骨牌效應和信用卡盜刷有何關連?
在什麼情況下可用數學來解釋婚姻危機?
癩蝦蟆真的能預知地震嗎?
為什麼會有文明衰亡、社會崩壞、生態系消失?
人類的未來充滿不確定,但是透過科學,我們也許可以洞燭機先!
未來充滿了不確定,然而科學也許可以幫助我們「預測」災難,防患未然。在這本書中,費雪博士清楚且輕鬆的介紹了從伽利略以來,科學家如何預測天災人禍。
從應力集中現象、慣性、骨牌效應、連鎖反應、正回饋、負回饋這些物理工具,一直到劇變理論、電腦模型,費雪博士依照時間順序,帶讀者走一趟災難預測之旅,同時也要告訴讀者:許多警訊其實已經擺在眼前,我們必須做的,就是學會如何及時看出徵兆,以便防患未然。
作者簡介:
費雪博士
The Perfect Swarm、《剪刀、石頭、布》、《靈魂有多重?》、《搞笑學物理》等書的作者,其中《搞笑學物理》一書曾贏得美國物理學會的年度最佳科學寫作獎。專欄文章常見於美國《新聞週刊》、《華盛頓郵報》和《科學美國人》。
章節試閱
對動物而言,宇宙萬物可以清楚區分為以下幾類:
一、交配用的;二、拿來吃的;三、危險的;四、石頭。
──普萊契(Terry Pratchett),《平等儀式》
西元前373年,位於伯羅奔尼撒半島的希臘古城赫里克,先後遭到大地震的衝擊及海嘯的吞噬。災難發生五百年後,古城的遺跡在科林斯灣清澈碧綠的海水下,依舊可見,來自羅馬的遊客搭船遨遊其上,瞻仰五百年前沉沒的城牆及雕像。亞特蘭提斯的傳說,或許便是根據這些遺跡而來的。
隨後,海底遺跡消失了,泥沙覆蓋了舊址,所有的建築與雕塑不復可見,赫里克古城的正確位置,也逐漸從人們記憶中淡忘。直到2001年,這座古城才重新挖掘出來,它一直埋藏在一座古老的潟湖裡。這個地點是現今重要的海洋考古遺址,也是世界考古遺址中最岌岌可危的一個。
古城的詳細位置,人們或許已經不記得了,但當年大災難發生時的情景,卻有許多歷史學家記錄下來。其中一位歷史學家,是古羅馬時代的艾里尼(Claudius Aelinius)。他留下的記述非常重要,因為這是第一份記載動物「預知」地震的文獻紀錄。艾里尼如此描述著:
赫里克滅城前,連續五天,城內所有的老鼠、貂、蛇、蜈蚣、甲蟲,及所有類似的生物,紛紛舉家遷移,循路逃往科林斯。當時,赫里克人看了莫不嘖嘖稱奇,但不知其所以然。這些生物都逃光之後,深夜裡一場突如其來的大地震毀天滅地;古城,隕落了;隨之而來的巨大海嘯,讓赫里克覆沒。
除了赫里克滅城的記載之外,很多其他的報告也都描述了動物在海嘯來臨前的怪異行為,其中不乏可靠的資料。2004年12月26日發生的南亞大海嘯,便是一例。海嘯發生後兩週,我親自走訪災區,更親耳聽到一些類似的傳聞。然而,是什麼造成這類怪異行為的?有些人認為,動物具有「第六感」,可預知即將發生的災難。假如這樣敏銳的感應力確實存在,真可預知未來事件,而我們又能加以應用的話,那麼預知來日大難,必然簡單許多。
據說有些小狗「知道」主人何時歸來,這也是預知力的例子之一。奧地利一家電視台曾針對此說法展開「調查」,他們拍下的影片說服力十足。影片中,一隻叫傑迪的小狗曉得身在遠處的主人何時動身返家,還會馬上跑到陽臺等待。同步攝影機在兩地同時記錄主人與狗的行動,非常戲劇性的證實了這個說法。
心理學家偉斯曼(Richard Wiseman)和他的同事也針對這件事進行研究,他們倒是認為這個現象可有很多其他的解釋。例如,奧地利的這支影片中,拍攝狗的攝影師很可能事前便知道主人何時返家,於是無意間對狗透露出訊號。為了排除這樣的可能,偉斯曼做了如下的設計:請實驗者跟狗主人一起出門,然後由實驗者決定主人返家的時間;另外又安排一位觀察者與狗一起待在家中,觀察狗的反應(因此這位觀察者並不知道狗主人何時返家)。如此設計之後,就推翻了原先的說法。
類似的「實驗」盲點,也出現在2010世界盃足球賽期間爆紅的章魚哥「保羅」身上。這隻住在德國一間水族館裡的章魚,能準確預測出德國隊每場比賽的結果(通常是德國隊獲勝),甚至冠軍賽的結果。水族館管理員會把牠的食物放置在兩個盒子裡,盒子上貼著對戰國的國旗,保羅選哪一個來吃,就代表牠預測哪一邊獲勝。
保羅對賽事的預測,常激起德國大眾兩極化的反應。如果預測德國獲勝(德國通常是最被看好的球隊),大眾就為之瘋狂,但當保羅成功預測德國在四強賽敗給西班牙,某些激憤的球迷竟揚言要將保羅煮來吃了——好一個「斬來使」的表現呀。然而,若與伊朗總統阿馬丁賈德的言論相比,這些群眾的反應就顯得微不足道了:阿馬丁賈德指控西方國家利用章魚來散布「西方言論及迷信」。
不過,「章魚哥」又是如何預測賽事的?在為任何感應力背書之前,我們必須遵循偉斯曼調查「靈犬」的模式來分析一下。也就是說,我們必須完全排除其他所有的因素及可能,以證明這個能力是確有其事。
首先,在章魚哥的例子中,甚至連有沒有感應力,都還有爭議的空間,因為保羅先前在歐洲盃時的預測就時好時壞(六次預測,僅四次正確)。儘管後來表現神準,令人刮目相看,但仍有其他的可能解釋。
例如,兩個盒子本身是透明的,所以保羅看得到盒子上的國旗,而德國國旗很可能本來就對牠較有吸引力。水族館管理員也可能將自己對比賽的期待透露給章魚哥知道,這點並未事先防範。另外,這幾場比賽的結果,其實也沒有那麼出乎意料,德國及西班牙原本在賽前就很被看好(雖然德國後來輸給西班牙)。再者,管理員也可能因個人喜好,將章魚的食物(河蚌)切成大小兩塊,大的放在他希望贏的那一邊。
總的來說,這純屬娛樂,但要把它當作科學實驗,算了吧!說實在的,就別再管那些想證明動物有第六感的證據了,因為根本幾乎不可能設計出一套實驗,可把所有外在因素全部排除,然後證明第六感是真的。
不過,這並不意味著動物沒有其他的特異功能。比方說,義大利聖路費諾湖的蟾蜍,就很有可能具有某種感應力,可察覺地震發生前,在電離層突增的低頻無線電波;某些地震學家認為,這些電波確實可視為地震的前兆。但這些地震學家也指出,若我們能確實建立動物行為及地球物理變化的關係,就表示人類已有足夠的能力量測出這些物理變化,根本不需依賴動物行為來預測地震。
人類有預見未來的「預知力」嗎?
說到人類,就是另外一回事了。因為我們並非只能動手動腳,還有嘴巴可以說話,可把預言說得清清楚楚,所以我們能更徹底的檢驗預知力的可信度。
前人就曾想弄清,究竟先知說的話可信與否。相傳很富有的國王克洛斯(Croesus),便是其中一位。克洛斯在西元前560年至西元前546年間統治古國呂底亞(位於現今的土耳其北部),呂底亞當時是一昌明隆盛之邦。
克洛斯想知道這些「先知」的預言到底有多可靠,打算先就此事好好調查一番,若真能確認先知法力高明,再給予高額賞金,請求進一步的諮詢協助。為了進行測試,他預先選定一天,命人按照他的指示分別造訪各地先知,請他們說出「克洛斯,這位阿利亞特之子、呂底亞的國王,那個當下在做什麼事」。
克洛斯取來了一個附了青銅鍋蓋的青銅鍋子,而他所做的事,是在鍋子中焚龜煮羊。測試的結果一點都不令人意外,幾乎沒有一位先知能猜到一點點端倪,僅一名例外,那就是赫赫有名、居住在希臘德爾菲城阿波羅神殿的先知。
先知一職通常由鄉下的中年婦人擔任。替人解惑的時候,她會在地表裂縫上方放置一張搖搖欲墜的三腳凳,自己坐在凳上,先吸一口從裂縫飄出來的火山蒸氣,接著進入出神的狀態,最後吐出一連串時而難懂、時而易懂的話語,再由阿波羅神殿的祭司「翻譯」成優美的希臘六步詩神諭。
過程中作弊的機會俯拾即是,自不待言。想當然耳,作弊應該是這位德爾菲先知猜中國王在做什麼的關鍵因素。她是這麼回答的:
傳入我鼻的陣陣飄香
是那堅硬龜殼及羔羊的鮮肉
相伴在鍋中燒
鍋兒是青銅做的
蓋子也是一般
可想而知,克洛斯的屬下八成已經預先探知克洛斯將有焚龜煮羊之舉,暗中透露給神殿祭司知道,從中收賄。不管真相如何,克洛斯總之是信了,又派遣屬下前往詢問第二個問題——他是否該攻打波斯帝國?
這一次,克洛斯的屬下攜帶了大批金銀珠寶,包含一個重達三百四十公斤的純金獅子,再訪阿波羅神殿──姑且不論第一次花了多少本錢賄賂,這樣的重賞已足以證明,這是一筆精打細算的投資。然而,第二次帶回來的預言卻不如第一次清楚明白,僅說克洛斯若攻打波斯,「一個偉大的帝國將要滅亡」。克洛斯視此預言為好兆頭,興兵出戰。不幸的是,滅亡的反倒是自己的帝國。
這正是古代先知預言的一大問題。一般而言,這些先知說的話大多模棱兩可、語焉不詳。當今的預言家,也差不多如此。我就有向網路先知諮詢的經驗。她在網頁上擺了一張自己的照片,附帶說她今世比前世實在美麗許多,也更有魅力。遺憾的是,比起前世,這一世的她說的話可一點詩意都沒有。我問她:「我下本書賣得好嗎?」她答:「不怎麼樣。向我諮詢的時候,請不要把手移開鍵盤。」讀者諸君,請幫我把這段話譯成希臘六步詩。
(以上摘自本書第1章〈動物有水晶球嗎?〉)
對動物而言,宇宙萬物可以清楚區分為以下幾類:
一、交配用的;二、拿來吃的;三、危險的;四、石頭。
──普萊契(Terry Pratchett),《平等儀式》
西元前373年,位於伯羅奔尼撒半島的希臘古城赫里克,先後遭到大地震的衝擊及海嘯的吞噬。災難發生五百年後,古城的遺跡在科林斯灣清澈碧綠的海水下,依舊可見,來自羅馬的遊客搭船遨遊其上,瞻仰五百年前沉沒的城牆及雕像。亞特蘭提斯的傳說,或許便是根據這些遺跡而來的。
隨後,海底遺跡消失了,泥沙覆蓋了舊址,所有的建築與雕塑不復可見,赫里克古城的正確位置,也逐漸從人們記憶中...
作者序
前言:學學蟾蜍如何預知地震
牛津的智者上天下地無所不知,但無一人
聰明智慧能超越蟾蜍先生的一半!
──格萊姆(Kenneth Grahame),《柳林中的風聲》
義大利中部有一座聖路費諾湖(San Ruffino Lake)。2009年4月1日那天,湖裡的蟾蜍紛紛舉家遷離原先的繁殖地,遷往高地。五天後,發生大地震,奪走三百多條人命,震毀了鄰近的中世紀古城拉齊拉(L’Aquila)。
出於機緣巧合,英國生態學家格蘭(Rachel Grant)當時剛好在那裡研究蟾蜍的交配行為。蟾蜍突然一隻隻消失了,起先令格蘭十分頭大,但沒想到,地震隔天蟾蜍都回來了,這讓她又驚又喜。一方面,研究總算可以繼續進行了;另一方面,古往今來關於天災前動物異常行為的許多傳聞,她成了第一位親眼目睹的科學家。
格蘭的研究報告讓大家開始思考,人類能不能利用蟾蜍或其他動物的行為本能,預知地震發生。雖然我們不知道這樣的想法是否能通過檢驗,但至少我們可以找出動物到底對哪些物理跡象有反應,然後觀察這些跡象。
很清楚的是,能不能及早掌握警訊,對於我們將來遭逢各種大難時的應變能力,有天壤之別的影響,不管面臨的是天災,還是人生、社會、經濟環境的大起大落,都需要這樣的能力。遇到科學家稱呼為臨界變化(critical transition)的事件之時,更是如此。
這類事件中,事情往往先是風平浪靜,就算有些小起小落,也都是漸進平穩的改變。但可能某一天,突然就天翻地覆了,事前什麼徵兆也沒有:火山爆發了,市場崩盤了,橋樑垮了,感情破裂了,瘟疫蔓延了,戰火點燃了。以上這些事件,在科學家的術語裡,就叫做臨界變化。
本書中,我將為各位道出自古至今人類對警訊的探究,以及當今對於各種臨界變化有哪些共同徵兆的最新發現。我將為各位呈現這些令人雀躍、不可限量的新發現;將來不管是面對個人或大環境的大災難,都可加以應用,防患未然。
物理是預測的好工具
人類對警訊的探究已有數千年之久。某些文化倚賴先知或祭師「預見」未來的能力,某些文化則會從不尋常的天象看出徵兆——現今社會也是一樣,社會經濟方面的預言家,同樣也是在各種社經現象中尋找不尋常的指標,以預測未來。
科學時代來臨後,物理定律漸為人知,可拿來做為預測的好工具。伽利略便是這方面的先鋒,他利用簡單的物理原理,估算出地獄的屋頂該有多厚,才不會垮掉。後代的科學家更利用伽利略提出的物理概念,發展出應力(stress)的觀念,工程師將這個觀念應用出來,便能推算橋樑、房屋的結構體是否可支撐本身結構的重量。科學的應用是人類的一大躍進,遠勝過中世紀從錯中學的做事哲學;比如說,過去很多大教堂在施工時,或首次遭遇強風吹襲時,就會倒塌,正是當時的人不瞭解應力這項觀念的結果。
應力的物理學概念,後來心理學家「借用」過去,藉以瞭解人在不同狀況下的反應(stress在心理學上是指「壓力」),例如困境對人造成的影響,是否有能力因應困境,壓力太大時會不會如中世紀大教堂一般,應聲倒塌。
無獨有偶,除了應力,心理學家還向物理學家借用了其他的工具,其中一個相當重要的物理概念,就是回饋(feedback)。要瞭解臨界變化如何發生,回饋是主要核心概念。
回饋以兩種形式存在:正回饋與負回饋。正回饋會帶來更多的改變;負回饋則抑制改變,回復平衡。正回饋如同脫韁野馬,造成崩盤;負回饋則不偏不倚,持中持平。
正回饋的機制促成改變,且愈改變,促成改變的動力便愈強,變化會不斷加快。因此,一開始微不足道的小變化,累積下來,可能造成日後不可收拾的大災難,就好比梯子已經開始傾斜,最後害你連人帶梯子一起摔下來。此外,像恐慌效應、銀行擠兌、雪崩、軍備競賽、生態浩劫、因為感情惡化而愈演愈烈的爭執,都是正回饋的案例。
負回饋的機制則在返本還元,變化愈大,維持原狀的動力也跟著愈大。就好比引擎上的調速器,引擎加速後,會慢慢減少供油;或是像開車的時候,一旦太靠左或靠右駛離既定路線,我們就會反打方向盤,把方向調整回來。人體也是如此,會利用負回饋來保持體內恆定;如果體溫過高,身體就會排汗,藉由汗水的蒸發,讓身體降溫。
若談到更大尺度的系統,例如生態系和經濟體系,曾分別有所謂的「自然平衡」及「看不見的手」這兩種學說,說能透過負回饋的機制,促成長期穩定。可惜的是,這兩個說法都只是迷思。不管是生態系或經濟市場,負回饋都只能帶來短期的穩定;長期來說,這兩個系統都跟我們的身體、愛情、社會發展一樣,受到正、負回饋之間繁複、不斷變化的調節過程所操控。
當正回饋或其他失控的機制(如積累的壓力)遠超過負回饋能負荷的程度,臨界變化就發生了。想預知我們自身、社會經濟、甚至自然環境上的各種災害,就得學會判斷系統何時是穩定平衡的,何時情勢已經岌岌可危、一觸即發了。情況一旦逼近不穩定點,過飽和的壓力會帶來瞬間的崩毀,失控的機制(如正回饋)可能就會突然取而代之,造成難以收拾的大災難。
徵兆就在眼前
造成臨界變化的成因有很多環節是互通的,但一直以來,預測迫切的危機這件事,仍幾乎是不可能的任務,直到近年方見轉機。在某些情況中,這件事本質上的確如水中撈月,但近十幾年間,新的見解加上電腦科技的突飛猛進,幫助科學家更深入看待整個問題,他們的新發現帶來新的希望。從一連串令人眼花繚亂的作用力與反作用力、偏差與修正、正機制與負機制,他們歸納出一系列妙不可言、舉世通用的徵兆法則,這些結果可讓我們知道何時事態已經危急,局面是否即將失控。
社會動亂、經濟動盪、生態浩劫、氣候變遷、乃至其他天災人禍,它們的徵兆都有共通之處。大部分的徵兆也都非常淺顯,所有的人都能領會並加以留意。
這些共同的徵兆讓我們得以防患未然,下週一早上即將到來的天災人禍,週六一大早就可事先沙盤演練、嚴陣以待,而我們用來沙盤推演的工具,都是來自物理學、數學及自然界的綜合結果,這些新發現,有助於我們預測及因應個人層面或周遭的種種突發狀況與災難。
我首次目睹這些新發現、察覺其重要性的時候,就知道所有人都該知道這些事。我迫不及待想要知道更多,並與大家分享。
這本書,就是最後的結果。我在書中講述了人類摸索天災先兆的歷程,並探究我們該如何應用最新且仍不斷演進的新發現,更有效的掌握我們自己的未來,還有地球的未來。
前言:學學蟾蜍如何預知地震
牛津的智者上天下地無所不知,但無一人
聰明智慧能超越蟾蜍先生的一半!
──格萊姆(Kenneth Grahame),《柳林中的風聲》
義大利中部有一座聖路費諾湖(San Ruffino Lake)。2009年4月1日那天,湖裡的蟾蜍紛紛舉家遷離原先的繁殖地,遷往高地。五天後,發生大地震,奪走三百多條人命,震毀了鄰近的中世紀古城拉齊拉(L’Aquila)。
出於機緣巧合,英國生態學家格蘭(Rachel Grant)當時剛好在那裡研究蟾蜍的交配行為。蟾蜍突然一隻隻消失了,起先令格蘭十分頭大,但沒想到,地震隔天蟾蜍都回來了,這讓她...
目錄
本書使用指南
前言:學學蟾蜍如何預知地震?
第一部:關於「預測」的史前簡史
第1章:動物有水晶球嗎?
第2章:失去光芒的未來
第3章:伽利略的地獄
第二部:災難是如何發生的?
第4章:應力
第5章:失控的災難
第6章:自然平衡與平衡之道
第三部:大難臨頭:如何看懂徵兆
第7章:西洋飛龍的混沌生態
第8章:在災難邊緣搖搖晃晃
第9章:模型與超級模型
第10章:數學家出沒,注意!
第11章:弱信號才是重要警訊
總結:預測的未來
附注
本書使用指南
前言:學學蟾蜍如何預知地震?
第一部:關於「預測」的史前簡史
第1章:動物有水晶球嗎?
第2章:失去光芒的未來
第3章:伽利略的地獄
第二部:災難是如何發生的?
第4章:應力
第5章:失控的災難
第6章:自然平衡與平衡之道
第三部:大難臨頭:如何看懂徵兆
第7章:西洋飛龍的混沌生態
第8章:在災難邊緣搖搖晃晃
第9章:模型與超級模型
第10章:數學家出沒,注意!
第11章:弱信號才是重要警訊
總結:預測的未來
附注