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《4=71》的星際效應,從科幻找到對科學的大愛

oeo
・2016/06/04 ・6831字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

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「從死寂黑暗的太空回看地球,恐怕會連上面的紛紛擾擾,吵吵鬧鬧都顯得可愛了!」——電影《罪愛》

華文科幻推手葉李華博士宛如科幻情節般,親贈藏書中的一本短薄科幻小說《4 = 71》,不論原作和譯本都算是有點年歲的作品。日前,讓我重拾久違的一種「愛不釋手,津津有味」,而且是「科幻原初」讀想之趣,也馬上聯想到近年科幻界一些前輩如黃海老師擲地有聲地評判:科幻興衰將從文字閱讀走向圖像聲光?!

但如同科技、科學發展,總有一些「異數」與「經典」提醒我們:文明不是單一線性代換演進的關係,許多宇宙現象問題的核心也不是「是否存亡」,而是「如何流變」?!不但文字科幻,連「口語」科幻,甚至默示科幻、意念科幻(例如冥想),都將有再現、興盛的一天。

找回科學的初衷與感動

《4 = 71》的原作英名 Time for the Stars(另一中譯:《探星時代》),是二十世紀三大科幻小說家之一,有「科幻先生」之稱的羅伯特.海萊因(Robert A. Heinlein)於 1956 年所成。(另兩位科幻小說家是艾西莫夫與克拉克)

這是以星際探險、太空旅行與心靈感應為主題的經典之作,故事圍繞一個巨型「生存空間計畫」:他們派出十二艘太空船出去,以太陽為中心,順著十二面體的十二個軸向外飛去——但這只是大概的方向,因為太空船的任務並非搜索一大片太空,而是要在最短的時間內,盡可能多造訪幾顆太陽型恆星。

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4=71
《4=71》書籍封面。圖/作者攝影。

會說「重拾久違」之趣,是這部短薄灑脫的作品,有著輕簡卻豐富、通俗卻深刻、幽默卻縝密的文風與筆力,讓人開始抱著「輕鬆看看」的心態卻在不知不覺的情境中欲罷不能,到最後感慨萬千更沉思良久。對照近年聽聞閱歷的相關現實中,以「人」為觀察主體、參與運作、表現載體的科學、科技發展的環境與重大事件,在對現象、真相、事理的探究與叩問上,我常常在經典科幻作品更容易找到科學的原旨、科技的初衷。(但凱文.凱利、尼爾.波斯曼這一派科技思想家恐怕未必認同這點,因為在他們看來;科技史早於人類史……)

若簡單來說,科學上的現實發展當然牽涉到人情世故、結黨營派、明爭暗鬥甚至爾虞我詐的運作,科學教育上,也許為了同仇敵愾的內部激勵,我們常常在回顧科學發展的時候把「當年」「新科學」、「新科技」、「新理論」的受挫與磨難大都歸罪於迷信與宗教勢力。實際上,若能更宏觀詳盡的審視,打壓、排斥新科學、新探究的一股重大力量往往(也)來自另一群科學同儕與支持者,虎克與牛頓對「光」的解析、第谷對伽利略的地球運行主張、拉馬克學派與達爾文學派的演化論、愛迪生與特斯拉的用電之爭、重於空氣的飛機與輕於空氣的飛船的飛行科技之爭,凡特團隊和柯林斯團隊的基因解密……不勝枚舉。雖說競爭、角逐、對立原本是科學、科技非常根本甚至明智的形態,但現實中,這些競爭、角逐與對立往往演變成你死我活、贏者全拿式的打壓與傷害,甚至是對人不對事的私人恩怨。

而在更久遠「後期」回顧時,其實往往是「大部有理」、「另有蹊翹」(例如我們現在應該都可以同時接受光的粒子說與波動說、許多科學家也開始宣稱遺傳演化機制遠比推論的複雜,「拉馬克學說」部分有其適用之處……),但對人類文明的進程與某幾世代的世界福祉,其實都已造成負面的影響與衝擊。現今當世,也許資訊發達,我們見聞更多尤有甚者,每況愈下的攻訐、競逐與內耗,科學家們與科技社群爭鬥的層次甚至原本、主要就不再是理念與路線,而是權勢、名聲、錢財與私慾……。

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在電力的發展史中,我們往往只想到愛迪生,卻忘記交流電的最大推手,尼古拉.特斯拉。圖/wikipedia

那麼,很多當初真正吸引或激發一個小孩或一位大科學家的科學樂趣和科學精神的到底是什麼?整個科學演進對人類甚至世界帶來的核心價值又是什麼?是名利、功效、形式,還是解答與提問本身?汲汲營營於萬貫家財、征服現世的功成名就,在原初科學和科幻的眼中,不都是「宇宙星塵」般的微渺嗎?

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在《4 = 71》一作中,並不是沒有涉及政治、商業模式、生態、人際社會、個人心理、地方文化這些議題,相反的,相對於坦白說有些讓我失望同樣取材自海萊因所作小說的電影《星艦戰將》,「科幻先生」在此作透過這麼淺少的篇幅,卻常常在各議題上都精要地觸發人們無限馳想甚至省思。

但正如日本近代著名詩人高村光太郎就曾讚賞《銀河鐵道之夜》作者,也就是有日本國民作家美譽之稱的宮澤賢治時說過:「胸懷宇宙者,無論身處多麼偏遠處,總是能超越地方性而存在。內心沒有宇宙者,無論身處多麼核心的文化之地,也只是一個地方性的存在。」。《4 = 71》中沒有一個角色是偉人、聖者,甚至絕大多數都是世俗社經、道德上平庸凡常或是個性怪異之人,但它的背景是浩瀚宇宙,探討的起點、關懷的基準是「整體人類文明命運」!

這裡談的是科學底蘊與胸懷,並不是探究的對象與形式,像是現實科學史中,孟德爾研究碗豆遺傳、法布爾觀察昆蟲天地,他們探索的事物本身都很小,但卻仍是胸懷宇宙,心繫真理。而在《4 = 71》好幾處情節中(例如小我與大我的取捨、求真與私情的面對),看到可敬又可愛的科學人原型與科學精神,這樣的表現絕非偶然,近年科幻佳作像是《地心引力》、《星際效應》、《火星任務(絕地救援)》都有異曲同工之妙,當然,也就彰顯科幻的「超越性」、「特殊性」與「真實性」(這是我對科學與科幻的內涵過於浪漫嗎?這一點讓我想起科幻名家倪匡喜歡問人:「你能否在腦海中,想像一種從未見過的顏色,或是一種從未聽過的聲音?」)。

4 = 71

透過語言、符號溝通,我常常半開玩笑地說:「1 + 1 = 2這種顯而易見的道理其實只在數學的世界中成立!」透徹地了解每一棵樹甚至每一樣生物的性質、現象,不代表就掌握了整座森林!有時我們會忽略,語言、符號甚至數字、單位其實也都是一種化約主義的表現,即便任何在探討問題上使用的正當性與有效性,還是有保留開放性與否證性的必要。

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葉李華博士當初採用這樣的中文譯名,有他的匠心巧思存在!因為此作之所以「淺出深入」、「軟硬兼施(許多人習慣將科幻分為軟科幻、硬科幻)」,其實它主要引用、取材的是就算在物理學界都算高深、上位的理論與概念,包括狹義相對論、攣生子悖論、同時性,尤其當中不算複雜(卻深奧)的時間膨脹效應(公式)貫穿全文太空旅行的物理理解:

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也就是「兩個參考座標的相對速度為 v,那麼『第一個參考座標的時間間隔』等於『第二個參考座標的時間間隔』乘以『根號一減相對速度的平方除以光速的平方』。當然,這只是個特例,要在恆速之下才會成立;有加速度時就更複雜了。」此作,雙胞胎的弟弟參與星際探險行動,哥哥(及其後代)留守地球,兩人並作為整個計畫最關鍵的「通訊工具」,故事於焉開展……。

而有人說,近年一些反應熱烈的科幻電影例如《星際效應》,就是受到這部早在電腦科技都還未成熟,更別說普及的1956 年成作的小說所啟發。不論是否屬實,如此在今日看來仍屬科學前沿、毫無遜色的視野與洞見,是讓人對它倍加讚嘆的原因之一。若這類深奧的科學理論與學說,在傳達、交流上的對象是一般大眾或至少是同好小眾,且目標是至少「略懂與概知」,而非極少數專門領域的學者專家或事責相關的官僚精英,若沒有科幻的故事構成與文章鋪陳,將少了非常多的樂趣甚至理解。科幻在此發揮一種「譬喻」、「溝通」之法,也近於佛學中「應身說法」之效,對於科學上「弘法利生」的重要性可見一般。

學習本身就是目的

在目前國內外「教育政策」吵得沸沸揚揚的當世,不論是提升學歷等同提升競爭力與社經地位的舊調,或是適「好」揚才(目前社會上所謂的適「性」揚才的定義與做法其實還非常粗糙、空泛)、銜接經濟(供給產業勞力要素,例如美國的教育數十年前就必須面對這樣嚴厲的批判),在社會上做個有用的人……卻很少有政治人物或社會精英能像《4 = 71》中的人物如此宏觀、大膽地說出教育的本質(之一)。

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作品中,一位叫阿福的大叔說:「阿湯,我第一次上太空的時候就發現,想要忍受太空旅途,唯一的方法就是找點東西學,而且認真去學。」「學習不見得要有目的,學習本身就是目的。看看阿福大叔吧,他快樂得像個拿到新玩具的小男孩。」其實不單是這樣看似消極的目的,若我們以結構主義的角度分析地球,將其視為一艘在宇宙漫行的特殊太空船,絕頂巨大的人類命運與整體文明發展的可能性,也取決於其上成員的學習過程、品質與成效,而非其他!小從細胞個體,大至芸芸眾生、頂尖天才,學習本身就有目的!在浩瀚造化中,科學、科技的突破與躍昇也可能存乎眾志成城甚或一念之間?!也很少現實中的人物可以像小說中的人物那樣直白坦言或是領悟:「我開始明白,太空船上的許多安排,目的只是讓我們保持健康和快樂。」綜觀整個造化(cosmos)尺度中,比人類小的遠多於比我們大的。(已知宇宙中的最大:1030厘米,人類的大小:100厘米,已知宇宙中的最小:10-33厘米),所以說,人在宇宙中的渺小與巨大是相對性的,生命與世界的關係恐怕也是得透過「學習」而「逼近」的永恆之謎!

大膽假設,小心求證

《星際效應》中,女孩墨菲:「爸,你說過科學是承認未知的事物……」

其實精彩的科幻例如《4 = 71》,未必是要機關設計、華麗無比,但它很可能除了提出一個巨大的問題,更啟迪了一個探究甚至解決方向。書中提問的是,人類就算能夠執行星際探險,但要在緊迫性殖民外星的任務時,如何做到有效的動輒以光年計超長距離通訊,而且「距離地球一百光年內的恆星,只有一千五百多顆,而其中與太陽在光譜類型上大致相同的,就只有一百六十顆左右。」

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面對浩瀚無垠的宇宙,人類真有移居其他星球的可能?圖/pixabay

這樣要探查可能適合人類居住的星球並有外星殖民的急迫性時,就必須突破「任何物質速度不能超越光速」的物理限制,海萊因巧妙地採用了「心靈感應」這種科學邊緣的事務作為科幻敘事中解決方案。即便在二十一世紀的今天,它仍不是被普遍接受的主流科學,甚至正統科學都不算,但也因為這樣,對於科學無法充分解釋與尚未完全否證的事理,以科幻的形式呈現,這樣佈局與構思的前瞻性又顯出其精妙之能事了。因為關於人或生命的探討,恐怕科學掌握的都還在幼兒園階段。近期又再次翻閱國內李嗣涔教授在他的「難以置信」系列書籍中,紀載了許多他以最嚴謹而且長期的科學方法探究人身、心、靈功能的實驗,「手指識字」、「超維次訊息場」都是被證實存在的,因此,科學是一種驗證錯誤、逼近真理的歷程與方法,不是用來鞏固學說、宣揚真理的,也因此,在探究或解答方向上一定要採取開放的態度,過程、方法上當然就要嚴謹而全面。

兵學家克勞塞維茲說過:「再多戰術上的成功,也無法彌補戰略上的失敗!」不論是從「無用之用」還是「科以載道」的立場出發,科學、科技發展的取向、定位與協調是至關重要的,而科幻作品時時提醒我們:越大越高層次(例如物質、能量、有序無序熵、心靈)的科學取向、定位、協調,越是重要。

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突破既有的印象

「邏輯怎麼勝得過情感因素呢?你應該看看所羅門王分嬰兒的故事。」

我們在推動科學事業,進行科學工作時,常常會掉進「理所當然」的迷思中,各方都認為自己是正義、正確的一方,最後卻造成了最混亂慘烈的結果。就像我們冷靜時都知道在面對一個數學題目時,有時快速、拼命的解題並不該是優先著手的方向,而是該看懂題目、釐清題目,甚至決定要不要解題,但在講求效能的物質文化時代,實踐上卻常常難逃捨本逐末的窠臼。

看到《4 = 71》書中一些描述行動決策分歧、意見相左的情節語句,像是:「也許大姊夫真的是好意,但有時我會認為『好意』應該當成死罪來辦。」雖然筆調調皮、諷刺,但卻讓人感觸良多。其實很多時候,它就是在講述:「通往地獄的道路,常常是用善意所鋪成的!」這樣的亙古道理,而我們也可以將前後兩句關鍵詞,地獄改成野蠻混亂,善意改成科學科技。像現今攸關人類文明、地球生態也繫於科學發展的能源政策、教育政策,很多時候就該注意事理的成敗、對錯、優劣不單是科學科技、專業理論本身的效力、正誤問題,而是推動與實踐結構、時機、場域、方式、溝通協調、文化情感尤其推動者、主事者心中的藍圖與動機至關重要。

物理學大師戴森,也是科幻的愛好者,就曾經提出一種符合科學精神的「輸得起的發展」概念,他舉過經典的案例來說明:飛行史是一個很好的範例,可以查看科技與人類事物互動的詳細內涵,因為那恰好是兩項完全不同的科技在競爭求存―剛開始,這兩種科技稱為「重於空氣」以及「輕於空氣」。飛機和飛船不只在物理構造上有差別,在社會學也不相同。飛機衍生自個人冒險的夢想;飛船則起源自帝國的夢想。在飛機製造者心目中,原始的形象是一隻鳥。但是,在飛船製造者心目中,所供奉的形象卻是一艘大洋輪。因為一樁 R101 號飛船(計畫)必須不計一切代價,趕在 1930 年 10 月的某個日子飛航印度而墜毀燃燒的慘案後(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,人類飛行交通發展從此改觀,我們也有了不一樣的天空。

R101
飛船 R101。圖/wikipedia

推動很多相關科學科技的重大政策其實本身並沒有什麼不對甚至是相對明智、優秀的方案,但是,遊戲規則一定得公平,這樣做才可以讓各種方案良性競爭,而且如果這個政策表現不佳,也應該輸得起。一旦輸得起,失誤與落敗就不會造成重大傷害。然而,由意識型態推動的科技,典型特徵就在於「輸不起」。相信愛因斯坦曾言的:「想像力比知識重要!」必定包含這一層謀定而後動、三思而後行的科幻意義。

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成為偉大的一部份

「譬如三蘆,立於空地,展轉相依而得豎立。若去其一,二亦不立;若去其二,一亦不立,展轉相依而得豎立。」——雜阿含經

最後,《4 = 71》這類科幻經典提醒也勉慰我們:科學探究、科學事業與科學社群的成與敗畢竟是一種因緣和合,集力而成之事,甚至按照物理學家薛丁格的說法,科學的發現與成就有助於宗教信仰與觀念的釐清(正信,他舉了一個西方傳統信仰天堂、煉獄、地獄空間位置分布在地球科學、物理學發達後的改觀與修訂)!現實世俗上偏好差別對待、談功論過、偶像崇拜,但事實上,偉大的科學發現與成就通常關聯的因素、機遇更複雜,真正「貢獻者」其實不計其數,用「不可替代性」來評論個人的功績與表現,我想多少也是一種很便宜行事、不夠精準的做法。在《4 = 71》的探星時代遨遊星際的拓荒英雄號太空船,參與任務的船長、大廚、醫生、科學家、普通通訊員(以電磁波通訊)、怪咖通訊員(以心靈感應通訊)、工程師、軍人……甚至在地球上的夥伴與工作成員,不論最後犧牲與存活,都是這項科學偉業的貢獻者。

就像「你可以說,『小獵犬號』(包括船長費茲洛伊及其名不見經傳的船員)因為載運了達爾文這位意外的乘客而名垂不朽,連帶這趟旅行也成了科學史上最著名的旅行;但你也可以說,因為達爾文上了『小獵犬號』,這趟旅行改變了他和他的思想,進而使他改變了全世界。」縱使在時間上,小說尾聲的設定是「但是時代變了。一艘零場太空船(假設已經可以利用物理「同時性」移動的太空船)在一年內能造訪的恆星,比一艘火炬太空船在一世紀裡能碰到的還要多。」但科學是兼容創新與傳承的重要性的,如同「雖然今天橫越海洋有如跳過泥坑,我們也不能否定哥倫布的成就。」

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究竟是達爾文榮耀了小獵犬號,還是小獵犬號榮耀了達爾文?圖為小獵犬號的航海路線圖。圖/wikipedia

在現實的科學環境中,當我們看到題材選評的門戶之見、偏狹升等標準的沉重壓力、科學同儕的勾心鬥角、競爭型計畫的明爭暗奪、淪為娛樂事業的競賽活動、權勢派系的機關算盡、理盲潮流的攻訐撻伐、反智文化的無情打壓、產學利益糾葛的雜亂無章、名聞利養的私慾橫流、世智辨聰的驕矜張狂、鞏固學閥的殘酷排擠……這般的荒腔走板、烏煙瘴氣,總會記得也相信,還有人、事、物像《4 = 71》這科幻小品當中一樣在發生、在延續,選擇、參與胸懷人類生命、探索宇宙未來的科學壯舉,渺小的生命就已經是「在歡喜中」,踏上身心靈的冒險旅程,也成為「偉大的一部分」,1=∞!

 

延伸閱讀

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  • 《4 = 71》
  • 《生命的尋路人:古老智慧對現代生命困境的回應》
  • 《我們都是食人族》
  • 《宇宙從我心中生起:羅伯.蘭薩的生命宇宙論》
  • 《活宇宙:我們身在何處?我們是誰?我們往哪裡去?》
  • 《難以置信 II 尋訪諸神的網站》
  • 《無用之用:醞釀之必要,徒然之必要,歡迎來到無用時代》
  • 《想像的未來:戴森再掀宇宙波瀾》
  • 《生命是什麼?薛丁格生命物理學講義》
  • 《科技恩仇錄:科技史上的十大爭端》
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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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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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快速通道與無盡地界:科幻作品裡的黑洞——《超次元.聖戰.多重宇宙》
2046出版
・2024/02/08 ・4430字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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星際捷徑

一個無底深淵怎能成為星際飛行的捷徑呢?原來按照愛因斯坦的理論,黑洞是一個時空曲率趨於無限大——也就是說,時空本身已「閉合」起來的區域。但往後的計算顯示,若收縮的星體質量足夠大的話,時空在閉合到某一程度之後,會有重新開敞的可能,而被吸入的物體,將可以重現於宇宙之中。只是,這個「宇宙」已不再是我們原先出發的宇宙,而是另一個宇宙、另一個時空(姑毋論這是甚麼意思)。按照這一推論,黑洞的存在,可能形成一條時空的甬道(稱為「愛因斯坦-羅森橋接」),將兩個本來互不相干的宇宙連接起來。

這種匪夷所思的推論固然可以成為極佳的科幻素材,但對於克服在我們這個宇宙中的星際距離,則似乎幫助不大。然而,一些科學家指出,愛因斯坦所謂的另一個宇宙,很可能只是這一宇宙之內的別的區域。如果是的話,太空船便可由太空的某處飛進一個黑洞之內,然後在遠處的一個「白洞」(white hole)那兒走出來,其間無須經歷遙遠的星際距離。把黑洞和白洞連結起來的時空甬道,人們形象地稱之為「蛆洞」、「蛀洞」或「蟲洞」(wormhole)。

科幻作品裡常以穿越蟲洞作為星際旅行的快速通道。圖/envato

「蛆洞」是否標誌著未來星際旅行的「捷徑」呢?不少科幻創作正以此為題材。其中最著名的,是《星艦奇航記》第三輯《太空站深空 9 號》(Deep Space Nine, 1993-1999),在劇集裡,人類發現了一個遠古外星文明遺留下來的「蛆洞」,於是在旁邊建起了一個龐大的星際補給站,成為了星際航運的聚散地,而眾多精彩的故事便在這個太空站內展開。

我方才說「最著名」,其實只限於《星艦》迷而言。對於普羅大眾,對於「蛆洞」作為星際航行手段的認識,大多數來自二○一四年的電影《星際效應》(Interstellar,港譯:《星際啟示錄》),其間人類不但透過蛆洞去到宇宙深處尋找「地球 2.0」(因為地球環境已大幅崩壞),男主角更穿越時空回到過去,目睹多年前與年幼女兒生離死別的一幕。電影中既有大膽的科學想像,也有感人的父女之情,打動了不少觀眾。大家可能有所不知的是,導演基斯杜化.諾蘭(Christopher Nolan, 1970-)邀請了知名的黑洞物理學基普.索恩(Kip Thorne, 1940-)作顧問,所以其中所展示的壯觀黑洞景象,可不是憑空杜撰而是有科學根據的呢!

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星際效應裡的黑洞景象。圖/wikimedia

那麼蛆洞是否就是人類進行星際探險的寄託所在呢?

然而事情並非這麼簡單。我們不要忘記,黑洞的周圍是一個十分強大的引力場,而且越接近黑洞,引力的強度越大,以至任何物體在靠近它時,較為接近黑洞的一端所感受到的引力,與較為遠離黑洞的一端所感受到的,將有很大的差別。這種引力的差別形成了一股強大之極的「潮汐張力」(tidal strain),足以把最堅固的太空船(不要說在內的船員)也撕得粉碎。

潮汐張力的危險不獨限於黑洞,方才提及的中子星,其附近亦有很強的潮汐力。 拉瑞.尼文(Larry Niven, 1938-,港譯:拉利.尼雲)於一九六六年所寫的短篇〈中子星〉(Neutron Star),正以這一危險作為故事的題材。

尤有甚者,即使太空船能抵受極大的潮汐力,在黑洞的中央是一個時空曲率趨於無限,因此引力也趨於無限的時空「奇點」(singularity)。太空船未從白洞重現於正常的時空,必已在「奇點」之上撞得粉碎,星際旅程於是變了死亡旅程。

然而,往後的研究顯示,以上的描述只適用於一個靜止的、沒有旋轉的黑洞,亦即「史瓦西解」所描述的黑洞。可是在宇宙的眾多天體中,絕大部分都具有自轉。按此推論,一般黑洞也應具有旋轉運動才是。要照顧到黑洞自旋的「場方程解」,可比單是描述靜止黑洞的史瓦西解複雜得多。直至一九六三年,透過了紐西蘭數學家羅伊・卡爾(Roy Kerr, 1934-)的突破性工作,人類才首次得以窺探一個旋轉黑洞周圍的時空幾何特性。

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圖/envato

旋轉的黑洞

科學家對「卡爾解」(The Kerr solution)的研究越深入,發現令人驚異的時空特性也越多。其中一點最重要的是:黑洞中的奇點不是一個點,而是一個環狀的區域。即只要我們避免從赤道的平面進入黑洞,理論上我們可以毋須遇上無限大的時空曲率,便可穿越黑洞而從它的「另一端」走出來。

不用說,旋轉黑洞(也就是說,自然界中大部分的黑洞)立即成為科幻小說作家的最新寵兒。

一九七五年,喬.哈德曼(Joe Haldeman,1943-)在他的得獎作品《永無休止的戰爭》(The Forever War, 1974)之中,正利用了快速旋轉的黑洞(在書中稱為「塌陷體」——collapsar)作用星際飛行——以及星際戰爭得以體現的途徑。

由於黑洞在宇宙中的分佈未必最方便於人類的星際探險計劃,一位科學作家阿德里安.倍里(Adrian Berry,1937-2016)更突發奇想,在他那充滿想像的科普著作《鐵的太陽》(The Iron Sun, 1977)之中,提出了由人工製造黑洞以作為星際轉運站的大膽構思。

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要特別提出的一點是,飛越旋轉黑洞雖可避免在奇點上撞得粉碎,卻並不表示太空船及船上的人無須抵受極強大的潮汐力。如何能確保船及船員在黑洞之旅中安然無恙,是大部分作家都只有輕輕略過的一項難題。

此外,按照理論顯示,即使太空船能安然穿越黑洞,出來後所處的宇宙,將不是我們原先出發的那個宇宙;而就算是同一個宇宙,也很可能處於遙遠的過去或未來的某一刻。要使這種旅程成為可靠的星際飛行手段,科幻作家唯有假設人類未來對黑洞的認識甚至駕馭,必已達到一個我們今天無法想像的水平。

然而,除了作為星際飛行途徑,黑洞本身也是一個怪異得可以的地方,因此也是一個很好的科幻素材。黑洞周圍最奇妙的一個時空特徵,就是任何事物——包括光線——都會「一進不返」的一道分界線,科學家稱之為「事件穹界」(event horizon)。這個穹界(實則是一個立體的界面),正是由當年史瓦西計算出來的「史瓦西半徑」(Schwarzschild radius)所決定。例如太陽的穹界半徑是三公里,也就是說,假若一天太陽能收縮成一個半徑小於三公里的天體,它將成為一個黑洞而在宇宙中消失。「穹界」的意思就是時空到了這一界面便有如到了盡頭,凝頓不變了。

圖/envato

簡單地說,穹界半徑就是物體在落入黑洞時的速度已達於光速,而相對論性的「時間延長效應」(time dilation effect)則達到無限大。對太空船上的人來說,穿越界面的時間只是極短的頃刻,但對於一個遠離黑洞的觀測者,他所看到的卻是:太空船越接近界面,船上的時間變得越慢。

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而在太空船抵達界面時,時間已完全停頓下來。換句話說,相對於外界的人而言,太空船穿越界面將需要無限長的時間!

無限延長的痛苦

了解到這一點,我們便可領略波爾.安德遜(Poul Anderson, 1926-2001)的短篇〈凱利〉(Kyrie, 1968)背後的意念。故事描述一艘太空船不慎掉進一個黑洞,船上的人自是全部罹難。但對於另一艘船上擁有心靈感應能力的一個外星人來說,情況卻有所不同。理由是她有一個同樣擁有心靈感應能力的妹妹在船上,而遇難前兩人一直保持心靈溝通。由於黑洞的特性令遇難的一剎(太空船穿越穹界的一剎)等於外間的永恆,所以這個生還的外星人,畢生仍可在腦海中聽到她妹妹遇難時的慘叫聲。

安德遜這個故事寫於一九六八年,可說是以黑洞為創作題材的一個最早嘗試。

短篇〈凱利〉便是利用黑洞的特性——遇難的一剎等於外間的永恆——使生還者感受無盡的痛苦。圖/envato

太空船在穹界因時間停頓而變得靜止不動這一情況在阿爾迪斯一九七六年寫的《夜裡的黑暗靈魂》(The Dark Soul of the Night)中,亦有頗為形象的描寫。恆星的引力崩塌,在羅伯特.史弗堡(Robert Silverberg)的《前往黑暗之星》(To the Dark Star, 1968)之中卻帶來另一種(雖然是假想的)危險。故事中的主人翁透過遙感裝置「親身」體驗一顆恆星引力塌陷的過程,卻發覺時空的扭曲原來可以使人的精神陷於瘋狂甚至崩潰的境地。

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以穹界的時間延長效應為題材的長篇小說,首推弗雷德里克.波爾(Frederik Pohl, 1919-2013)的得獎作品《通道》(Gateway, 1977),故事描述人類在小行星帶發現了由一族科技極高超的外星人遺留下來的探星基地。基地內有很多完全自動導航的太空船,人類可以乘坐這些太空船穿越「時空甬道」抵達其他的基地,並在這些基地帶回很多珍貴的,因此也可以令發現者致富的超級科技發明。

故事的男主角正是追尋這些寶藏的冒險者之一。他和愛人和好友共乘一艘外星人的太空船出發尋寶,卻不慎誤闖一顆黑洞的範圍。後來他雖逃脫,愛人和好友卻掉進黑洞之中。但由於黑洞穹界的時間延長效應,對於男主角來說,他的愛人和好友永遠也在受著死亡那一刻的痛苦,而他也不歇地受著內疚與自責的煎熬。

故事的內容由男主角接受心理治療時逐步帶出。而特別之處,在於進行心理治療的醫生不是一個人,而是一副擁有接近人類智慧的電腦。全書雖是一幕幕的人機對話,描寫卻是細膩真摯、深刻感人,實在是一部令人難以忘懷的佳作。

圖/envato

由於這篇小說的成功,波氏繼後還寫了兩本續集:《藍色事件穹界以外》(Beyond the Blue Event Horizon, 1980)及《希徹會晤》(Heechee Rendezvous, 1984)。而且兩本都能保持很高的水準。

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時間延長效應並非一定帶來悲劇。在先前提及的《永無休止的戰爭》的結尾,女主角正是以近光速飛行(而不是飛近黑洞)的時間延長效應,等候她的愛侶遠征歸來,為全書帶來了令人驚喜而又感人的大團圓結局。

七○年代末的黑洞熱潮,令迪士尼(Walt Disney)的第一部科幻電影製作亦以此為題材。在一九七九年攝製的電影《黑洞》(The Black Hole)之中,太空船「帕魯明諾號」在一次意外中迷航,卻無意中發現了失蹤已久的「天鵝號」太空船。由於「天鵝號」環繞著一個黑洞運行,船上的人因時間延長效應而衰老得很慢。這艘船的船長是一個憤世疾俗的怪人,他的失蹤其實是故意遠離塵世。最後,他情願把船撞向黑洞也不願重返文明。

比起史提芬.史匹堡(Steven Spielberg, 1946-)的科幻電影,這部《黑洞》雖然投資浩大,拍來卻是平淡乏味,成績頗為令人失望。除了電影外,科幻作家艾倫.迪安.霍斯特(Alan Dean Foster, 1946-)亦根據劇本寫成的一本同名的小說。

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——本文摘自《超次元.聖戰.多重宇宙》,2023 年 11 月,二○四六出版,未經同意請勿轉載。

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太空種電?不受天氣影響的發電廠登場,人類將迎來能源自由?
PanSci_96
・2023/08/12 ・4585字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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要核能、綠能、還是天然氣?大家不用吵了,因為讓我隆重介紹,宇宙太陽能準備登場,地球將進入能源自由,人類文明將邁入下一個時代!

雖然只是邁入第一步,但我沒有在開玩笑,美國、日本、歐盟、英國都陸續展開宇宙太陽能計畫,預計在太空中布下大量太陽能板,將取之不盡的能量,不分晝夜、不分天氣地將能量源源不絕的傳回地球。而且第一階段的測試,已經在宇宙中測試成功了!

宇宙太陽能真的可行嗎?我們離能源自由,還有多遠?

為什麼要去太空中進行太陽能發電?地面太陽能的困境

台灣要選擇哪種能源配比,各方論點各有道理。而同樣的問題,不只是台灣,對世界各國來說都是爭論不休的議題。面對這樣的困境,竟然有人提議往太空探索,去太空中進行大規模太陽能發電,並將能量傳回地球,成為宇宙太陽能電廠,一舉解決所有能源問題。可是就算不去太空,在地面上的太陽能近年來成長迅速,安裝量和產量都持續增加,為什麼非得跑到太空中去做一樣的事呢?

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雖然太陽能板的設置成本近年來降低很多,能不能穩定發電卻要看老天臉色,而且需要的佔地面積廣大。世界上只有少數幅員廣大,日照充足的國家可以打造 GW 等級的太陽能發電廠,像是印度,中國,以及中東地區。許多地方例如台灣,多以民間業者小規模發展為主,很難建設大規模的太陽能發電廠,如果要大規模使用農地、魚塭、屋頂種電,也有許多問題等待解決。

不過只要把太陽能搬到外太空,就可以大喊:「解開束縛、重生吧!太陽能,我還你原型!」

首先,太空中可以接收到更多的陽光。由於太空中沒有夜晚,所以軌道上的衛星幾乎可以 24 小時暴露在陽光之下。此外,太空中的陽光不會像地面上的冬天或傍晚,有傾斜入射的問題。太陽能板可以隨時指向太陽的方向,和太陽光的方向保持垂直,接受百分之百的陽光照射。根據計算,同一塊太陽能板放在太空中可以接受到的陽光量至少是地表的三倍以上。

地球上陽光傾斜入射的問題示意圖。圖/PanSci YouTube

另外,地球的大氣其實幫我們阻隔了許多陽光,保護地表上的我們不會被瞬間曬傷。就算是晴朗無雲的日子,大氣層還是會散射掉許多的陽光。太空中的太陽輻射比地表強上不少,大約多了 40% 左右。

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綜合前面所說的,只要把現有的光電材料放到衛星軌道上,就可以輕鬆獲得約四倍的發電量。此外還不需要任何占地,不會對環境生態帶來負面影響。

太空種出的電要怎麼運回地球?

你可能會好奇,在太空中收穫這麼多太陽能,要怎麼運回地球給大家使用呢?難道要存在電池裡再回收嗎?科幻大師艾西莫夫早在 1941 年就想過這個問題了。在他的短篇小說《理性》中,各個太空站會再收集太陽能之後,用微波光束將能量傳送至不同行星,也就是遠距無線傳輸能量。

雖然這種技術在當時屬於科幻情節,但現在的我們知道這樣的技術在原理上可能辦到的。在我們介紹無線獵能手環那集,我們有提到電磁波傳遞能量的問題,就是能量會以波源為中心向外發散,並且能量隨著距離快速衰減。想要高效率傳輸能量,如果不想接條線,就必須使用指向性的波源,將能源都集中到一點。

現在,我們使用多個天線組成陣列,並調整他們的相位,讓各個天線發出的微波產生干涉,形成筆直前進的單方向微波束,將能量精準發射到遠處的一個點。除此之外,因為選擇的電磁波頻段是微波,就像手機訊號可以穿過牆壁到你的手機一樣,特定頻率的微波也能穿透大氣層或雲層的阻擋。即使地球上的我們是下雨天,宇宙太陽能仍能透過微波將能量傳至地表,大幅降低天氣造成的影響。

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所以,只要把所有太陽能板發射到地球同步軌道上,讓它們在軌道中展開,組裝成大還要更大,邊長長達數公里的超大太陽能板。這樣空中太陽能發電廠就會一直維持在天空中的某一點,地面的我們,只要蓋個微波接收站就可以了。當然要將所有設備發射到地球同步軌道上所費不貲,較可行的做法是先用火箭將衛星射入高度較低的低地球軌道中,再利用衛星本身的離子噴射等方式把自己慢慢推到地球同步軌道。

太空太陽能發電廠概念圖。圖/Space.com

這個主意,在 1968 年工程師 Peter Glaser 就在 Science 期刊上提出,還向美國政府申請了專利。當時,美國能源局和 NASA 也覺得這個概念挺「有趣」的,針對宇宙太陽能做了一系列的調查並提出了正式的可行性報告。不過當時各方面的技術未成熟,無法進行測試。最重要的是,要把一整個太陽能發電廠射到太空,實在要花太多錢,產出的電根本就不敷成本。

好消息是,太空運輸成本近年來已經降低很多。SpaceX 的獵鷹九號火箭將每公斤物質運到低地球軌道的成本,只需要約三千美元,是過去使用太空梭運載的二十分之一。這讓宇宙太陽能的可能性,從僅只於科幻,搖身一變成為潛力無窮的未來能源。

宇宙太陽能離我們有多遠?

從美國、英國、歐盟到日本,都已經放話要加入這場全新的太空能源競賽。領跑者之一是日本的太空機構,宇宙航空研究開發機構 JAXA,預計在 2025 年前後展開從太空向地面送電的實驗,並在 2030 年左右開始試運轉宇宙太陽能機組,是有生之年就能看到的成果!

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從宇宙航空研究開發機構 JAXA,預計在 2025 年前後展開從太空向地面送電的實驗,並在 2030 年左右開始試運轉宇宙太陽能機組。圖/PanSci YouTube

這個時程也不是信口開河,日本在 1980 年代左右便開啟了宇宙太陽能計畫。經過數十年的規劃與研發, JAXA 已在 2015 年進行地面測試,成功將電能傳輸到 55 公尺外的接收天線,驗證遠距傳輸能量的可行性。這個實驗相當重要,因為在發射成本的問題解決之後,宇宙太陽能要面對的下一個難題,就是如何有效地從外太空軌道遠距送電。雖然我們已經知道可以透過干涉的方法,讓微波束直線前進,但實際運作時,還是會有一個很小的發散角,不會完全平行。

JAXA 已在 2015 年進行地面測試,成功將電能傳輸到 55 公尺外的接收天線,驗證遠距傳輸能量的可行性。圖/PanSci YouTube

失之毫釐。差之千里。地球同步軌道離地表可是有三萬六千公里,小小的發散角到地面就會嚴重發散,地面的接收天線尺寸也不可能無限擴張。這任務的難度差不多等於要從操場的一端用雷射筆打到另一端的蚊子,非常困難。JAXA 的天線雖然目前還未達到需要的準度,但是發散角已經能控制在 0.15 度左右,足以從較低的低地球軌道傳輸能量回地球,做初步的測試。

從還處在規劃階段的日本,瞬間移動到地球的另一端,美國的研究團隊,在這個月已經宣布取得重大突破。加州理工學院的宇宙太陽能計畫在今年初,成功讓一個小型測試模組,乘著 SpaceX 的獵鷹 9 號前進低地球軌道,進行太空中的實際測試。這個小型模組包含三個小實驗。第一個實驗是測試宇宙太陽能板的結構、封裝、以及展開並組裝的程序。第二個實驗則是要在 32 種不同的光電材料中,找出哪種在太空中效果最好。第三則是要測試微波傳輸能量在太空中的可行性。

測試宇宙太陽能板的結構、封裝、以及展開並組裝的程序。圖/caltech.edu

就在今年的 6 月 1 號,團隊宣布他們設計的可彎曲天線陣列,在太空中成功傳送能量到三十公分外的接收天線,點亮了 LED 燈。雖然距離只有短短的 30 公分,但是整個實驗暴露在外太空的環境中進行,證明他們的設計可以承受最嚴苛的環境條件。做為測試,他們也嘗試讓天線發射能量到遠在地球表面,大學實驗室的屋頂上。並且,還真的被他們量測到了數值。儘管規模不大,但這是宇宙太陽能第一次的軌道測試,結果相當振奮人心。

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可彎曲天線陣列。圖/PanSci YouTube
右方為可彎曲天線陣列(發射端),左邊為接收端的 LED 燈泡。圖/caltech.edu

如此看來,技術的發展似乎相當樂觀。可是要用於民生發電,成本是很大的重點。宇宙太陽能真的符合經濟效益嗎?或是我們該把資源留給其他選項呢?

宇宙發電廠符合經濟效益嗎?

根據美國能源情報署 EIA 的資料,1GW 發電容量的發電廠,傳統燃煤發電廠的初期建設成本,大約是一千億台幣,核電廠大約是兩千億台幣。那宇宙太陽能呢?每 1kW 的發電需要二十公斤的材料,1GW 就需要兩萬公噸。目前 SpaceX 獵鷹重型火箭運送每公斤材料進入軌道,需要三萬台幣。也就是說,光是將設備全部送上太空的運輸成本,就需要六千億的驚人花費。再加上太陽能板與相關設備的建置成本,以地面型太陽能發電廠為參考的話,大概還要多花500億台幣。而 JAXA 方面的預估,打造第一座 1GW 宇宙太陽能至少需要一兆兩千億日圓,雖然比我們用獵鷹重型火箭預估的還要低,但仍是一筆龐大費用。

各種發電方式的成本與性能表現。圖/美國能源情報署 EIA

那宇宙太陽能真的只是將鈔票往太空撒,空有理想的計畫嗎?當然不是,有兩個讓科學家不放棄的理由——首先是未來建造成本一定會下修。太空的發射成本相比 50 年前,已經少了兩個零,在 SpaceX 的發展下,還在持續地快速減少。另一方面,太陽能材料的輕量化工程也持續在進行,每 kW 發電重量只有十公斤或以下的太陽能材料已經不是虛構。新式的太陽能材料,我們未來也會陸續介紹。這兩個因素加乘在一起,一兆兩千億日圓的成本,很有機會在幾年內就減少為十分之一或更少。

發射火箭的成本逐年降低。圖/futuretimeline.net

更重要的是,宇宙太陽能一但建置完成,就會成為可做為基載能源的再生能源,減少對石化燃料的依賴。甚至因為主要設備都在太空,地面只需要建設接收站,可能將解決許多偏遠地區的能源問題,一舉改變全世界的能源型態。而且與許多八字還沒一撇的發電方式相比,宇宙太陽能已經算是距離現實很接近的選項,也難怪各個國家紛紛搶著要發展這塊領域。不過雖說是永續能源,還是有許多方面值得深入研究。例如要把幾萬公噸的材料射到軌道中,需要排放多少的火箭廢氣?一但規模化,這些巨大的宇宙太陽能板是否會成為小行星的標靶,或在一次的太陽風暴過後,讓軌道中堆滿太空垃圾?

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宇宙太陽能究竟能不能成為可靠的新興未來能源,從想都不敢想,到開始精算成本,相信我們很快就會知道答案。

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