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發現新彗星的女天文家──《蒙塵繆斯的微光:從古代到啟蒙時代,在思想及科學發展中發光的博學女性》

PanSci_96
・2016/04/28 ・3005字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

大概是一六八六年,當瑪麗亞.溫克曼─基爾希Maria Margarethe Kirch)僅十六歲時,她在靠近來比錫的索末菲,於自學有成的天文學家克里斯托夫.阿諾德Christoph Arnold)的家中遇見未來的丈夫高特富利德.基爾希,(Gottfried Kirch),當時他三十歲。由於父母雙亡,瑪麗亞花了很多時間在家庭與朋友上。她很樂意協助這位胸懷大志的業餘天文學家克里斯托夫做研究,並且向他學得數學與如何進行天文學的計算。她的父親曾經是路德派牧師,當她還是小孩時,父親曾教導過她天文學,所以後來為克里斯托夫工作時,她可以繼續享受自己所喜愛的消遣。以職業論,雖然克里斯托夫是個農夫,但他獻身於他的消遣而且受到專業天文學家極大尊敬。許多學院派的天文學家,譬如高特富利德.基爾希,便經常登門造訪。

烏拉尼亞
天文學的繆斯女神烏拉尼亞,注視著她書桌前方的渾天儀。

與丈夫一同研究天文學

瑪麗亞和高特富利德的婚姻很美滿,高特富利德很滿意有個年輕、知性、活潑的女性當妻子,除了照顧家務外,她還協助他做天文學方面的研究。就她來說,瑪麗亞希無疑地很高興能夠和丈夫一起繼續她對天文學的研究。她曾經協助過阿諾德從事計算、觀察、編彙日曆多年,因此在這個職業上具有專業水準。若非一個研究天文學的丈夫,她幾乎沒有機會繼續她的工作。

固然天文學者沒有以外科手術師和藥劑師的方式組成公會,但他們的專業能力,卻能與手藝人比擬。從十六世紀到十八世紀,很多重要的天文學者不曾在大學裏學習天文學,相反地在醫藥、神學、法理學上完成學位。天文學的觀察和儀器的使用需要長期的練習,這是在大學中不曾提供的。天文學家透過有如手藝學徒服侍較年長師傅一般的方式,學習他們的專業。高特富利德在但澤的約翰內斯.赫維留家族的私人天文台工作。赫維留在他的時代很有名,最重要的是,他甚至不信任自己建造的望遠鏡,反而用一個變化極大的早期儀器──象限儀──進行精確的天文學測量。

一七○○年,高特富利德被指名為新建立的柏林科學院首席天文學家。在丈夫身旁,瑪麗亞雖然是非正式人員,但卻升遷到一個重要的職位,普魯士首席天文學家的助手。由於缺乏資金,科學院無法提供給它的天文學家最好的觀測儀器,所以直到一七○七年,他們都被迫使用一個普通的天文台。根據由選侯斐特烈三世簽署、確認聘請高特富利德.基爾希的文件,這位統治者聘請的天文學者的主要任務是,用心觀測,並更新每一年度發行的刊物《天體曆書》──提供行星、太陽、月亮每日的位置。此外,基於一七○○年五月十日的詔書,從此以後他「每年,在指定時間,上交一份王國專用的日曆」。

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為王國編彙日曆

柏林科學研究院不同於在倫敦、巴黎以及歐洲其他地區的類似機構,它將天文學提升至非常高的地位。一六九○年代末,選侯斐特烈三世的妻子索菲亞.夏洛特(一六八八~一七○五),向宮廷的哲學家萊布尼茲表達她的顧慮,因為沒有一本日曆是在普魯士編彙的,而且統治者也缺少自己的天文台。為了貫徹日耳曼科學院的計畫,萊布尼茲熱心奔走,其實這個想法,他先前已經向索菲亞.夏洛特的母親漢諾威的索菲亞選侯夫人提過了。萊布尼茲提議,資助新科學院的運作,主要在壟斷日曆的收益,而它們可以被用來建造天文台,並且為科學院聘請正式職員。

在柏林的宮廷推展計畫,對萊布尼茲而言,不是那麼簡單,因為選侯不希望哲學家對他妻子索菲亞.夏洛特產生太大的影響力。一七七○年,選侯終於下決心資助在柏林的科學院,而第一步驟就是建立對日曆編彙的壟斷,在傳統上,這項工作原本都是由替教會工作的天文學家執行的。憑著他的職務,高特富利德.基爾希成為這間新成立的學院中最重要的科學家,而且運用銷售瑪麗亞所製作的官定普魯士省日曆的收益,資助了科學院絕大多數的工作。當一七○一年普魯士變成王國後,科學院的建立被視為這個王國的第一項重要成就。

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日曆在久遠以前,也是統治王國的重要工具。圖/Dafne Cholet@flickr

在製定日曆時所需要的數學非常複雜,唯有專業人士才能擔任這項工作。打從古埃及和美索不達米亞以來,日曆的主要作用之一,在告訴國人於何時觀看重要的宗教慶典。這些日子必須與聖書配合。事實上,《聖經》並未提供有關復活節日期的正確資訊,因此在基督教歐洲,引起日曆編彙者極大的困擾。

由於那是一個倚賴天文學來判定的日期,所以復活節通常會因為歐洲的東正教、羅馬天主教、新教的不同,而觀測出相異的時間。

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在科學院裏,高特富利德和瑪麗亞身負與整個王國有關的重責大任,這包括科學、宗教、社會、政治、經濟的問題。雖然瑪麗亞希在科學院的職務取決於他先生的職位,但是她的工作的重要性卻是院內皆知的。高特富利德如果沒有助手,便難以成事,而且他在工作上也無法找到一個比妻子更好的人。在他本人的著述中,高特富利德公開承認,作為一個天文學家,他的妻子扮演了關鍵性角色。這對夫妻在工作上是不可分割的一對,正如同手藝人家庭中的習慣一樣。晚上,瑪麗亞在天文台和丈夫輪流值班,而白天則照料家務和孩子。

瑪麗亞的科學成就

一七○二年,瑪麗亞發現了以前所不知的彗星,這在十八世紀被視為一項傑出的天文學成就。然而她的發現並未獲得承認,因為這個彗星的觀察是以她丈夫的名義發表。多年後,在高特富利德.基爾希的一篇論文中,他表明那顆彗星的確是妻子發現的。高特富利德.基爾希自己也發現一顆重要的彗星,而且這項發現開啟了對彗星軌道的更佳瞭解,也讓他成為當代重要的天文學家。

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瑪麗亞的肖像。圖/pinter同時努力撰寫關於天氣預報對於農人和船員的益處。由於她缺乏拉丁文的知識,致使無法參加的國際性天文學討論。

一七○九年,瑪麗亞接到來自柏林科學院主任高特富利德.威廉.萊布尼茲所表達對她應有的敬意。當萊布尼茲在普魯士王國的宮廷中介紹她的時候,強調她的工作就像一個天文學家:「在柏林,有一位極為博學的女性,事實上,是一位相當不尋常的人。她的成就,既不在文學,也不在修辭學,而是在最為深奧的天文學知識。我不相信這位女性能輕易在她已出名的科學中找到和她匹敵的人。有如其他博學的天文學家一樣,她是哥白尼體系──太陽不動的理念──的支持者。同時很高興地聽到她根據《聖經》定義此一體系,事實上她對所有這些知識都非常嫻熟。她和最好的天文學家一起進行觀測,她也知道如何以高超的技巧操作象限儀和望遠鏡。」


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身處在男性主義的世界裏,被排拒於追求思想和科學的公共舞台之外,那些敢於衝破歷史、反抗現行的性別階級,成功地在由男性主導的學問公共舞台上演出的女性,經歷過怎麼樣的壓力和艱難?《蒙塵繆斯的微光:從古代到啟蒙時代,在思想及科學發展中發光的博學女性》,暖暖書屋出版。

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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展頻技術之母海蒂.拉瑪(Hedy Lamarr)
數感實驗室_96
・2024/06/08 ・768字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

被美貌耽誤才能的代表,這句話或許再適合不過地形容我們今天的主角——海蒂.拉瑪。她是一位好萊塢女明星,但她的成就絕不僅限於螢光幕前的光鮮亮麗。

好萊塢巨星與發明家雙重身份

海蒂.拉瑪不僅在影壇上熠熠生輝,她還是「展頻」這項重要通信技術的發明人。這項技術如今在無線通訊中廣泛應用,像藍牙和 Wi-Fi 等技術的基礎都能追溯到這項發明。

她的一生充滿了傳奇色彩,不僅僅是一位銀幕女神,還是一位傑出的發明家,她的貢獻至今仍影響著我們的日常生活。讓我們一起走進這位才能與美貌並存的女性,了解海蒂.拉瑪(Hedy Lamarr)如何在那個年代突破重重障礙,成為展頻技術的奠基者。

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如今,我們所使用的藍牙、Wi-Fi 等傳輸技術,其中部分原理來自於海蒂.拉瑪與喬治.安塞爾的跳頻展頻技術。儘管為了提升效率和安全性,現代已經有了更多展頻方式,但這並不會抹去拉瑪與安塞爾的巨大貢獻。

海蒂.拉瑪一生在影壇輝煌,雖然未曾獲得奧斯卡獎,但卻得到由「電子前哨基金會」頒發,有發明界奧斯卡獎之稱的「先鋒獎」,拉瑪離世後 14 年,入選美國國家發明名人堂,肯定她在展頻技術上的突破。或許大家記得她螢光幕前的風采,那如同她在好萊塢星光大道上的那顆星一樣閃耀的身影。但我希望每當我們享受便利的通訊科技時,能記得她也是這條技術發展長路上的一位重要火炬手。

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從戰國時代到漢朝,宇宙論的先進與式微
劉律辰
・2023/03/22 ・3536字 ・閱讀時間約 7 分鐘

中國是四大古文明之一,有著一段輝煌的天文觀測史,帶來精密的曆法、博大的哲學與玄妙的星象文化。其中,戰國至漢代為中國宇宙論發展最為迅猛的時期,部份觀念甚能先進於中、近古的西洋。當我們回首這些朝代的興衰遞嬗,不僅補苴思想史與科學史的罅漏,更能以此反思漢代以後國人精神世界何以飽和、枯竭。

中國古代主要的宇宙論有三家:「蓋天」、「宣夜」與「渾天」。以現代觀點而言,宣夜描述宇宙本質,渾天解釋繁星運行,蓋天與渾天可參照西方地心說(天動說)。

蓋天說 穹頂下的大地

蓋天說」是中國最早的宇宙模型,認為「方屬地,圓屬天,天圓地方」註 1,即「天圓地方」、穹廬狀的天覆蓋方形的地

到了戰國時代,蓋天說開始受到質疑,如《大戴禮記》中就記載,曾子曾提到:

天之所生上首,地之所生下首,上首謂之圓,下首謂之方,如誠天圓而地方,則是四角之不揜也。註 2

意思是「圓天」與「方地」的形狀無法契合。

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到了戰國晚期,蓋天說被修正為「天似蓋笠,地法覆槃」註 3,即天與地為平行的拱面;另種說法是天與地是平行的平面,由八根「天柱」支撐。傳說中的水神共工,就是在與顓頊爭奪王位失敗以後怒撞了天柱之一的不周山,導致「天」傾斜,也就有了「女媧補天」的故事。

然而,無論「地」是什麼形狀,星體將永遠處在人類能看見的範圍,並不符合天體東升西落的觀測結果,「漢賦四大家」之一的揚雄寫的《難蓋天八事》就否定了蓋天的說法。儘管到了西晉時期,仍有虞聳的「穹天說」來繼承蓋天理論,但在愈發廣大而精確的觀測數據面前,蓋天說已是落日餘暉。

蓋天說的代表作《周髀算經》。圖/wiki

宣夜說 由「氣」推動的無邊宇宙

「宣夜說」,則認為宇宙無邊無際,而「氣」推動宇宙的運行。這樣的想法受道家宋鈃、尹文的影響,即「氣」為萬物本源。《莊子.逍遙遊》中寫道:

天之蒼蒼其正色邪?其遠而無所至極邪?

其中便隱含宣夜的概念。

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如今的我們認為宇宙雖非無限大,卻沒有邊界與固定形狀,這點與宣夜說相同,儘管這樣的理論在觀測實用上不如蓋天說與渾天說。

宣夜說對於天體生成的理論,也與今日意外巧合。《列子.天篇》就提到:

日月星宿亦積氣中之有光耀者。

而在現今的天文學概念中,恆星確實是由氣體聚集、壓縮而成。

現今的天文學認為,宇宙中充斥著塵埃和氣體。圖/envato

神秘的宣夜說在戰國以後逐漸失傳,到了東漢時只剩郄萌一家。還有西晉楊泉《物理論》寫道:

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發而升,精華上浮,宛轉隨流,名之曰「天河」,一曰「雲漢」,眾星出焉。

也繼承宣夜說。至於「氣」與宇宙論的建構工作,就由渾天說繼續發展。

渾天說 最接近真實宇宙面貌的一刻

「渾天說」主張宇宙是個完整的「球體」,而非蓋天說的「半球體」,而地球處於這個球體之中,這個說法較接近現代的天文學理論。同樣受道家的影響,渾天說的宇宙組成裡,「」與「」是重要的概念。

這個概念最早可見於戰國楚地竹書《太一生水》與《恆先》註 4、註 5,同期的魏人石申與齊人甘德也依渾天之說,設計出最早估算天象的「渾儀」。

漢武帝的年號「太初」顯然受到渾天說的影響,也正是於此前後,渾天說逐漸取代了蓋天說的地位。此後,仍有不少關於「氣」的零星論述,如西漢末年的《易緯》、東漢王充的《論衡》、《白虎通》。

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東漢科學家、「漢賦四大家」的張衡集渾天說之大成。他設計了以水為動力、並加入地平圈和子午線的「渾天儀」,其著作《渾天儀》與《靈憲》分別繼承了「水」與「氣」的學說。可惜《渾天儀》如今已失傳,只能從人的《渾天儀注》中略窺一二。

此外,《晉書.天文志》中寫到:

宣夜絕無師承,周髀多所違失,惟渾天得近其情。

而唐代的方炯也寫了《渾天論》來駁斥蓋天和宣夜的理論。由於哲學理論與文人的支持,渾天說力壓其他兩者,逐漸成為中國宇宙觀的主流。

天球儀(又名渾天儀、渾象),用以表現恆星和星座位置,並能演示天體的周日運動。圖/wiki

雖然未有數學化的觀念,但中國宇宙論卻如此接近事實。然而,為何在漢代以後就再也沒有巨大斬獲、進而造就西方那般的天文革命呢?

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農民曆的出現與天文觀測的式微

明代的顧炎武在《日知錄》中提到:

三代以上,人人皆知天文。「七月流火」,農夫之辭也;「三星在戶」,婦人之語也;「月離於畢」,戍卒之作也;「龍尾伏辰」,兒童之謠也。

此處的「三代」指的應該就是堯、舜、禹,其中不難見到:由於農耕需求,上古時代的天文學經驗迅速積累,如被認為可能是堯都平陽的山西陶寺遺址,就有著中國最古老的觀象臺(約建於西元前 2100 年)。

《尚書.堯典》也說道:

(堯)乃命羲和,欽若昊天,歷象日月星辰,敬授人時。

日中,星鳥,以殷仲春。

日永,星火,以正仲夏。

宵中,星虛,以殷仲秋。

日短,星昴,以正仲冬。

這些都可以看出,上古的四季是由「星宿」來定義;大火星(心宿二)也十分重要,用以判斷入秋的時間,《史記》就記載了堯曾封商人始祖契於商丘,任「火正」,負責觀測、祭祀大火星。

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由此可知,古代人由於生產勞動的需要,人們「時間」和「季節」的掌控非常重要,因此必須研究天文和曆法。然而,自從夏后氏制定《夏小正》開始,農民曆的出現,大大減少了觀星的必要。

此外,受到文化變遷的影響,漢代以後的天文學更開始攙入「讖緯之學註 6」,「宜」、「忌」觀念深植人心,造成西周的人文精神與東周的理性精神逐漸喪失。雖然漢代天文學仍有極高成就,但究其根本,仍是奠基於戰國天文哲學的實際觀測結果,宇宙論體系的成長已相對趨緩。

然而,這是中國宇宙學或天文觀測沒落的主因嗎?

知識份子的胸懷

事實上,王充的《論衡.譏日篇》批判了當時的迷信氛圍,就是理性精神未被「讖緯」的飛沙走石淹沒的中流砥柱。一種學說,或者一種學術風氣的興衰下,最重要的還是知識分子的胸懷,縱使國家學術風氣有了些許問題,只要那些文人持續發聲,那麼企圖尋求真知的風尚就能成為銅山鐵壁,所有挑戰相形之下悉如熒光單薄,被穆穆的清風飄颻殆盡。

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不幸的是,隨著朝代的遞嬗,「儒學」逐漸成為讀書人的唯一;唐代科舉猶有「明算」科,元、明以後的四書五經則已佔據了一切,清代更把僅存的儒學凍結為僵化的「樸學」。於是,讀書人的視野預漸狹隘,那片遙遠的星河漸行漸遠,把滋養科學革命的后土,拱手讓給了西洋。

註解

  1. 出自《周髀算經》卷上之五。
  2. 出自《大戴禮記》《曾子天圓》之一
  3. 出自《晉書》《志第一 天文上》之八。
  4. 張佑任(2021),郭店楚簡〈太一生水〉之宇宙論。《哲學論集》,53(p33 – 53)。
  5. 丁四新(2018),楚竹书《恒先》的三重宇宙生成论与气论思想。《中国哲学》,2018 年 01 期。
  6. 讖緯之學:一種政治預言。「讖」是假藉上天的預言來達到政治目的,通常會加上圖作配合,稱為「圖讖」。 「緯」則是假藉孔子的言論所偽造出來的典籍,是真正記載孔子言論的「經」相對,所以也稱為「緯書」。 「讖緯」是一種用來凸顯帝王政權合理化的工具,盛行於西漢末年。

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劉律辰
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