家們也在地層紀錄裡看到海水向著陸地「海進」與遠離陸地的「海退」，海進與海退的現象被認為分別是陸地的沉積物逐漸填滿海洋盆地與海洋盆地陷落而形成。

然而，韋格納發現了許多與「地球收縮理論」相矛盾或無法解釋的現象，而這些現象支持大陸漂移說。例如，韋格納發現如果將大西洋兩岸的非洲和南美洲拼在一起時，非洲西側和南美洲東側大陸棚裂的分布位置非常吻合；全世界的山脈分布大多呈曲線形，如果山脈是因為地球收縮而形成的，那麼山脈的分布應該是像顆乾癟蘋果上的皺紋一般隨機分布才合理。在韋格納測量全球地表的地形起伏時，包括山有多高與海有多深，發現地形起伏的高度分布出現兩個峰值，若是依照地球收縮理論，地形起伏的高度分布應該會比較傾向於常態分布。韋格納認為這是因為地殼主要由兩層不同密度的岩石所組成，密度較小的花崗岩會在上層、形成陸地；密度較大的玄武岩則在下層、形成海床。

韋格納身為一位氣象學家，其中一項能使他深切相信南美洲與非洲曾經合併在一起的證據就是古氣候的指標；他在重建古老的大陸塊時，將在不同大陸上所發現的冰川、熱帶雨林和沙漠等氣候所形成的沉積物重新分布在相近的位置上，最後，韋格納按照這些方法拼出一塊大陸塊來。例如韋格納彙整了南美洲、非洲、澳洲、印度和南極洲上古冰川留下的痕跡，用以指示當初冰川流動的方向，發現這些陸地可以被拼湊成一塊大陸塊，且冰川由此大陸塊中心向四面八方流動；但是現在南美洲、非洲、澳洲、印度這些地方都不太有冰川活動，所以當初這些小陸塊可能是曾經位處南極地區的大陸塊分裂而成。種種發現都讓韋格納相信大陸不只會漂移，而且現今的各大陸應該是由一塊超級大的大陸塊分裂而成，並且在1915 年出版的《大陸與大洋的起源》一書中詳細描述大陸漂移的構想。

分久必合，合久必分

韋格納在《大陸與大洋的起源》中，結合了所發現的各項資料，最終描繪出來的大陸塊被命名為盤古大陸（Pangaea或Pangea），這個名字也代表著「全陸地」的意思。

儘管韋格納提出曾經有超大陸存在的證據相當有力，但他卻沒有辦法合理解釋大陸漂移的動力機制。他當時提出是天體引潮力和地球自轉所產生的離心力作用下，使原本一塊很大的陸塊破裂成許多小的陸塊，反對者指出這些作用力太小，不足以移動整個大陸橫跨海洋，地球物理學家杰弗里斯（Harold Jeffries）曾假設潮汐能夠克服海床造成的摩擦力來推動大陸，使大陸漸漸的移動，按照計算的結果，地球將在一年後停止轉動；更何況韋格納計算出大陸漂移的速率約是每年250 公分（現今美洲相對於歐洲和非洲的分離速率約是每年2.5 公分），想當然爾，其他科學家根本不接受大陸移動的速率是如此地快，也連帶地不接受韋格納提出的大陸漂移說。

光陰似箭，歲月如梭，至今大陸漂移說也漸漸發展成板塊構造學說，科學家們也相信在約距今3 億年前地球上有個盤古大陸的存在。這塊盤古大陸也就如同韋格納所相信地那樣，約在1 億7 千5 百萬年前開始分裂。和現今的大陸分布大為不同的是，盤古大陸大部分都集中於南半球，並由一超級大洋包圍著，這片超級大洋稱之為泛大洋或盤古大洋（Panthalassa）。

在盤古大陸分裂後，形成兩大陸塊，一塊漸漸向南邊移動的是岡瓦那大陸（Gondwana）；另一塊漸漸朝北邊移動的是勞亞大陸（Laurasia）。向南邊移動的岡瓦那大陸後來又再分裂成南美、非洲、印度、澳洲和南極洲等小陸塊；向北邊移動的勞亞大陸則漸漸分裂成北美、非洲和歐亞大陸等小陸塊。盤古大陸是目前地球歷史上最後一塊超級大陸，但大陸仍舊不斷地漂移，估計未來會形成終極盤古大陸。

結語

雖然韋格納的大陸漂移說在當年飽受抨擊，他的研究也因其在1929 年第三次格陵蘭考察中喪生戛然而止，然而到1950 年代中期至60 年代以後，隨著古地磁學、海底測勘的技術發展，科學家們奠基於韋格納在百年前的研究成果，發展出現今的板塊構造學說；以現在科學的發展，應是當年強烈反駁大陸漂移說的科學家們始料未及的結果，也印證叔本華所說：「所有真理都會經過三個階段：人們先認為是可笑的，再強烈反對，最後才會接受它是不證自明的。」

〈本文選自《科學月刊》2015年10月號〉

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多年以後，當德國氣象學家魏格納格最後一次在陵蘭島面對暴風雪侵襲時，將會想起26歲那年，初次跟著探險隊踏上冰天雪地的格陵蘭島時心中的悸動。那次他留在基地建造氣象觀測站，隊長與兩名隊員出外探勘人類足跡尚未抵達之處，卻就此一去不回，命喪冰原。那是他初瞥死神的陰影，但這並未令他打退堂鼓，否則他就不會一而再、再而三的來到格陵蘭島。只是這一次，死神似乎終於來到他面前……。

魏格納雖然是氣象學家，但卻不是為了研究氣象才重返格陵蘭島，而是為了蒐集證據，向世人證明他於1912年就提出的大膽理論：大陸漂移說。他相信遠古時期地球只有一片完整的盤古大陸，後來破裂漂移才形成現今的七大洲和五大洋。這個主張聽起來一點兒也不像科學假說，反倒比較像是妄想的古老神話，難怪飽受嘲諷。

魏格納當然有其根據，最明顯直觀的線索就在地圖上。看看南美洲東邊與非洲西邊的海岸線是如此吻合，絕不可能是巧合，甚至其它大陸也大致可以湊在一起。這絕不是異想天開的拼圖遊戲，因為還有其它許多現象唯有用這個理論才說得通。例如各大陸冰河期的冰川從南北兩極往前延伸，照理說最前緣都應該會推進到氣溫相當之處，也就是緯度位置應該差不多，但實際上卻相差甚大。如果把這些大陸拼湊在一起，冰川前緣就都落在約莫相同的緯度了。

還有化石證據。一些被大海阻隔的大陸都出現相同的動植物化石，而其中許多根本是無法飛翔或不會游泳的物種，若非這些大陸以前彼此相連，它們如何擴散出去呢？1912年，英國探險家史考特（Robert Falcon Scott）在南極找到舌羊齒植物化石，更可證明這一點。但這些證據仍不足以令學界信服，他們寧願相信曾經存在橫越大洋的陸橋將各大陸連接起來。

魏格納的大陸漂移說之所以無法令世人接受，在於他無法提出一套理論，解釋是怎樣的動力機制竟能使大陸移動。限於當時的科學知識，的確找不出有說服力的解釋，但魏格納仍堅持信念，他決定測量格陵蘭島相對於歐洲大陸的位移，直接證明大陸真的會移動。於是他於1930年第四度來到格陵蘭島，但卻被困在風雪之中……。

魏格納終究沒有機會提出證明了。就在他剛過五十歲生日的第二天，魏格納死於冰天雪地之中。他的屍體半年後才被發現，但他的大陸漂移說卻深埋逾三十年，直到海底擴張的現象被證實後，才終於獲得平反。

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本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。