2015年1月1日 星期四

讓宋朝人也能問宇宙問題──科學松鼠電影科技教室


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2015/01/02 第121期 訂閱/退訂看歷史報份直接訂閱
編輯小語 讓宋朝人也能問宇宙問題──科學松鼠電影科技教室
美的故事 《侏羅紀公園》大起底
美的生命 不是騙我的吧!? 科學松鼠 Q & A
精選推薦 你不可不知道的100首經典名曲
 
讓宋朝人也能問宇宙問題──科學松鼠電影科技教室

如果一個宋朝人穿越時空到了現在,被眼前的一切嚇傻了,我們有什麼方法,能在最短時間裡,撫平他脆弱心靈受到的震撼,讓他瞭解時代進展,適應現代生活?


也許該帶他去看一個月電影。


電影彙聚了我們這個時代的一切進展,一切成果。從航太技術到心理學,從醫學發現到女性解放程度,我們把各式各樣我們現在做得到的事,以及我們好像可以做到的事,都化成了大螢幕上的情節。

過去和現在,以至於想像力所能到達的未來疆域,電影、總是試圖要滿足我們永無止盡的好奇心。

本期華滋《談美》邀請到一群愛看電影的科學家──『科學松鼠會』──用他們打破砂鍋問到底的熱情,來為大家介紹電影裡種種有趣的科學問題。

這個世界的一切來龍去脈,一切細枝末節,一切有用的沒用的……讓我們心靈的疆域,得以大過現實的疆域。


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《侏羅紀公園》大起底
《侏羅紀公園》(Jurassic Park);導演:史蒂芬.史匹柏(Steven Spielberg)

  
無論從特效技術角度評價,還是對科幻愛好者的震撼,1993年上映的電影《侏羅紀公園》都算得上里程碑式的電影。

但本文要做的,除了吐槽一些不夠專業的細節,還要探討電影幕後一些嚴肅的……科學八卦。本文作者可是如假包換的恐龍達人,影片中古生物學家的原型,正是作者的導師!

* * *

哈蒙德博士在研究過程中發現一隻吸了恐龍血、被困在琥珀化石中的古代蚊子,他從蚊子體內的恐龍血中提取出DNA,複製出真正的恐龍, 並建造了一個「侏羅紀公園」。沒想到,公園發生意外事故後又遭人破壞,恐龍逃出造成了災難性局面……

對於古生物愛好者來說,《侏羅紀公園》三部曲是不折不扣的神作。當年,還在讀小學的我聽到這部電影終於被引進,便節約了 15 天的零用錢,走進電影院,貓起來連續看了三次。在影片誕生近 20 年之後,已經拼殺於恐龍屍骨中的我,寫下這句話的時候,手依然會顫抖。

對「80後」恐龍愛好者而言,除了日本的《恐龍戰隊克塞頓》的「特攝」恐龍以及《十萬個為什麼》中只有三頁的恐龍介紹之外,幾乎再沒有什麼途徑來瞭解這類神奇的動物。而1993年好萊塢那轟然一聲驚雷響,恐龍瞬間從紙張上、特攝模型中活過來了。毫不誇張地說,這部電影撐起了至少整整一代人的恐龍情結。

即便是在恐龍文化已經根深蒂固的美國,《侏羅紀公園》也意義非凡。此前的恐龍電影習慣於依賴定格動畫或真人扮演,而盧卡斯的工業光魔公司(Industrial Light and Magic)就像高尚的絕地武士,第一個站起來面對困境,電腦 CG 製作的恐龍成為電影歷史上一道分水嶺。影史上第一次出現了由數字技術創造的,能呼吸的,有真實皮膚、肌肉和動作質感的角色。

《侏羅紀公園》開場不久,一頭腕龍在吃樹上的樹葉並仰天長嘯的情景,不僅讓影片中的科學家們目瞪口呆,就連銀幕下的觀眾也都開始懷疑起自己的眼睛:這種已經滅絕了上億年的動物居然能夠在人世間的銀幕上重現?這種震撼不僅僅是一部電影所能帶來的,這是遠古生命帶給我們的、超越時空直達心底的感動,生命的偉大在此時得以淋漓盡致地體現——在晚白堊世那顆巨大的隕石撞擊地球之後的第65,001,993年 6 個月 11 天,拜《侏羅紀公園》所賜,滅絕多時的恐龍在這一刻得以借屍還魂了!


▋那些人

影片有一個不為人常提及的偉大之處,就是導演史匹柏充分尊重了古生物學家的意見。在古生物學家的幫助下,恐龍第一次擺脫了冷血的傻大個兒形象,滿腔熱血地向新世紀奔去。

對影片貢獻最大的兩位古生物學家,一位是「恐龍牛仔」約翰.霍納(John R. Horner),另一位便是我的導師,「拼命三郎」菲力浦.柯里(Philip J. Currie)。前者是熱血恐龍論的頭號鼓吹者,後者則是肉食性恐龍的世界權威。

先說我的導師菲力浦.柯里,他榮幸地被當成了片中古生物學家的原型人物。據說劇組來到他身邊,觀察多時,記錄滿滿,回去就造就了活靈活現的古生物學家亞蘭.葛蘭特。

片中的格蘭特愛恐龍如命,一心想把整個蒙大拿州的恐龍「解放」出來;喜歡嚇唬小孩子,片頭他就拿出恐龍大爪子,在小孩子肚子上比劃,「會把你開膛破肚哦!」

——柯里就是這樣的人。他全身心愛著恐龍,恐龍在他心目中的地位並列於家人;他愛死了野外挖掘,最大的願望就是死在挖掘現場;他童心未泯,經常在走廊上給我來上一拳,或者逼我吃烤不到兩成熟的牛排,說恐龍都是這樣過來的。

再說霍納。據說,在整個拍攝過程中,霍納一直對史匹柏比手畫腳,這裡不對,那裡要改,不改我就躺在攝影機前打滾了(他真做得出來)。

霍納是一個神奇的人。他從小學二年級就開始變成「後段班學生」,老師們都認為他是故意偷懶或者根本就是一個「白癡」。但他從小就對古生物學極感興趣,即便每門課程的成績都慘不忍睹,但只要一有長假,他就會到圖書館裡研讀科學類的叢書。進入大學對於霍納來說更是悲劇的開始,他花了七年還是沒有取得學位。窮途末路之際,他給所有古生物博物館寫信求職,終於在普林斯頓大學古生物部謀到個化石標本管理員的職位。從此,他便全身心投入他所愛的事業中去,在野外展開瘋狂的挖掘工作。

不久,老天終於為這位恐龍學界的「阿甘」露出了笑臉。1978 年夏天,霍納及好友馬凱拉(Bob Makela)來到落磯山丘竇鎮勘查化石。這裡有一間石頭小店,為了瞭解情況,霍納與店主老太太聊了起來,得知此地只有些鴨嘴龍的零散化石,覺得有點失望。此時突然天色一變,大雨傾盆。

下雨天留客天。老太太便留霍納哥倆喝杯熱咖啡,或許老太太覺得眼前的兩個小夥子有點學問,便拿出了一個咖啡罐,說裡面有一些前幾天在蛋山撿到的小化石,想請客官幫忙看看是什麼。說著就把咖啡罐一倒,小骨頭滾落在霍納與馬凱拉面前。霍納哥倆不看則已,一看嚇一跳,激動得半響說不出話來——眼前是北美第一個恐龍的胚胎化石!霍納一下子名震學界!

由於霍納有著長年累積的古生物學知識與經驗,史匹柏找上門去,拜託他讓電影中的恐龍變得更為生動逼真。霍納說過:「我知道我和別人不太一樣,不知道從何時起,我的思考方式就與一般人不同,但我因此能提出不同的觀點,看到別人無法看到的角度!」他沒讓史匹柏失望,他為影片中破殼而出的恐龍寶寶安上了小蛋齒,這一小細節令恐龍變得栩栩如生;然後,他踢飛了拖著尾巴的暴龍模型,告訴劇組:「暴龍不是長這模樣的!」

暴龍的姿勢一度是恐龍學的大難題。早年的研究者在裝架暴龍骨架的時候,總是無法把重達 2 噸的骨頭組合成心目中的形象——靈巧如大鳥的兇殘巨獸。所以他們只好將暴龍組合成直立而遲鈍的模樣,讓暴龍的尾巴拖在地上,以此來協助支撐身體。

簡單來說,那時候的暴龍,包括我們小時候看的暴龍,都活像一隻哥吉拉。

直到1990年,化石獵人蘇珊在南達科他州發現了迄今為止最完整的暴龍蘇1,其廬山真面目才得以昭顯。哥吉拉形態的暴龍是不可能成活的,因其脊柱承受不了這麼大的負擔。於是,人們不得不重新拼接博物館裡這具近 1.6 噸重的暴龍化石,將其改成頭呈低垂狀,身體和地面平行,依靠巨大的骨盆作為支點,同時以尾巴作為平衡整個身體的配重。它的頸部被擺成了一個大致的 S 形。距離1915年的首次裝架,時間已近百年,暴龍的形象終於得到修正。

霍納自然不能讓哥吉拉形態的暴龍出現在影片中,在他的堅持下,劇組按照最新的研究結論製作了完全符合解剖學標準的暴龍姿態。


▋那些事

雖然有耗資上千萬美元完成的 88 個電腦特效鏡頭和全世界最好的恐龍學者的各種鬼點子的幫助,鬼才史匹柏終於完成了這部神作——不過,這依然是一部好萊塢商業片,它不可能完全從科學的角度來描繪恐龍。其中有的想像的確被後來的化石證據所證實,有的想像則過了頭。


◎經典鏡頭重播一: 伶盜龍能呵氣?可以的,恐龍可是熱血動物!

除了上文提到的一些,霍納對此片的貢獻,還在於令所有熱血恐龍支持者看到熱淚盈眶的一幕「恐龍呵氣」!這口氣在哪裡?就在公園老闆哈蒙德的兩個寶貝孫子蕾克絲和提姆被一群伶盜龍堵在食品冷藏室裡那一幕。

劇組原來做好的伶盜龍模型是嘴裡不斷「嘶嘶,嘶嘶⋯⋯」吞吐著蜥蜴般分叉舌頭的。可霍納指出恐龍是熱血動物,不是冷血蜥蜴!史匹柏靈機一動,設計出一個極棒的鏡頭:一隻伶盜龍從冷藏室門上的舷窗外窺視屋內動靜,並且在冰涼的窗玻璃上呼出一片霧濛濛的哈氣,熱血的感覺撲面而來。不要小看這一口氣,它其實和恐龍研究史上的一大爭議有關。

這個爭議的源頭可以追溯到1964年,著名古生物學家奧斯特羅姆(John Harold Ostrom)在美國蒙大拿州發現了一具中型恐龍的化石,驚訝於該龍攝人的爪子,於是將其命名為恐爪龍。從身體結構上看,恐爪龍實在太敏捷與矯健了,所以奧斯特羅姆認為恐爪龍是一種熱血的恐龍,它們與鳥類有著高度的親緣關係, 「熱血恐龍論」誕生了。

奧斯特羅姆的得意門生,羅伯特.巴克(Robert T. Bakker)進一步探討了老師的假說。巴克認為恐龍進化到鳥,在生理代謝上也需有革命性的變更,即恐龍應具有高的新陳代謝率。1975年,他在《科學美國人》雜誌上發表了《恐龍的文藝復興》一文,直言不諱地提出恐龍是熱血動物,恐龍並未完全滅絕,鳥類就是恐龍後代。

巴克為此還寫了一本恐龍小說叫《紅色猛禽》,完全從一隻晚白堊世馳龍的視角來講述故事,裡面有一幕是馳龍一家子在雪地上玩得起勁,這高調暗示馳龍是熱血的。巴克正是如此極力鼓吹熱血恐龍的學說,鐵了心要把傳統冷血恐龍逼到窮途末路。這些舉措每次都挑起了恐龍熱血或冷血的大辯論,雙方從骨骼組織學、行走姿勢、捕食者與其被捕食者比率、地理分佈、取食行為、散熱與保溫、與鳥類的親緣關係等方面 PK 不斷,目前看來,熱血是佔據絕對上風的。


◎經典鏡頭重播二: 暴龍怎能追上吉普車?錯!這不科學!

至於影片中另一個經典場面,暴龍狂奔追殺吉普車那段, 更是打滿了問號。暴龍到底能跑多快?這是古生物學中一個非常受關注的議題。2002年,美國古生物學者通過電腦類比得出了答案。計算表明,動物的體重越大,它依靠兩足奔跑所需的腿部肌肉占體重的比例也越大。一隻普通的雞,腿部肌肉只需要達到體重的17%左右。

而一隻體重 6 噸的暴龍,如果它能夠奔跑,那麼它腿部肌肉的重量將超過身體總重量的80%,但現存的陸地脊椎動物的腿部肌肉一般不會達到身體重量的50%。所以學者認為暴龍的生理結構決定了它們不能奔跑,只能以每小時18~40公里左右的速度行走。所以,如果你下次開車遇到暴龍,別擔心,用力踩一下油門,即能全身而退。


本文內容參考自《有一天會成真!科學松鼠的電影科技教室》/華滋出版 ,科學松鼠會和它的朋友們

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◆科學延伸閱讀:《改變世界的探險家:植物獵人》 / 《改變世界的植物》

不是騙我的吧!? 科學松鼠 Q & A

▋人腦電腦資訊交換問題?


Q 《駭客任務》裡,生活在矩陣的人們腦後都有與電腦連接的介面,那麼除了視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等外,人腦能夠與電腦直接交換信息嗎?


A 暫時還不能。

  這個問題很有趣,「除了視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等外」的設定很嚴格,讓這個問題變成了另一個話題:人腦是否可以直接和電腦交換數據?我想到的東西可以直接傳遞給電腦;而電腦裡面存儲的資料,也可以直接傳遞進我的大腦?

  如果成真的話,這會是多麼美好啊。然而可惜的是,這暫時不會成為現實;而這個暫時,可能是很長的時間。究其原因,我們對大腦的工作原理,還所知太少。的確,現在可以單憑想像來簡單地控制計算機或者機器人,但是卻沒有辦法讓電腦往人腦中寫入資料。目前人腦和電腦交換資料只能是單向的,而且還在很初級的階段。

  現在人們已經可以使用腦電或者功能性磁共振等方式來控制計算機,市場上也已經出現了一些玩具,可以讓人們直接使用想法來玩簡單的遊戲。更精確一點的方法,是將電極植入腦內,根據大腦運動皮層的腦電波來判斷人的意圖,然後將之傳輸給電腦,以控制機械手或者其他工具。精度不錯。

  這就是目前人們能夠做的最好程度了。如果想將想法變成一幅圖畫或者一篇小說,目前還不行;如果要單憑想法來控制滑鼠指標,目前也做不到。這些大腦活動太複雜了,人們目前還無法解讀;而直接將資料寫入人腦,更只是科幻小說和電影裡的內容。畢竟大腦不是硬碟,存儲記憶時到底發生了什麼,這些資訊是如何組織的,以及對大腦的結構到底造成了什麼樣的影響,目前還沒有人知道。



▋平行世界問題?


Q 電影《啟動原始碼》裡,主角每次進入源代碼世界,都會遇到些許不同的情節,比如,有位乘客把咖啡滴到他鞋上,第一次克利斯蒂娜沒有幫他擦,第二次卻拿出一張紙巾。為什麼源代碼世界不是固定的代碼、固定的歷史重現,而是延伸出一個受主角行為影響的平行世界呢?


A 平行宇宙(parallel universes),或者叫多重宇宙論(multiverse),其實是在物理學裡尚未被證實的理論,它認為在我們的宇宙之外,很可能還存在著其他的宇宙。這個詞很早就被人提出了,之後有許多科學家對之提出過自己的詮釋,在這些不同的詮釋裡,很多基本設置都會大相徑庭。

  《啟動原始碼》裡面運用的,應該是流傳最廣的、由休•艾弗雷特(Hugh Everett)提出的一種。此人的老師是哥本哈根學派最後一位在世的牛人,所以,艾弗雷特也算是量子力學的一位重要人物了,他的多重宇宙理論由量子力學而來:一個事件發生之後可以產生不同的後果,而所有可能的後果都會形成一個宇宙;此類宇宙可歸屬於第一類或第二類的平行宇宙,因為這類宇宙所遵守的基本物理定律依然和我們所認知的宇宙相同。

  為什麼我會認為電影裡用到的是艾弗雷特的模型?首先是因為電影裡面的物理定律在各個世界都一樣適用。另外,你問的問題包括了這句「延伸出一個受主角行為影響的平行世界」,在量子力學的框架下,觀測者的行為會影響觀測對象的結果。

  說說這個艾弗雷特吧,他是曾來過中國的搖滾樂隊 Eels 的主唱馬克•艾弗雷特(Mark Oliver Everett)的老爸。兒子作為搖滾明星,在孩童時代一直不是很懂那個滿腦子怪怪想法、對自己似乎也不是很好的父親,但是後來他參與拍攝了一部叫做《平行宇宙》的科學紀錄片,用這種方式去接近、理解自己已經過世了的父親。那個片子不錯,建議大家可以找來一看。


本文內容參考自《有一天會成真!科學松鼠的電影科技教室》/華滋出版 ,科學松鼠會和它的朋友們

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◆解謎思考延伸閱讀:《日本文具設計大揭密》 / 《鐵路的迷你世界:鐵路模型》

你不可不知道的100首經典名曲

★榮獲國立台灣藝術教育館「中小學優良藝術出版品」推薦

名曲之所以經典,在於樂章的雋永有味;樂章之所以傳世,在於作曲家對每個音符的精雕細琢。

巴洛克四平八穩的樂風,曳曳獨絕;情感充沛的浪漫樂派,瑰麗雄奇;體現澎湃民族風情的國民樂派,質樸雅麗;而變化萬千的現代樂派,摧枯拉朽,風華獨具。

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這本書共挑選出100首在音樂史上赫赫有名、大家耳熟能詳、扣人心弦的名曲,從它的創作者、創作背景、成功的演出、有趣的創作故事、音樂家軼事,兼談相關的音樂知識;年代跨越了巴洛克樂派、古典樂派、浪漫樂派、國民樂派到現代樂派,概括了音樂史上重要音樂大師的精心傑作。


1/16(五)《你不可不知道的100首經典名曲》,與你一同享受古今美好的樂音。

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