眺望宇宙演化的盡頭

光陰似箭、歲月如梭、時光荏苒、流年似水、彈指之間、斗轉星移、電光石火，莫名其妙又過了一年，老了不想面對的一歲。

你知道嗎？在非洲，每六十秒，就有一分鐘過去，雖然我不是數學家但這聽起來還不錯，對吧？雖然，傳說中上帝對人是公平的，每個人的一天都是二十四小時，可是為何很像在餐廳點菜，隔壁桌的看來更好吃──別人的時間都比我的多？

時間究竟是什麼呢？是一種主觀感受而已嗎？還是一種客觀的物理標量。無論時間是什麼，你在讀到這裡的時候，它正在流逝中，即使你不想面對，它也還是悄悄流走。

我們短短的一生，頂多上百年吧？在這個有137.87±0.02億年老的宇宙，真的連微不足道都不算。然而，儘管人生苦短，可是我們的心靈卻可以如脫韁野馬，在宇宙黃泉中上下而求其索，用無邊的想像力遨遊在四度甚至十度空間中。

如果時間對所有人都公平，那麼最適合探討時間的，不就是物理學家嗎？也只有我們對這個世界的認識因為科學而愈來愈清楚，我們才懂得過去發生的許多事情，然後拚命想像未來。

這本《眺望時間的盡頭：心靈、物質以及在演變不絕的宇宙中尋找意義》（Until the End of Time: Mind, Matter, and Our Search for Meaning in an Evolving Universe）作者布萊恩．葛林（Brian Greene）用理論物理學家的心靈，在浩瀚無垠的宇宙中，以更哲學、藝術和人文的視角，探索時間的意義。他是美國哥倫比亞大學物理學暨數學教授，擔任該校理論物理學研究中心主任，並以超弦論開創性發現著稱。








弦理論主張，自然界的基本單元不是電子、光子、微中子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的宅東西實際上都是很小很小很宅的弦閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。弦理論還指出，我們所處的宇宙空間是十個物理的空間再加上一個時間的空間。這些空間之所以不會被我們察覺到是因為他們都被「壓縮」到了很小很宅的空間當中。 葛林主要的科學貢獻就是研究這些「壓縮」起來的空間的形狀和形態。

葛林之前最有名的作品有《優雅的宇宙》（The Elegant Universe）、《宇宙的構造》（The Fabric of the Cosmos）以及《隱遁的現實》（The Hidden Reality），雖然我都未曾拜讀過，可是卻久仰他的大名。我不曉得《眺望時間的盡頭》和這幾部暢銷書相比如何，但說實在話，這不是本能夠輕易讀懂的書，因為葛林實在太旁徵博引。很肯定的，他是極為博學多聞、觸類旁通的科學家，造就了這本的博大精深，但對讀者的功力也有一定的要求。

葛林更著名的是他普及理論物理的工作，尤其是弦理論與尋找可以解釋所有物理現象的萬有理論──統一場論。他的處女作《優雅的宇宙》，進入了普立茲獎非小說類型圖書的決賽，並且於2000年榮獲了皇家學會的科普書獎項 。美國公共電視網還為《優雅的宇宙》製作了一個科學紀錄片。

葛林的知識涉獵範圍愈來愈廣，從大爆炸出我們這個宇宙後，從最小的夸克到意識的誕生，從生命的起源到語言的誕生，都是他關心的主題。就像人都會經歷「生、老、病、死」一樣，宇宙註定要歷經「成、住、壞、空」。我們目前見到的所有有序，從恆星和星系，再到生命和意識等等，愈來愈有序只不過是假像，短暫的有序，不僅是符合熱力學第二定律的，而甚至可以說是要加速全宇宙熵增的速度。不管至高無上的神存不存在，宇宙終究會回歸寂靜冷清的原子游離狀態。所有生命都僅是曇花一現，可是他卻仍想把握永恆的道理。

與其說是部結構嚴謹的科普書，《眺望時間的盡頭》其實似乎是葛林參與了賞析宇宙大爆炸後的各種作品，更像是學生參觀了博物館後的心得報告吧，只是這個博物館包羅萬象。又或者，這是本寫給時間的情書集。

我們在科學上，或者再往後追溯，哲學上對萬事萬物之道的探索，恐怕不是吃飽了沒事幹而已，因為那樣的話，我們就盡情狂打嘴炮就好。我們在科學上狂操腦力，瘋狂地建構和推導出一個又一個理論，包括葛林最擅長的超弦理論，是因為我們對永恆仍抱有幻想和期待──一個無懈可擊的理論彷彿超越了生死輪迴。

其實，不需要葛林在《眺望時間的盡頭》一再提醒我們，任何有識之士都清楚，我們即使能透徹地理解宇宙，甚至充分解開了暗能量和暗物質之謎，然後把這些知識千秋萬世、分毫不差地傳承下去，仍然逃不過質子衰變和熱力學熵帶來的最終宿命。當然，那是幾十億年後的事，我們人族的歷史在宇宙中只有短暫的幾百萬年，連未來幾十億年的千分之一都不到，相較之下，果真是「寄蜉蝣於天地，渺滄海之一粟。哀吾生之須臾，羨長江之無窮」。

然而，可能誠如《眺望時間的盡頭》引述美國詩人艾蜜莉．狄更生（Emily Dickinson，1830－1886）說的：「永恆，是當下構成」以及美國作家梭羅（Henry David Thoreau，1817－1862）的「每個片刻中的永恆」，我們用自己的行動來驗證永恆，而非讓永恆來主宰我們。

我相信，只要我們人類還有存在的一天，無論我們是否已移民多個星系，就像《基地》（Foundation）或《沙丘》（Dune）裡那樣，或者是被獨裁暴君亂投核彈把文明摧毀再重來反覆無常，這樣的叩問深植到我們人性之中，或許我們仍會像葛林在《眺望時間的盡頭》中叩問的一樣，總有些阿宅會把同樣的問題一再重提，在那樣的心靈中，刹那即永恆。


本文原刊登於閱讀最前線【GENE思書軒】

閱讀全文...

誰發現恐龍有了羽毛？

「恐龍XX」現在居然可以是罵人的話，不小心還會被提告。

弔詭的是，和曾在地表上稱霸兩億多年的恐龍相比，我們人屬人類的歷史也頂多兩百多萬年而已，僅僅是百分之一。

或許有阿宅會發現，我的數字似乎搞錯了，恐龍從兩億三千萬年的三疊紀現身到六千五百萬年的白堊紀大滅絕，加減之後哪來的兩億多年呢？

其實關鍵是，恐龍並沒有全都滅絕，其中一支獸腳類恐龍演化成了鳥，現在就好端端地生活在我們周遭。不相信的話，打個賭？輸了我請吃恐龍肉哦！

發生大滅絕的是非鳥類恐龍，鳥類恐龍已興盛到演化出近一萬個物種，而且族群數量上也出類拔萃。單單我們養的雞鴨，全球的總數就比人口還多很多，不明就里的外星人可能還以為統治世界的是貓⋯⋯哦不⋯⋯是雞鴨。

鳥類的羽毛，甚至都不是鳥類出現後才演化出來的，而是繼承自牠們的獸腳類恐龍祖先，劇情東拼西湊、毫無新意的《侏羅紀世界：統霸天下》（Jurassic World Dominion）也要到了2022年才把十幾年前連小學生就早已熟知的帶羽毛恐龍用無厘頭的方式出場，儘管這三十幾年來，在頂尖科學期刊中每年都有帶羽毛恐龍的新化石發表。

恐龍研究的進展，拜恐龍在大銀幕的現身，愈來愈日新月異，在資訊爆炸的亂世中，熱愛恐龍的大小阿宅該如何安身立命呢？這本深入淺出、生動有趣的科普好書──《誰讓恐龍有了羽毛？ ：從顏色、行為到奔跑速度，科學如何改寫恐龍的歷史與形象》（The Dinosaurs Rediscovered: How a Scientific Revolution is Rewriting History），能帶你回到那個與龍共舞的中生代一探究竟，並且認識到牠們有些其實還活在我們周遭，而不僅是在大小阿宅們的內心中。




《誰讓恐龍有了羽毛？ 》作者是知名古生物學家、任教於英國布里斯托大學（University of Bristol）的麥可．班頓（Michael J. Benton），他系統性探討了關於恐龍的各種知識，在導言和後記中還很認真嚴肅地講解了什麼是科學以及真正的科學方法。這些觀念非常重要，畢竟非鳥類恐龍滅絕太久了，所有關於恐龍的知識都要從化石等補殘守缺的間接證據而來，分辨究竟科學能夠帶我們走多遠是很重要的。

「恐龍」（dinosaur）一詞在1842年才被創造出來，是古希臘文「恐怖」（deinos）和「蜥蜴」（sauros）拼成的，讓人顧名思義地對牠們敬而遠之。恐龍長期被認作是中生代巨大而笨重的動物，拖著尾巴度過一生，最後是蠢死的，然後更優越的哺乳動物才起而代之。這個被汙名化的形象跟了牠們一個世紀多，現在也仍如影隨形著。

《誰讓恐龍有了羽毛？ 》的書名原文「The Dinosaurs Rediscovered」意即「重新發現的恐龍」，一點也不誇大，因為班頓確實補充了大量近年對恐龍在科學上的重新理解，回答了許多大家都感到好奇的問題，例如恐龍能跑多快？恐龍會游泳嗎？恐龍是溫血的嗎？恐龍如何交配？恐龍的DNA或蛋白質還能在化石中找到嗎？恐龍全身的肌肉量有多重？為什麼恐龍長這麼大？恐龍會照顧小孩嗎？育幼的行為又是如何？暴龍那搞笑的纖細手臂是幹嘛的？以及矯正《侏羅紀世界》系列電影散播的各種誤解。

姑且不論《侏羅紀世界》系列中的許多恐龍是基因工程改造成比原本的還大，其實在白堊紀中，有許多非鳥類恐龍的身型大小甚至比雞還小。當然，還是有恐龍重達十公噸，從鼻子到尾巴尖超過15公尺，是曾經在地表陸地上行走的最大動物。

從麥可．克萊頓（Michael Crichton，1942─2008）原著被大導演史蒂芬．史匹柏（Steven Spielberg，1946─） 改編成大銀幕革命性的1993年科技驚悚電影 《侏羅紀公園》（Jurassic Park）開始，在中國陸續出土了帶羽毛恐龍的化石，改寫了我們原先對恐龍的各種誤解。

因為研究的是過去存在的生物，古生物學甚至現在都被誤解成是門過時的學科。諾貝爾獎得主、西班牙裔美國物理學家路易斯．阿爾瓦雷斯（Luis Alvarez，1911─1988）甚至還嘲諷道：「我不喜歡說古生物學家的壞話，但他們真的不是很好的科學家。他們比較接近集郵人士」。其實，在 《侏羅紀公園》問世前，曾經有好幾十年時間，恐龍研究在學術界很不入流，投入更多的是業餘愛好者。

這本《誰讓恐龍有了羽毛？ 》卻要讓我們認識到，古生物學本來就是門跨領域的學科，結合了地質學、生物學、生態學、生物力學、統計學等等。古生物學家才不是在田野玩沙挖化石就了事，在這近三十年間，為了攻克各種出土的恐龍化石之謎，古生物學家更是無所不用其極地在實驗室中應用了諸如數位成像、紅外光顯微鏡、拉曼光譜、質譜儀、電子顯微鏡、電腦斷層掃描等等高科技儀器，近年發表在頂尖科學期刊的論文更是用上各種極為複雜的量測和統計方法。

舉例來說，過去我還是學生時，對媒體上那些藝術家描繪的恐龍樣貌有個很大的疑惑，就是他們如何得知恐龍皮膚的顏色？好吧，即使我們現在已知恐龍不是光秃秃的，那麼牠們的羽毛顏色呢？那些上色的工作，與其說是科學目的，還不如說是為了美觀吧？

近年來，科學家開始在掃描電子顯微鏡的圖象中，發現了那些化石的羽毛，原來還保有原初的色素囊胞的形狀，而我們從現生鳥類的羽毛可知不同顏色的黑素體的形態是截然不同的，於是我們有了還原恐龍或遠古鳥類羽毛顏色的能力！甚至是一些以非化學色素的方式而是以羽毛表面奈米結構反射特定波長光的物理色，也能在參考一些現生鳥類帶有物理色的羽毛來試圖還原那些恐龍七彩繽紛的羽色。因此，像是中華龍鳥（Sinosauropteryx）和近鳥龍（Anchiornis），就最早用此方式得知牠們橙褐色和黑色、黑白相間的羽毛分佈。近年古生物學家也利用拉曼光譜分析出恐龍蛋的顏色。








恐龍界的霸主應該就是暴龍了吧？暴龍到處撕咬其他恐龍和阿宅們，也是《侏羅紀世界》系列的賣點吧？暴龍究竟能咬得多兇狠呢？ 班頓在《誰讓恐龍有了羽毛？ 》告訴我們，當一塊三角龍的骨頭被發現時，上面有一個三公分深的缺口，科學家對這個缺口做了一個模型，發現它與暴龍牙齒的尖端吻合。然後他們製作了一個牙齒的模型，並把它打入牛骨。他們計算出需要一點四公噸的力量，才能如此深入地穿透三角龍的骨頭。後來的研究更顯示，暴龍的咬合力可高達五點八公噸。




非鳥類恐龍究竟是突然滅亡，還是漸進滅亡的？班頓在《誰讓恐龍有了羽毛？ 》的附錄列出了百種不同的假說。我們現在很可能就活在發生了第六次大滅絕的時代中，理解那些地球曾經的霸主究竟如何僅剩下化石供人瞻仰，對於我們評估現在環境的風險和危機是非常重要的！

除了這本《誰讓恐龍有了羽毛？ 》，另一本近年出版的《恐龍一億五千萬年：看古生物學家抽絲剝繭，用化石告訴你恐龍如何稱霸地球》（The Rise and Fall of the Dinosaurs: A New History of a Lost World）也是能讓人更加認識和瞭解恐龍的科普好書，讀完了這兩本好書，相信你一定能夠寫出比《侏羅紀世界》系列三部曲更科學嚴謹、更緊張刺激、更發「龍」深省、更引「龍」注目、更打動「龍」心的科幻電影劇本！




本文原刊登於閱讀最前線【GENE思書軒】

閱讀全文...

尋找母樹的智慧

不是只有人類會交際，樹木之間也會交際。

樹木能透過地下真菌網路「樹聯網」（Wood Wide Web，WWW）交流、交換資源，不同種類的樹木也會互助，傳遞氮、磷等營養物質度過難關。樹與樹透過真菌網路在祕密交流，這些真菌長在樹根裡和土壤中，對樹木生長至關重要，它們從土壤中吸收養分、水分供給植物，植物則提供醣類等有機物質作為交換。如果我們傻到利用農藥試圖根除那些真菌，無疑是讓森林走向毀滅，加劇碳排放。了解了這樣的森林生態機制，才能保護生態環境、應對氣候變化。

德國森林看守人彼得．渥雷本（Peter Wohlleben）在《自然的奇妙網路》（Das geheime Netzwerk der Natur）和英國生物學家梅林．謝德瑞克（Merlin Sheldrake）在《真菌微宇宙：看生態煉金師如何驅動世界、推展生命，連結地球萬物》（Entangled Life: How Fungi Make Our Worlds, Change Our Minds & Shape Our Futures）就讓我們認識到樹聯網的威力，見識一下森林土壤中那個龐大的網路，如何把整個森林緊密地聯繫在一起。而他們書中描述的菌根讓樹木之間互通有無和消息那樣不可思議的現象，其中最重要的環節和知識，就是主要由加拿大森林生態學蘇珊．希瑪爾（Suzanne Simard）提出和發現的。

這挑戰了在演化生物學和生態學中，合作的重要性低於競爭的普遍理論──森林不僅僅是爭奪陽光和養分到你死我活的單個樹木集合，而是一個有生命的、互動的社群，顛覆了過去對樹木之間為爭奪水、礦物質營養和獲得陽光而彼此激烈競爭的傳統看法。希瑪爾在年輕時面臨著男性同事的嘲笑和性別攻擊，可是她的研究成為解決林業問題的關鍵，開啟了永續林業的改革。

希瑪爾在《尋找母樹：樹聯網的祕密》（Finding the Mother Tree: Discovering the Wisdom of the Forest）中告訴我們，森林中的樹木與真菌菌絲相互依存。樹木和其他植物透過各自的根部和菌絲結構交換糖分，並分享和交換微量營養素。希瑪爾介紹了她的研究，探討了真菌如何與多種樹木的根系跨物種地連接，在森林群落中創建微量營養素的交換管道，以分享這些營養素以及其他分子。








希瑪爾帶領我們回顧她在北美森林中的職業生涯，在成長過程中，她就被五顏六色的腐殖質和礦物土壤層所吸引。她的家庭和森林有很強的紐帶，父親就來自加拿大西部的伐木家族，父親的父輩和兄弟在危險的伐木工作中九死一生，她年輕時也在伐木廠打過工，長期在英屬哥倫比亞省的森林工作，那是世界上最後一片溫帶雨林的所在地。

在北美，伐木業為了把高緯度針葉樹收益最大化，不讓經濟價值低的赤楊、白樺搶走松、杉等高經濟價值樹木的陽光、養分，常用直昇機噴灑農藥對它們趕盡殺絕，並且在多雨的沿岸山脈大把大把狂撒氮肥。然而，奇怪的是，那些精心栽種的花旗松，幼苗卻青黃不接。反倒是那些乏人照顧的老熟林，野生樹苗卻老神在在。

永續發展的林業並不是在其他樹木被砍伐後重新種植那麼簡單，哪些要伐除、哪些要保留的難題對森林恢復和保持健康的能力有著巨大的影響。希瑪爾在林中工作，為林務局確定樹木產量、除草劑使用和物種多樣性之間的聯繫。為了找出人工林中造成雲杉幼苗病懨懨而附近森林裡的幼樹卻茁壯成長的原因。她設計了嚴謹的實驗劃地狂灑農藥，還遇到侵佔國有土地的農民的威脅和攪局；在實驗過程中，她也因為口罩佩戴不當，差點狂吸入放射性物質。儘管她的田野和實驗室研究極為辛苦和有些致命，她的努力不懈拼湊出森林生態學鮮為人知的非凡奧秘。

希瑪爾逐漸發現，野生的花旗松，根尖長滿各種真菌菌絲，它們把土壤中樹木不易吸收的水和鈣、鎂等礦物質，餵養給花旗松。她還進一步發現，赤楊不旦沒有干擾松樹牛長，還讓後者的樹冠長得更寬廣。原來赤楊主根吸水後，會從側根送到乾燥表土，松樹才能如降甘霖。如果只是自私地種植松樹幼苗，雨水會很快流失，還會順便沖走表土。

希瑪爾利用碳放射性同位素來追踪樹木如何透過菌根真菌錯綜複雜的相互聯繫網絡來彼此分享資源和資訊。白樺樹在夏季透過菌根網絡向冷杉樹提供糖分，而冷杉則透過在春季和秋季向白樺樹提供食物來回報，因為此時白樺樹已落了葉。她甚至還發現，樹木能識別自己的親屬，並把大部分的資源賞賜給它們，特別是在樹苗最脆弱的時候。

希瑪爾發現的諸多唇亡齒寒案例當中，還有赤楊根內部共生的弗蘭克氏菌，能夠固氮。赤楊和松樹共用菌根菌，秋天赤楊落葉腐爛後，松樹就能從土壤中攝取那些氮；白樺根部的真菌除了能為土壤增添養分，還能夠抑制致病的蜜環菌，保護身邊的花旗松免於根腐病。白樺若被砍伐，花旗松會染病而死。如果白樺被農藥摧殘，免疫力下降，感染蜜環菌，花旗松也會遭受池魚之殃；她讓花旗松感染西部卷葉螟，花旗松居然把一半光合碳倒給根和菌根，其中一成傳給隔壁的黃松。染上卷葉螟後，花旗松就提高防禦酵素含量。不到一天，旁邊的黃松也提高了防禦酵素含量。

由此可見，森林不是孤立的生物體的集合，而是不斷發展的關係網。樹木通過複雜的真菌網絡進行地下交流，健康的森林以母樹為中心，母樹作為養分分配的紐帶，協調一個強大的網絡，治愈、餵養和維持森林的其他成員，在其他相同或不同樹齡和物種的樹木之間分享養分，這些樹木通過廣泛的菌根網路在化學上和物理上聯繫在了一起。

希瑪爾在《尋找母樹》回憶到，其他科學家在第一次聽到她的發現時，毫不掩飾地嘲笑她，學術界的大佬也無情地批評她。可是她也有著寶貴的友誼、關係、婚姻，那些自傳內容，也是她人生最重要的網路。

希瑪爾並非是一帆風順的科學家，她在大學和研究所的學習，最初主要是為了應對她在林務工作中面對到的實際問題。原本，希瑪爾相信，如果她能展示一種能使樹木更健康、更強壯的林業管理方式，那麼政策制定者就會聽從。然而，她的想法挑戰了根深蒂固的現狀，即認為培育快速生長的單一樹種才是最具成本效益和利潤的林業管理方式。林業工作者更容易從小規模的角度考慮問題，優先考慮快速回報，關心單一樹種的簡單方式。

希瑪爾在林業局的工作走到了死胡同後，她轉到了學術界發展，有了研究的自由，允許她的科學問題進一步發展，並招聘研究生來幫助回答這些問題。她在加拿大頂尖的大學任教，現在是英屬哥倫比亞大學森林系的教授。可是工作的通勤和忙碌，也讓她犠牲了婚姻。後來她還罹了癌，離婚後和女物理化學家相戀而勇敢出櫃。她的工作還啟發了大導演詹姆斯‧卡麥隆（James Cameron）在其2009年票房大賣的《阿凡達》（Avatar）中神一樣的 「靈魂之樹」的設定。

無論是對女性科學家的人生，或者如何闖出偉大的科學新天地，或是對樹聯網感到好奇，《尋找母樹》是本不可多得的好書！




本文原刊登於閱讀最前線【GENE思書軒】

閱讀全文...