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2018.07.03 02:30

【王道還科普專欄】運籌帷幄之中

文、聲音|王道還  繪圖|王聖光 

1960年代初,美國太空總署計畫送探測器到火星搜尋生物。幾乎沒有人想到,那是個棘手的任務。因為不論從事任何偵查,都必須先知道偵查對象是什麼。要是事先不能確定偵查對象,就無法設計實驗、製作儀器。

王道還科普專欄〈運籌帷幄之中〉全文朗讀

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希臘神話中,大地是蓋婭(Gaia)的化身,她自混沌中出生,生下天王,再與天王交合,生下海王。地、天、海就是這麼來的。此外,蓋婭還是世人誓言的見證,因為地上的事她無所不曉。但是,不知怎地,這似乎是個沒人知道的祕密,於是到處都是賭咒罰誓、說話不算話的人了。

直到1970年代,蓋婭才引起世人的興趣,不過那是托科學的福,而不是有人發現了她是監誓神。

 

不論從事任何偵查,都必須先知道偵查對象是什麼

話說1960年代初,美國傾力與蘇聯進行太空競賽,除了阿波羅登月計畫,還要探測整個太陽系。火星是最接近地球、最類似地球的行星,一直受到世人矚目,美國太空總署(NASA)計畫送探測器到火星搜尋生物。幾乎沒有人想到,那是個棘手的任務。

因為不論從事任何偵查,都必須先知道偵查對象是什麼。要是事先不能確定偵查對象,就無法設計實驗、製作儀器。而科學家根本不知道火星有沒有生物,更談不上哪一種生物,既然對偵查對象一無所知,如何設計實驗?

以美國國力,硬體不是問題。例如一位生物學者設計了一個捕蟲盒,專門捕捉跳蚤。那個小盒子以不鏽鋼製造,機關精巧。問題在軟體。那位科學家的推理如下:1965年7月中美國的水手4號太空船飛掠火星表面,傳回的照片顯示火星表面全是沙漠;任何沙漠都有駱駝;駱駝身上最多的就是跳蚤;因此,送上火星的捕蟲盒一定會捉到跳蚤。

那時英國科學家/工程師拉夫洛克(James Lovelock,1919年生)在NASA的噴射推進實驗室擔任顧問,受邀參與生物偵測小組的討論。他批評大家的想法都不切實際,最後被迫提出自己的點子。

 

想知道一個行星上有沒有生物,只要偵測行星大氣的「呼吸」就行了

拉夫洛克從生物的通相下手設計實驗,而不是具體的生物。他指出,生物與無生物最大的差異是新陳代謝,生物必須吸收養分、釋放廢物,因此生物所處的環境必然呈現「動態」特徵。例如動物吸收氧,釋放二氧化碳;植物透過光合作用將二氧化碳與水合成葡萄糖、釋出氧。因此大氣中的氧、二氧化碳一方面不斷消耗,另一方面又不斷新生,即使長期濃度不變,也一直在變動中。我們很容易將這種動態想像成「呼吸」。想知道一個行星上有沒有生物,只要偵測行星大氣的「呼吸」就行了。

天文學家沙根。(東方IC)
天文學家沙根。(東方IC)

正巧1965年9月法國庇里牛斯山高峰的天文台所做的觀測,顯示金星與火星的大氣以二氧化碳為主,其他成分極少,而且維持在靜態的平衡中。根據拉夫洛克,那是「沒有生物存在」的證據。因為生物一旦進入「靜態的平衡」,表示新陳代謝完全停頓,亦即死亡。此外,法國天文學家的觀察提醒了他:地球是顆與眾不同的行星,因為地球大氣裡氧占很高的比例。氧非常活躍,在極短的時間內就會與其他分子化合,例如二氧化碳便是氧與碳的化合物。但是地球大氣中氧的比例一直很高、很穩定。拉夫洛克突然靈光閃現,覺悟「地球大氣的組成一直受生物調控」。

在這個思路上,天文學家沙根(Carl Sagan, 1934-1996)給了他另一條線索──「年輕太陽問題」。太陽的熱力並不是一開始就這麼強的:大約40億年前,太陽誕生不久,熱力比今日低25%,要是當年地球大氣的組成與今日一樣,那麼氣溫必然很低,因此地表不可能有液態水。拉夫洛克聯想到溫血動物。溫血動物的本領在於:無論環境溫度如何變動,體溫始終維持在一定水準。於是在他心中,地球有了生物的性質:生物調節地表狀態,創造適合生物棲息的環境。所謂地表,包括地殼(海洋加陸地)、生物圈、大氣圈,它們形成一個能夠自我調節的動態系統。蓋婭假說的雛形於是誕生。

因此,美國的火星探測器還在規畫階段,拉夫洛克已掌握了火星並無生物存在的證據。1976年7月、9月,維京(Viking)一、二號探測器分別安全降落火星表面,沒有偵察到任何生命跡象,證實他的推論。

 

任何隱喻一旦流行,都有自己的生命,脫離發明人的掌控

那時拉夫洛克不但已當選英國皇家學會會員(相當於國家科學院院士),「蓋婭假說」也公開發表了,他提醒世人:地表一直維持適合生物生殖、生存的狀態,不是因為地球在太陽系中恰好處於某個位置,而是因為地球表面有生物生存。「蓋婭」這個名字是他的鄰居小說家高爾丁(William Golding, 1911-1993;1983年諾貝爾文學獎得主)建議的。高爾丁認為,任何偉大的點子都該有個偉大的名字。

 英國科學家、工程師拉夫洛克。(東方IC)
英國科學家、工程師拉夫洛克。(東方IC)

拉夫洛克把地球視為生物,是個隱喻,方便他討論生物與環境的動態關係,以及相關的環保議題。哪裡知道,神話、蓋婭、「活生生的地球」這些說詞的綜合效果,輕易就令人疏離了其中的科學,陷入神話宇宙論的思緒。「活的地球」不再是隱喻,成了「明喻」,許多人開始大力宣傳「生物有合作維持蓋婭健康的『使命』」。這條思路即使與環保議題都只有浮淺的聯繫,更無法啟發有意義的科學研究。

這是科學家的困境。我們需要簡明的隱喻,點明重要科學論點的關鍵,讓人容易領會。可是任何隱喻一旦流行,都有自己的生命,脫離發明人的掌控。「蓋婭」並不是孤例。

例如英國演化生物學家道金斯(Richard Dawkins)提出「自私基因」(The selfish gene)概念,並不是指控所有生物都生來自私,或者人天生就是自私的。事實上,由這個概念演繹出的預測,最重要的一個是:在許多情況下,合作是最佳策略。原來「自私基因」是為了解釋生物界隨處可見的合作現象而建構的。selfish這個英文字譯成「自利」比較達意──追求自己的利益,未必要妨礙他人的利益。另一方面,在經濟學經典《國富論》(1776)中,selfish(自利)也是關鍵字。看不見的手是自利心的產物。結果,無論自然世界還是人文世界,自利都能創造教人贊歎的秩序。

佛家真空妙有之理,凡人難以參悟,佛祖為普渡眾生只好方便說法。禪宗不立文字、不落言詮,正是看透了人心易於著相,又有別出機杼的本領。只不過,如何悟道仍然無解。

 

王道還。(王道還提供)
王道還。(王道還提供)

作者小傳─王道還

台北市出生,從小喜歡閱讀,但是從未想過寫作,因為小學五年級投稿國語日報兩次皆遭退稿。大學三年級起意外接到翻譯稿約,以後寫作亦以翻譯為起點(意思是抄襲)。

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在思想上,對於「思考」產生全新的認識,是在高二暑假讀了《西洋哲學史話》(台北:協志工業出版)、《相對論入門》(香港:今日世界出版社)兩本書。從高一起就對演化生物學發生興趣,後來以生物人類學為專業可能並非偶然,可是對科學史、科學哲學的興趣從未間斷。

更新時間|2018.07.03 02:27

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