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被選為世界最醜動物的「水滴魚」,壓力很大——《化學有多重要,為什麼我從來不知道?》

商周出版
・2020/10/17 ・2844字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 475 ・五年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/陳瑋駿

有別於氣體不斷碰撞物體表面,在日常中你能夠感覺到固體與液體壓力,正是因為有地心引力的存在,任何物體受到地球引力的牽引,都會有一股向下墜的力量,當它壓在你身上的時候,你就能具體感受到壓力的存在了。

水滴魚曾經被票選為最醜動物第一名。圖/Flickr,jamasca66

也正因如此,我必須糾正那位想當爛泥躺沙發的朋友。人生在世誰無壓力,不過如果要說誰的壓力比較大,那我們大家都遠輸「水滴魚」一大截呢!

從水滴魚看恐怖的壓力不平衡

水滴魚是一種深海魚類。你可能從沒聽過牠的名字,但如果去網路上 Google 一下,看到牠那彷彿哭喪著臉的神情,塌鼻梁,全身癱軟得像爛泥的模樣,實在很難不覺得牠醜得可愛。

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既然是深海魚,水滴魚想當然主要生活在深海海域中(約水深 600 ~ 1200 公尺),牠之所以被人類發現,是因為深海捕撈作業時,被意外打撈上岸。

但在我們指著牠古怪長相嘲弄玩笑時,必須先知道,水滴魚並不是故意要長成這種爛趴趴的醜樣子,一切都是因為壓力驟降的緣故。

水滴魚被深海打撈上岸時,因壓力驟降,全身癱軟得像坨泥。圖/商周出版

10 公尺的水深相當於一個大氣壓,換算下來,生活在 600 ~ 1200 公尺的深海中,水滴魚的環境壓力是我們日常的 60 到 120 倍之多!

因此為了適應深海的高壓,深海魚類也有一套抵抗壓力的辦法。

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人們利用攝影機偷窺深海情景時發現,水滴魚在海底時,看起來與一般魚類並沒有什麼兩樣。

但是被意外打撈上岸時,由於外在環境壓力驟然降低,水滴魚本身也沒有骨頭一般的支撐結構,魚身就像是一個水球軟爛軟爛的,無法以海底那種看似正常一點的樣貌見人,於是就被人類票選為最醜動物,實在是很無辜。

下次對那位想當爛泥的朋友說:「你的壓力有比水滴魚大嗎?」圖/giphy

換個角度來說,如果人類在沒有壓力調節的情況下,從海面上一路狂降到水滴魚的海底世界去,會變成怎樣……你就想像一下大約兩棟台北 101 高度的水柱壓在你身上,或許這真的很難想像你的身體會變成什麼樣,但這就是水滴魚的日常。

這也是為什麼那些潛水員無論從陸地下到深海,或是從深海回到海面上時,都得經過緩慢的壓力調節過程,要是沒有妥善處置,容易造成有一種稱之為「減壓症」的病症,更通俗的叫法,我們稱之為「潛水夫病」。

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減壓症是什麼原因所造成的呢?

我們在前一章提過亨利定律,講淺一點,就是壓力越大,氣體溶解越多的現象。換言之,如果壓力由大變小的時候,氣體就會從液體裡頭釋出,就像汽水罐開瓶一樣。

因此潛水夫從海底浮上水面時, 要是沒有經過減壓的過程而急遽上浮,原先在海底高壓環境溶在體液裡的氮氣就會變成氣泡釋出,這些氣泡在身體內短時間無法消除,輕則皮膚發癢、皮疹、關節痛,重則導致死亡。

雖然這個症狀俗稱為潛水夫病,但具有高風險的可不只有潛水夫!既然這個症狀稱作「減壓症」,只要是身處的環境牽扯到壓力急遽變化,都得思考如何好好與壓力和平共存。

潛水夫從海底浮上水面時, 若沒有經過減壓而急遽上浮,易出現潛水夫症。圖/Wikimedia Commons

像是飛機起飛的時候,飛行高度急遽增加,換言之,氣壓也會跟著急遽下降,照理來說,減壓症或多或少都會反映在乘客上,不過好在飛機上都一定會搭載加壓艙,讓機內的氣壓盡可能與地表接近,才不至於讓一趟舒適的飛行體驗成為折磨人的受刑台。

看到了抗壓性極高的水滴魚,不禁讓人訝異生命為了延續它們的基因,不斷演化出各種不同的生理構造去對抗外在的艱困,當我們見證世界之大無奇不有時,不免發自內心的讚嘆。

沸點永遠是攝氏 100 度嗎?

在壓力之下,我們看見了生命體的強韌,但也發現到,無生命體對於外在壓力的變化,也有著一套屬於它們的應對規律。

「熔點」與「沸點」是我們所熟知,也與生活息息相關的物理性質。當把冰塊加熱,從零下的低溫上升到熔點時,代表冰塊將在這個溫度下熔化變為液態水;再持續加熱到沸點時,可以看到液態水將冒泡沸騰,變成水蒸氣,逸散到空氣裡。

我們從小就知道,當溫度升高到攝氏 100 度後,水會被「煮開」了。圖/Pixabay

我們從小到大都被教導,水的熔點是攝氏 0 度,而沸點則是攝氏 100 度,但這兩個數字之所以近乎真理般不曾被改變過,是因為我們身處一大氣壓的環境下所致。

換句話說,物質的熔點與沸點會隨著外在壓力不同而有所不同

當外在壓力越大時,大多數的物質熔點會提高,這也意味著會更難熔化;然而水與眾不同的地方在於:當外在壓力越高時,熔點反而會降低,這表示冰塊受到擠壓的時候,會更容易熔化為水!

用吸管感受一下壓力如何影響熔點

想要親身體驗一下這個現象,我們可以在速食店點一杯飲料,記得別去冰,接著準備一支細口的塑膠吸管(對了,速食店已經不提供吸管囉),先儘管把飲料喝完好好享受一番,此時底部是不是堆著許多冰塊呢?

就在這時,我們用手將吸管口壓在冰塊上面,一開始力量別太大,慢慢增加力量就好,到最大力的時候稍微「ㄍ一ㄥ」一下,接著再慢慢將力量變小,將吸管拿起來。

嘿,你的冰塊「黏」在吸管上了嗎?這就是很有名的「復冰現象」,當我們用吸管抵在冰塊上施加壓力時,吸管所壓住的冰塊區域熔點降低,進而融化成水,讓吸管稍微深入冰塊裡面。

吸管所壓住的冰塊區域熔點降低,進而融化成水,讓吸管稍微深入冰塊裡面。圖/商周出版

就在這時我們逐漸將力量變小,冰塊上的壓力消失,熔點上升,原先融化的水又變回冰塊, 於是結冰的部位將吸管包覆起來, 看起來就像冰塊「黏」在吸管口囉!

——本文摘自泛科學2020年10月選書《化學有多重要,為什麼我從來不知道?》,2020 年 8月,商周出版
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冰與水之歌:零度以下不結冰,魔鬼藏在密度裡!
林祉均
・2020/11/05 ・1932字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

在座各位地球人肯定對「水」一點不陌生。不論是液態水還是固態冰,在生活中都隨處可見。但如果你以為我們已經完全了解水和冰的構成與變化,那你可就錯了,因為它可是超乎想像的複雜。

冰也會七十二變?常見的物質竟然有這麼多型態!

學校裡教過的三相圖將水區分成固、液、氣三種相(Phase)。不過除了這種簡單的分類,固態的冰在不同的壓力與溫度條件下其實還有許多不同面貌。

小時候學過水的三相固體、液體、氣體,除此之外,其實固態冰還有其他型態。圖/Pexels

一般條件下,自然結凍的水只會呈現六角結晶或立方結晶,兩種晶體結構合稱為「冰一」(Ice I)。你可能有些好奇:既然有一,那或許會有二(咦)

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沒錯!目前已知的冰共有二十幾種型態,比 iPhone 的型號還多!只是除了冰一之外,其他的型態都極為少見。

所謂少見是有多少見呢?

一直到 2017 年時,科學家才首次在實驗室中合成出冰七(Ice VII),這種稀有的結晶形態通常只有在彗星或系外行星上才見得到,因為它需要超大的壓力(例如:兩個含冰量豐富的小行星體對撞),才有可能形成。

實驗室中高壓環境下合成的冰七 。圖/實驗團隊(A. E. Gleason)提供

相隔一年後,另一組研究團隊利用 X 光繞射技術,在世界各地的鑽石中發現冰七的蹤影

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為什麼鑽石中會有冰七?推測原因是由於當初在地底時,有少量水分被困在高溫高壓的鑽石礦脈中,而後這些水分隨著鑽石一同被挖掘到地表,雖然溫度下降到普通室溫,但堅固的鑽石內卻仍然維持著高壓。如此獨一無二的條件,讓冰七得以自然生成。

零度以下也不結冰?神秘的過冷水!

光是固態冰就有這麼多花樣了,水結冰的過程同樣也是科學家有興趣的主題。在 Science 期刊上最新的研究發現,過冷水其實是由兩種結構不同的形態混搭而成。

一般的情況下,零度以下的水需要一些雜質或擾動來「啟動」結晶的過程,才能凝固成冰。在缺乏這些條件時,水可以在零度以下仍維持液態,也就是所謂的「過冷」。

關於過冷水的理論模型可說是眾說紛紜,因為這種狀態十分不穩定,輕微的干擾就會讓過冷水全部結晶,讓實驗學家十分頭痛。另外,也很難單從實驗中觀察並判斷過冷水不結晶到底是不是因為還未達到熱平衡。

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過冷水的狀態不穩定,稍微干擾就會全部結晶,也讓實驗學家十分頭疼。圖/giphy

以往的相關研究通常只能依賴分子模擬,不過最近在實驗上有了最新突破。

美國西北太平洋國家實驗室的研究人員準備了一片僅有 15 奈米厚的薄冰,接著利用短暫的雷射脈衝,極速加熱一小塊區域,使其轉為液態過冷水,直到它很快地降溫並重新結晶。

整個過程只有短短幾十奈秒,不過,這個突破已經足夠讓我們使用紅外線光譜來測量過冷水的分子結構。

結果發現,早在結晶開始的短短的幾十奈秒之間,過冷水就找到了它最舒服的平衡狀態;這個狀態還是由兩種結構不同的液體型態所組成,分為高密度與低密度結構,密度分別約為 0.9 和 1.1 g/cm3

實驗發現,過冷水中高密度水所佔的比例,會隨著溫度降低逐漸減少。也就是說,過冷水能在低於攝氏零度的環境下維持液態,很有可能是兩種不同密度的水比例不同所造成的。

其實,這種特殊的二元性質也能在一般常溫的液態水中看到,分為四面體和非四面體結構。不過這類的現象在過冷水是首次被發現,也為水在低溫時的行為提供重要的實驗數據。關於水的各種理論模型,我們終於得以區分何者較接近真實。

參考資料

  1. Water structure and science
  2. Gleason, A. E., Bolme, C. A., Galtier, E., Lee, H. J., Granados, E., Dolan, D. H., … & Swift, D. (2017). Compression freezing kinetics of water to ice VII. Physical Review Letters119(2), 025701.
  3. Tschauner, O., Huang, S., Greenberg, E., Prakapenka, V. B., Ma, C., Rossman, G. R., … & Tait, K. (2018). Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle. Science359(6380), 1136-1139.
  4. Kringle, L., Thornley, W. A., Kay, B. D., & Kimmel, G. A. (2020). Reversible structural transformations in supercooled liquid water from 135 to 245 K. Science369(6510), 1490-1492.
  5. Shi, R., & Tanaka, H. (2020). Direct evidence in the scattering function for the coexistence of two types of local structures in liquid water. Journal of the American Chemical Society142(6), 2868-2875.
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林祉均
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清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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憂鬱症是因為不夠快樂?不,是大腦真的生病了——《情緒跟你以為的不一樣》
商周出版
・2020/05/28 ・3465字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/麗莎.費德曼.巴瑞特博士 (Lisa Feldman Barrett, Ph.D.);
    譯者/李明芝

對許多科學家和醫師來說,憂鬱症依然是心理的疾病。它被歸類成情感疾患,通常歸咎於負面思考:你對自己太過嚴厲,或有太多自我挫敗、災難的思維。或可能是創傷事件觸發了憂鬱,特別是如果你的基因讓你比較脆弱。1

 

亦或是你沒有好好地調節你的情緒,使你對負面事件反應太大而對正面事件太沒有反應。所有解釋都假設,思考控制著感受,也就是老舊的「三重腦」想法。按照邏輯推理,只要改變你的思維或好好調節你的情緒,憂鬱就會煙消雲散。咒語似乎是「別擔心、要快樂;如果念了沒有用,那就試試抗憂鬱劑。」

大腦、身體表現地若無其事,卻被情緒給吞噬

在美國有 2,700 萬人每天服用抗憂鬱劑,但還是有超過 70% 的人持續經驗憂鬱症狀,而且心理治療也不是對每個人都有效。症狀通常始於青春期到成年初期,然後在一生當中重現。

世界衛生組織(World Health Organization)預計,到了 2030 年,憂鬱症造成的早逝和失能人數比癌症、中風、心臟病、戰爭或意外還多。2 這些都是「心理」疾病的恐怖後果。

許多研究企圖找到憂鬱症的普世遺傳本質或神經本質。但最有可能的是,憂鬱不只是單一的事。3

憂鬱(你應該猜到了)是一個概念。它是一群多樣的實例,因此通往憂鬱的退化路徑有許多條,其中許多始於不平衡的身體預算。如果憂鬱症是情感的疾患,而情感是你的身體預算好不好(答案:非常糟糕)的整合總結,那麼憂鬱症或許實際上是預算編列錯誤和預測的疾患。

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不,大腦,你沒有。圖/giphy

我們知道,你的大腦基於過去經驗,不斷預測你身體的能量需要。在正常的情況下,你的大腦也會基於來自身體的實際感覺訊息訂正自己的預測。但如果這樣的訂正沒有適當作用會怎麼樣呢?你的瞬間經驗是由過去建構,卻沒有被現在訂正。概括地說,這就是我認為憂鬱時發生的事。

你的大腦不斷錯誤預測你的代謝需要。

因此,你的大腦和身體表現得像是你在天下太平時,卻努力地擊退感染或從傷害中痊癒,就跟慢性壓力和疼痛一樣。結果是,你的情感出了毛病:你經驗到令人衰弱的悲慘、疲憊或其他的憂鬱症狀。

同時,你的身體快速代謝不必要的葡萄糖,滿足那些高但並不存在的能量需要,導致體重問題,並且使你更有可能罹患與憂鬱症同時出現的其他代謝相關疾病,包括糖尿病、心臟病和癌症。4

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大腦的預算失衡讓人陷入憂鬱

憂鬱症的傳統觀點認為,負面想法造成負面感受。我認為是相反過來。

你此刻的感受,作為預測驅動你的下一個想法和你的知覺。因此,憂鬱的大腦根據過去的類似提取做出預測,無情地從預算中不斷提取。意思是不斷地再次經歷難熬、不愉快的事件。最終進入預算失衡的循環,因為預測失誤被忽略、調低或沒有進入大腦,所以無法打破這個循環。

實際上,你被卡在預測沒有訂正的循環,深陷在代謝需要很高的有害過去。

憂鬱的大腦有效地讓自己陷入悲慘。它跟慢性疼痛的大腦一樣忽略預測失誤,但更大規模地讓你停止運作。它會讓你的預算長期舉債,因此你的大腦試圖削減支出。最有效的方法是什麼呢?停止運動,也不要關注世界(預測失誤)。這就是憂鬱時無法消除的疲勞。5

憂鬱症其實是一種失衡的展現。圖/pixabay

如果憂鬱症是長期預算編列錯誤造成的疾患,那麼嚴格來說,它不僅僅是精神疾病,它還是神經、代謝和免疫的疾病。憂鬱症是神經系統的許多交錯部分失去平衡,我們唯有探討整個人、而不是探討像機器零件的單一系統,才能真正了解這個病症。重鬱期的引爆點,可能出自許多不同的來源。

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你可能長期承受壓力或遭受虐待,尤其是在兒童期,使你隨身攜帶用有害的過去經驗建造的世界模型。你可能出現像慢性心臟病或失眠的身體狀況,導致不良的內感預測。你的基因可能使你對你的環境和每一個小小問題敏感。

此外,如果你是生育年齡的女性,內感網絡的連結性在一整個月會隨時間改變,使你在週期中的某些時刻更容易受不愉快的情感、沉思影響,甚至可能有更高風險罹患情感疾患,像是憂鬱症和創傷後壓力症候群。6

「正面思考」或服用抗憂鬱劑,可能不足以讓你的身體預算回到平衡,或許還必須加上其他的生活型態改變或系統調整。

改善憂鬱,從解決錯誤的預算編列開始

情緒建構理論指出,我們能藉由打破編列預算錯誤的循環來治療憂鬱症,亦即把內感預測改變成更符合周遭發生的事物。科學家已經找到證明這點的證據。

當抗憂鬱劑和認知行為療法開始作用使你感到較不憂鬱時,關鍵的身體預算編列區的活動回到正常程度,內感網絡的連結性也恢復正常。

這些改變相符於減少過度預測的想法。我們也能借用更多預測失誤來治療憂鬱症,比如說,請他每天寫下自己的正向經驗,這樣做能減輕體預算的負擔。當然,問題是,沒有哪一種治療對所有人都有用,有些人就是找不到有用的治療方法。7

作者認為最有希望的治療途徑之一是電療。圖/giphy

我曾見過最有希望的治療途徑之一,是海倫.馬伯格的開創性研究(第四章),她用電流刺激難治型憂鬱症患者的大腦。她的技術立即緩解憂鬱症的極度痛苦,不過只在電流打開的時候,這時患者的大腦從耗盡心力的內在聚焦切換到外在世界,因此大腦能正常預測和處理預測失誤。

希望這些初步但振奮人心的結果,終將使科學家對憂鬱症發展出更持久有效的治療法。至少,這些結果應該有助於讓大家知道,憂鬱症是大腦疾病,而不只是缺少快樂的念頭

註釋:

  1. 「心理的疾病」(a disease of the mind):為了比較哪些疾病是「神經」還是「精神」,有位匿名為神經懷疑論者(Neuroskeptic 2011)的神經科學家暨部落客,按主題清點了 1990 到 2011 年間發表在《神經學》(Neurology)和《美國精神醫學期刊》(American Journal of Psychiatry)的學術論文數量。另外參見 heam.info/neurology-1。「你的基因讓你比較脆弱」(your genes make you vulnerable):某些基因讓你對環境更敏感或更不敏感(Ellis & Boyce 2008)。關於豐富的講座內容,請見Akil 2015。另外參見heam.info/depression-1.
  2. 「也不是對每個人都有效」(not effective for everyone either):Olfson & Marcus 2009; Kirsch 2010。另外參見 heam.info/depression-5。「然後在一生當中重現」(and then recur throughout life):Curry et al. 2011。「戰爭或意外」:Mathers et al. 2008.
  3. 「不只是單一的事」(is not just one thing):這是真的,因為多數的人類現象和特性是由簡並的基因組合造成,即使它們的遺傳商數很高,但組合多變到不太可能對任何一個有詳細的遺傳解釋(涉及它們互相影響的確切基因和機制),意思是,從那個特性觀察到的變化,大多是因為遺傳變異性(Turkheimer et al. 2014)。
  4. 「來自身體的實際感覺訊息」(sensory information from you body):例如,你的肌肉包含能量感應器,會把關於能量使用的回饋送回你的大腦(Craig 2015)。「其他的憂鬱症狀」(or other symptoms of depression):Barrett & Simmons 2015。「心臟病和癌症」(heart disease, and cancer):你的新陳代謝在某種程度上控制你的免疫系統;脂肪細胞會分泌促發炎細胞激素(Mathis & Shoelson 2011),意思是肥胖使得慢性發炎加劇。例如,參見Spyridaki et al. 2014.
  5. 「規模地讓你停止運作」(scale that shuts you down):Kaiser et al. 2015。探究憂鬱症患者的腦部時,我們發現符合這個假設的活動和連結性改變,參見heam.info/depression-2.
  6. 「機器零件」(the parts of a machine):在憂鬱症中,失調相當廣泛,參見 heam.info/depression-3。「用有害的過去經驗建造」(built from toxic past experience):Ganzel et al. 2010; Dannlowski et al. 2010。一旦(大鼠的)葡萄糖皮質素基因在幼年時過度表現,大腦路徑就會變得固定,造成一輩子都容易罹患情感疾患,而且更不穩定,即使這些基因在成年時已經關掉(Wei et al. 2012)。有害的過去經驗也會導致在兒童期持續發炎,提高往後罹患憂鬱症或其他疾病的風險(Khandaker et al. 2014)。「環境和每一個小小問題」(environment and every little problem):有時稱為「神經質」或「情感反應性」,另外參見heam.info/depression-1。「創傷後壓力症候群」(post-traumatic stress disorder):卵巢荷爾蒙黃體激素的濃度高時風險最大。這可能有助於解釋,為什麼患有情感疾患的女性比例,比男性高了許多(Lokuge et al. 2011; Soni et al. 2013),例如 Bryant et al. 2011。另外參見heam.info/women-1.
  7. 「內感網絡的連結性也恢復正常」(your interoceptive network is restored):亦即,膝下前扣帶迴皮質的活動減少,而且它與內感網絡其餘部分的連結性增加,與視丘(攜帶預測失誤信號)的連結性也增加(Riva-Posse et al. 2014; Seminowicz et al. 2004; Mayberg 2009; Goldapple et al. 2004; Nobler et al. 2001)。關於統合分析的回顧,請見 Fu et al. 2013。「有些人就是找不到有用的治療方法」(for whom no treatments work):MaGrath et al. 2014.
    ——本書摘自《情緒跟你以為的不一樣──科學證據揭露喜怒哀樂如何生成》,2020 年 3 月,商周出版
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還在「真相永遠只有一個」?那你就太小看這世界複雜的因果關係了!——《像科學家一樣思考》
商周出版
・2020/05/20 ・2693字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/史坦利.萊斯 (Stanley A. Rice);譯者/李延輝

在日本,有些人會做森林浴,也就是沐浴在森林的香氣中。這種作法一般認為可以降低血壓,並減少唾液中壓力激素皮質醇的數量。有些研究者將壓力減少歸功於揮發性化學物質,例如樹木釋放的單松烯(monoterpenes)。

這讓我們與所有科學中最重要的觀念之一面對面:相關不等於因果。

兩個變數可能互有關係,例如高血壓和缺少單松烯,以及低血壓和存在單松烯。但這並不是說單松烯會降低血壓。我們的大腦會有偏見,將相互關係解釋為因果關係,可以說是不經思考就這樣做。可能在森林裡真正發生的是其他因素讓人放鬆。單松烯並不是人們到森林裡唯一感受到的事物。在其他所有方面,他們都很放鬆。沒有忙碌的時間表、沒有噪音、沒有其他人,只有陰影和沙沙的聲音。

是什麼原因,讓我們在森林中感到放鬆?圖/pixabay

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愛德華.威爾遜(Edward O. Wilson)可能是世界上最知名的科學家,他率先稱心靈感受到身處自然中的快樂為熱愛生命(biophilia)。這也是一種偏見:大家預期在森林中感到放鬆。喔,還有單松烯。研究人員注意到這個問題。他們在受控條件下,對實驗室老鼠餵食單松烯,並發現和對照組相比,牠們會產生和人類類似的生理效應。

統計分析本身無法解決這項問題。統計方法可以計算相關係數,告訴你是否顯著,但僅止於此。所以雖然《新英格蘭醫學雜誌》(New England Journal of Medicine)於 2012 年刊登了一篇論文,聲稱吃巧克力會讓你變聰明(噢,我們不都這樣希望嗎!),但作者看到的是虛假相關。較聰明的人做的很多事和他人不同,顯然其中包括吃巧克力在內。

多重因果關係 vs. 階層式因果關係

人在森林裡會因為多重原因而放鬆,其中一種可能是揮發性化學物質。這是多重因果關係的一個例子。還有另外一種方式造成結果可能有一種以上的原因。這些原因可能以階層方式彼此互為因果,而這就是階層式因果關係(hierarchical causation)。

到底是人要射擊我?還是槍要射擊我?又或是這個圖片要射擊我?圖/giphy

假設有人拿槍要射你,你很自然就會說那個人要射你。但你也可以說槍要射你,或者子彈要射你,或化學及物理定律(將爆炸的動力加在子彈上)要射你。要是上帝真的掌管自然定律,你甚至可以說上帝要射你。這就是各階層的原因。這聽起來有點像〈這是傑克蓋的房子〉。

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你知道的,就是歌詞像下面這樣的兒歌:「傑克蓋的房子裡有麥芽,麥芽被一隻老鼠吃了,老鼠被一隻貓咬死了,貓又被一條狗追了,這就是追貓的那條狗。」這似乎很異想天開,但容我提醒你,數十億的產業可能就建構在階層式因果關係刻意扭曲的結果上。

美國槍枝遊說就為美國境內好幾億的槍支辯護(估計數字從兩億到三億不等),聲稱「槍不會殺人,人才會」。當然,沒有人會說槍從櫃子裡跑出來殺人。人才會用槍殺人。

複雜因果關係:熊出沒,快逃?

現實由複雜的階層式和多重因果關係層層組成。

想像一下一個在路上遇到熊的健行者。接下來會發生什麼事?熊會攻擊嗎?還是會轉身離開?攻擊會致命,還是只是造成輕傷?有諸多因素同時在起作用。

遇到熊怎麼辦?先尖叫就對了(怕.gif)圖/giphy

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  • 有些因素和個人相關。

遇到熊的時候,那個人在做什麼?還有其他人在場嗎?那個人或那些人對熊採取什麼行動?有可以嚇跑熊的東西嗎?

  • 再來就是和熊有關的因素。

熊接下去會做什麼取決於物種(黑熊可能比灰熊危險性低)、性別、情緒、饑餓狀態、個別行為模式(顯然有些熊精神失常)、附近有多少其他的熊、熊之前是否遇過人類、面對人類經驗好壞、熊在自己的族群是主宰者還是順從者、熊是否看到或聞到人等等。如果是母熊,牠有沒有小熊反應會很不一樣。

  • 另外還有環境因素:反應可能取決於棲息地、時節、一天當中的時間等。

當然,你沒有時間去思考這些問題。有些人說遇到熊的時候,你應該讓自己看起來塊頭大一點,但這只會讓熊認為有更大塊的肉等著牠吃。

冬天往南方遷徙的鳥兒都不遷徙了?

飛呀!溫暖的南方正等著我。圖/giphy

幾乎到處都可以找到多重因果關係。舉例而言,全球暖化造成溫帶的冬天較暖,帶來的結果之一就是候鳥物種中有許多種類的鳥,現在因為冬天較短、較暖而待在家園。但那不是唯一的原因。

過去,鳥類必須在冬天遷徙才能找到食物,但現在成千上萬的人有餵鳥器。或許有些鳥停止遷徙並不是因為冬天變暖,也是因為有了餵鳥器。餵鳥器不太可能對鳥類遷徙產生重大影響,因為它們能提供的食物明顯少於整個鳥類族群所需。但餵鳥器是一些鳥停止遷徙的多重原因之一。

所以誰是因,誰是果?真相到底是什麼?

最後,有時候很難區別哪個因素是因、哪個是果。究竟何者為因、何者為果可能對世界關係重大。

大家都知道,人口成長率高的國家貧窮問題也很嚴重。(這並不是說這些國家很貧窮。它們可能有一小群富裕的上層階級,但許多人很貧窮,導致多數人覺得心安的平均富裕程度。)順理成章的假設是:人會貧窮是因為小孩太多。但如果真是這樣,人類未來將會一片黯淡。

要是你把食物和醫藥給了窮人,他們就會有更多小孩,最後你們貧窮的程度就會一樣,只是多了更多窮人。想解決貧困問題的方法最後只會製造更多貧困。這是經濟學家肯尼斯.博爾丁(Kenneth Boulding)所說的「完全悲觀的定理」。

有可能扭轉因果關係嗎?圖/pixabay

但要是扭轉因果關係,說貧窮造成高出生率呢?這一開始聽起來很荒謬,但設想一個住在鄉下的家庭,他們沒有任何經濟保障,健康也堪慮。假如這種家庭只有兩個小孩,兩個可能都會死掉。在較多小孩的家庭中,有可能其中一個小孩會找到好工作,提供資源給整個家庭。

要是這聽起來還是很不可思議,那就思考一下自然淘汰的問題,本書之後有一章就在討論自然淘汰。自然淘汰會獎賞個人而非團體。人口過多的國家可能會很貧困,但自然淘汰會有利於在競爭遊戲中獲勝的個人(及家庭)。如果真是這樣,提供食物和醫藥實際上就會造成出生率下降,因為父母會選擇生少一點小孩。(這也預設社會中可以這樣選擇,例如有節育措施。)

——本文摘自泛科學 2020 年 5 月選書《像科學家一樣思考》,2020 年 4 月,商周出版

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