在七月三十一日的閱讀

第六部  從教堂、大腦到星球

21 大小與形狀

不管我們如何讚嘆萬物的多采多姿, 我們還是要體認, 生物基本的設計都具有一定的準則, 這個規律最明顯的地方就是生物大小跟形狀之間的相關性。

長X長X長VS長X長
三度空間的幾何學本身, 就是大小和形狀之間具有相關性的主要原因。

科幻一點兒也不科學

大教堂裡的玄機

如果狗像大象

在七月三十日的閱讀

20 大陸漂移說怎麼變正統了?

科學還是人的活動
大陸漂移說變正統, 為什麼短短的十年內會有這麼明顯的改變呢? 在舊理論的指導之下, 用舊的方法蒐集到新事實, 不太可能會改變原來的想法。唯有創造性的想法才是改變一般人觀點的主要源動力。

冰河疑雲
古生代末期的冰河現象, 如果大陸不會漂移, 那麼這種分布狀況將非常難以解釋。如果我們假設某些大陸是接在一起, 之後位置移動。這些疑點自然就會煙消雲散。關於三葉蟲的分布狀況也是如此, 經由大陸漂移學說就可以漂亮地解釋這個難題。

千里一線牽
由於沒有解釋移動的適當機制, 所以漂移理論看起來似乎很荒謬。1932年衞理斯提出一項理論, 希望能在"陸塊不曾漂移"的前題下, 圓滿的解釋古代冰河奇異的分布狀況。他提出的是"地峽"。地峽是指寬度很窄的陸橋。

寧可信其有
蘇契特教授非常欣賞"地峽"這個理論, 認為它可以完全解決了地質史上的難題。事實上, 所有的這些路橋都有一個共同的特質--全都只是想像, 沒有一點直接的證據能告訴我們它們曾經存在過。

"大瞻的假設"解難題
所謂的"不可能"這件事, 通常是我們理論本身在畫地自限, 並不代表大自然真的不會發生。革命性的學說通常會帶來無法想像的事物。當海床從創造地區被推開時, 大陸漂移只是正統新學說"板塊構造理論"的必然結果而已。

擦亮你的眼睛
事實上, 現代人在解讀所有的數據資料時, 兩隻眼睛大概都已經被所謂的正統理論給蒙蔽了。其實在我們這個複雜的世界裡, 並沒有所謂的"純事實"。歷史的教訓從來沒有說正統理論是不可動搖的。因為我的直覺認為, 板塊構造學基本上是對的, 而且我的情感也告訴我, 科學的探究實在太令人興奮了!

在七月二十七日的閱讀

19 碰撞中的異端--維里科夫斯基

維里科夫斯基在"碰撞中的世界"這本書中所提出的一項重要理論: 金星從木星中蹦了出來, 變成了一顆彗星, 最後幾乎和火星撞在一起, 而到了現在的軌道。火星因此離開了正常的軌道, 險些撞到地球。

碰撞中的世界
以上的故事像是深夜電視的劇情。但是每個時代處理異端的方法也有所不同。十六世紀被活活燒死, 或是被拘禁。反觀二十世紀的維里科夫斯基不但獲得極大的名聲, 還賺了不少版稅。簡單的說: 維里科夫斯基自己再創造了一套行星運動科學, 好讓古代的傳說句句為真。

挑戰現代地質學
1955年維里科夫斯基出版了"混亂中的地球"對現代地質學發出戰書, 他從過去數百年的地質學的文獻中, 蒐尋有關大災變的紀錄, 並開始找災變的共同原因, 是因為宇宙中其他星體所產生的電磁力, 來解釋這些現像。


沸騰的海洋
他假設事件影響深遠, 那麼這個事件一定是突然發生的。更新世的巨大冰層, 他認為一定是整個海洋沸騰 起來之後, 再冷卻所造成的結果。但事實上, 冰河並不是一夕之間造成的。維里科夫斯基卻在他所舉的例子中, 把這些地區性的事件向外推衍為全球性的事件。


實在太漫不經心
維里科夫斯基總是使用一些過時的資料。他做事的態度不但不夠仔細精確, 而且還耍了些手段, 變了些戲法。在書中充斥了小錯誤以及片面的事實。對文獻也完全沒有理解。他還認為火成岩中, 藏有數不盡的活生物化石。

不是因為地球翻身
維里科夫斯基的地軸轉動理論不但輸給板塊理論, 就連他的災變論的立場也完全給賠掉了。板塊構造理論的確為漸變論提供了一個漂亮的驗證。

千萬別輕易相信專家
"維里科夫斯基效應"倒是糾出了一個常令人到困擾、同時也非常發人深省的問題--科學對大眾的衝擊性。一個外行人面對專家們不同的意見, 要如何判斷誰對誰錯呢? 


不是人人能贏
現代科學當中有許多基本的想法, 最初都是出自非專業人士所提出的異端奇想。但每一位成功的異端背後, 其實都還有上百個早已被遺忘的人。

在七月二十六日的閱讀

18 不變、漸變、大災難

古代西方人相信, 人類是上帝最寵愛的子民, 所以宇宙中佔有最重要的地位。然而每當科學家發表了一項重大的發現, 就使這個最初的信念受到一次打擊, 愈發顯得人類的不重要。地球的生命已經存在很久了, 人類所佔據的時間, 只是其中最短的一刹那而已。

追悼萊伊爾
1975年我們悼念英國的地質學家萊伊爾逝世百周年。十九世紀的初期地質學被災變論學者所壟斷, 在1830年出版了他那本革命性的書"地質學原理"第一卷, 宣稱地質史是沒有時間限制的, 提但漸變論的哲學。使得地質學能從神話蛻變為真正的科學。

大壞蛋怎麼稱頌起警長呢?
當我在哈佛大學的圖書館的古書堆中, 無意間發現了一本萊伊爾的"地質學原理", 裡面還有阿格西的的眉批。阿格西是災變論的地質學家, 眉批中雖然處處批評, 但最後仍給了萊伊爾極高的評價。萊伊爾是一名律師, 他用了兩個技巧來使得他的漸變論看起來像唯一真確的地質學理論。

豎立稻草人
首先他先豎立一個稻草人, 以做為眾矢之的。許多後輩以為在那個時代, 真有許多科學家反對漸變論。事實上在萊伊爾那個時代, 災變論者是堅強的實證派, 完全以證據為依歸, 而不是完全是盲目為神學辯解的大師。


煮了一鍋大雜燴
其次, 萊伊爾的漸變論其實是混雜了很多主張的大雜燴。企圖想把實質的主張和方法論的主張混到一起, 以博得大家接受。萊伊爾的漸變論包含著四個不同的主題。


被冷落的主張
第四、自地球成形以來, 它基本上是一樣的; 也就是地球的外貌是一致的。萊伊爾基於這樣的想像, 他提出了一個跟所有證據都抵觸的假設, 整個化石紀錄, 只是大循環中的一小部分而已, 而會一再的重覆發生。


現代地質學雙贏
反觀災變論者, 他們倒是比較實情實說。他們在生命史裡看到了方向性, 更相信生命的演化不會回頭。所以我們事後來看, 他們是對的, 萊伊爾則錯了。事實上現代地質學, 是兩個科學門派的融合漸變論和災變論。方向性和動態平衡這兩種觀念是可以互相協調的。

在七月二十五日的閱讀

第五部  關於這顆地球

17 伯內特牧師的骯髒小行星

英國牧師伯內特在17世紀寫了一本當時非常流行的地質學著作"地球的神聖理論", 他想要把聖經中所說、過去和宋仌所要發生的事情, 完全用地質學的原理來解釋。科學跟宗教跟本就是天生的死對頭, 科學逐漸侵入了原來宗教所佔有的知識領域, 而且宗教還正在節節敗退。

誰才是科學的真正的敵人?
事實上, 科學與宗教間真正的關係, 遠比以上所說的還要複雜多變。科學最永恆的敵人, 並不是宗教, 而是非理性主義。宗教其實常常是積極主動地替科學催生的。獻身於神的伯內特最後是被非理性的力量給打敗的, 其實他是那個時代深具科學精神而又具有理性的學者之一。

看看伯內特怎麼說
伯內特第一個問題, 是追問諾亞方舟時的大洪水到底來自何方? 他認為, 現代的海洋絕不可能把地球上的高山完全淹没。伯內特被迫提出下面的說法來解釋地球的歷史: 地球沈殿成為完美的大圓球, 所含的物質依密度分層排列,最外是空氣, 然後是液體層, 中心是岩石和金屬。人類不服從上帝所遭受的處罰, 地球的災難就發生了, 接連四十年的大雨, 雨水阻止了地下的水蒸氣使得表面爆裂開, 由光滑的表面變成高山和海底。

聖經裡的大災難
依照伯內特牧師的講法, 我們正等著面臨聖經預言和行星物理學推論的大災難。地球上的火山會同時爆發, 然後整個世界變成火海。燃燒完的灰燼將沉降在地球, 於是地球又再度形成一個完美的圓, 接著由基督所掌控的千禧年就開始了。他相信在尋求真理的過程中, 理性和神的啟示是兩個不可能出錯的引導者。


此上帝非彼上帝
伯內特牧師心中的上帝衪創造了物質, 然後設定了物質運行的規律, 然後就讓自然自行運作, 再也不加干涉。他是純粹進行推理, 一如我們常說的"坐在安樂椅上的科學家"。

不再風光
事實上伯內特牧師不但算不上宗教組織中的學術權威, 而且"地球的神聖理論"言本書還給他惹了不少麻煩。伯內特雖然受到許多人的攻擊, 不過也著實的風光了一陣子。但他在1692年出版了一本書, 主張"創世紀"裡上帝只用六天造物的過程只是一個比喻而不是真實的。這本書出版之後他立刻遭到革職的命運。


科學應該理性
其實最後整垮伯內特的人是教條主義跟反理性主義者, 而不是相信神的確存在的那一群人。在科學的領域裡, 我們必需用科學和理性的態度來處理事情。不然的話, 我們現在所面臨的問題就不可能得到適當的答案了。

在七月二十四日的閱讀

16 非常大滅絕

約在兩億兩千五百萬年以前, 就是地質史上二疊紀的末期, 幾乎有一半以上的海洋生物族群, 在僅僅數百萬年之內完全消失殆盡。這是地球過去六億年幾次滅絕事件中最嚴重的一次。第二名的是今七千萬年以前, 中生代末期的白堊紀滅絕事件摧毀了生物總數的四分之一, 恐龍和牠的親戚們全數陣亡, 陸地大量驟增的空間, 使得哺乳類當上主角; 最後人類出現坐上了新霸主的寶座。


探索二疊紀大滅絕
多年來古生物學家最感興趣的, 莫過於探究滅絕的原因。但不可諱言的, 所遭受的失敗與挫折也是最大。如果把曾經提出的釋列舉出來, 比曼哈坦區的電話簿還要厚, 同時我們也可以看到人類想像力的最發揮。

因為板塊大融合?
"大陸漂移"理論在本世紀初被提出時, 斥為異端邪說。當科學家對海底地層進一步研究, 興起了"板塊構造學"理論, 也為大陸漂移現象提出了一項解釋機制。當我們追溯大陸漂移的歷史, 果然發現二疊紀的末期整個地球的陸地, 都融接成一個"盤古大陸" 的大陸塊。而造成二疊紀大絕的主因, 也就是這次板塊大融合。


現代生態學帶來了啟示
很多研究指出, 生物棲息地面的大小強烈地影響著生物歧異度。面積越大品種越多。如果我們能估計二疊紀各個不同時期的地面和生物種類, 就可以測試"面積影響生物相" 的假設。大部分的化石紀錄傾向保存淺海當中的生物。所以得把目標鎖定在淺區域的面積。


消失的淺海
分離的大陸分為淺海所包圍, 一但所有陸塊接合在一起, 那接合處的淺海一定就合消失。當各大陸撞在一起會導致洋脊下沈, 而使大陸邊緣的淺海區往下撤退。如果海平面下降到暴露出整個大陸棚, 那麼全球絕大部分的淺海都將消失。而二疊紀晚期很可能就是發生了這種情況。

解決老難題
蕭普夫測試了這種"面積減少, 引發滅絕"的假設。研究二疊紀當時淺海面積及各時期活物的數量。辛伯洛夫發現, 生態學當中有一道描繪"面積和物種數目" 的數學方程式, 很適合這兩組資料。當然面積減少不是唯一的原因, 但兩人所點出的"空間因素", 仍是很具說服力的主要原因。

在七月二十三日的閱讀

15 寒武紀大爆發只是S形騙局

達爾文遇難題
所謂的"寒武紀大爆發"是指寒武紀初的一千萬年到兩千萬年當中, 生物種類急劇增加的現象。他們普遍假設, 整個事件最令人疑感的一點, 就是爆發現象的本身。因此任何的解釋, 都必需說明, 為什麼寒武紀早期是個如此不尋常的時刻。

原來是問錯問題?
這個問題是我們看錯問題的方向, 也許大爆發本身只是前寒武紀所發生的某個問題之後, 無可避免的後果而已。我可以提出兩個關於化石的數量化研究結果, 來支持這種新觀點。這歸功於蘇俄地質學學家對寒武紀地層所做的更精細的研究。在這之前籠統的歸到"下寒武紀", 而造成明顯的大爆發現象。

答案不難, S形而已
古生物學家塞布科斯基以"生物種類的增加"和"前寒武紀末到寒武紀大爆發的末期"這段時間為兩軸, 相互對照畫成一個圖, 結果和我們最常見的生物生長曲線非常符合。這是從少數增生, 到指數成長最後平衡減緩的S曲線過程。如果早期地球生命的趨於複雜也是受到S形生長定律的調控, 那麼寒武紀大爆發也就沒有什麼特殊的地方了。

為什麼等那麼久
史坦利的評論中說"關於寒武紀所引發的疑問, 反而應該是另一個問題: 為什麼要耗費四十億年的時間, 末演化出多細胞生物呢?"我想前寒武紀末所出現的真核細胞, 應該提供了具有決定性的重要因素。因為真核細胞的染色體, 才能有效的進行有性生殖。前面十四章提到"收成原理", 解釋真核生物出現之後的物種, 會呈現S形的巨量增加。

用實驗證明
理論上對數期和平衡期的生物演化方式, 應該有所不同。在70年的中期, 我個人研究的重點就是想界定兩者之間的差異。我的同事和我一直採用隨機的方式來模擬演化樹, 以重心的測量來測量每個"分支"圖形, 理想的分支是鑽石狀, 重心總值接近0.5, 這表示正處於一個完美的平衡狀態。這種定量研究法, 對我們了解寒武紀大爆發有幫助: 首先確認起源於更早的事件, 另外對演化紡錘狀圖的分析, 可以界定寒武紀對數期的時間強度。