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預測大災難:看科學家如何找出趨吉避凶的硬道理 Crashes, Crises, and Calamities:How We Can Use Science to Read the Early-warning Signs

預測大災難:看科學家如何找出趨吉避凶的硬道理

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9789862168929
費雪
詹豐造
天下文化
2012年2月20日
107.00  元
HK$ 90.95
省下 $16.05
 
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叢書系列:科學天地
規格:平裝 / 21*14.8cm / 普級 / 單色印刷 / 初版
出版地:台灣


科學天地


自然科普 > 科普叢書









  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Len Fisher, Ph.D.

  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》。

譯者簡介

詹豐造

  台灣大學物理系、中興大學外文系畢業,台灣師範大學翻譯研究所碩士。



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



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 Rufino 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。




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