預測大災難：看科學家如何找出趨吉避凶的硬道理

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。