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另一場太平洋戰爭:祕魯鰹鳥──《便便不思議》

貓頭鷹出版社_96
・2016/06/10 ・3591字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

南美曾經存在著名為「印加帝國」的文明國度。

印加帝國有著以分毫不差的精密度加工製造的巨大岩石建築、美麗的織品、以及高度進化的統治制度。雖然沒有車輪、文字、鐵器等文明基礎,卻擁有高度技術,堪稱歷史之謎,是一個神祕的大帝國。印加帝國也擁有優異的農業技術。其中尤以鳥糞肥料給予帝國極大的恩惠。這不是普通的糞,而是能夠提高作物收穫量十倍的魔法大便,由祕魯鰹鳥為首的海鳥的糞堆積而成。

鰹鳥
大量的祕魯鰹鳥為秘魯帶來大量的鳥糞,為印加帝國和秘魯帶來了大量財富,稱之為「天上掉下來的禮物」可謂名符其實。圖/wikimedia commons

祕魯鰹鳥是棲息於海洋的鰹鳥的一種,主要分布在南美洲的祕魯和智利北部。牠們在斷崖群集築巢,形成大規模群體,從上空如火箭般俯衝入海面捕捉沙丁魚。南美祕魯的島嶼自古以來就是祕魯鰹鳥的棲息地。鰹鳥已經在當地生生不息地生活了數千、數萬年。鳥群長年棲息,就會在地面堆積糞便。累積數萬年的糞便化為化石之後,形成厚厚的地層。這些糞化石稱為「Guano(糞石)」。Guano 是印加帝國時代的語言中代表「糞」的詞。

先民很早就知道鳥糞石能夠發揮家畜糞便十倍的效果,是非常優異的肥料。印加帝國利用糞石來耕作,使食物生產量穩定,因而有多餘的勞力整頓總長達五千公里的道路等公共設施,或是挖掘金銀礦。然而號稱有一千萬以上人口的這座帝國卻被一小撮西班牙軍隊的前哨輕易殲滅。西班牙人壓榨印加帝國的原住民,逼迫他們在礦山挖掘金銀。辛苦的勞役使許多人喪命,導致人口銳減。人類歷史好像總是重複著這種情節。

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後來印加帝國被西班牙人稱為「祕魯」。一八二一年,祕魯終於脫離將近三百年的西班牙苛政統治,但當時國內已經沒有任何產業。然而印加帝國的子孫相當堅強。他們想到外銷遠古時代使國家富強的糞石。

Machu_Picchu_early_morning
馬丘比丘(Machu Picchu)上的印加王國遺址名列世界新七大奇蹟,也是現在著名的觀光景點。圖/wikipedia

 

這項貿易大獲成功。祕魯開始挖掘糞石,外銷到歐美國家。糞石不愧是奇蹟的肥料,能夠讓小麥和菸草收成突飛猛進,使歐美各國瞠目結舌。日本有「金肥」這樣的詞,而在土地貧瘠、食物供給開始出現危機的歐洲,糞石可說具有等同於黃金的價值。

很多人也許以為農作物只要有土壤、太陽和水就能生長,不過這種想法就像不知道石油存在還想讓車子跑一樣。要培育作物,必須定期補充土壤中被消耗的養分。其中重要的是氮、磷、鉀三大元素。尤其是氮,具有讓植物長大的作用。糞石當中便含了豐富的氮。

既然知道有這麼重要的功用,當然不能輕易放手。這一來就成了賣方市場。歐美各國只能依照祕魯價,但卻遭到頑強抵抗。在慣例的口水戰後,氣昏頭的美國竟然訂立了「糞石島嶼法(Guano Islands Act)」,硬是規定「生產糞石的土地可以視作美國國土」,簡直就跟搶人東西的霸道小鬼沒有兩樣。

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Guano
祕魯鰹鳥們應該永遠無法理解自己的便便形成的糞石居然會引來如此多的國際紛爭。圖/wikipedia

祕魯因為外銷糞石而一夕致富,不僅還掉借款,設置港灣、電信等基礎設施,還創建了軍隊。然而在採掘、生產糞石上,祕魯卻沒有花費任何金錢。採掘工作主要是利用囚犯、逃兵和黑人奴隸的勞力。祕魯一方面從非洲輸入奴隸,另一方面又派船到圖帕伊島、彭林島、庫克群島、拉帕努伊島(復活節島)等島嶼,拐走當地居民送入採掘現場壓榨勞力。他們毫無忌憚地複製昔日西班牙帝國的惡行

林肯的奴隸解放宣言對祕魯來說造成很大的困擾。祕魯因為無法壓榨黑人奴隸而傷腦筋,於是就改用被稱為「苦力」的中國勞工。這些苦力美其名為「移民」,實際上卻等同於奴隸,多半是被拐或被騙來的的人。他們形同商品般,從本國被「外銷」。

採糞石的工作條件極為惡劣。勞工必須在令人窒息的糞便粉塵飛揚中用鏟子挖掘糞石,然後又要背負裝了數十公斤糞石的袋子行走。勞工變得羸弱不堪,背上腫起蚯蚓狀的痕跡,臉上刻印著苦工與絕望的深深皺紋,甚至也有人自殺。十九世紀中葉,苦力人數多達十萬人,而糞石採集現場的七成是中國人。

就如過去印加帝國曾經繁榮,祕魯也倚賴糞石迅速發展經濟。然而過度的富裕會使人類的思考麻痺。祕魯人一再把理所當然的問題延宕到將來:糞石是海鳥糞的堆積,數量有限;只要繼續挖掘,總有一天會枯竭。經過好幾萬年累積熟成的大地黃金僅僅經過四十年就枯竭了

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完全仰賴糞石的祕魯經濟頓時萎縮。於是祕魯盯上了「硝石」來取代糞石。硝石是含有氮的礦物,可說是糞石的親戚。有人說來自鳥糞,也有人說是地殼變動產生的,可作為有用的肥料。

位在祕魯、玻利維亞、智利三國之間的「亞他加馬沙漠」便是硝石的礦床。三國原本約定在此採掘的硝石應平分,但智利旋即無視此項約定強行侵入,甚至還進逼玻利維亞與祕魯的領土。玻利維亞與祕魯因為產生危機意識而締結祕密同盟,並採取接收智利企業、增加課稅、逮捕經營者等手段與之對抗。智利則以占領玻利維亞領土的行動回敬。

到了這個地步,就只剩下一條路:戰爭

智利軍隊與祕魯/玻利維亞軍隊之間的「太平洋戰爭」(一八七九年∼一八八四年)是舊時代的戰爭,有裝甲艦發射大砲、撞向敵船、再由士兵攻入對手船上展開格鬥。戰爭持續五年,造成數萬人死亡,最終由智利軍獲勝。祕魯和玻利維亞各失去部分領土。

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圖/wikipedia

這一來,智利似乎終於可以毫無忌憚地外銷硝石大賺一筆⋯⋯然而這樣的算盤卻遭到科學發展的阻撓。二十世紀初葉,兩名德國學者發明了「固氮法」。「固氮法」號稱「從空氣中製造麵包的方法」,達成了人類長久以來冀求穩定食物生產的心願,可說是畫時代的發明。

使用這項技術,就可以從空氣中合成氮。也就是說,想做多少肥料就能做出多少肥料。硝石的需求突然消失了。今日人類消費的食物據說有一半左右就是依靠固氮法製作的化學肥料種植的。也就是說,構成現代人肉體的氮有一半是人工物質。就各種層面來看,固氮法都是改變世界的發明。

氮也可以作為火藥原料,而這項原料變得能夠大量生產。有人甚至認為如果沒有這項發明,第一次世界大戰就不會發生了。德國科學家透過固氮法,同時開發了拯救人命與奪走人命的手段。後來祕魯透過砂糖、棉花、金屬礦山等讓經濟復甦,但是糞石礦山卻完全荒廢了。原本數量眾多的鰹鳥幾乎都消失蹤影。

挖糞石的勞工趕走了干擾工作的鰹鳥,毀掉牠們的鳥巢,撲殺大量的鳥。海風吹拂著大地,只有倖存的幾隻鰹鳥發出尖銳的叫聲,迴盪在荒涼的採掘場。

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過了一個世紀的今日,祕魯的糞石再度受到重視。由於化學肥料導致地力衰落的問題逐漸受到重視,大家開始關注天然有機肥料。糞石堆積場經過重新調查,並設置採掘場。鰹鳥數量也恢復到三百萬隻,夜以繼日地把糞石原料的糞便落下並堆積在大地上。

祕魯導入了十九世紀時缺乏的「永續」概念。他們禁止捕捉海鳥賴以維生的沙丁魚,保護鰹鳥,並控制採掘量,希望能夠永續經營糞石產業。然而勞工做的事情仍舊和過去一樣。在令人窒息的粉塵中,勞工用毛巾作為口罩,拿著鏟子挖掘糞化石,並背負著沉重的麻袋。這些勞工不再像從前一樣是奴隸,不過因為擔心嚇跑海鳥,因此不能使用大型機械。

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不論是在哪個時代,挖掘糞石都不是個輕鬆愉快的工作。圖/wikimedia commons

來自祕魯各地的勞工當然也領得到工資。他們不像過去的中國苦力遠離家園,在對故鄉的思念中客死他鄉。他們身上有手機。有人認為新興的糞石產業再怎麼撐也不會超過十年。人類與鰹鳥的共存關係不知能夠持續多久。

鰹鳥仍舊和往昔一樣,只是發出尖銳的叫聲。

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大便、糞便、便便……不管是多優雅的稱呼,我們腦中想到的就只是從洞口「噗通」一聲掉下去,而且很臭的那一坨東西。生物的神經系統和免疫功能如此精密,為什麼只有排泄過程卻這麼草率?大便啊,你到底是何方神聖?

動物的大便可是超有用的呢!

本書作者早川為日本知名的「奇怪生物」研究大師,他將帶你認識各種不同動物的大便,以及這些動物如何藉由大便產生了令人嘖嘖稱奇的動物行為!《便便不思議》,貓頭鷹出版

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貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 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?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

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。

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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:

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  • 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

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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?

圖形處理的例子

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。

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典型的CPU與GPU架構

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?

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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?

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(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)

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。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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鑑識故事系列:毛滿腸胃的長髮公主症候群
胡中行_96
・2023/09/04 ・2368字 ・閱讀時間約 4 分鐘

吃完義大利麵的 4 歲女童,嘔吐、昏迷。母親叫救護車的同時,她缺氧發紺(cyanosis;紺,音ㄍㄢˋ),膚色泛青。急救人員抵達後,搶救無效。女童沒幾分鐘就死了。[1]

發紺示意圖:左手正常;右手缺氧發青。圖/Agbarieh on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

住院

2 個月前,女童連續 2 天腹痛嘔吐,食慾不振,以致脫水。然而被醫師按壓腹部,她卻不感疼痛。[1]在醫院做了驗血等,醫療影像以外的基本檢查,診斷出血液中氫離子濃度上升,碳酸氫鹽下降的代謝性酸中毒(metabolic acidosis);以及跟感染或發炎有關的嗜中性白血球過多症(neutrophil leukocytosis/neutrophilia)。[1, 2, 3]當時神經精神科醫師注意到,母女倆情感共生:只有在緊張兮兮的母親沒介入對話時,女童才比較能反應,不再煩躁。[1]

女童住院 5 天後返家,儘管仍會噁心想吐,但飲食問題已經改善。因此,直到那天猝死前,父母都不覺有異。地方檢察官懷疑家長虐童,於是要求法醫驗屍。[1]

驗屍

屍體依照義大利的法律,擺在室溫下觀察 24 小時:女童高 111 公分,重 21 公斤,髮長 5 公分。頭髮及眼睫毛數量正常;2 顆牙齒狀況不佳;身上有急救留下的針孔、心電圖貼片和心肺復甦的痕跡。她的肛門擴張,但是下體沒有創傷的現象。之後,屍體被放入停屍間,以 −10 °C 冰了 22 個鐘頭,才取出解剖:女童的心包表面,因急救按壓而血浸潤;肺部鬱血,紋理增加;肺泡和支氣管內,有不慎吸入的嘔吐物;腹部內臟蒼白;淋巴細胞發炎性浸潤遍及胃、小腸、胰臟和心肌;腹腔累積 600 毫升的褐色液體(照片);壁層腹膜呈現不透明的灰綠色。[1]

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胃(stomach);小腸(small intestine)的十二指腸(duodenum)、空腸(jejunum)及迴腸(ileum)。圖/BruceBlaus on Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

女童窄小的消化道裡,堵著3顆巨大的團狀物:胃部的約 15 x 11 x 5 公分,重 307 公克(照片:外觀解剖);小腸的空腸和迴腸,塞的那顆是 9 × 8 × 2 公分大, 72 公克重;大腸的升結腸與橫結腸中的,則為 6 × 4 × 1.5 公分,46 公克。它們的核心結構皆為蔬菜等,消化時會在胃中停留較久的食物;而外層包裹的是糾結的頭髮。[1]

升結腸(ascending colon)、橫結腸(transverse colon)、降結腸(descending colon)、乙狀結腸(sigmoid colon)和直腸(rectum)。圖/BruceBlaus on Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

長髮公主症候群

拔毛癖(trichotillomania)患者時常扯下自己的頭髮、眼睫毛等各種毛髮;而食髮癖(trichophagia)的病人,則是拔了之後,還將毛髮吞下。後者大多是 20 歲以下的女性,常伴隨焦慮症、憂鬱症或注意力不足過動症等其他精神疾患。沒有完全消化的食物,若在腸胃道中累積成團,叫作糞石(bezoar);其中摻了大量毛髮的類型,則稱毛糞石。0.4% 至 4% 的腸胃道阻塞病例,是由糞石所引起。食髮癖長期不治療,最後可能演變為長髮公主症候群(Rapunzel syndrome):巨大的毛糞石不僅塞滿了胃,甚至還延伸到小腸的空腸與迴腸等地方。此疾的兒童病患,一般不超過 6 歲。[1](延伸閱讀:〈精神個案系列:吃女兒頭髮的母親〉)

長髮公主症候群患者未必如童話主角,留著一頭長髮。圖/動畫《魔髮奇緣》(Tangled,2010;GIPHY

年幼的食髮癖病患,多見於社經地位低落的家庭;不過此個案據說出身中產階級。女童的父母其實曾注意到她吃頭髮,卻以為只要時常修剪,維持短髮就沒事了。他們未必像地方檢察官臆測的惡劣,但是的確忽略了孩子身體不適的警訊。長髮公主症候群有許多非此疾特定的症狀,例如:貧血、吸收不佳、營養不良、發育遲緩、慢性胃炎、低白蛋白血症(hypoalbuminemia)、腸套疊(intussusception),以及腸胃道或膽道阻塞等,診斷頗為困難。有時也會觸發腹膜炎、敗血症、多重器官衰竭,還有食物進入支氣管所致的呼吸窘迫等併發症。嚴重的長髮公主症候群,會造成腸穿孔,終致死亡。此案的女童在住院期間,沒有拍攝任何醫療影像;出院後,又缺乏明顯症狀,頂多就是想吐,也難怪她的父母不曉得事態危急。[1]

法醫最後綜合驗屍證據,推論女童死亡的主因,為腸胃堵塞後,腹腔壓力升高,阻礙下腔靜脈和其他靜脈血液回流的腔室症候群(compartment syndrome)。[註]至於罹患長髮公主症候群的精神肇因,原個案報告並未詳述。可能是因為病歷資料不足,再加上地方檢察官禁止驗屍團隊與家長接觸。[1]

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約莫在身體中線的下腔靜脈(inferior vena cava)。圖/Mariana Ruiz Villarreal on AnatomyTool(Public Domain)

  

備註

腔室症候群比較常見於腿部,通常是因為出血腫脹,使筋膜(fascia)包覆的肌肉腔室(muscle compartments)壓力提高,而影響血流輸送氧氣和養份。[4]

參考資料

  1. Piras GN, Tomassini L, Bottoni E, et al. (2023) ‘An atypical death from Rapunzel syndrome: a case report’. Forensic Science, Medincine, and Pathology, 19, 207–214.
  2. Burger MK, Schaller DJ. (17 JUL 2023) ‘Metabolic Acidosis’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  3. Marx J, Hockberger R, Walls R. (2013) ‘Chapter 121: Anemia, Polycythemia, and White Blood Cell Disoders’. In: Rosen’s Emergency Medicine – Concepts and Clinical Practice. (p.1603) Elsevier Health Sciences.
  4. Compartment syndrome’. (JUL 2022) Healthdirect Australia.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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喝了就能通靈的死藤水?真的不是邪教或吸毒嗎?──《被遺忘的拉美》
麥浩斯
・2021/07/29 ・3900字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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  • 作者、攝影 / 胖胖樹(王瑞閔)

未經過薩滿巫師,直接在當地一些所謂死藤水中心自行服用死藤水,把死藤水當成產生幻覺的迷幻藥,這是相當不尊重當地原住民文化的行為。
薩滿強調,死藤水是為淨化人,甚至幫有毒癮的人解毒,絕對不同於嗑藥吸毒。

這幾年到南美洲旅遊的人越來越多,喝過死藤水的人也不少,網路上可以查到不少相關文章跟影片。不過,大部分都是分享自己喝死藤水後的經驗,較少完整介紹熬煮死藤水時所添加的植物。我個人除了好奇薩滿儀式,更有興趣的是過程中使用的民族植物,特別是死藤。

說真的,死藤水儀式是我參加的眾多薩滿儀式中,最期待卻也唯一讓我感到害怕的。喝下去後看到的一切,說是幻覺也好,通靈也罷,真的非常驚悚刺激。而且,每年都有不少歐洲遊客因為喝了過量的死藤水而喪命,說不緊張是騙人的。

死藤水儀式是神聖的,它的作用包含預見未來,還有淨化身心靈。我個人認為像是台灣傳統宗教中跟乩童問事、收驚,甚至祭解。薩滿的母親在懷他之前,就曾透過死藤水儀式求問:自己是否會生一個薩滿。我自己在儀式當下則是驚嚇大於解惑,直到返台後,持續不斷回想那個過程,才終於有恍然大悟的感覺。

主持死藤水儀式的薩滿。圖/作者提供

哪些地方會有死藤水儀式?

會使用死藤水舉行的儀式廣泛流傳於亞馬遜盆地,包括哥倫比亞、祕魯、厄瓜多、玻利維亞、巴西等國。不過,當地稱為Ayawaska的儀式主要流傳在祕魯、厄瓜多或玻利維亞,是多數國人認知的死藤水儀式。而台灣目前參加過死藤水儀式的人,主要都是在祕魯的亞馬遜地區第一大城伊基托斯,少數人則是在厄瓜多的阿奇多納或特納。當然也有去過哥倫比亞或巴西體驗的人。

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在哥倫比亞稱為yagé或巴西稱為Daime的儀式中,藥草水的主要成分都是死藤與其相關的植物混合而成。但是儀式型態不同,藥草水製作方法也有差異。特別是巴西的Daime儀式,結合了天主教與薩滿知識,已經不是傳統的死藤水儀式。

台灣也有死藤水!

熬煮死藤水的植物很多,最主要的包括死藤、綠九節[註1]、雙翅藤[註2]。有些地方還會加入砲彈樹、沙盒樹、大花番茉莉、亞馬遜苦丁茶、刺桐、樹曼陀羅(大花曼陀羅)、黃花夾竹桃、吉貝木棉、黃花菸草(神聖菸草)、絨毛鉤藤(貓爪藤)等植物。

熬煮死藤水的所有植物。圖/作者提供

死藤是黃褥花科的藤本植物,學名為 Banisteriopsis caapi,所以也有人稱之為卡皮木,各地區有不同的變種或品種。它的樹幹橫切面有美麗的花紋,常被做成項鍊墜子販售給觀光客。死藤是死藤水中的主要原料,其主要作用是產生單胺氧化酶抑制劑[註3],但死藤水所謂會導致幻覺的二甲基色胺[註4]並非來自死藤,而是來自其他幾種植物。因為口服二甲基色胺需要單胺氧化酶抑制劑,所以每種植物缺一不可。

一般來說,死藤水中提供二甲基色胺的植物主要是雙翅藤,跟死藤一樣屬於黃褥花科。其他有名的二甲基色胺添加物還有卡塔赫納九節木[註5],主要也是採用葉子。另外一種是細花含羞草[註6],主要採用它的根部。台灣常見的相思樹,分類上與細花含羞草同樣屬於豆科含羞草亞科,樹皮也含有二甲基色胺,因此有台灣死藤水之稱。

這些年不少到亞馬遜旅行的人,目的都是死藤水。如果野採死藤,一定會對其族群有影響。不過,當地的薩滿幾乎人人有一座草藥園,栽種自己需要的藥用植物,因此目前死藤水儀式使用的多半是人工栽培的植株,在當地傳統文化與生態之間取得了平衡。

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通靈儀式的事前備料

我在厄瓜多阿奇多納體驗簡化版的死藤水儀式,只有一天。據導遊說,完整的死藤水儀式要十天:前七天齋戒沐浴,然後進行三天三夜完整的儀式。每個地方的儀式會有些微差異,使用的植物也不太一樣。

在厄瓜多為我們主持儀式的薩滿,第一天採用兩種死藤雙翅藤一起下去煮死藤水在第二天要增加的第四種植物是綠九節。第三天則再加入一種俗稱蛇之眼的植物,紅色果托上有四顆藍到發黑的核果,彷彿蛇眼一般,應該是光亮賽金蓮木。

當地稱為蛇之眼的植物,是金蓮木科的光亮賽金蓮木(Ouratea lucens)。

死藤水儀式有淨化作用,很多人飲用後會上吐下瀉。所以在進行儀式前的晚餐,導遊交代我們不要吃太多。而且,死藤水非常非常苦,是我這輩子喝過最苦的東西。據說它的樹皮特別苦,所以煮之前要先削皮。待薩滿介紹完植物和整個儀式,我們大家就開始削皮——自己喝的死藤自己去皮的概念。削完後薩滿把死藤剖開,切成四條或六條細絲。

死藤削皮後再切成絲。圖/作者提供

所有參加儀式的人,依身高排列,男前女後,每個人捧一把死藤水的材料,往空地走,排成一個圓圈,在薩滿的引導下,進行接天接地的儀式。眾人先是一起將手上的死藤水材料往上舉,往下放;然後轉圈,順時針轉一圈,逆時針一圈;最後一個接著一個將手上的死藤水材料放入鍋中,加水,彷彿讓死藤受洗一般。最後由參加者中最高的男女,象徵部落裡家族的家族長和妻子,將整鍋死藤水抬起後,放在地上,然後再舉高。

完成接天接地的儀式後,便將死藤抬去煮。所有人必須圍著爐火,守著死藤水,把自己心裡所想傳遞給死藤水,直到死藤水煮完為止。不過我們是體驗團,所以沒有待到最後就去叢林探險了。探險完回飯店吃晚餐,再繼續死藤水儀式。

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煮死藤水時大家要圍繞著爐火。圖/作者提供

啟靈之旅正式啟航!

晚飯後,死藤水儀式開始前,大家一一簽下切結書。一份出了任何事,自己對自己負責的切結書。我看完切結書後大概猶豫了 10 秒鐘,但是看團員全都簽了,我的膽子也跟著大了。

神聖的死藤水儀式,在陰暗中進行。因為死藤是屬於陰性的力量,所以儀式開始前,薩滿會先舀一口神聖菸草葉煮的菸草水在每個人手中。菸草在亞馬遜雨林的原住民部落中,是非常神聖的植物,在死藤水儀式中扮演保護的角色。第一次震撼是,我們要以鼻腔直接吸入菸草水,很多人在這時候已經非常不舒服了,吸入後整個嗆的味道直衝腦門,眼淚狂噴,有些人甚至吐了出來。

死藤水儀式所使用的神聖菸草水。圖/作者提供

接下來,團員一一上前接受死藤水。一般來說,完整的死藤水劑量大概是一個 shot 杯,約 30 毫升。喝下後約半小時後會開始作用,每個人的情況不同。通常是薩滿先喝,然後參加儀式的人喝。但是我們人數較多,所以我們先於薩滿飲用。

起初我完全沒有感覺,連噁心想吐都沒有,一度有些小小失望。後來儀式正式開始,當薩滿大聲吟唱時,我全身開始起雞皮疙瘩。

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我們輪流到薩滿面前,薩滿先吐三口菸在每個人的頭頂,這是薩滿之息,是一種祝福。然後,薩滿一手拿扇子,一手拿搖鈴,一邊唱歌,一邊用扇子拍打參加者的背部跟肩膀。我很仔細地聽,發現每個人的旋律都不一樣,搖鈴的頻率也不同,時間長短約 12 到 16 分鐘。後來請教薩滿,他表示當時所唱的,是每個人靈魂發出來的聲音,所以人人不同

輪到我上前,當薩滿開始唱歌,我眼前為之光明。雖然我身處黑暗的環境,可是看到的卻是白天的景象。不管我如何閉眼,都無法消除眼前所見。起先,我像是透過美洲豹的眼睛觀看世界,在森林裡巡視,一度還近距離地目睹大蜘蛛。後來又變成鹿一般的草食動物,視野呈 360 度,不斷在叢林裡快速奔跑。然後一躍而起,像隻老鷹一樣凌空高飛,鳥瞰整座森林。誇張的是,從高空中竟可以看清楚林下的一切!眼睛不是自己的眼睛,這感覺非常恐怖。我彷彿經歷了很長一段時間,在亞馬遜雨林裡不斷穿梭。我想我這輩子都不會忘記那種感覺!嚇得我腿都軟了。結束後仍餘悸猶存。

穿梭在叢林之中。圖/Giphy

導遊說死藤水儀式進行時一定會下雨。果不其然,當薩滿開始唱歌,天空隨即下起了滂沱大雨。一直到凌晨儀式結束,雨勢才緩和下來。我跟幾個夥伴撐傘要離開時,受到了二度驚嚇!這雨竟然只下在儀式進行的棚子區域。我們從棚子走回各自居住的小木屋,一路上地板都是乾的!驚訝指數破表!

透過植物認識異國文化

參加死藤水儀式的目的,是為了解當地文化,一定要透過經驗豐富且合格的薩滿來舉行。萬一中毒了,薩滿才知道如何利用牛奶跟蜂蜜來解毒。過程中一定要抱持著敬畏的態度,切莫兒戲。

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我從民族植物學的角度來理解死藤水,卻也從死藤水與眾多的薩滿儀式中,看到和民族植物學研究不同的面相。希望透過植物的角度,讓大家認識這個神祕的儀式與薩滿文化。

註解

  1. 學名:Psychotria viridis
  2. 學名:Diplopterys cabrerana
  3. Monoamine oxidase inhibitor,縮寫為 MAOIs。
  4. N,N-Dimethyltryptamine,縮寫為 DMT 或 N,N-DMT。
  5. 學名:Psychotria carthagenensis
  6. 學名:Mimosa tenuiflora
──本文摘自《被遺忘的拉美──福爾摩沙懷舊植物誌》,2021 年 7 月,麥浩斯
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