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地方的科學節目需要你!在波音747上的空中天文台大解密

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「俱懷逸興壯思飛,欲上青天攬日月」

這是李白喝醉酒之後說的,想 high 到飛天,也不是詩人的專利,天文學家也想飛上天。

地球能夠孕育生命,厚厚的大氣層絕對是第一功臣。大氣層的存在不只是讓我們欣賞藍天白雲的風景,最重要的是:隔絕了來自宇宙的輻射。底下這張圖是大氣層對不同波段的電磁波穿透率。在可見光的波段,大氣層是透明的,所以我們可以在白天看見耀眼的太陽,在夜晚看見絢麗的星光。整體來看,可以穿透大氣層的電磁波比較少,無法穿透大氣層的電磁波比較多。但是,天文學家的工作就是觀察天體在不同波段輻射的電磁波,藉以研究天體的物理性質。如果都被大氣層擋住了,那不就沒戲唱了?

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在人類肉眼可見的領域之外,整個電磁波譜是非常不可思議的。從無線電波到伽瑪射線,各種不同波長的光(或說各種電磁波),都能呈現宇宙的某些獨特性質。某些波長用來研究黑洞最棒,有些波長的電磁波則在新生恆星和行星的研究上最為突出,還有一些則能呈現宇宙最早期的現象。而天文學,就是利用電磁波,研究星光。如果沒有眼睛可觀察,永遠沒辦法知道明亮的恆星、行星和星系等宇宙天體長什麼樣子,甚至不知道它們的存在。既然大氣層會屏蔽電磁波,那就把望遠鏡送到大氣層之外不就好了!眾所週知的哈柏太空望遠鏡就是最有名的例子。

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哈柏天文望遠鏡。圖/NASA

除了哈柏之外,當然還有其他太空望遠鏡在太空中為天文學家服務。不說你不知道,NASA 太空望遠鏡的數量差不多可以組個復仇者聯盟了。有圖有真相,請看這裡

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NASA 太空望遠鏡們,點即可看原圖。圖/NASA

BUT,人生最重要的就是這個BUT。科學研究也不例外。

要把望遠鏡送到太空當中,是非常花錢的一件事。不僅事前的準備工作要萬無一失,儀器出問題也沒有辦法拿回來修理,想要升級設備,也沒辦法去光華商場買零件自己組裝。另一個比較合理的選擇就是把望遠鏡送到高空中,山不夠高,沒關係,那就用飛機飛上去。

美國太空總署的 SOFIA 空中天文台就是這樣的產品。SOFIA 是  Stratosphere Observatory for Infrared Astronomy  的縮寫,意思是:同溫層紅外天文觀測。SOFIA 望遠鏡被搭載在經過改造的波音 747 飛機上,飛行在平流層中,比通常的客機飛行的海拔都高,能夠避免大氣中水蒸氣的干擾,也是目前世界上最大的機載望遠鏡。SOFIA 重達 17 噸重,一旦安裝在 747 客機機身後面的滑動門打開,它就能進行科學觀測。

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搭載在波音 747 飛機上的 SOFIA 望遠鏡。圖/NASA

SOFIA 望遠鏡填補了現代天文學的一項重要空白。這個觀測平臺足以負擔太空望遠鏡 80% 的觀測能力,而建造和維護費用卻只是太空望遠鏡的一小部分。為什麽要在飛機上進行紅外天文觀測呢?肉眼可以看到的宇宙,只是電磁頻譜的一小部分,但是在紅外望遠鏡裏,是截然不同的景象,紅外望遠鏡可以使天文學家獲得更豐富的信息。例如超新星形成的殘骸,即將誕生的新恆星。

講了這麼多,也是紙上談兵。如果有更生動的影片不是更好嗎?是的,人民的聲音我們聽見了。不好意思,其實我寫這篇也算是個葉沛雯。為了讓各位更了解 SOFIA 的運作,中研院天文所特別與台灣電視公司新聞部合作,遠赴美國拍攝,詳實記錄 SOFIA 空中天文台的飛行歷程。這次的採訪,不僅是華人世界的獨家,也是媒體界相當難能可貴的創舉。

我們經常指責台灣日漸惡化的媒體環境,追根究柢,原因就是媒體業的資源緊縮。在這樣的環境底下,如果電視台沒有申請政府的經費,獨立製播這樣的節目,絕對是虧本的生意。而今,台視不僅願意投注資源製播優質的節目,更把版圖擴及科學普及,善盡媒體的社會責任,這樣的精神相當令人感佩。這個節目經過兩年籌備,七個月製作,即將在4/11(一)開始領先美國,全球首播。這一次大家不用花錢進戲院,只要在家打開電視機就可以。懇請大家踴躍支持,支持台灣本土的科學節目,為台灣的科學教育注入活水,也請大家廣為宣傳,台灣南波萬!

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流言終結者:一場14年的”科普”爆炸!

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「Myth Busted?? BUSTED流言破解」

這是《Discovery》著名節目 《流言終結者》,對不屬實的流言的最終判決,象徵一個大眾迷思的破解。

運行了14年,節目總長282小時,驗證超過1000個迷思,做過將近3000個實驗,製造出900次爆炸(你沒看錯,爆炸連1/3都沒有),獲提名6次艾美獎都槓龜的《流言終結者》,將在今年畫下句點。

至今,在各位粉絲腦海中,《流言終結者》扮演著什麼樣的角色呢?是搞爆炸的瘋狂科學家?你神秘的電視科學家教?還是點燃你心中科學魂的現代馬蓋先呢?

那些年,給我們帶來無數歡樂和科學的5人組

那些年,給我們帶來無數歡樂和科學的5人組 (資料來源: Discovery

《流言終結者》的起源與《Discovery》

在談到《流言終結者》前,我想先談一下科普教育傳播界的龍頭《Discovery》。

31年前《Discovery》在有線電視上出現,成了當時所有頻道中唯一專門撥出紀錄片及科學節目的頻道,不管是放眼當時還是現代,這看起來都像是一個瘋狂的主意。創辦人約翰•亨德瑞(John Hendricks)主修歷史,熱衷於探索事物。而向大眾播出紀錄片、傳播知識這個理念建立在當時一本他讀過的書《西方文明中的科技》中,引用當時一名學者羅伯•戴維斯(Robert Davis的研究

「當討論到電視的貢獻時,通常都是著重在教育,但事實上四分之三的的都是娛樂。」

「研究發現媒體並不關注大眾對科學、紀實的接納程度,全世界看電視的觀眾中,只有四分之一的成年人是科學愛好者」

也就是因為如此,當初《Discovery》在創立時就是為了把握這四分之一的人,推廣到剩下四分之三的人。要這麼做,比起艱深、複雜的科學節目,他們更需要能夠從日常生活下手,引領大眾去願意思考的科普節目。

2002年,節目製作人彼得•李斯(Peter Rees)向《Discovery》提出了一個叫《Tall Tales or True》的節目構想,內容著重於重述一些奇聞軼事,並試著找出當時的紀錄,《Discovery》一開始因為已經有個相似的節目在其他頻道播放而拒絕了,隨後李斯才將節目內容改為找人來現場實驗這些傳說的內容,來驗證真假。這時已經經營工作室一段時間並因參加超級機器人大戰而曾被李斯採訪過的傑米(Jamie Hyneman)接到了電話,傑米又找了曾經的同事、當時正在為其他電影製作道具的亞當(Adam Savage)一同來主持,如果你是死忠的粉絲的話一定聽過理由: 「我沒有一個人擔綱整個節目主持的活力,而他是我認識最有活力的人」,儘管因為個性上並不是當好朋友的料,但仍合作開啟了後來長達14年的科普節目《流言終結者》。

主持人Adam 和Jamie彼此都表示儘管合作了14年,他們私下並不是朋友。這是2002年他們第一次試驗流言"火箭車",一次訪問中Adam看到這張照片,說:"當年我們還願意觸碰彼此"

主持人Adam 和Jamie彼此都表示儘管合作了14年,他們私下並不是朋友。這是2002年第一季他們第一次試驗流言"火箭車",一次訪問中Adam看到這張照片,說:「當年我們還願意觸碰彼此」 (資料來源: Discovery)

如今31年過去了,《Discovery》的節目最長壽的節目,已經播出14年的《流言終結者》將迎來他在台灣的最後一季,想當初應該很少人能想到一個一個科普頻道盡然能有一個節目這麼如此受人愛戴並如此長久,最重要的是,《流言終結者》完成了《Discovery》當初的宗旨。

在亨德瑞親自著作的《Discovery》傳記中有下面這段句話,「在這兩個創新的真人實境節目中(另一個是指《美式重型機車》,與流言終結者同年播出),《流言終結者》最接近《Discovery》公司的本質,他兼顧了知識傳播和娛樂效果,以新穎、搞笑的方式,驗證現實生活一些有趣、複雜的科學問題或科學迷思。……流言終結者的團隊透過破解迷思(大多是好萊塢電影製造出來的),不僅刺激了青少年的想像力,也吸引了原本可能不看“教育類”節目的成年人,還有一點很重要,也是我們需要謹記的一點: 傑米和亞當不是正經八百的傳統主持人,他們能和電視機前的觀眾有很強的共鳴。」

2011年第八季第165集"借風揚帆"中,Adam和Jamie測試是否電影中的爆炸聲跟真正的爆炸是一樣的。或是他們只是想炸一些東西。

2011年第八季第165集"借風揚帆"中,亞當和傑米測試是否電影中的爆炸聲跟真正的爆炸是一樣的。或是他們只是想炸一些東西。(資料來源: Discovery)

起承轉合

就像任何實境節目一樣,《流言終結者》在這15季的時間內有很多不同的樣貌。

最一開始的步調很慢,跟後期比起來叫沉悶,而且很多實驗有瑕疵,很多問題被觀眾討論著;從第三季Build Team三人組的加入才確立了大半部分節目的模式,儘管多年來人員有些許變動,但兩老執行叫正經的流言作為主軸,而Build Team則進行一些較簡單或是可以直接測試的實驗,這段時間節目雖然精彩,但緊湊的流言破解節奏,隨之而來的事較少的科學內容;在2014年宣布解散Build Team之後,《流言終結者》又回到了兩老的基調,這時我想許多忠實粉絲們應該已經有預感了。

雖然一時不習慣,但最後的幾季,《流言終結者》們更著重在背後科學原理的探討,慢了下來,但也因為題材的關係,給人感覺漸漸失去了原本驗證流言的快感,隨後大概都可以預見的消息就釋出了,《流言終結者》即將停播。

主持人之一亞當在一次Cinema Blend的訪問中解釋:「每個節目都有他們的鐘形曲線,過去以來我們的評價雖然不差但我們看到了變動,並開始思考是否將以全新姿態出發,儘管不是完全沒預料到,但知道時候還是感覺很奇妙,因為很多像我們的節目已經過了保值期,就此收山了。……知道這是我們最後一季後,我們將全力拍攝,向這個改變我們一生的節目致敬。」他也說到,他原本以為會就這麼無聲無息的停播,所以很感謝《Discovery》願意給他們再一季的時間,為節目畫上句點。

2012年第九季185集"流言的復仇"中,製作小組再次驗證146集的"火箭人",在上一次因失敗而破解流言後,這次他們在認真的設計、實驗,甚至用上了NASA的風洞儀器後,成功將火箭人發射200多公尺遠並著陸,也將"破解"改為"屬實",但存活機率就……。(點擊圖片觀看實驗影片)(資料來源: Discovery)

質疑與爭議

小的時候看《流言終結者》多半只是看壯觀的場面和享受那個驚奇感,過了高中、上了大學,讀到了自然組的科系後,我發現這個節目的趣味又更多了,但不知不覺中,也發現想問的東西變多了。

「他們為什麼不這樣做?」「原本的流言應該是這個意思嗎?」 「這樣做不對吧?」

「大膽發問」是我們很常掛在嘴上的口訣,而在這個節目中將這個要素發揮的淋漓盡致 ,《流言終結者》們一樣有著成本、時間壓力,需要在短暫的時間內進行多個實驗,但在討論他們科不科學前之前你不得不承認一件事,那就是他們是“科普教育/娛樂”節目而不是“科學”節目,他們的工作宗旨在於引領觀眾們進入華麗的科學世界,而且你不得不承認,他們做到了,而且前無古人後無來者。(詳細內容請見  :流言終結者們,你覺得科學嗎?

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Remember kids, the only difference between screwing around and science is writing it down“是筆者最喜歡的《流言終結者》名言。當時是在驗證2012年第久季186集"反彈子彈",當時這個實驗需要不斷朝地面開槍並校正,相當難以控制及預測,在紀錄許多數據後,流言終結者們逐漸抓到了彈道,原本是協助的彈道學家傑森(Alex Jason)講了這句話,亞當才突發奇想對攝影機轉述。(資料來源: Discovery)

力求方法大於結果

當我們力求結果,《流言終結者》用他們的方法向他的觀眾們傳達一個很簡單的觀念,⌈方法比結果更重要⌋,但這並不是他們掛在嘴上的口頭禪,而是他們在節目製作中有意無意間傳遞的宗旨。或許我們都只在注意最後3-2-1的大爆炸,但就像《Discovery》其他節目一樣,整個節目有超過一半的是他們的製做過程,而他們也不吝於表現出他們失敗的那一面,科學實驗必定有失敗的時候,有時候當機會只有一次或流言宏大的時候,我們會看到他們更仔細的測試每一個環節,也是因為這樣,我們才有辦法對《流言終結者》的內容發出疑問,在檢視他們的實驗後提出我們自己的版本,他們起了頭,給了參考資料,剩下的就是我們的世界。

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2011年第八季173集"矇眼走直線"中製作小組試驗是否衝撞裝有已混合二元爆裂物的後車箱會發生爆炸。這次試驗中第一次出現了如附圖中的實驗方法–將一台車埋在地面中,再將另一台由計算好的高度延攬線丟下。以往為模擬追撞而要運用遙控或軌道等較高成本等難操作的作法,流言終結者們發現其實只要固定一端,算好速度能有一樣的效果和更低的成本和簡單的實驗過程。 (資料來源: Discovery)

啟發一個世代

美國總統歐巴馬在他向《流言終結者》致謝的影片中有說過這句話:

“Most importantly, thank you for inspiring so many for the young people to ask big question about our world and seek the answer to math science and engineering.”

「最重要的是,謝謝你們啟發了無數的年輕人們願意大膽的發問,並且以數學、科學和工程來求證。」

 

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2010年第七季157集"總統大挑戰"中,美國總統歐巴馬親自接見亞當 和傑米要求他們再次驗證已於第16和46集中驗證過兩次的"阿基米德死光",這次他們找了500名學生持古代及現代鏡子試圖燒毀傑米的船,並再次失敗。實驗中主要是在思考有效集中500面鏡子反光的方法,最後傑米表示儘管沒有摧毀船隻,但反光相當令人分心甚至讓他失明,這或許才是阿基米德的想法。(資料來源: Discovery)

流言終結開播的時間是2003年,在那個時空背景,科學、工程在美國的大眾文化中失去了很多的共鳴,阿波羅11號登月已是昔日黃花; 前太空人、80年代科普教育的靈魂人物卡爾•薩根(Carl Sagan)已於1996年去世;電台中唯一撥放科學知識、由比爾奈(Bill Nye)主持的的”比爾教科學”也下線了,如果說那個時代有什麼能啟發年輕人去追逐科學、工程的,大概只剩下星際大戰了。有趣的是,當我們的流言終結者談起是什麼緣分讓他們踏上他們的道路時,星際大戰則是他們的共同點(傑米到底是真的沒看過我們不得而知)。

「大眾並不習慣將科學與創意聯想再一起」,傑米在一次訪問中講到,「而我們試著證明科學和實驗也能相當的有趣、富有創意及啟發性」

平心而論,你可以批評他們的實驗方法,說他們不科學,可以說他們只不過是娛樂節目,搞搞爆炸讓人看了很爽,但不得承認的是,靠著《流言終結者》,《Discovery》啟動了一個世代對科學、工程有嚮往的潛在科學家們,引導對理工冷感的人看到原來科學可以這麼有趣,點燃了無數人的科學魂。

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2011年第九季172集"落錘牛頓擺"中,亞當和傑米將驗證一個網路影片,吊車鐵球是否能玩牛頓擺?事實證明無法,為了這個實驗,流言終結者們還特地親手做出5個大球(因為借得太貴了),從小而大慢慢實驗,並計算能量散失。(點擊圖片觀看實驗影片)(資料來源: Discovery)

當然,我們不能忘記它,這位為了我們觀眾不知死過幾次的老兄~

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2007年第五季94集"飛行特輯"中,為了試驗1991年電影"驚爆點"中的90秒墜落場景,老兄從同樣的1200公尺高勇敢的一躍而下,證明只需要短短的31秒,事後老兄領完保險後,依然奮力的在節目中賣命,為自己的新零件打拼。(資料來源: Discovery)

參考資料:

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流言終結者們,你覺得科學嗎?

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《流言終結者》的製作人彼得.李斯(Peter Rees)在接受基督科學箴言報(The Christian Science Monitor)訪問時所說過下面這句話。

“The host criteria was the total opposite of the normal television host, we wanted someone who had a shop, who could build anything we wanted, but we didn’t want a scientist."

「主持人徵選部分,我們做法完全和一般的電視節目相反;我們需要一個擁有工作室,可以做出任何東西的主持人,但我們不要科學家。」

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2013 年第十一季 198 集〈火箭車最終特輯〉,剛好是節目的 10 周年,全部的流言終結者們一起再次驗證第一集的火箭車流言,力求完整重現流言中的情節。(點擊圖片觀看實驗影片)圖/ Discovery

以科學之名嗎?

從一個未知問題開始繪圖、設計實驗、從小尺度到大尺度、調整、再實驗、最後下一個結論,《流言終結者》遵循的是一個我們一直被訓練的科學節奏,但這麼這麼多年來,會有許多人討論著一件事,究竟《流言終結者》算不算是真正的科學?

如果大家有逛國外論壇如 Reddit 的習慣,如果一講到《流言終結者》,勢必會掀起一陣「他們科學嗎?」的討論,正反方各有道理。

五名主持人中,只有格蘭(Grant Imahara)擁有工程師學位(電子工程學位,或者是說是正經的「科學」學位),亞當和傑米則是特效技師,托瑞(Tory Belleci)是模型師,凱莉(Kari Byron)是藝術家,中間出場過的史嘉蒂(Scottie Chapman)則是修車匠。沒錯,如果你要說他們不是科學家,講的東西沒有扎實根據,沒資格在節目中大聲說「以科學之名」,你還有些道理。

而且有礙於預算或時間,他們每個實驗的次數都不多,許多的大實驗都只有進行一次,以他們所獲得的結果下定論。科學實驗上來講,「樣本數嚴重不足」是他們的致命傷,一、兩次的實驗很難代表什麼,說不定第 100 次實驗會有不一樣的結果出現;而他們在節目中所講述的一些物理原理有時也並非百分之百的正確,他們更多的是用簡單的話語讓觀眾了解,所以通常會忽略一些大學的中高階物理、力學談到的概念。

但別忘記,質疑也是科學的一部分,而其實那些會在論壇中大聲吐槽《流言終結者》實驗過程或原理的人,其實很多都是死忠的粉絲(真的不得不承認這一點),因為這些實驗是多麼的有趣又引人發想。

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2011 年第九季第 168 集〈補胎妙法〉中亞當和傑米想出了各種輪胎的替代方案,包括原木、人孔蓋,甚至像電影中只靠輪圈,隨後論壇上湧出了各種不同的方案,也間接造成後來的另一集〈方形車輪跑得快〉。(點擊圖片觀看製作影片)圖/Discovery

對我而言,《流言終結者》有時的確是粗糙的科學,但他們證明了一件事,人人都可以玩科學,人人都可以是個科學家。他們或許犯了一些科學理論上的錯,實驗結果可信度不高,也不是一個正規科學實驗的風範,但你想像一下如果場景和人員換個地方會如何呢?一位東南路易斯安那大學物理系的助理教授在他的部落格上提到,「如果變成是一群博士生做著一樣的實驗驗證一樣的流言,或許大家還是會喜歡,但這將傳達『科學就是這些人的工作』的概念」。

和藝術、音樂一樣,科學像是人的另一個天賦,雖然可以專業化,但人就是擁有這個能力。

許多的粉絲會對他們的實驗提出許多問題,甚至批評,他們自己也試過很多充滿爭議性的流言。

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2011 年第九季〈落錘牛頓擺〉中製作小組驗證鳥是否會讓懸崖邊的車翻覆,再找來幾隻鴿子讓他們在上面走動後,車子沒有翻覆,後來才使用冷凍全雞代替鳥,但結果如大家在圖片中看到的,車子還是無動於衷。但是否大型鳥類降落或造成影響呢?圖/Discovery

〈手機引爆加油站〉中雖然證明了引燃油氣的是靜電而非電波,而且需要極大的靜電才能達到,很多人仍在討論著,許多網友自製的實驗影片也充斥 Youtube,而加油站仍放著禁用的手機的告示,那就我們也只好遵守。

〈富蘭克林的風箏〉中他們得到的結論是:富蘭克林的風箏遭雷擊的話,他自己是不可能存活的!但他的傳記中詳細記載他將風箏飛到烏雲下後,因為看到風箏線的纖維因靜電豎起,而自己在摸鑰匙的時候感應到而發現電流,壓根沒有閃電的橋段,實驗後流言終結者們也承認一開始誤會流言的內容。

在驗證電影《史密斯先生》中開搶命中並使遊樂設施旋轉的流言,他們試著解釋一連串的物理原理,但前面提到的那位物理教授則指出了一些的漏洞,如他們試著表達力、轉動慣量與動能間的關係,但事實上這些物理量彼此有著不同的意義,無法像節目中他們說的那樣簡單的互相轉換(當然他們只是想間單的解釋給觀眾聽),以及他們時常把力當成一個物體的性質,而非兩個物體間作用關係。

〈NASA登月疑雲〉他們大膽驗證了登月計畫中的照片,證明真空中國旗會飄逸跟有沒有空氣沒關係,而是移動旗子時給的慣性;阿姆斯壯為何在陰影中還被看得一清二楚是因為儘管陽光被遮住,但月球本身有反光……等,向許多懷疑論者挑戰,。

〈火箭車〉是他們唯二驗證了三次的流言(另一個則是阿基米德死光),每一次都是全員出動,也沒有每一次都完全按照計畫進行,但他們還是得下結論。

在批評中,他們其實也帶著科學的信念,大膽的發問,不斷的驗證,著重於方法,一次只變動一個變數,並靠著結果下判定。他們不是在追尋「真理」,他們願意回去重新實驗,甚至變更原本的結果,接受自己的錯誤,並回答觀眾的問題,他們和觀眾一樣不會知道最後的結果,電視機前的朋友可以和他們在同樣的角度出發,比較雙方的想法後,還可以再去他們的網站噴他們。

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2011 年第 9 季 162 集〈輕功水上漂〉中,兩位老人試著驗證是否有可能靠著一些裝備在水上跑步,他們也找了專業的運動員配上研究後的蛇怪蜥蜴腳步裝備,仍是無法在水上跑步。圖/Discovery

或許問題不是「流言終結者科不科學?」而是「流言終結者為了科學做了什麼?而我們從他身上得到什麼?」

參考資料:

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星星為何散布在宇宙間?──《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞》

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上次我說了黑洞和相對論,今天我要繼續談談與前兩者互有關連的大霹靂。

在進入主題之前,我想稍微說明一下,「什麼叫做溫度?」如果可以想像溫度,會比較容易了解大霹靂的理論……。

各位平常會說「溫度很高」,但是,各位知道究竟什麼是「溫度」嗎?溫度指的是「能量的密度」。一個有限的空間中,聚集了多少能量呢?將它用數字表現出來,就是溫度。「某空間飄浮粒子能量的平均密度」。

例如,下圖有兩張聚集了粒子的圖片(圖 29 AB)。箭頭表示速度(運動能),兩張圖的箭頭方向和大小都完全一樣,只是 A 圖的粒子相互靠近,B 圖則分散。A 是溫度高的狀態,B 是溫度低的狀態。即使每個粒子攜帶的能量都完全相同,但只要空間大小不同,就稱之為「溫度不同」。換句話說,溫度的差別端視粒子飄浮的空間是緊密還是空曠來做區別。散布在寬敞空間溫度較低。

【P141-圖29】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

坐電車通勤的朋友,夏天早上通勤很難受吧。車廂內擠沙丁魚又悶又熱,相反的,到了深夜時就空盪盪,乘客分散開來,就不會那麼熱了。每個人的能量(一個人散發的熱量)雖然相同,但溫度會因為空間大小和能量密度而有差別。這個印象請各位先記下來。

順便一提,你們知道空調也是利用這個原理嗎?

冷氣機裡有一種氣體叫冷媒,它會在室內機和室外機之間來來去去(圖 30)。室外機壓縮冷媒,冷媒的溫度會變得極高,然後再藉由接觸外面空氣,讓冷媒降溫(熱只會從高處向低處傳播,所以若是刻意不讓它熱的話,就無法丟棄)。

【P143-圖30】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

重點來了。當冷媒從室外進入室內機時,會將它從壓縮解放開來(壓力回歸),於是它便膨脹變冷。

就好像要把熱騰騰的湯麵呼呼吹冷一樣, 將口中壓縮的空氣,從壓縮中解放,回到原有的氣壓時,就會膨脹而(呼氣)變冷。但如果不壓縮,而在同樣氣壓下吐出(像是呵氣),就不會變冷。像這樣,局部急速膨脹,又變冷的冷媒,與室內空氣接觸,就會令室內變得涼快。

這個「急速擴張」的現象,會與大霹靂的理論相關,所以也請各位先記在腦中。

掉落的蘋果與不掉落的月球

再請你們思考一個現象,把它當成另一個預備知識。為什麼月球不會掉到地球上呢?

回答這個問題的是艾薩克.牛頓(Isaac Newton,圖 31)。他是個很有名的物理學家,相信很多人都知道他。他最偉大的成就,就是歸納出「運動定律」。當時最為人所知的是「克卜勒定律」。行星依據這個定律在運行,但原因為何呢?人們還無法了解它的機制。然而牛頓解開了它的機制。

物理學家的工作,就是對世間發生的現象,解開它的原因,了解它的機制,並且給予系統化的理由。

我們常常聽到牛頓看到蘋果掉落而發現重力的故事。那個是後人附會的創作,與其說牛頓思考蘋果掉落的原因,倒不如說他想的是「為什麼天空的星星不會掉下來」。而且得出一個非常簡單的結論。那就是:「它們都在動。

我畫一個地球與人造衛星的圖(圖 31)。人造衛星若是靜止,當然會因為重力而墜落地球。但是,只要它保持某種速度,速度(運動能量)與重力(引力)就能維持抗衡狀態,在地球周圍繞行。速度太快的話,會飛向宇宙,速度太慢就會被重力吸引而墜落地球。為了不要掉下來,它必須得卯足全力的保持平衡才行。

而就在牛頓思考為什麼星星不會墜落?為什麼行星繞著太陽周圍轉時,想出了「運動定律」。

星星為何散布在宇宙間?

好,現在開始進入今天的主題。上一回我們介紹了廣義相對論和愛因斯坦方程式(圖 32),大概只讓各位認識「有這麼一個方程式」,但它其實是個計算有多少質量,就會造成空間多大扭曲的方程式。

【P147-圖32】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

以「空間的扭曲」來表現重力,是廣義相對論的新創意,以前牛頓所想到的萬有引力,只說到有重量的物體,彼此會互相吸引。但在廣義相對論裡提到,空間本身會彎曲。所以像光那種沒有質量的物質,也會受到重力的影響。

將愛因斯坦方程式套用在整個宇宙時—雖然他本人也察覺到—當時的人發現了一件事:「這麼說的話……如果置之不理,星星互相拉引,最後豈不是全都凝結在一起了嗎?」

也就是說,如果在只有重力運作的空間,星球彼此會互相吸引,朝著凝結方向演進,而不會像現在這樣散布開來。歸根究柢,為什麼現在的宇宙,物質(星球)會這樣散布,而不是凝結在一起呢?

當然,同樣的質疑在牛頓力學中也成立。萬有引力—意味著所有物體都有引力,因此問題也是相同的。只是,在牛頓的時代,最多只注意到行星運動的程度,還沒有思考到全宇宙的問題。直到愛因斯坦的方程式出現,好不容易宣告「這是決定全宇宙的方程式哦」時,大家才想到:「欸,不太對耶。」

因此,愛因斯坦為了反駁這個論點,加入了「宇宙常數」這一項。因為「宇宙常數」這種排斥的力量,宇宙才能運行。

宇宙常數?

可是這個方程式出現各種問題,最大的問題在於「宇宙常數是什麼」?有些人認為:「宇宙中真的有排斥的力量?怎麼可以把不明的物體放入方程式裡呢?」

而且這個「排斥的力量」必須與「重力」完全保持平衡才行。只有和重力維持平衡狀態,天體才能處在現在的狀態—既不過分擴張,也不過度密合—完美的散布且安定的狀態。就像最前面說的人造衛星運動一樣,必須與重力維持完美的平衡,但「真的有那麼恰到好處的力量嗎?」

根據廣義相對論可以知道,質量會扭曲空間(愛丁頓在日食時做的重力透鏡實驗也證明了這一點),但是,若是如此,就與現在宇宙的狀態出現矛盾……。為解決這個矛盾,千辛萬苦加入了這個「宇宙常數」,結果卻反而招致批評。

後來—今天待會兒會說—世人明瞭宇宙一直在擴張,如果宇宙本身就在擴大的話,就不會發生因為重力互相吸引,聚合到一個點的問題。星球一直在運動,所以形成現在這種散布的狀態。也就是說,很明顯的宇宙常數是多餘的數。愛因斯坦很後悔的說:「這真是我人生最大的失敗……真不該放進這種東西。」連愛因斯坦都會搞錯呢……。

近年來,一般人也都認為,宇宙常數不能用了……但後來又發現並非如此。

從球丟出去到球落下來的幾億年瞬間

證明方程式不需要「宇宙常數」的是愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)。哈伯經由觀測,證明了天體本身在移動—朝著某一方向遠去,也就是說宇宙在膨脹。在地球上,物體通常都會因為重力而落到地面(圖 33 ☜),但是,如果加入速度的話,就有可能反重力的前進(圖 33 ☚)。

【P151-圖33】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

我們都還活在「上升的瞬間」──只不過在宇宙時間中的「瞬間」,卻是數億年。至於為什麼星球並沒有因為重力影響而聚合,而是向遠處移動,因為我們剛好只看到現在這個飛上去的瞬間而已。這是哈伯的看法。

哈伯從哪裡知道星球都在遠離呢? 因為他研究了各個天體的速度。在宇宙中,各個天體是以什麼樣的速度在移動呢?星星的光是在氫氣燃燒變成氦氣時發生的。人們了解了星星燃燒的原理,所以也經由地球上的物理學實驗,了解了星球上發生的光的波長。他們認為星星應該會發出這種波長的光。

但是,觀測這種波長的光會不會到達地球時,實際卻比預測偏移。(圖 34)全體都向著波長較長者偏移了。波長會使光產生不同的顏色,但全體都向紅色的方向(波長較長者=能量低)。

發生了什麼事呢?我們如果用聲音(音的波長)來想想比較容易了解。救護車靠近時,警笛聲會比停車時聽起來音調更高,但遠離時,聲音會漸漸變低。聲音的波長會因耳朵與救護車的相對速度──接近或是遠離──而有變化。因為遠離時,波長會變長,這叫做都卜勒效應

所有星星到達地球的光,會比那些星星原本發出的波長,更向紅色(波長較長)的方向偏移(這叫做「紅移」)。

也就是說,所有的天體都在遠離我們的意思。哈伯經由觀測,證明了這個現象。


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你一定聽過黑洞、時間旅行、暗物質、蟲洞、希格斯粒子、空間扭曲、相對論……但你真的「知道」那是什麼嗎?快跟著《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞》吧!(本書由 聯經出版

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從隨機屠殺到殘忍割喉,從個人暴力到集體瘋狂──從心理學的角度看:這個社會怎麼了?

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近些日子,某些朋友告訴我,其實他們對於捷運隨機殺人感到不諒解與不齒,但卻能理解他的心境;也有些朋友告訴我,對於小燈泡事件的嫌犯感到氣憤與傷心,自己卻也能夠同理嫌犯的處境。

聽到這裡,你很驚訝嗎?

他們有很強烈的罪惡感,因為覺得自己不會做出那樣暴力的行為,卻能夠理解嫌犯的內心世界,與為何會做出那樣的事情,對此感到可怕與愧疚。

同理心,我們都有。在憤怒的情緒過後,如果開始從這樣的事件反思,某些人可能會發現有同樣的感覺,只是恥於說出口,深怕一個不小心就先被當作有「問題」的人被抓走了。他們自責,難過,且更對自己感到羞愧。

圖/REMINA,原作者:伊藤潤二

專門對於社會現象做心理分析的大師佛洛姆(Erich Fromm)寫道﹝1﹞:「惡性侵犯是人類特有的東西,不是從動物本能中衍生出來的。它並不服務於人類的生理的生存,但卻仍舊是人類精神作用中一個重要的部分。這是一種激情。」

這份激情是人類與生俱來的,但這份激情是什麼?從佛洛姆的觀點來看,人類擺脫「天性」後,用理性的大腦看見自身存在的困窘。因為失去「天性」,我們反而不知何去何從,只能探索周遭環境,發展出對於生活的熱情;接著這份熱情會變成我們的「性格」,取代原先佔主導地位的「天性」。

不像動物般只是求生的覓食交配,人類發展出純粹享樂的濫交,因困頓或犧牲式的自殺。而某些人也會走向更非健康形式的熱情──剝削、虐待、屠殺,因為這是最迅速讓我們感受到熱情、或說「存在」的「意識」。

我們需要這份自我存在的意識感,否則擺脫天性後太可怕了,為了吃飯而吃飯、為了性交而性交,活在一個沒有意義卻又想找到存在意義的人來說,這是折磨。

令人感嘆,與許多無奈的是,這些直接或間接傷害他人或自己的手段,經常是卻最快感受到自我存在的方法,也正是人類無法接受擁有「意識」卻不曉得「意義」為何的悲戚方式。

如同佛洛姆寫道:「這需求是種種社會條件與人的存在需求交錯而生的結果。」

「人的存在衝突產生了一切人共有的某些心理需要。他被逼著要克服由隔離、無能與失落所產生的憂懼,去尋求新的方式使自己與世界相關,讓自己能夠感到自在。我把這種需要叫做存在的需要,因為他們的根源是人類的存在狀況。它們是人人與共的,而且必須求得滿足,否則就會瘋狂。」

圖片2

我相信人與人之間的情感連結是必須的,每個人都需要的。但是,這群人總是孤獨,總是因為某些因素,有可能是家庭問題、學校霸凌、社會壓榨等因素,使得就算表面上能夠符合社會規範與聊天湊熱鬧,但內心始終只有「一個人」;「一個人」的感受是很可怕的,他需要趕緊找到某些方式來排解孤獨,而最快的方式就是性、酒精、與暴力。因為他們直接由刺激就能產生反應,不需要再慢慢培養情感,不需要延宕滿足。當一個人孤獨到某個限度時,他只求的是能最快解決自身困境的方式來發洩。

他發洩的除了個人情感外,也許還加上對當前社會的憤怒。從他生長的脈絡一路下來,經歷了家庭、學校與社會的碰撞擠壓,當這些東西沒能夠得到適當的代謝與轉化時,就會持續沉澱心中,等到無法累積時爆發出來。

爆發的除了自身的孤寂外,更多是對於體制、對於系統的不滿。尤其在近來一連串傷人事件中,也許還能再提出一個相似的心理學概念,稱為「外團體同質性」。它是相對於內團體,也就是自己認定的朋友圈的人,覺得外面的人都一樣,而把他們歸類為都是不好的或都是邪惡的,藉此鞏固內團體的真實性與和諧度﹝2﹞。

這時,很悲涼的假設是,如果內團體只有「一個人」,他為了不破壞從小到大自身的信念──那像是讓一個人重新開機般的可怕──他只得把外團體的人,也就是除了自己以外的所有人都認定為不好的。可能像是從小父母的冷漠放任、學校同學的欺負排擠、或是公司政府對人民的剝削壓榨之外,其實還有親戚的協助、朋友的支持與伴侶的關愛;但當這些區分通通被混淆在一起時,他慌了。他看見更多的「愛」,更多是眼前充斥滿滿的不公不義。也許就是為什麼攻擊者攻擊的對象不是某個特定的人,而是陌生人,是老弱婦孺,因為他腦海中攻擊的是整個外團體、整個社會亂象,並將所衍生的不滿情緒通通爆發出來。

圖片3

對於受害者,我感到無比悲痛。對於攻擊者,我除了憤怒,也感到相當無奈。

死刑與否的問題,這牽連整個社會系統的信念,但我想這並不是當前最根基的問題;那個問題應該是:「這個社會怎麼了?」、「從家庭、學校到社會,我們整個體制是如何扶養一個『人』長大?」、「社會與群眾又灌輸他什麼樣的信念,導致一個人不得不走向這樣的道路,衍生出越來越多的悲劇?」

而悲劇過後,我們又怎麼處理?也許可以參考呂秋遠律師所說的﹝3﹞,別再增加無謂的憤怒與難過,也別汙名化任何群體。唯有用你我、與每個人的「愛」,才能協助我們共同克服難關。

最後,回應許多近來關心自身狀況的朋友們,雖然自己並不認同種種惡劣行為,但卻驚訝於自己可以同理他們的情感時,不用過於擔心,這是你同理心的正常反應,說明你還能保持理智,反思自己存在的現況。而這也是你發現內心陰暗憂鬱,更多還有光明希望的時刻;如果你願意的話,可以尋求心理師的協助,好好探索它,反而是一個深度探索自我的契機,讓自己、讓社會都變得更好。

參考資料:

  1. Fromm, E. (1992).The anatomy of human destructiveness. Macmillan. 《人類破壞性的剖析》。水牛出版。
  2. Brewer, M. B. (1999). The psychology of prejudice: Ingroup love and outgroup hate?.Journal of social issues55(3), 429-444.
  3. 面對內湖殺童案 律師呂秋遠籲做十件事

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「你心目中人類歷史上 / 未來的關鍵事件」徵文

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學會用火烤熟食物,讓人類可以用更短的時間,攝取更多更營養的食物;農業革命的發生,讓人類擁有更穩定的食物來源,不再需要為了追逐食物四處遷徙;後來的工業革命、資訊革命,更是讓人類的生活有了大幅度的改變。更甚者,未來又可能會發生什麼「關鍵事件」,徹底翻轉人類既有的生活型態呢?

泛科學本次舉辦徵文活動,希望能募集網友告訴我們什麼事「你心目中人類歷史上 / 未來的關鍵事件」,泛科學編輯群從如雪片般飛來的稿件中挑出了以下 10 篇投稿,刊載如下。

(排序依來稿先後順序)

投稿人:莊博安(全職實習諮商心理師)

莊博安在泛科學的專欄

圖/公視新聞

「殺死自我」。

這是作為基本生物絕對不會想到的事情。動物的天性就是生存,但開始有自傷自毀的傾向時,明顯在心智上有了極大轉變,甚至可以推論那是「脫離本能」的開始或過程。

佛洛姆說,人類擺脫「天性」後,用理性的大腦看見自身存在的困窘。因為失去「天性」,我們反而不知何去何從,只能探索周遭環境,發展出對於生活的熱情。

接著這份熱情會變成我們的「性格」,取代原先佔主導地位的「天性」。不像動物般只是求生的覓食交配,人類發展出純粹享樂的濫交,因困頓或犧牲式的自殺。用佛洛姆談「惡」的角度來看,某些人也會走向非健康形式的熱情──剝削、虐待、屠殺,因為這是最迅速讓我們感受到熱情、或說「存在」的「意識」。

我們需要這份自我存在的意識感,否則擺脫天性後太可怕了,為了吃飯而吃飯、為了性交而性交,活在一個沒有意義卻又想找到存在意義的人來說,這是折磨。

我們想要什麼?什麼對我們比較好?脫離動物「天性」後,取代大腦的「意識」絕對是人類歷史上最重要的事件之一。「殺死自我」只是一種自我意識下的產,而這個產物又讓人類有了更多選擇;換句話說,這種「殺死自我」的覺察是種頓悟,讓人在絕望時有了希望,反而可以不顧後果地,做出任何迅速擁有熱情而不顧生命的事情。因為從歷史事件來看,生命從來都不是許多人更重視的事情,而是「意義」;不須苟活,能夠從被環境影響的性格中,讓好的或壞的「自我」爆發出來。

這經常是最快感受到自我存在的方法,也正是人類無法接受擁有「意識」卻不曉得「意義」為何的悲戚手段。

令人感嘆,與一絲無奈。

參考資料:

  • Fromm, E. (1992). The anatomy of human destructiveness. Macmillan. 《人類破壞性的剖析》。水牛出版。

投稿人:綠色平等

《智人勝利的關鍵:高度合作的起源》

在面對從蟲洞另一端來襲的侵略者,智人們的團結一致讓他們順利取得勝利。(雖然其中一個不是人、還有一個長得不太像人)圖/IMDb

德國科學家赫曼曾做過一項實驗,針對2歲半的人類與黑猩猩幼童進行推理能力和社交能力的測驗,結果推理能力雙方不相上下,但社交認知能力卻是人類大幅領先,並把結果發表於「科學」期刊。所以我可以合理的推測人類能擊敗其他所有人種的關鍵是「社交能力」。

雖然其他所有的人屬物種都有先進且複雜的社交能力,但智人為何鶴立雞群呢?我認為這要感謝 19.5 萬年前 – 12.5 萬年前地球的氣溫大幅下降,東非內陸,也就是智人的發源地食物日漸稀少,濱海環境成了我們主要覓食處,這也是我們智人團結和戰爭的起因,最近在南非的科學家馮克所做的實驗顯示,貝類礁石的生產力極高,採集一小時的熱量高達4500卡,使的會更團結守護礁石、能組成更大團體(反正食物夠多)、人緣好等個體在天擇中勝出;相對的我們生活在歐洲的表親尼安德塔人就沒這麼幸運了,因為太冷,甚至連海水都結冰了,所以沒有足夠的濱海資源,而尼安德塔人只好去狩獵冰原中的大型動物(有證據指出尼安德塔人幾乎只吃肉),而狩獵團體並非越大越好,人多能分到的食物也少。所以智人主要是跟智人為的高產值的領土打仗,而尼安德塔人則是狩獵技巧高的小團體。

後來智人大約在 4 萬年前進入歐洲後,與尼安德塔人一起生活了 1.5 萬年,在這麼長的相處時間,我們也有可能學到尼安德塔人那精良的狩獵技巧,幫助我們在歐洲生活,最後他們滅絕的原因可能是兩種路線:

  1. 加入 or 被迫加入智人團隊的因為「人緣差」而滅絕了,但還是有少數混血。
  2. 沒加入的則因為戰爭,但寡不敵眾,而滅絕了,畢竟智人不是什麼寬容的物種,歷史上的大屠殺很常見。

投稿人:jerryss97

《農業革命》

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兩百萬年前,在東非的人類祖先,僅僅是地球上浩浩蒼生中的一員,逐漸向各大陸、島嶼徙居,造成當地大型動物滅絕。最後,在1.3萬年前,弗洛瑞斯人絕種,智人成為唯一存活的人類物種。

而究竟,使我們的先祖,從發現、到征服、至最後的支配?

是什麼改變,使我們定居一處、專業分工、階級出現、以至於後來的城邦、帝國、國家?

答案就是:1.2 萬年前的新石器革命:農牧業開始發展,在足夠良是積累下,其他器物技術也開始提升,進一步改善生活。人群逐漸吸引、聚集,生產技術進步至需要分工,而產品的交換,則發明了貨幣。為了管理這生產活動的一切,政府便誕生了。

人類與其他生物開始截然不同的新石器革命的源頭,便是能產生糧食積累,才能衍生出爾後諸多制度的:農業革命(1.2 萬年前)——馴化動植物,出現永久聚落。

目前所知,人類農業革命的起源是多元分立的,不同的地區分別各自發展出不同的農作物和家畜。兩河流域地區的人們相繼培育出大麥、小麥、豌豆、橄欖、無花果等農作物,以及山羊、綿羊、豬、牛、貓等家畜。而東亞地區大約從西元前 7000 年起,陸續育種了稻米、小米、大豆、芋頭、香蕉、甘蔗等農作物,以及豬、雞、鴨、水牛等牲畜。

但是,哈拉瑞指出,看似訓服農作物、家畜的我們,也放棄了多元的選擇,而人口的激增,使得居民與作物必須展開增量的競賽,一旦作物無法支撐,飢荒便隨之而來。又為什麼會一步步越陷越深呢?因為總是對未來保持期待,心想現在多一點的付出定能有更優渥的生活,如此使得社會進步,卻也越來越無法承受風險。

投稿人:陳韻安

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溝通(當然也包含嘴砲)是人類發展的重要里程。圖/@flickr

人類歷史上最重要的發展關鍵之一是溝通和紀錄,亦即語言和文字/圖像。哈拉瑞博士提到人類之所以稱霸地球,是因為能夠大規模且靈活地合作,而背後基礎是因為我們能共同相信一個虛構的架構。這需要的不僅是抽象的思考,也需要能夠傳達這些抽象思考的語言,如此才能在一個群體中傳播同樣的思想,接著接受同樣思想的人才能聚集起來合作。除此之外,不論是口述歷史還是文字/圖像紀錄,都可以讓人類跨越時空合作,亦即牛頓所說「站在巨人的肩膀上」。缺乏紀錄的後果就是無法累積智慧,便無法進一步突破,也不可能達到現在人類的成就。

其他生物之間的溝通模式的確也是語言,但缺乏兩個要素:大量的抽象思考、長久的紀錄。其他生物是否有抽象思考可能不容易證明,不過即使存在,目前看來也無法用天生的溝通模式傳達給其他同種類的生物瞭解。除此之外,每一代的突破(例如某隻猩猩發現特別好用的工具)無法有效紀錄並傳承給後代,讓後代有機會以此為基礎進一步完善,也無法避免在長久的傳承中失真。但人類的文字/圖像紀錄可以做到。

因此,個人認為未來如果能更降低語言間的隔閡(例如發展更好的翻譯系統,不必做到秦始皇的車同軌、書同文),可能會更促進人類之間合作的效率。

投稿人:顏廷耀(中央大學經濟所)

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身為一個經濟系的學生我特別關注經濟成長的途徑,我希望能找到經濟發展的軌跡,才能幫助落後的國家順利的沿著條途徑成長。所以要確定是否有這條軌跡存在,我認為尋找歷史上的「文明標誌」是很重要的,也就是人類歷史上的關鍵事件。

有三樣東西我覺得特別重要:貨幣的發明、分割繼承制跟廢奴

貨幣的發明很多人覺得很重要,我也不能確定他正式的時間點為何,我相信上古就有各種貨幣的形式存在。貨幣就是象徵信用的實體化;在人跟人不信任的時候,專業生產的分工根本無法進行。我不能推斷貨幣跟經濟活動的因果關係,但是司馬遷在史記寫道:「農工商交易之路通,而龜貝金錢刀布之幣興焉」。所以至少當貨幣興盛的時候,我們可以推斷經濟活動的程度為何,非常符合文明標誌的概念。

分割繼承制度的概念主要是要區別嫡長子繼承制。嫡長子繼承制在物資匱乏的年代或是對統治者的家族是很好的制度,它確保了家產不會被任意的分割,只會有一個人有同樣的霸權地位,而且會延續這樣的霸權。但是它阻止了階級流動的可能性,而且做法相當違反人性,但是在物資缺乏的年代,違反人性的制度,可能對於整個社會有幫助;但一旦脫離嫡長子繼承進入分割繼承,代表社會進入到一個新的境界。

奴隸制度對於物資匱乏的年代也是不錯的制度。為奴並不是你想像的那麼糟,不在莊園裡為奴的,出去到荒野,容易生病、遇到強盜還會遇到野生動物的攻擊。而在莊園有領主的保護,他也不會刻意刁難你,畢竟你完全屬於它,沒有人會刁難自己的財產,你生氣的時候會打桌子,但你會蓄意破壞它嗎?廢奴制顯然是一個文明的象徵,畢竟奴隸的生產力是受到壓迫的,賺再多錢也都屬於主人的,你有看過你不推牛車,牛自己跑的嗎?廢奴制才能解放人類的生產力。

投稿人:陳韻卉

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古文明留下來的文字,讓我們有機會窺探當時人們生活的樣貌。圖/wikipedia

以文科腦的角度來看,我心目中人類歷史上最關鍵的事件,莫過於使用「文字」。

等等…這裡並不是要爭論到底是蘇美人還是埃及人還是中國人發明的,我所謂的「文字」,指的是第一個在牆壁上留下的塗鴉。

試想那個畫面:一群人拖著野牛的屍體回到洞窟,圍著火堆取暖烤肉,孩子在旁邊奔跑嬉戲,首領獻上鮮血讚美大地。稍遠的角落裡,有個人突然靈光一閃,決定拿起石頭在牆壁上畫下眼前的景象。

旁邊有人湊過來指著那圖案問他畫什麼,於是有了第一個藝術評論……

過沒多久有人覺得每次都要畫一頭牛太麻煩了,等他畫完牛都跑了,於是他畫了個圈圈加上兩隻角,旁邊人問他這什麼,他指著遠方的牛群說,就是牛啊。

第一個在牆上的作品已經消失,我們也無法得知驅使他撿起石頭的原因。或許「想要留下點什麼」的衝動是人類共通的欲望,為了記錄生活軌跡或是祈求打獵順利,從無義的發聲到有義的語言,如此漫長又無價的一步。

多了不起啊……

從可見的事物到不可見的思想,人類免於浪費重複學習傳遞訊息的時間,得以站在前人基礎上繼續前進。從共通的畫面延伸成不同族群的語言,就算指著同一頭牛,我們仍保有各自的「牛」。

人類由同而異,發展文明爭強噬弱,最後繞回原點才發現萬流同宗。石頭必然會被撿起,它只是在時光裡靜待,那個改變歷史的瞬間。

投稿人:Sean Yeh

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當我們和外星文明接觸時,真有可能像 MIB 電影那樣雙方盡量互相配合,或者人類文明會在一瞬間被消滅?圖/IMDb

當外星文明向人類展示他們的存在時,這將是人類史上最為關鍵的事件!

假如這個外星文明是有敵意的,那這個關鍵事件就是人類最後一件大事,句點。

但假如這個外星文明是沒有敵意的,這個事件也會改變整個人類發展的歷程。首先,人類發現自己不再是萬物之靈了! 在整個宇宙的生態系來看,人類只不過是一個毫不起眼的族群,才正要想辦法踏出家門口而已。我們不再孤獨,但人類卻被貶為低等動物。原本,人類是地球的主宰,還曾想像自己是宇宙的奇蹟,竟然能以一己之力,破解宇宙創生及終極粒子的謎題;然而,現在只能成了太陽系第三號野生動物園裏的高等掠食動物。

也有一大部分的人宣稱找到了神,他們完全放棄了原有的信仰,改把外星文明當作是真神!是的,當年印加帝國的印第安人也以為騎馬帶槍的西班牙人是神一樣。只是這個新的神會符合人們對神的期待嗎?也有一大批人主張要拋棄人類的文明與價值,來完全擁抱外星人的文明,這也不稀奇,才在一百年前,中國就為這事激辯不已;但是,向來注重團體行動的日本人比中國人早三十年認命,徹底全盤西化,而且大獲成功!

然而,假如這個外星文明是沒有敵意的,我們依然還是自己命運的主宰,我們應該要慶賀!因為宇宙顯然還有太多的奧秘是我們所不知的,而我們的高等物理教科書很顯然可以改寫了!我們該慶賀有比我們先進的文明,向人類證實科技進步與毀滅並不是孿生子!科技進步的同時,心胸可以更開闊。如果,外星異族都能和平共處,那同樣是人類的我們,有何理由不行呢?

我真心希望這個人類最為關鍵的事件,最後成為人類永遠和平的轉捩點。

以上,是我的想法。

投稿人:周冠妤

我認為人類歷史上最重要的關鍵轉變是「認知革命」,它形成人類很重要的獨特之處,也是現今人類世界建構的基礎。

認知革命和人類語言有密切關聯,許多動物都有自己的溝通方式,如蜜蜂的移動路徑、狗的叫聲…而人類語言的獨特之處在於,能夠以簡單的元素組合成複雜的訊息,因此人類能夠彼此交換大量而繁複、甚至嶄新概念的訊息。更重要的是,經過認知革命後,人類能夠談論「假的事物」,這是其他任何動物都難以達到的能力。因為能夠談假的事物,人類不會被侷限於身邊親眼所見、只與當下經驗有關的談話,而能夠透過語言建構出實際上不存在,但所有人都相信的事物。

而透過這樣的能力,金錢、宗教、國家等許多維繫當今世界的重要法則,才能夠被「創造」出來。許多日常中習以為常的事物,深植於生活習慣、看似再自然不過的社會運行規則,背後都來自人類認知革命的能力。雖然我們經常談論金錢、宗教、國家如何發展、創造的過程,卻從未看透它們背後所需的巨大思考和認知能力,以及這些體系本質上其實是一個共同想像。藉由多數人類都能夠「想像」這些事物,它們才有可能被相信、被賦予實際的影響力,而成為人類世界的運行規則。

投稿人:吳孟臻

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人體冷凍會是解決當下醫學難題的解答嗎?圖/IMDB

死亡是每個人都必須面對卻又不想面對的終點,在中國,各朝各代的君王無不追求長生不死,從秦始皇到近代的雍正帝,耗費許多國力在尋找長生神藥;在埃及,法老王將自己做成木乃伊,期待能死而復生,卻沒有真正得償所願者。

在醫學如此先進的 21 世紀,長生不死依舊是醫學界想創造的神話, 2016 當下的醫學看來是無法達到,那未來呢?為了讓生命得以延續,便開始發展人體冷凍保存技術,期望能在未來實現這個不可能的任務。在生物技術上,將人體細胞以抗凍劑冷凍保存於 -190°C 後,再以 37°C 快速回溫,幾乎可以使人體細胞有 90% 以上的存活率,這是每間生物實驗室都能簡單達到的技術,目前也已經發展出人體血液、組織、器官的冷凍保存技術,美國也已經有公司提供人體全體的冷凍保存,費用當然也高得嚇人,但是在未來「可能」得以延續自己生命的誘因下,許多人還是願意賭一把。

人體冷凍已經不是問題,但怎麼解凍才能讓人存活?而且還必須是無任何細胞損傷的條件下繼續存活,這才是目前遭遇的最大難題。在未來的某天,也許這個難題能被解決,我們能從冷凍狀態下順利的復活,並藉由未來高度發展的醫學,治癒我們的不治之症,實現長生不死的神話,但隨之而來的人口壓力、道德問題,可能是比技術層面更難解決的問題了。

投稿人:廖榮豪(康橋國中)

科學家們正如火如荼的想研發出機械義肢。那機械腦也是有可能的嗎?圖/DARPA

身為一位業餘的科普讀者,想當然爾我並不專精任何一項專業領域,但也因為這樣讓我可以廣泛的吸收各大科學領域的知識。而對我來說,將會是人類史上最重要的事件莫過於利用其他物質來建構我們肩上的這顆腦袋,並同時保有意識、想法、記憶等等。換句話說,也就是獲得一個完整的鋼鐵之軀。

眾多器官中,就屬大腦最為神秘了。心臟壞了可以移植,腎臟壞了也可以移植,基本上,我們的五臟六腑壞了都可以替換,唯獨就大腦換了這個最根本的你也就不存在了。我們到現在都沒辦法去完全的理解我們大腦的運作功能,包括最基本的思考,意識的存在等等對目前的我們都是謎一般的存在,但是以其他角度去看的話,我們的大腦其實也不過就是一堆原子、分子所組成的。所以理論上來說,並不無可能利用其他材料來建構出我們這獨一無二的大腦。

而一旦我們可以使用其他物質來打造我們的大腦時,基本上剩下來的所以部分都不是問題了。最重要的是,這將會達到人們數千數萬年以來的夢想—–長生不老。且當我們的身軀可用矽及鐵鋁等元素建構而成時,我們也不在受限於我們現在這個脆弱無比的身體了,也代表我們做得到事情就不止是單單在月球上留個腳印而已了。不論是要移民太空或是進行跨星系之間的旅行等等的事物在我們突破機械大腦這個奇異點後,一切都會變得相當簡單了。


看完以上文章之後不妨也問問自己:你心目人類歷史上 / 未來的關鍵事件又是什麼呢?

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星星一定在動嗎?──《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞》

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星星一定在動?

好, 今天我想來談談暗物質。在進入主題之前, 我想請大家回想一下上一回說過的牛頓「運動定律」。牛頓思考「為什麼星星不會掉到地球上」,想出了「因為它在動」的答案。

如果停止運動, 就會掉下來。例如,這是人造衛星墜落地球前的狀態,但它並不是以靜止狀態飄浮在地球上空。因為重力一直在運作,一旦靜止的話,最後一定會朝著地球墜落。它沒有墜落,就是因為它相對(或是抵抗著?)重力朝某方向在運動。

人造衛星之所以沒有墜落到地球上,就是因為它持續相對著重力朝著某方向運動。

這個圖的狀況,人造衛星正好繞著地球周圍打轉。它飛行的運動,與重力巧妙的維持均衡,所以不會掉落下來。它拚命的運動以避免墜落。請各位記住,重力與運動永遠互為表裡。重力發生作用的地方,物體在運動。反言之,如果有天體在運動,那就是重力發生作用。

記住這個法則,今天講述的內容就會比較容易理解。

離太陽越近,公轉速度越快,離得越遠越慢

那麼我們先來想想太陽系行星的公轉運動吧。太陽在正中央,行星繞著它的周圍旋轉(圖 56 ☞)。行星不會朝著太陽墜落,是因為它保持著某個速度。而且越接近中心的星球,應該旋轉得越快。事實上水星旋轉的速度驚人的快,而最外側的海王星則是個慢郎中。

【P239-圖56】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

距離中心越遠,公轉速度越慢─我們做個圖表看看吧(圖 56 ☛)。縱軸是「速度」,橫軸是「與太陽的距離」,輸入各別行星的速度之後,就會形成這樣。離太陽近的行星速度快,距離遠的速度慢。原因是離太陽越近,受到它的重力影響越大。重力正是公轉的原動力。請牢記,畫成圖表的話,可以描出這樣的曲線。

依據這個原理,我們再來看看星系吧。

這是仙女座星系(圖57)。大和宇宙戰艦的目的地─位於我們銀河系的隔壁,所以經常看得到它的名字。

從側面來看這個星系的話,會呈現這種形狀(圖 57 ☞)。上面照片中的中央也是圓圓隆起的樣子,而且非常明亮。為什麼會這樣呢?因為正中央聚集了大量的恆星,周圍的星球則是呈圓盤狀散開的關係。

這就是被稱為「螺旋星系」的特徵,而中央星球聚集的地方,叫做「核球」(bulge=凸出),而周圍叫做「盤面」(disk=圓盤)。從亮度的分布來推測,絕大多數的星球都集中在核球,周圍的盤面沒什麼星球。星系的結構就是這樣。

星系的自轉速度很奇怪……

接下來我們來思考一下星系的運動吧。看上去,星系是靜止的,但是仔細觀測一下,就會知道它也在旋轉。星系聚集了大量恆星,當然是重力在運作的關係。如同一開始時我說過的,重力運作的地方,星球會恆常的運動。如果運動停止的話,就會朝著核球落下,所以它必定在旋轉。

再來思考盤面上星球的運動吧(圖58)。這些星球以多快的速度在運動呢?我們來測量一下它們個別的旋轉速度。

【P243-圖58】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

有一位學者叫做薇拉.魯賓(Vera Rubin),就真的做過這個測量──她是上一次講到的伽莫夫(George Gamow)的學生──這位科學家使用的方法,是都卜勒效應。前一次也介紹過,這是波必定會出現的現象,遠離時波長會拉長。以光來說,「波長拉長」的意思,在顏色上會往紅色方向(紅移)移動。測量它的偏移量,就可以測得星球的速度─這是上一回講義中說過的。魯賓就是用這種方法,測量盤面上的星球速度。

預測的狀況是這樣(圖 58 ☚),照理說,越接近核球,速度越快吧?因為幾乎所有的質量都凝聚在核球,所以它應該和太陽系一樣,越近越快,越遠越慢。若不是如此就有問題了。

可是……

但實際上這位學者發現了一個驚人的現象,不論內外,所有星球的旋轉速度幾乎都一樣。(圖 59 ☜)即使距離中央十分遙遠,速度卻不變。照理說,越往邊緣走,速度會越慢才對。速度沒有變慢,恐怕是發生以下這種狀況,即本來以為星球凝聚在核球,而周圍的盤面幾乎呈現沒有星球的狀態,但似乎不然,難道是有星球以外的物體,以「黑」的狀態密集分布在周圍嗎?(圖 59 ☚)這裡應該有一些具有大質量的無法以光看見的物質吧……

這個以「黑」顯示的領域稱為「銀暈」(halo=光暈)。密集在銀暈中的某物──一般認為就是暗物質,就是今天的主角。「halo」這名字滿可愛,但卻是「黑暗的」。

這是宇宙的一個謎,今天就要來說說這個謎。

球形的笨蛋!

這一位是科學家茲威基(Fritz Zwicky,圖 60)。他是超新星的專家,從他的名字弗里茨,很多人會以為,他是德語系的人,其實他是瑞士人,在美國做研究。

【P247-圖60】跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞!

據說,他是個頑固老爹,可能因為自詡聰明,所以常常對人大聲責罵。罵人的方法也變化多端。但他最喜歡的一句,卻是「球形的笨蛋」。為什麼是「球形」呢?這表示不論從哪個角度看都是笨蛋的意思……算是個不夠聰明還會意不來的玩笑。德國常常有這類玩笑話,需要轉個彎想才會明白,但一點都不好笑。

剛才的那位魯賓在 70 年代時,曾研究過星系的旋轉速度,得出「好像有暗物質」的結論。但是這位茲威基卻在她 40 年前──也就是一九三○年代,就發現了這個驚人的現象。當時的時代既沒有「暗物質」這個名稱,連概念都沒有。但這位學者並不是研究星系中一顆顆恆星的旋轉運動,他研究的是星系本身的動態。

這個圖是「后髮星系團」,其中發出朦朧光線的圓盤狀物體,每一個都是一個星系(圖 60),集合了大量星系的天體叫做星系團。既然每一個圓盤都是星系的話,質量當然大得不得了。質量大的星系大量聚集─聚集歸聚集,但也有著相當的距離─會產生無法想像的重力。既然重力在運作,當然就會運動。茲威基便因此研究起星系團的運動。

運用牛頓的運動定律,計算速度,就可以估算出質量。若要對一個一個星系縝密的計算,需要極困難的演算,但是有一種匯總這種問題的學問,叫做統計力學,使用它就能比較簡單的求得。

為星星取你的名字送給你

對了,為什麼會取「后髮座」這個名字呢。星座的取名最初是從「把某顆星和另一顆星連起來,變成某種形狀」的方式開始的,但世界各地都有不同取法,很容易造成混亂。所以某一時候決定做個統一,國際天文學會的組織決定了哪裡是獅子座,哪裡是小熊座─雖然怎麼看也不像小熊啊─長得像「后髮」的說法也很玄奇,不過,那個組織就決定了「后髮座」的名字。

再說件不相干的事。天體中只有星座和一等星會取名字。各位應該也有聽過織女星或是牛郎星吧,但是二等星以下基本上沒有名字。二等星中有取名的,只有北極星,其他的都是無名星,你可以任意幫它們取名。

因為這個原因,還興起了一門生意。有人以「為星星取你的名字送給你」作為宣傳,只要付一筆錢,就能拿到認定書之類的證明。但實際上並沒有得到國際天文學會的承認,只是隨便任意取名而已。其實不用花錢,自己隨便幫一顆星取名也是一樣。那種手法只是欺騙不懂內情的人罷了。


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你一定聽過黑洞、時間旅行、暗物質、蟲洞、希格斯粒子、空間扭曲、相對論……但你真的「知道」那是什麼嗎?快跟著《跟著怪咖物理學家一起跳進黑洞》吧!(本書為聯經出版

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一起脫離科學新聞的迷霧森林吧!

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鄭國威  /  PsnSci 泛科學總編輯

每周世界新聞(WWN)報導:看美女有益健康 娶美女卻會短命?!這真的科學嗎?

每周世界新聞(WWN)報導:「娶醜女的男性壽命比其他男性平均壽命多 12 年」這真的科學嗎?

我時常在演講時問兩個問題:

第一:你知道這則科學新聞是有問題的,或根本是錯誤的嗎?

第二:好了,現在你知道這則、這則、跟這則都是有問題的科學新聞了,那你以後看到怪怪的科學新聞會花時間去查證嗎?

大部分的時候,聽眾對於這兩個問題的答案都是「NO」。也就是我演講了那麼多場,絕大多數的聽眾還是不知道一些我常常用來當錯誤範本的科學新聞其實是問題滿滿,而且在我講完之後,絕大多數的人還是不太有動力(理由包括沒時間、沒專業、或沒意願)去好好檢視自己看見的科學新聞到底是對還是錯。

呵,我不是在批評好心邀請我去演講的聽眾,事實上,這樣的答案我早就預料到,因為不瞞你說,身為一個台灣最大科學知識網站的創辦人跟總編輯,我對我自己提的這兩個問題,答案也是「NO」。

這還得了?事實上真是這樣。即使我認為我自己可能在「對資訊存疑」這領域算是執著到有點變態了,但絕大多數的時候,我無法判斷一則科學新聞是不是有問題的,我的好奇心跟質疑心可能比較重,但總是有極限的,我沒有能力驗證任何一則 NASA 宣稱他們達成的成就,不管是把機器探測車送上火星,還是成功在國際太空站上種菜。我也沒有辦法一則一則,費盡心力地去了解所有食品安全跟醫藥健康的消息,我只能相信我最有把握相信的非常少數訊息來源,並且對所有我無法確信的資訊抱持著「我看到了這則消息,我知道有媒體報導、有人談論這則消息,但這則消息本身到底是不是真的,或是有多少比例是真的,我還不知道」。

我不是在 PanSci 泛科學開始之後才這麼時時刻刻警覺。早在多年前我還在念傳播學門的碩士時,我就培養起了這樣的習慣,但我只是個文科生,隨著學習跟見聞增長,我雖然逐漸能夠對於傳播議題、社會學、歷史人文等資訊有更多掌握,看出每況愈下新聞鬧劇中的問題,但對於自然科學與應用科學等真的沒輒。當我開始做 PanSci 泛科學,我才逐漸了解過去我輕信了多少科學新聞中的謬論,多麼不加質疑地將我對這個世界、對這個地球、對宇宙、對環境的認識架構在大概跟我一樣也不懂自己報導什麼的記者跟他們產出的錯誤百出的新聞篇章上。回想過往無知的歷程時常讓我寒毛直豎。

儘管我現在依舊無知(這不是謙虛),但我終究學會了一件事,非常重要的事:活在此刻,我們所有的人都必須要更積極於提升自己的科學素養,因為科學正在以等比級速的加速度改變這個世界,但我們的科學素養增長卻是好一點進一步,壞一點退兩步,這樣下去對個人或對整個社會都會造成知識上的撕裂傷。而如果你跟我一樣自覺不可能趕得上這速度,也絕對不要放棄,因為科技也同樣給了我們社群的力量,加入與你我一樣對於求真求科學有高度執著的社群吧。

黃俊儒老師與科學新聞解剖室就是一個這樣的社群。繼《別輕易相信!你必須知道的科學偽新聞》後,黃俊儒老師跟科學新聞解剖室針對科學新聞中層出不窮的陷阱一一盤點,提供我們防身指南:《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》。科學新聞解剖室的成員就如庖丁解牛,把許多貼我們最近、許多人最可能囫圇吞棗地嚥下的科學新聞資訊從源頭來歷、呈現手法、到媒體組織、公關單位、政府機構、企業商家……各方的糾葛都條條述明。如果你之前沒有跟我一樣引頸期待並搶先拜讀解剖室在泛科學上的連載,那麼趁著如今集結成書,一氣呵成看完這本書,絕對會讓你的科學素養大躍進。

很榮幸有多位優秀解剖員與 PanSci 泛科學關係密切,紹桀曾在泛科學實習,維倫是台柱專欄作者,雅淇則是現任泛科學當家主編,而黃俊儒老師也是泛科學在互聯網科學傳播拓荒之路上永遠的導師,因此這本書除了是科學新聞解剖室送給每一位讀者的禮物,也是給泛科學成立六年來最好的禮物。

正如開頭所提出的問題,要自己一個人脫離科學新聞的迷霧森林,實在太難,我希望科學新聞解剖室這本書是個開始,我們要一年一年地茁壯,鼓勵更好的科學報導,揪出更多科學新聞中的問題,並且號召更多解剖員加入。


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《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》盤點「10種科學偽新聞的類型」,綜合評比科學偽新聞指數,讓你學會一眼看穿真偽、辨別優劣,身懷「科學判讀力」、「媒體判讀力」兩項利器,從此盡覽報章雜誌、漫遊網路世界不受騙!

|理論錯誤|關係錯置|不懂保留|多重災難|忽冷忽熱|

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小心!你已經掉入偽新聞的陷阱囉!

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你以為專家能救你嗎?別鬧了,這個時代我們只能倚靠判讀力

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新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》前言

科學新聞解剖室 / 一號解剖員 黃俊儒 [1]

隨著各種通訊軟體的發達,相信每個人都有些經驗,就是收到來自於身邊各路親朋好友所轉寄來,各式各樣、五花八門的各類簡訊。最多的就是一些健康資訊關懷文,提醒你脊椎要保健、坐姿要端正、久坐要舒展、天冷要保暖、睡眠要充足……等,這類的訊息多數無害,所以在不傷和氣的前提之下,當然要跟這些心中充滿愛的親朋好友感恩以對。但是如果關懷文是更積極一點、更具警示性一點的類型,例如十種容易致癌的食品、地震逃生的保命方法、熬夜需要補充的食物、冰箱門不要貼磁鐵……等,再加上以專家做保證作為開頭,例如:最新研究說……、英國科學家發現……、諾貝爾獎得主推薦..….等,相信你一定對於這樣的訊息半信半疑,不敢完全相信,也不敢完全不信,於是你就過著姑且為每一則關懷簡訊活一兩天的方式面對,是吧?

這幾年,食品安全的問題頻傳,世界上的各種災難層出不窮,似乎各種因為科技發展所造就的風險無時無刻籠罩在我們身邊。這個時候就會有許多人大聲疾呼,我們需要多學習好的科學知識才能夠幫我們面對這些事情,尤其是能夠對難題做出合適的判斷。但事實真是如此單純嗎?

過去我也相信,只要人們對於科學活動多喜歡一點,對於科學知識多學習一點,理應就不會讓我們的社會如此的理盲濫情,也可以讓那些張牙舞爪的無知名嘴不會如此的霸道橫行,但是後來,我卻也開始懷疑起這樣的想法是否真的符合現實。舉個生活周遭常見的例子來看,當我隨手拿起身旁那包準備在下午用來充飢的小包裝餅乾時,我發現它在「成分」上寫著:麵粉、砂糖、精製植物油(椰子油、棕櫚油)、乳化棕櫚油 (棕櫚油、脂肪酸甘油酯、脂肪酸丙二醇酯)、椰蓉、土產鳳梨醬(鳳梨, 砂糖, 麥芽糖, 海藻糖, 棕櫚油, 檸檬酸)、膨脹劑(碳酸氫銨、碳酸鎂)、鳳梨香料、碳酸氫鈉、檸檬酸、精鹽、偏亞硫酸氫鈉、甜味劑(蔗糖素)等,一塊小小餅乾的包裝上,總共竟羅列有洋洋灑灑約二十多種成分。在食安問題頻傳的這個時候,如果我問一個很簡單的問題,就是「這塊餅乾,我可以放心吃嗎?」,那我應該要去問誰呢?這個時候,瞭解牛頓的三大運動定律、愛因斯坦的相對論、波耳的量子力學、萊布尼茲的微積分、華生的 DNA 結構、韋格納的板塊理論,對我瞭解這塊餅乾會有幫助嗎?

老實說,我的答案或許是有點悲觀的。因為我幾乎不太相信我那些生物學家、地質學家、機械學家、物理學家、電機學家、數學家的朋友們可以明確地幫我回答這一個問題,甚至是化工學者,恐怕都不一定清楚這些在食品業界所慣用的配方背後真正的成分。但是這些專家都很科學啊,他們的科學知識都非常的豐富,不僅學有專精並且對於科學運作的過程都十分瞭解,如果他們不能解答,那麼誰能解答呢?其實問題的癥結是出在現代社會中任何一個科技問題幾乎都是複合式的,舉凡食、衣、住、行、育、樂各方面的議題都極其複雜,牽涉的範圍都十分寬廣,導致每一個問題都沒有辦法被切片成獨立的零散片段,所以也就不容易找到單一位專家可以因時、因地、因情境而全方位地幫我們解答所有的疑問。多瞭解科學知識當然對於問題的解答會有助益,但是畢竟大部分的人並不是科學專家,不會有機會像科學家一樣透過一輩子的生命歷程來感受科學的精髓。所以多數的科學知識對於一般人所面對的真實問題來說,大概就是「多一分不多,少一分不少」的窘境。可見對於一般人而言,要能夠判斷科技的問題,必然需要有一個完全不同於科學專家的認識方式。

這種新型態的認識世界方式,我們在這本書中把它稱作「新時代判讀力」,它主要包含兩個孿生的兄弟,一個是「媒體判讀力」,另一個是「科學判讀力」,兩者需要同時現身,缺一不可。例如,我們可能從某一個購物網上看見一塊餅乾的成分,可能從一個網路論壇、一段通訊軟體的簡訊、一則臉書的PO文、一個廣播的專訪、一則食品廣告、一篇雜誌報導、一個健康談話性節目上的名嘴發言……等,各種管道不一而足。如果我們所接觸的這個訊息在一開始就是片面、偏頗、被加工、被設計的話,那我們對於餅乾的科學知識還可以發揮作用嗎?就像是再好的牌技,恐怕也救不了滿手的爛牌。

在這個資訊時代中,我們想要瞭解的各種訊息就像是一顆糖果,但是它被層層的包裝所裹著,第一張是五花十色的炫麗色紙,第二張則是包著糖果的錫箔紙。我們都知道這兩張包裝紙的功能,第一張讓我們感到賞心悅目、喜歡親近、想吃,第二張則是具有功能性,可以幫糖果保鮮。如果要吃到糖果的美味,當然就要先學會把這兩張包裝紙分別拆開來,漏掉一張都不行。大家應該都有過這樣的經驗,就是包裝紙品質不佳,所以糖果受潮了,吃下的滋味變了,有時甚至外層包裝紙的色素還會滲進糖果裡面,破壞你的美味。

「新時代判讀力」就是拆除這些包裝紙的能力。首先,外層這張包裝紙是媒體裡面吸引你注意的各種元素,所以一開始就必需要能用「媒體判讀力」來判斷這個消息到底能不能信?例如,這是廣告嗎?內容農場嗎?置入性行銷嗎?是只想賺取點擊率的劣質媒體嗎?……如果你可以順利地拆開這張包裝紙,那麼恭喜,你可以開始針對裡面的內容好好地斟酌了。如果你一開始就發現,這是一張騙人的紙、不可靠的紙、虛有其表的紙,那麼不要客氣,就丟了它吧,千萬不要當真。

如果你已順利地進入到裡面的第二張包裝紙,那麼這一張包裝紙指的就是用「科學判讀力」來診斷它的科學生產過程。例如,這是一個很尖端的研發嗎?這是一個很確定的事實嗎?這是許多科學都承認的結果嗎?抑或只是一種假設、測試過程或初步成果?這個研究的範圍很廣、很大、很具代表性嗎?還是僅是一個小範圍的測試?……這些問題的確認跟你的微積分好不好、物理成績高不高、數學運算熟不熟都沒有直接的關係,但是跟你瞭不瞭解科學家的生活或是科學運作的方式就息息相關。如果你連這一層包裝都確認了,那麼就當作嚐鮮,把糖果盡情地嚐嚐吧。

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要如何從五花八門的媒體和資訊來源中擷取正確的「訊息」並非易事。

當然,我們必須承認,這些問題的判讀並不容易,它需要常常對於科學進行的過程以及媒體包裝的手法保持關心,透過各種判讀力的練習才有機會讓你隨心所欲。為了讓大家有更多練習的機會來鍛鍊這個「新時代判讀力」,因此有了這一本書的催生。這本書是由「科學新聞解剖室」的一群解剖員所策劃編寫的,我們選取在熱門通訊軟體上最具有代表性的幾種科學新聞類型,把它們一一地攤開在解剖室的手術台上,以「十種科學偽新聞的類型」[2]作為藍本,用我們最鋒利的「科學判讀力」及「媒體判讀力」這兩把解剖刀,剖開科學新聞的內裡,讓讀者用最近的距離察覺每一則怪異科學新聞的來龍去脈,辨識它們的真偽。

相信我們,如果你常常練習解剖這些光怪陸離的科學新聞,必然可以讓這些無良的新聞無所遁形,也會讓你在各種五花八門的關懷簡訊之中無往不利。

註:


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《新時代判讀力:教你一眼看穿科學新聞的真偽》盤點「10種科學偽新聞的類型」,綜合評比科學偽新聞指數,讓你學會一眼看穿真偽、辨別優劣,身懷「科學判讀力」、「媒體判讀力」兩項利器,從此盡覽報章雜誌、漫遊網路世界不受騙!

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武俠片裡的輕功有可能練成嗎?——科學史札記(六)

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先父任職立法院,我在立法院職員宿舍光明新村長大。村中有位李大爺,山東肥城人,他是立法院職員,也是國大代表。李大爺出身齊魯大學,在校時鍾愛健美和體操。當年李大爺家有整套健身器材,小時候常到他們家練習。有一天,到他家玩時,李大爺對我說了一段他親眼目睹的經歷。

那是抗戰以前,韓復榘任山東省主席時。韓復榘提倡國術,請到一位武術家表演輕功,消息傳到齊魯大學,喜歡體育的李大爺當然不會錯過。這位武術家表演徒手攀登寶塔,當時李大爺正在學體操,看得格外受用。

李大爺說,表演者在塔下躍起,抓住第一層塔的屋簷,然後一個翻身,已躍上第一層。如是這般,手腳並用,一層層攀升。李大爺說,他這才知道,輕功其實和體操相去不遠。他又說,當時要是有人指點,他自信也能做到。

根據李大爺敘述,攀上屋頂須手腳並用;換句話說,躍上屋頂的先決條件是手要能抓住椽木或屋簷,絕非從地面直接竄上屋頂。我服兵役時看過戰技表演,特種兵藉著短跑的衝力,可以垂直奔上高牆中段,當手搆到牆頭時,一撐躍上高牆。始自戰技訓練的極限運動 Parkour(跑酷),也是手腳並用,和輕功相彷彿,惟不用於格鬥而已。

Daniel_Ilabaca

跑酷運動者Daniel Ilabaca 正在演練「貓平衡」動作。Jon Lucas攝,創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0

總之,輕功不可能違反力學,也不能違反人體的結構和生理。或曰:身輕如燕如何?瘦子體重固然較輕,但肌力相對較弱,對跳高並沒多大助力。運動場上的跳高選手莫不肌肉勻稱、胖瘦適中。2004 年雅典奧運跳高金牌瑞典選手Holm Stefan,身高 181 公分、體重 69 斤,這是多麼美好的組合!

Holm Stefan 的金牌成績是 2.36 公尺。就算武林人物一躍能跳 2.36 公尺,要想飛身上屋,大概只能躍上低矮的民宅。再說,Holm Stefan 的 2.36 公尺是用背滾式跳的,用剪刀式不可能跳出這個成績。武林人物如用背滾式,勢將背部先著地,不摔個七葷八素才怪!

古人的輕功可以達到何種境界?當代武術大家萬籟聲(1903~1992)著有《武術匯宗》(商務印書館,1929),該書第三章、第三節對於輕功的練法略有描述,大致以練習縱跳、擰身、抓握、平衡等為主,並無違反力學之處。

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《臥虎藏龍》中李慕白和玉嬌龍站立竹枝比武的片段。

以武俠小說(或影視)的「飛身上屋」來說,顯然是不可能的。再以經典武俠片《臥虎藏龍》的踏水追逐、站立竹枝等「輕功」來說,也都違反物理原理。要想踏水不沉,除非鞋子的底面積夠大──大得像條小船,否則水的浮力不可能支撐人的重量。至於在竹枝上站立,竹子的剛性哪能支撐人的體重?劇終時玉嬌龍騰雲滑翔,可曾想到重力加速度?《臥虎藏龍》的武打相當真實,但誇張不實的輕功將它的「寫實」性減弱了。

筆者常想:如果武俠影視的輕功能夠合乎力學,那將何等真實、優美!筆者有位外國朋友喜歡看武俠片,但他說:「你們的武術不如日本。」問他為什麼?他說:「日本的武士片看起來像真的,你們的武俠片看起來像假的。」他所謂像假的,主要是指輕功。其實,只要稍用點心,將輕功拍得像真的並不難。

我們希望重振大漢天威,但武俠小說愈寫愈神奇,兩岸三地的武俠影視也愈拍愈奇幻,這說明我們民族還不能走出自我麻醉的陰霾,距離我武維揚還遠著呢。

(原刊《科學月刊》2005 年 6 月號)

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台灣流感疫情也可以問問Google大神!

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今(2016)年年初,台灣各地出現流感病例,疫情在春節期間達到高峰,急診就醫的民眾超過上萬人,併發重症者將近兩千人。面對瞬息萬變的疫情,除了仰賴疾病管制署(以下稱疾管署)每週的疫情報導,難道沒有更快速的評估方法嗎?

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用 Google 評估疫情研究登 Nature 期刊

現代人喜歡任何事都問問看 Google,甚至連生病了也會用 Google 查查症狀。因此當感冒的人多了,使用 Google 查詢「發燒」或「咳嗽」的民眾也跟著變多,讓特定關鍵字的搜尋熱門度,成了疫情變化的指標。2009 年在「自然(Nature)」期刊上發表了一篇以上述理論為基礎的評估系統,並且對照 2008 年真實爆發的流感病例,該系統的表現令人激賞,預測的數值和真實的病情呈現超高度的正相關(請參考表 1。該系統在評估 2008 年疫情的表現上,相關係數高達 0.85)[1]!

表 1:相關係數等級 [2]

正相關係數(介於1~0之間) 等級
≧0.8 超高度相關(excellent correlation)
0.8~0.6 高度相關(good correlation)
0.6~0.4 中度相關(moderate correlation)
<0.4 低度或無相關(poor correlation)

為什麼要用 Google 協助評估疫情?

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圖/wikipedia,由U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Jake Berenguer,公有領域。

正式的疫情統計方式,是由醫院採集患者檢體,再送交實驗室檢驗,確診後再回報給疾管署,最後再由政府每週公佈上週的確診病例數。可以預料的是,這套系統雖然可靠,但作業時間曠時費日(如 PCR 等檢驗需數日的時間),面對發展迅速的流行病,難免會有慢半拍的疑慮。而 Google 利用群眾的行為模式進行評估,不但隨時都是最新的資訊(Google Trend 每分鐘更新一次),並且所有人都能使用,更重要的是省卻了曠時費日的檢驗、公文流程,在面對瞬息萬變的疫情時,提供了另一種角度的疫情參考。因此 Google 設立了專門的流感統計系統—— Google Flu Trend,用來協助各國預警可能襲來的全球大流感。

但 Google Flu Trend 的評估規模是如美國、澳洲等大國,台灣是個相對小型的國家,並且 Google Flu Trend 也沒有提供中文關鍵字的資訊,難道台灣不能用 google 來協助評估疾病了嗎?讓我們改用 Google 趨勢(Google Trend)的關鍵字搜尋熱門度,來分析看看今年的流感疫情!

(J 編註:目前 Google Flu Trend 已經停止服務,但舊的資料依舊可以查詢喔!)

實際用在台灣,也有評估能力嗎?

首先針對今年的流感進行分析,條件如下:

表 2:2016 年流感分析條件

時間範圍:2016 年 1 月至 4 月初(第 1~13 週)
疾病別 每週流感重症確診人數
資料來源:中華民國疾管署的統計資料
正體中文關鍵字 A 感冒
正體中文關鍵字 B 發燒
正體中文關鍵字 C 咳嗽
資料來源:Google趨勢(Google Trend)

我們得到圖 1 的趨勢圖,其中直條圖為疾管署每週公佈的病例數,曲線圖為關鍵字每週的搜尋熱門度。

圖1:台灣2016年每週流感重症人數和關鍵字搜尋熱門度關係圖。圖/作者製圖。資料來源/中華民國疾管署、Google Trend。

從上圖中我們可以觀察到,疫情感覺上和關鍵字有正相關。但「感覺上」、「看起來」還不夠,我們實際來計算相關係數的表現如何。

熱搜圖

圖2:「感冒」每週搜尋熱門度和當週病例數作相關分析。

根據圖 2,「感冒」的搜尋熱門度和病例數產生的交點,有很高的線性關係,相關係數高達 0.9326,屬超高度相關!而從表 3 中可以看出,「感冒」、「發燒」和「咳嗽」的當週搜尋熱門度,都和當週的疫情數字有高度相關!顯示用Google 來幫助評估流感疫情是很有潛力的方式!

表3:關鍵字和流感重症人數的相關程度

關鍵字 相關程度(相關係數)
感冒 超高度相關(0.9326)
發燒 超高度相關(0.8378)
咳嗽 高度相關(0.7279)

所以真的能用 Google 預測下週疫情嗎?

用當週的數值比較只能算是「評估」系統,接下來我們以「當週」的 Google 數值和「下週」的病例數做計算 [2],來看看 Google 能不能幫我們「提前猜到趨勢」,替未來的疫情做一個猜測呢?

從圖 3 可以發現到,當週的 Google 數值和「下週」的實際病例數依然有線性關係,並且呈現高度相關!

疫情預測

圖 3:以感冒每週搜尋熱門度和「下一週」實際病例數作相關分析。

而表 4 的結果裡可以發現到,以「感冒」的預警效果最好,屬高度相關,而「發燒」和「咳嗽」的表現也不錯,屬中度相關!雖然未達神預測的地步,但在時刻必爭的疫情控制上,也是另一種值得參考的角度!

表 4:以「當週」的 Google 數據對照「下週」的確診病例,觀察預警的效果

  疫情「評估」效果 疫情「預警」效果
關鍵字 相關程度(相關係數) 相關程度(相關係數)
感冒 超高度相關(0.9326) 高度相關(0.7534)
發燒 超高度相關(0.8378) 中度相關(0.5184)
咳嗽 高度相關(0.7279) 中度相關(0.5919)

群眾的行為模式就是趨勢

近年來在商業界裡,以觀察群眾行為作出未來趨勢判斷的例子越來越多(如:Netflix 打造熱門影視「紙牌屋」),而利用群眾行為模式在公衛防疫上的應用更在最近興起(如:利用飛航記錄預測茲卡病毒的流行 [3]),而利用群眾的活動模式來協助我國疫情的評估,將能有快速、預警的優勢,並且提供不同角度的觀點。未來在面對腸病毒、登革熱,甚至於是明年的流感威脅,何不聚集群眾的智慧來替我國的防疫多一層把關呢?

 

註釋:

  1. 筆者尚有以 2012 年的腸病毒疫情,以及 2015 年的登革熱疫情作評估的數據,若有興趣者歡迎一起來討論。
  2. 用 Google 評估疫情會受到許多因素影響,如媒體大量報導時,因個人興趣而查詢特定關鍵字的民眾會變多,導致搜尋熱門度趨勢受到影響。因此群眾行為模式並不能完全取代現行的機制。所以本文著重於提供「不同面向的參考」。

參考文獻:

  1. Jeremy Ginsberg, Matthew H. Mohebbi, Rajan S. Patel, Lynnette Brammer, Mark S. Smolinski & Larry Brilliant (2009) Detecting influenza epidemics using search engine query data. Nature, 457, 1012-1014
  2. Andrea Freyer Dugas, Yu-Hsiang Hsieh, Scott R. Levin, Jesse M. Pines, Darren P. Mareiniss, Amir Mohareb, Charlotte A. Gaydos, Trish M. Perl, and Richard E. Rothman (2012) Google Flu Trends: Correlation With Emergency Department Influenza Rates and Crowding Metrics. Clinical Infectious Diseases, 54, 463-469
  3. Isaac I Bogoch, Oliver J Brady, Moritz U G Kraemer, Matthew German, Marisa I Creatore, Manisha A Kulkarni, John S Brownstein, Sumiko R Mekaru, Simon I Hay, Emily Groot, Alexander Watts, Kamran Khan (2016) Anticipating the international spread of Zika virus from Brazil. The Lancet, 387, 335-336

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真的有「纖維肌痛症」嗎?──《科倫醫生吐真言:醫學爭議教我們的二三事》

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纖維肌痛(fibromyalgia)

關於「慢性疲勞症候群」的各種論點,相當類似關於「纖維肌痛」(fibromyalgia)是否存在的爭論。這個新疾病在一九九○年進入醫學詞彙。它的名字來自於希臘文 algia,意思是「疼痛」;myo,意思是「肌肉」;以及拉丁文 fibro,指的是「肌腱與韌帶的結締組織」。纖維肌痛指的是持續的全身性肌肉疼痛,這經常伴隨著其他症狀,像是疲倦與失眠、腹瀉與腹脹、膀胱躁動和頭痛。有許多的案例是在外科手術、病毒感染、身體受傷或是情感創傷等創傷性事件之後發生的,但其他案例則找不到原因。堪薩斯的威其塔研究中心基金會(Wichita Research Center Foundation)主任腓德烈克.烏爾夫(Frederick Wolfe)醫師,是第一位協助界定此一新疾病的人。從一九七○年代開始,他就觀察到有越來越多的病人罹患瀰漫性的肌肉疼痛,卻沒有任何發炎或肌肉病變的證據。在一九八七年,烏爾夫召集了二十名觀察到相似症狀的加拿大和美國的風濕病專家,他們發展出一種簡單的臨床檢驗方法,並得到美國風濕病學院(American College of Rheunatology)的背書。「纖維肌痛」這個新疾病誕生了。此一檢驗方法是醫師用力按壓十八個指定之肌肉與韌帶連接到骨頭的點。如果病人在十一個或十一個以上的點感到疼動的話,就可以診斷他罹患纖維肌痛。

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「纖維肌痛症」的檢驗方法:醫師按壓十八個指定之肌肉與韌帶連接到骨頭的點。如果病人在十一個以上的點感到疼動的話,就可以診斷他罹患纖維肌痛。圖/medicinenet

《紐約客》的記者在下面的敘述中,描述了病人是怎麼看待纖維肌痛的。這位病人(文章中把她稱為麗茲,Liz)是記者的朋友。她是一位五十一歲剛離婚的女性,在新英格蘭一間頂尖的學院教書。麗茲在一九九四年開始出現問題,那年她接受了鼻竇炎手術。她在手術後沒有復原而感到疲倦、失眠和肌肉痛:「我的內科醫師跟我講這都來自於緊張,他說我已經步入中年了,這是撫養分別為五歲和八歲的兩個小孩的壓力所帶來的反應。」(引自Groopman,82)沒有人能夠解釋麗茲的狀況:「麗茲在過去曾間歇地陷入憂鬱症,但這次的感覺很不一樣。她求診的一位專家認為,她的松果體可能在鼻竇炎手術時被傷到,但徹底的內分泌學檢驗卻顯示事情並非如此。」(引自Groopman,81)

幾次試著診斷這個疾病的嘗試都失敗之後(有一陣子她的狀況被解釋為罕見的食物過敏),她就被診斷為纖維肌痛和慢性疲勞症候群。然後,可以想像到的,麗茲不斷從一個醫生推給下一個醫生。在醫療照護受到嚴格管理的時代,醫師們沒有時間或動機來聆聽一連串似乎沒完沒了又無法解釋的症狀。纖維肌痛的病人經常引發醫療人球遊戲,每個醫師都急著儘快把病人趕出去給另一個同事。有位醫師稱這種病人為「醫療專業的災害」。(引自Groopman,81)

纖維肌痛仍沒有治療方法。麗茲在走投無路之下改尋求另類醫療:一位越南的和尚幫她針灸但沒有效果;一位整脊師診斷她的病因是來自於青少年時代的車禍導致頸部受傷;一位整骨師的處方則是她的餘生都得吃止痛藥。麗茲現在變得更加絕望而不顧一切,又回過頭找一位內科醫師。

「我對他講的第一件事是:『你得相信我是真的生病了,而非只是在這裡抱怨而已。』」醫師開了利得靈(Ritalin)來治療她的疲倦,開了安必恩(Ambien)來治療她的失眠……最近她服用百憂解(Prozac)但沒有什麼效果。她仔細搜尋網路,還查閱纖維肌痛與慢性疲勞症候群的相關新聞報導,尋找可能的解決辦法。她這麼說:「我已經試了所有的辦法了。」……去年她終於放棄並停止教書,原因是疼痛、疲倦以及通常被稱為「纖維迷霧」(fibrofog)的間歇性發作,所謂纖維迷霧指的是她無法清晰地思考。(引自Groopman,86)

當麗茲談論這個疾病的名稱時,纖維肌痛似乎正和慢性疲勞症候群融合成一個疾病:「『慢性疲勞成為一個羞辱人的名詞──引人嘲笑的雅痞病。』麗茲這麼說:『纖維肌痛則較為受到社會所接納。』」(引自Groopman,86)

F4 成員朱孝天自稱因為罹患纖維肌痛症,無法劇烈運動,導致體重上升。圖/YouTube

就像慢性疲勞症候群一樣,醫學界有股力量強烈駁斥此一疾病的存在。他們提出一個如今已是老生常談的論點,認為將症狀歸類成一個新疾病,其所帶來的傷害要比好處更多。最先辨認出此一疾病的腓德烈克.烏爾夫,現在也持這樣觀點。「我們有段時間以為發現了一個新的疾病……但這是國王的新衣。在八〇年代初,我們看到病人帶著疼痛從一個醫師換到另外一個醫師。我們相信透過告知他們罹患了纖維肌痛,可以減輕壓力以及減少對醫療資源的使用。這個想法是,我們可以把他們的痛苦解釋為纖維肌痛而能夠幫助他們,這是個偉大的人道想法──然而結果卻不是如此。我現在的觀點是,我們在創造病痛而非治療病痛。」(引自Groopman,89)烏爾夫的經驗是,他在纖維肌痛病人身上發現的痛點數目和病人不快樂的程度成正比!

正因為現在有個疾病範疇可以把它們塞到裡面,而強化了原本尋常的症狀。批評者指出,有三分之一健康的人在任何時刻都會有肌肉的痠痛,而有五分之一會自稱相當疲勞。尤有甚者,整體健康人口有近百分之九十,每二到四週會說自已至少出現下列的身體症狀之一,像是頭痛、關節痛、肌肉僵硬或腹瀉。因此一個典型的成年人每四到六天就會有一種症狀。對傾向於認為自己罹患纖維肌痛的人而言,這些尋常的身體症狀成為日益受到關注的焦點。哈佛大學精神科教授亞瑟.巴斯基醫師(Dr. Arthur Barsky)說:「他們陷入這樣的信念,認為其症狀是由疾病所引起的;而且預期未來會衰弱而無可救藥,這使得他們對自己的身體更加警覺,也使他們的症狀強度增加。」(引自Groopman,86)巴斯基也指出,有些強大的團體可以從疾病獲利:「包括醫師以及其他經營診所的醫療人員、從事殘障訴訟的律師,以及行銷不實療法的製藥公司。」(引自Groopman,87)對那些主張當事人殘障的律師而言,纖維肌痛成為一個非常方便的診斷,因為這個疾病在很大的程度上依賴病人自己的說法。一項針對六家醫學中心、一千六百零四名病人的研究指出,有四分之一以上的纖維肌痛病人領取殘障給付。

毫無疑問地,纖維肌痛是當今醫學最受爭議的疾病範疇之一。許多和《紐約客》記者談過話的醫生,拒絕具名表達他們的觀點。有些醫師擔心只要表露出任何對罹患者的同理心,都會導致巨量的病人轉介到自己身上;其他的人則擔心,如果對這個症候群表達懷疑的話,會讓他們遭受公眾攻擊。一位對這個疾病採批評態度的知名評論者宣稱,他收到超過兩百封的仇恨郵件,還在網路和新聞通訊中遭到纖維肌痛倡議者的攻擊。


 

本書從「安慰劑效應」到「接種疫苗的決定」,共舉出八個例子,說明醫學複雜的面向,並用合理的態度面對醫學得不確定性,改善與醫療專業的互動,《科倫醫生吐真言:醫學爭議教我們的二三事》,左岸文學出版。

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用Google預警茲卡病毒疫情?

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「有證據了!茲卡病毒真的會導致胎兒畸形!」——美國疾管署(2016/04/13) [1]

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感染茲卡病毒的母親生下小頭畸形的嬰兒。圖/By Beth.herlin – Own work, CC BY-SA 4.0, wikipedia

難以預警的疫情

2015 年年初,茲卡病毒在巴西爆發大流行,由於疾病的症狀不嚴重,僅有輕微地紅疹、結膜炎、關節痛等 [2],所以沒有引起太多注意。沒想到數個月後,多名曾感染茲卡病毒的孕婦產下畸形兒,全球的科學家才赫然發現,這個乘著埃及斑蚊而來的病毒,將是人類未曾想像過的殺手……

病徵不顯著,卻有無法承擔的併發症

不明顯的病徵,使得患者可能會忽視病況、選擇在家休息而不去就醫,導致政府無法監控疫情。而蚊蟲更加速了疫情的擴散,南美洲的疫情自 2015 年年初至今,推測已超過 1 百萬人感染 [3, 4]。種種的因素加總,導致南美洲的疫情嚴重度,完全出乎所有人的預料 [5, 6] [註1]。

茲卡紅疹

茲卡病毒引起的紅疹。圖/wikipedia, By FRED – Own work, CC BY-SA 3.0

中國、東南亞等國是觀察重點

巴西即將在 2016 年迎接奧運,大量的國際旅客可能會把病毒帶往全世界。資料科學家利用巴西各大機場的飛航紀錄進行分析,發現從巴西搭機飛往亞洲的旅客,絕大多數人都是前往中國。此發現顯示中國在夏季來臨之時,將面臨茲卡病毒嚴峻的挑戰 [4]。而鄰近的台灣,該如何預警即將襲來的茲卡病毒呢?

用關鍵字搜尋熱門度預測茲卡疫情?

Google 在數年前即發現,當流感爆發之時,民眾鍵入特定關鍵字(如:發燒)的頻率就會增加。以此現象為基礎,Google 公司和美國疾病管制署合作,設計了以關鍵字搜尋熱門度為基礎的預警模型,其成果甚至於發表在知名學術論文 [7] [註2]。(延伸閱讀:台灣流感疫情也可以問問 Google 大神!

那麼茲卡疫情,能不能也比照辦理呢?以下是本文的分析條件:

表1:2015 年巴西茲卡疫情分析條件

時間範圍:2015/02/18~06/13
搜尋限制:巴西/葡萄牙語
疾病 疑似感染茲卡病毒病例數
資料來源:Emerging Infectious Diseases journal, 21, 2274-6
症狀 發燒、紅疹、頭痛、關節痛和充血性結膜炎
潛伏期 三天~一週
資料來源:中華民國疾病管制署
關鍵字A erupção (紅疹)
關鍵字B artralgia (關節痛)
資料來源:Google趨勢(Google Trend)

下圖是刊登在《新興傳染疾病》期刊(Emerging Infectious Diseases journal)的患者趨勢圖,顯示了巴西薩爾瓦多市的疫情變化。從圖中可以明顯地看到,該市在 2/15 出現疑似病例,而在4月第二週時,人數開始上升,並在 5 月第一週時達到高峰 [3, 5, 8-10]。

疫情走勢

圖二:巴西薩爾瓦多市疑似茲卡病毒患者變化 [10]。

那麼用葡萄牙語的「紅疹」和「關節痛」的搜尋熱門度變化呢?從下圖中可以看出,「紅疹」的熱門度在 4 月第三週時出現明顯的高峰,早於醫院回報病例的高峰時間(5 月第一週),約提早了一週。這項觀察暗示了相較於醫院逐一回報病例的傳統模式,利用民眾在 Google 搜尋的變化量來監控茲卡疫情,有機會讓衛生單位獲得更多的預警時間!更早地評估當地的疫情趨勢。

而「關節痛」的搜尋熱門度,也相同地出現了顯著的高峰,發生的時間約在 4 月第二週,亦早於醫院回報病例的高峰時間(5 月第一週),約提早了兩週。暗示「關節痛」和「紅疹」關鍵字,都有潛力協助預警、評估巴西茲卡疫情的變化!

紅疹 關節痛

圖三:葡萄牙語「紅疹」和「關節痛」的關鍵字搜尋熱門度變化。圖/本文作者

用群眾行為模式判斷疫情的優勢和缺點

近年來在金融、影視界裡,觀察群眾行為而作出未來趨勢判斷的例子越來越多(如:Netflix 打造熱門影視「紙牌屋」巨量數據預測期貨價格)。而從上文中可以發現到,若以 Google 關鍵字搜尋變化作為本次巴西茲卡疫情的預警、評估系統,比起讓醫院逐一回報病例的方式,利用群眾行為來推測流行病,將有機會能夠盡早評估疫情,使政府擁有更多的防疫時間!

但利用 Google 關鍵字搜尋來判斷疫情會有以下的限制:

1) 其它疾病會影響結果,如:感冒也會引起關節疼痛。

2) 無症狀的患者無法追蹤。

3) 不使用 Google 的民眾亦無法追蹤。

雖然有上述的限制,但我認為由於 Google 數據的即時性高反應快成本低,未來在台灣的公衛防疫領域上,也許將是一種值得投資的預警模式。

寫在文末:面對茲卡,我們可以怎麼做?

Aedes_aegypti_resting_position_E-A-Goeldi_1905

埃及斑蚊手繪圖。圖/By Detail from the original by Emil August Goeldi (1859 – 1917) – E. A. Goeldi (1905) Os Mosquitos no Pará. Memorias do Museu Goeldi. Pará, Brazil., Public Domain, wikipedia.

對台灣來說,茲卡病毒是極為陌生的疾病,而該病毒的媒介——埃及斑蚊,卻是南台灣熟悉的老對手。面對既陌生又熟悉的敵人,我認為從中央、地方和民眾都有一些工作可以思考:

【中央】

研發廣效型快篩試劑

目前無法用血清學的方式區分茲卡病毒、登革熱和黃熱病[11],但換言之,若能研發廣效型的抗體,就能廣效性地辨識此群病毒,將十分有利於將疫情阻隔於台灣海關之外。[註3](補充:疾管署已在 4/13 宣佈台灣將進口登革熱、茲卡、屈公熱的三合一快篩試劑。)

促進且推廣正確的知識給一般民眾

未知將引起恐懼。政府應和媒體合作,如公信力高的維基百科、泛科學、科學人等;傳播力強的傳統媒體,如:民視、聯合報、蘋果日報等。政府和媒體協同產出科普性強的資訊,並利用網路傳播來確保流通資訊的正確性,避免錯誤的訊息造成恐慌,甚至阻礙政府的防疫措施。

研究台灣過往的病例

美國曾報導特殊的患者,同時被帶有登革熱和茲卡病毒的蚊子叮咬而共同感染,進而出現了近 40 ℃ 的高燒 [10],和典型的茲卡症狀有很大的差異。上述案例顯示某些患者感染茲卡病毒後,可能產生預料之外的症狀。而台灣民眾有許多獨有的盛行疾病,如:糖尿病、洗腎,若能先從病例中取得資訊,就能達到「多一分準備,少一分害怕」的目標。

研究畸形兒和登革熱之間的關係

由於茲卡病毒能引發畸形兒,而同為黃病毒科的登革熱病毒是否也會引起類似的併發症,將是學界未來可研究的方向。

【地方】

建置疫情模擬系統

利用氣象局的雨量、濕度資料庫,結合市府的城市發展、地籍資料,對於疫情進行模擬和預測。此概念在國內學界,政府單位皆有先例,如「疾管署科技發展計畫」及「中原大學和氣象局合作研究計畫」等。

【民眾】

孕婦或計畫懷孕的女性,避免前往中南美洲

若從疫區返國後產生症狀,務必告知醫師旅遊史的細節

閱讀公信力高的資訊,避免不必要的擔憂

我們天生都會對陌生的事物感到恐懼,而在網路時代裡,恐慌 = 對事件的不瞭解 X 事件的嚴重度。所以除了要努力製造「正確的資訊」,也要強化「正確資訊的流通力」,才能讓身在防疫前線的醫學、公衛專家們,好好地保護我們所愛的台灣!

  • 本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)、UDN 聯合報系媒體創新研發中心研究員陸子鈞及病後人生—一站式服務網站長羅佩琪協助。

註釋:

  1. 茲卡病毒和畸形兒的關聯,仍需流行病學的進一步證實。
  2. 利用 Google 做為流行病的分析並非首創,請見〈用大數據畫出伊波拉救命地圖:看Big Data如何做疾病預測〉或〈大數據(Big Data)於疾病研究之應用〉。
  3. 我並不支持研發疫苗,雖然WHO和部分公司正研發疫苗 [11],但我認為要找到願意測試疫苗安全性的孕婦,會有很大的困難。

參考文獻:

  1.  CDC Concludes Zika Causes Microcephaly and Other Birth Defects. 美國疾管署官方網頁
  2. 茲卡病毒感染症。衛生福利部疾病管制署官方網頁。
  3.  Zanluca C, de Melo VC, Mosimann AL, Dos Santos GI, Dos Santos CN, Luz K. (2015) First report of autochthonous transmission of Zika virus in Brazil, Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 110(4), 569-572
  4. Bogoch II, Brady OJ, Kraemer MU, German M, Creatore MI, Kulkarni MA, Brownstein JS, Mekaru SR, Hay SI, Groot E, Watts A, Khan K. (2016) Anticipating the international spread of Zika virus from Brazil, The Lancet, 387(10016), 335-336
  5.  Possible Association Between Zika Virus Infection and Microcephaly — Brazil, 2015. 美國疾病管制署官方網頁。
  6. Zika virus epidemic in the Americas: potential association with microcephaly and Guillain-Barré syndrome. 歐洲疾病管制署官方網頁。
  7.  Jeremy Ginsberg, Matthew H. Mohebbi, Rajan S. Patel, Lynnette Brammer, Mark S. Smolinski & Larry Brilliant (2009) Detecting influenza epidemics using search engine query data. Nature, 457, 1012-1014
  8. Cardoso CW, Paploski IA, Kikuti M, Rodrigues MS, Silva MM, Campos GS, Sardi SI, Kitron U, Reis MG, Ribeiro GS. (2015) Outbreak of Exanthematous Illness Associated with Zika, Chikungunya, and Dengue Viruses, Salvador, Brazil, Emerging Infectious Diseases journal, 21(12), 2274-2276
  9. Zika virus. 世界衛生組織官方網頁。
  10.  Dupont-Rouzeyrol M, O’Connor O, Calvez E, Daurès M, John M, Grangeon JP, Gourinat AC. (2015) Co-infection with Zika and dengue viruses in 2 patients, New Caledonia, 2014, Emerging Infectious Diseases journal, 21(2), 381-382
  11. Bharat Biotech says working on two possible Zika vaccines. REUTURES新聞。

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從美濃地震看盲斷層與雙主震——《科學月刊》

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文/郭陳澔|現任國立中央大學地球科學系助理教授、應用地質技師、美國紐約州大學賓漢頓分校地球物理及地震學博士。

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2016 美濃地震災後 35 小時,倒塌的維冠金龍大樓。圖/由ScoutTz – 自己的作品,創用 CC 姓名標示-相同方式分享 4.0,wikipedia

2016 年 2 月 6 日所發生的美濃地震,確實衍生出許多我們平常所忽略的問題,在工程、防災與科學等層面上皆有,也需要讓我們在深切地思考後作出相對應的防護措施,以降低日後類似地震所造成的傷害。姑且不論工程與防災上的問題,在科學研究上也留下一堆問題待解決,例如,造成此次地震的地下斷層破裂形貌、發震原因與為何有如此強烈的地表振動等。一般而言,從主震發生後所產生的餘震分佈,可以用來解釋主要的斷層錯動方式,但光從美濃地震發生後餘震分佈的複雜性,就已經需要學者專家們花許多時間消化了。

不過,這也點出了臺灣島地底下的世界是多麼的變化多端,並非可用簡單的地體構造理論來解釋!此外,在媒體的關注下,對於此地震的不斷報導與討論中產生出一些對於專有名詞理解上的問題。地震發生後,學者與官方的發言不約而同說出了「盲斷層」,而後更有「雙主震」等名詞,這兩個專有名詞著實讓一般民眾十分的困惑,難道這個地震真的非常特殊或嚴重,才需要用這麼多的名詞去形容它!在地震之後的一次學術研討會上遇到氣象局地震測報中心主任郭鎧紋,閒聊之下也發現民眾對於這兩個名詞的不熟悉,在經由媒體大量的傳播後而造成的驚恐所打來的關切電話,紛至沓來,著實令地震中心的工作同仁們疲於應付。因此,值得對此兩個專有名詞源由與意義做更深入的討論。

何謂盲斷層?

blind thrust

盲斷層示意圖。圖/USGS, 2013

大家對於「斷層」的定義應該一點都不陌生,也常應用於一般的生活當中,通常是用來形容事件的不連續與間斷,例如,人才斷層、年齡斷層與知識斷層等。而在地球科學領域則指地層間不連續且有錯斷位移的地帶。斷層的發現在早期皆以野外露頭調查為主要方法,因此眼見為憑,劃定斷層的方法為依據地表有無相對錯動特徵來判定,而「盲斷層(blind fault)」則指位於深部的斷層並未破裂延伸到地表附近,因而在地表未能發現斷層的蹤跡。

在了解什麼是盲斷層後,接下來的問題是,我們是如何知道盲斷層的存在呢?究竟有多少盲斷層在臺灣島底下呢?這兩個問題確實很困難,因為我們無法在野外實際直接觸摸的到,必須依靠其它的方法,例如,鑽井、挖溝、地球物理探勘與微震觀測等四種。前兩種方法由於施測價格昂貴且探測範圍有限,一般以後兩種方法為先遣部隊,可以較廣大的範圍探測,之後確定其位置後再施以前兩種方法做精細的調查,但這也僅止於 2~3  公里深的盲斷層,更深的盲斷層調查則必須仰賴地球物理方法了。

這次的美濃地震深度約為 17 公里,因此須採用地球物理方法探測來了解盲斷層的幾何分佈。但由於地球物理探勘所獲得盲斷層的位置屬於間接方法,必須考慮其調查方法所產生的差量,其誤差量的大小取決於調查的方法與精細程度,各有其優缺點需要相互配合。

以目前的地球物理調查方法來說,反射震波測勘有最好的解析度,其誤差量可達數公尺內的等級,但因利用人工震源,其能量穿透力有限,僅止於十數公里深,也受限於現地的環境,並非隨處可測。若以微震觀測為手段,其解析度則取決於地震觀測網的密度與對於地下構造的掌握,地震網密度高與地下構造清楚將有助於提升微震位置的精確度,其誤差量為數公里,雖然觀測的深度可達數十公里,但此方法無法達到反射震波測勘的解析。

以中央氣象局所發佈的地震位置為例,在水平方面一般約有 1~3 公里的誤差,而在深度則約有 5 公里的誤差。因此,經由上面的敘述可以顯示出盲斷層調查的困難性。此外,由於臺灣身處於劇烈的碰撞環境,不論是地表斷層或盲斷層活動皆十分的活躍,從長期的背景地震觀測,深部盲斷層的分佈時有所見,只是在過去並未造成重大的災害,所以並不受到十分的重視,但近年來,不少深部地震的發生造成極大的地表振動且規模都在 6 以上,例如,2010 年甲仙地震、2012 年霧台地震、2013 年南投地震以及 2016 年的美濃地震。因此,值得進一步作系統性的分析到底有多少潛在的盲斷層。

美濃地震

美濃地震等震度圖。圖/交通部氣象局

雙主震是什麼?

「主震」已是大家耳熟能詳的地震專業用語,主震為在一地震序列中規模較大的地震稱之,而其地震序列可能包含主震來臨前的前震以及之後一連串數量與規模迅速衰減的餘震群。地震序列則是指空間與時間上連結緊密的一群地震。在極少數情形下,主震發生過後,在數秒或數分鐘後,發生一個規模大小相似的地震,發生的位置可能在同樣的斷層系統或不同的斷層系統,而稱之為「雙主震(doublet earthquakes)」。

 

臺灣在過去曾發生過雙主震,例如,2005 年宜蘭地區曾發生兩個規模 5.9 的地震,時間前後差約數十秒,距離也十分靠近屬於同一斷層系統。在 2006 年屏東外海也曾發生規模 6.9 的雙主震。但雙主震是如何發生的呢?在目前一般的解釋可分為兩種,第一種為發生在同一斷層系統,因第一個主震破裂不完全而伴隨第二個主震發生;第二種為發生在不同斷層系統,可能為第一主震發生後因應力的轉移觸發鄰近甚至或一段距離外已經非常脆弱的斷層系統產生錯動,若第二個主震因距離較鄰近城市區域則可能比第一個地震所帶來的災害更為嚴重。

2011 年,南美智利曾發生規模 7.1 的強震,經過 12 秒後,距離第一個主震 30 公里的地方觸發第二個深度更淺的主震,比第一個主震更有產生海嘯的風險。有趣的是,這個第二個主震的發現是經過 4 年後(2015 年)科學家仔細地研究地震波形後才發現的,主要是因為第二個主震所產生的地震波被第一個主震地震波所掩蓋相互交疊,需要花非常大的力氣才能將這兩個地震的訊號分離出來,也顯示即時偵測的困難性,因此在地震速報所要求的時效性上相當難以達成,屬於科學研究上的範疇。若要能夠挑戰這項快速的偵測任務,也需要學界做先期的研究之後並與官方合作找出可以偵測的技術方法,抓出隱藏在背後的第二個主震。


 

科月

本文選自《科學月刊》2016 年 4 月號

 

延伸閱讀:

地震災害 誰來負責?

臺灣自製電離層探測儀 可望預測地震

什麼?!你還不知道《科學月刊》,我們46歲囉!

入不惑之年還是可以當個科青

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十三歲的昆蟲觀察家──《蒙塵繆斯的微光:從古代到啟蒙時代,在思想及科學發展中發光的博學女性》

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一六六○年,僅有十三歲的年幼瑪麗亞.西碧拉.梅里安(Maria Sibylla Merian做了一項足以改變自然史的觀察,如果它被發表出來的話。當時,在歐洲大學和科學界所接受的亞里斯多德的教導是,昆蟲是從泥土生出來的。這名稚齡女子或許不知道大學怎麼教導有關亞里斯多德和昆蟲,但是她確實知道她親眼見到的。她對蠶蛾有興趣,正好有個機會,在故鄉法蘭克福的一家由家族友人開設的蠶絲農場裏做了觀察。她注意到,何以蠶蛾不是從泥巴而是從極小的幼蟲出現,而且蟲首先化成蛹,然後生出蠶蛾。

絲綢產業在古代已經很繁榮,同時蠶蛾的變態,在六世紀的拜占庭已人所皆知──這個知識卻遭到西方自然學家忽視一千年。當義大利醫師和自然學者弗朗切斯科.雷迪(一六二六~一六九七)和馬爾切洛.馬爾皮吉(一六二八~一六九四)發表他們有關蛾變態的理論時,它被當作里程碑一樣地大肆慶祝。可是,瑪麗亞.西碧拉.梅里安卻早在十年前業已發現蠶蛾的誕生和變態的真相了。

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對以前的學者來說,研究昆蟲不是一門重要的學術,許多成果也因此被忽略了。圖/吳士緯@flickr

帶有注解的瑪麗亞手繪素描本,兩個世紀後被發現存放於聖彼得堡(後來的列寧格勒)科學院圖書館手稿部門。一九七六年,它第一次以摹本的方式及多種語言出版,並顯示了有關瑪麗亞在年輕時期便已開始的系統性昆蟲研究的新資訊。手稿和技巧高明的水彩畫,在十八世紀時來到俄羅斯,因為彼得大帝想替那棟自己所建造的、位於聖彼得堡的「昆斯特卡麥拉」(博物館)收藏珍品,所以大量蒐集書籍、藝術寶藏以及其他的稀世之物。她的注解正是她早期做系統性研究的證明,不過,因為她第一次出版與昆蟲有關的書,在時間上比雷迪和馬爾皮吉出現的晚,所以經過好幾個世紀,人們仍然不知道她獨立發現昆蟲變態事實上早於這兩位義大利學者數年之久。她的素描本包含數百項植物和昆蟲極小細節的研究,由此可證,在十三歲的稚齡,她已經是位成熟的藝術家和進行系統性研究的昆蟲學家

寫實的畫風與細膩的觀察

瑪麗亞.西碧拉.梅里安所寫有關歐洲昆蟲的書,即眾所皆知的《毛蟲之書》,它在許多方面都不同於所有以往出版過的與昆蟲相關的著作。該書包括由她製作的五十幅銅雕,每四張組成一大頁。呈現在每張插畫上的昆蟲,都有一段簡短的描述,以及被該昆蟲當作食物的植物。瑪麗亞.西碧拉.梅里安的言語是種刻意描述,但不具學術性的精確。她未曾受過學術訓練,同時也不想表現出那個樣子;與其闡述以往的昆蟲權威們之觀點,她寧願勇敢地表現本身的看法。

《毛蟲之書》展現出的觀點是,將大自然視為有機的、活生生的實體。最重要的,瑪麗亞的興趣在於自然的循環及其帶來的變化。她是第一位以現代的方法,在昆蟲的棲息地研究牠們的昆蟲學者。在一張圖片中,她顯示昆蟲從幼蟲到成蟲的完全變態,還包括提供牠們營養的寄主植物。在某些情況下,她也呈現植物從開花到結果的各種不同階段。理所當然,大自然不會同時顯示開花和結果,也不會同時展現昆蟲變態的每個階段。瑪麗亞的昆蟲和植物的水彩畫,是插畫的模範,不僅可用於自然科學,而且也是傑出的藝術作品。

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瑪麗亞.西碧拉.梅里安研究蠶蛹的變態。她在十三歲的時候,已經對這個過程具有豐富知識,但是她的資訊並沒有發表,直到幾乎二十年後,在她的《毛蟲之書》(一六七九)才公開。

瑪麗亞的描繪極重細節,甚至毛毛蟲在樹葉上咬出的小洞,連形狀也畫了出來,因為她觀察到不同的毛蟲咬出形狀相異的洞。在自然史上,她把昆蟲視為生態系統的一部分而進行觀察的方法,領先當代數十年,而且許多方式都類似於現代生物學術。譬如,約翰內斯.胡達爾特(一六一七~一六六八)出版一本有關昆蟲的書,叫做《自然的變態》(一六六二~一六六九),在書中呈現古老的亞里斯多德理念,認為昆蟲從泥巴和塵土中生出。雖然他的插圖相當仔細,但通常只描繪毛毛蟲和完全成熟的昆蟲,少有幼蟲,而且從不畫出牠們的食物

昆蟲出現在中世紀手稿和文藝復興的靜物寫生中,只不過是個裝飾的角色而已。在早期的自然史書籍中,昆蟲的呈現並不包括牠們的自然環境,主要只是用於分類的目的而已。遲至十七世紀,自然史書籍仍展示想像中的生物,譬如獨角獸和美人魚,而且和真實的動物和昆蟲放在一起。相反地,在所有瑪麗亞的著作中,沒有任何一隻想像中的昆蟲或一株植物。她只繪圖和上色她所看到的,而且現代學者說,幾乎每件她描繪的插圖都非常寫實,因此都能夠被辨認。

Amazing Rare Things: The Art of Natural History in the Age of Discovery The Queen’s Gallery, Palace of Holyroodhouse 2 March - 16 September 2007 Maria Sibylla Merian (1647-1717) Branch of guava tree with ants, spiders and humming bird, c.1701-05 Credit line: The Royal Collection © 2006, Her Majesty Queen Elizabeth II This photograph is issued to end-user media only. It may be used ONCE only and ONLY to preview or review the exhibition "Amazing Rare Things: The Art of Natural History in the Age of Discovery". Photographs must not be archived or sold on. Contact: Public Relations and Marketing, the Royal Collection 020 7839 1377

瑪麗亞的畫風對昆蟲的描述非常寫實。圖/wikipedia

作為一個系統性的觀察者,瑪麗亞一生中都在改進她的方法。她把在何時、在何地發現每隻成蟲、毛毛蟲或者幼蟲,詳細記載於筆記中。她進行實驗,餵給毛毛蟲不同的植物,觀察牠們會吃哪種,並記筆記。她觀察昆蟲發展、行為、再生產,以及變態。某些昆蟲自幼蟲,經蛹的階段,到成蟲,只需幾天。但有些,例如蝴蝶,可能需要數個月。從瑪麗亞第一版《毛蟲之書》的前言可看出,在此書出版的時候,她也很清楚自己的研究的獨特性:「本書介紹一項全新的研究,有關毛毛蟲奇妙的變形和來自花卉的特殊營養。至於有關來源、食物與季節、地點,以及毛毛蟲、蠕蟲、蝴蝶、蛾、蒼蠅和其他類似小生物等的特殊變形上的描述,乃是用來幫助自然學家、藝術家、業餘園藝者的。本書經刻意研究,簡要描述,實物寫生,然後雕刻在銅板上,並由瑪麗亞.西碧拉.格拉夫──大馬提歐斯.梅里安的女兒──個人出版。」

昆蟲研究的開拓者

十七世紀早期,昆蟲仍舊從屬於許多迷信和無知的觀念,致使人們對牠的興趣輸給不少的魚類、鳥類、哺乳動物。在宗教象徵主義裏,漂亮的蝴蝶經常是復活的靈魂之象徵,而蜜蜂象徵聖母瑪麗亞的活躍與貞潔;另一方面,「醜陋」的昆蟲──蒼蠅群聚在糞堆上,甲蟲在糞肥裏爬,蟑螂在地板上亂竄──對一般人而言,是令人討厭的惡魔產物,而且對自然學家來說太無關緊要,以致於不必研究。

由於牛頓(一六四三~一七二七)提出的重力理論,在一六六○年代,人們對於太陽系的構造和維持它的力量,比最普通的動植物或者牠們與棲息地之間的關係,知道的還多。瑪麗亞的研究是一項開拓性的工作,把微不足道的昆蟲提升至有趣又重要的研究課題,進而了解大自然的豐富性和多樣性,而且這項研究早於亞歷山大.馮.洪保德(一七六九~一八五九)與查爾斯.達爾文(一八○九~一八八九)許多年。

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瑪麗亞的肖像(印於德國馬克面額 500 的鈔票上)。圖/wikipedia

在她的書中,瑪麗亞強調,所有生物,包括昆蟲,都是上帝的創造物,而且在上帝創造的世界裏擁有牠們的位置和目的。這樣的態度繼承自她的家庭和親戚,因為他們是紐倫堡虔信派教徒。雖然瑪麗亞信教,而且從新教虔信派影響下的知性氣氛中產生她的著作,但是在書中幾乎不引用上帝和基督教象徵主義。在《毛蟲之書》的前言,她寫道:「這些奇妙的變形,發生得如此頻繁,令人所能做的,就只是讚嘆主的神奇力量和祂如何照顧這些大小可以忽略不計的生物,以及任意飛翔的東西……這啟發了我在我的小書中,向世界的其他部分描繪上帝所創造的這種奇蹟。可是,千萬不要因為這本書而讚美我、尊敬我;唯有上帝,最小和最微不足道的蠕蟲的創造者,才值得讚美和尊敬。」


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身處在男性主義的世界裏,被排拒於追求思想和科學的公共舞台之外,那些敢於衝破歷史、反抗現行的性別階級,成功地在由男性主導的學問公共舞台上演出的女性,經歷過怎麼樣的壓力和艱難?《蒙塵繆斯的微光:從古代到啟蒙時代,在思想及科學發展中發光的博學女性》,暖暖書屋出版。

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流言終結者10大「難以置信」流言

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200 多集的《流言終結者》中,實在有太多讓人驚豔的結果了,儘管有些看起來就像是好萊塢特效,有些看起來不過是主持人們無聊想搞搞爆炸,但經過實驗後,但總是有那麼一些流言結果讓我們知道了之後,會讓你從此變得不太一樣。

今天就來分享一下心中最讓人難以置信的流言結果排行。

TOP 10:踩到香蕉皮一定會滑倒?

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踩到香蕉皮一定滑倒嗎?大家可以一起來試試看。圖/ Today I Found Out.com

踩到香蕉皮就會滑倒,這是很多卡通、喜劇給我們的統一印象,我們甚至還會開玩笑說:「看!前面有塊香蕉皮,小心別踩到滑倒」之類的玩笑,但香蕉皮真的這麼邪惡嗎?傑米把眼睛蒙著,沒什麼心理準備,就這麼踩在香蕉皮上,但是沒滑倒;儘管在前面放了很多片香蕉皮,傑米還是沒滑倒。最後儘管把實驗尺度做到大得有點誇張,但滿地的香蕉皮總算是讓亞當站都站不住了,但考慮到誇張的程度,和我們在電視上看到的 100% 四腳朝天的形象相比,他們宣告這則流言破解,但記得如果地板和鞋子不夠粗糙、用跑的或是踩到成年的香蕉皮,或是你有著十足的幽默感,香蕉皮還是會滑的。

影片:香蕉皮的最終實驗

TOP 9:什麼東西能擋子彈?

這有點作弊,因為熟悉節目的人都知道,《流言終結者》做過無數的防彈實驗,從現實生活中手到擒來的東西到你平常不會在街上看到的(如貼滿好幾層電話簿的車)都做過。簡單的說就是你在好萊塢看到、聽說過的防彈效果多半不真實,但這麼多年來也有許多驚人的結果,這裡幫大家統整一下那些東西真的能防彈(當然子彈和槍都有些許不同,盡量附上)

  • 電腦鋰電池:電腦本身不防彈,但它的電池足夠擋住近距離的散彈槍
  • 鎳制的警徽能擋住手槍
  • 裝滿水的 110 公升大魚缸
  • 3 個裝著比薩的加溫袋能擋住散彈槍
  • 水下 1 公尺處

還有這些大家看電影或以為防彈但實際上不然的東西:冰箱門、車門、書、隨身聽……等等。

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筆電很好用的,但老實說現在要找到這麼厚的筆電不容易。圖/Obamapacman.com

TOP 8:髒車跑得遠?

髒車比較省油所以跑得遠?這聽起來或許十分荒謬,但這個流言中沿用高爾夫球的空氣動力學,表面有很多泥土或是坑洞的車可以減少空氣的拖曳力,讓高速行駛中較不需要多踩油門。但《流言終結者》實驗結果顯示沾滿泥土、看起來從沼澤裡拉出來的車並沒有比較省油。但這個流言最棒的部分是流言終結者們真的做出了一輛「高爾夫球」車,來驗證這個理論,而且發現真的比光滑車身的車省油一些,問題就是有多少人願意開著這樣的車出門了?

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這看起來有癩痢頭的車,卻比全身光滑的車還省油,有人會想要買一台嗎?圖/Discovery

TOP 7:折彎的槍管

這是個我個人覺得被大家忽略的流言,因為它真的很驚人又好笑。卡通中很常看到空手折彎來福槍的槍管,讓敵人朝自己開槍,看似很滑稽,但經實驗過後,證明不管是彎曲 90º 還是 180º,這把槍射出去的子彈還是夠快,具有殺傷力,但子彈會開始以車輪方式縱向旋轉飛行,讓遠距離的命中率大福的下降。我們就先別管正常人怎麼把金屬製的槍管折彎吧!

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傑米:100%流言終結者製,180 度彎曲來福槍,方便攜帶、居家旅行、殺人滅口,必備良藥(設計對白)圖/Discovery

影片:90º 槍管的實驗影片,以及搞笑片段

TOP 6:高速甲蟲殺人事件

高速奔馳的飆車族會一個不小心被迎面而來的甲蟲撞死嗎?製作小組在時速將近 150 公里下,讓假人撞擊他們所仿造的蒼蠅、蟬和世界最大的飛行甲蟲(大角金龜,Goliath beetle),分別測到的衝擊力為 10、37、100 G,而只要有 76 G的衝擊力撞擊氣管就會讓人窒息難受、岔氣,但不至於立刻死亡。雖然大角金龜並不會在世界各地亂飛,但有鑑於可能有更快的行車速度、甲蟲的飛行速度、正確的撞擊點和被撞後發生的很多事,他們宣判有此可能。

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全世界最不幸的蟲和摩托車騎士。圖/Discovery

TOP 5:電話簿的摩擦力

很多人都知道摩擦力力大無窮,小學老師大概都曾要大家做過把書本彼此夾起來但拉不開的實驗,但如果把 800 多頁的電話簿一頁一頁全部夾再一起需要多大的力氣才能拉開呢?答案是兩台坦克車相反開的力量,超過 3.5 噸的拉力,具體一點的話,這兩本書可以掛起兩台轎車。

影片:在工作室中小規模實驗的橋段

TOP 4:86% 的冰+ 4% 的木屑

不知道身邊有什麼強而有力、又能簡單取得的物質或材料嗎?有很多看似普通的東西,你把它們混合起來可以發揮1 + 1 > 2 的價值,像這個流言中結冰的水加上木屑(Pykrete)就是最好的例子,融化慢、強度足以匹敵水泥、並堅硬的可以擋子彈,甚至二戰時間是建造戰艦的候選材料之一,要不是《流言終結者》在節目中有驗證,我可能一輩子不會知道有這種簡單又強大的材料,如果更進階一點用家裡都有的報紙代替木屑,強度就更加恐怖了。

影片:在工作室中的 Pykrete 強度實驗

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把木屑換成報紙,你就可以造船了。這艘由報紙和冰構成的船以時速 37 公里航行了半個小時後,亞當和傑米才決定棄船。圖/Discovery

TOP 3:帝國大廈的殺人銅板

這大概是最多人聽過的流言之一,直接講結果的話,就是一毛錢硬幣連你的皮膚都打不穿,因為它的質量實在太小了,就算用來福槍發射這枚銅板,也一樣不會致命,如果大家想知道速度再更快會如何,我覺得可以參考《超音速乒乓球》這集裡的結果,就是還是死不了人啦。(這樣的話我猜從 101 丟一圓硬幣下來應該也死不了人,但拜託別試。)

影片:模擬硬幣終端速度及真人試驗

TOP 2:螢幕神偷特輯

筆者最喜歡的《流言終結者》之一是螢幕神偷特輯」,不管是第一集還是第二集我讓我相當驚艷,看亞當和傑米製作道具爬通風管、製作小組嘗試騙過雷射、如何處理壓力感應器相當有趣,只論結果的話就是都不可靠。而真正讓我目瞪口呆的是第二集中的內容,亞當和傑米完全破解了當時的指紋鎖,而製作小組用只能說極其愚蠢了方法就騙過了紅外線熱感應器及動態感應器。

紅外線的話原理上很簡單,就是找個能絕熱的東西,別讓你的體溫暴露就好了,穿著消防隊等級的隔熱衣、或是在你前面拿著一大塊玻璃都可以破解,或是乾脆點把一小塊玻璃巧妙的擋住感應器就解決了。而動態感應器則是需要能吸收超音波、或是很難反射的物質,布偶裝差點成功(像芝麻街的大鳥姊姊那種,我覺得影片中凱利再走慢一點就好了),其他如極度緩慢的移動、或是拿著一面床單都可以騙過動態感應……,看來好萊塢還是乖乖地用鑰匙鎖好了。

影片:動態感應器破解法

TOP 1:空手碰熱鉛

不知道有多少人看了這集會拿這實驗去跟同學打賭。沒錯,把手快速伸進融化的熱鉛(350℃)中再抽出來不會有事,因為一種叫萊頓佛羅斯特現象的關係,你手上的水分子因為接觸到遠超過其沸點的鉛,而形成一層水蒸汽,這些水蒸汽也就充當了一小段的緩衝區,保護你的手不被灼傷,當然不能碰太久,而且記得溫度要夠高,要不然鉛會凝固在手上,然後,最重要的,別在家嘗試。

參考資料:

流言終結者最後一季從4/11起每週一晚上十點在Discovery頻道播出。

流言終結者最後一季從4/11起每週一晚上十點在Discovery頻道播出。

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見微知著 微中子探索宇宙起源——《臺大科學家的研究故事》

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2011 年、中華民國建國百年,臺大天文物理研究所教授陳丕燊,率領「天壇陣列」(Askaryan Radio Array,ARA)微中子天文臺研究計畫團隊登上南極,此行目的是安裝由臺灣主導的 ARA 國際合作研究計畫第一座天線臺;這是中華民國百年來首次在南極進行的科學研究,正好遇上人類首次抵達南極點百年紀念,陳丕燊在那裡插上親自手繪的中華民國國旗,讓它飄揚在−40˚C 南極蒼穹下,寫下我國天文研究新頁。

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「天壇陣列」之鑿冰設備遠看好像一個沙漠中的駱駝商隊。設備上臺大校徽及梁次震中心(LeCosPA)徽章均清晰可見。圖/台大出版中心提供

南極研究 透過微中子探索宇宙

陳丕燊 2007 年返臺任教,在此之前,他於史丹佛大學主導「捕捉宇宙微中子計畫」,即透過「南極脈衝瞬態陣列」(Antarctic Impulsive Transient Antenna,ANITA)探測器,以熱氣球偵測南極洲冰層表面微中子所產生的訊號;返臺後,他把ANITA 計畫也帶回來;此外,他並進一步與國際有共同理想的學者發表白皮書,促成「天壇陣列」ARA 計畫,臺大團隊在這項跨國研究計畫中位居領導地位。

這兩項計畫利用南極洲巨大冰層作為阻擋超高能微中子的靶,來捕捉外太空進來的宇宙微中子,希望找到超高能 GZK 微中子,藉此回推極高能微中子方向,探索宇宙起源;並希望能蒐集到大量微中子數據,探究電子微中子、緲子微中子、濤子微中子三者之間,除了振盪,是否會衰變,對高能物理能有進一步貢獻。

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陳丕燊教授。圖/台大出版中心提供

聽見來自宇宙的聲音

陳丕燊解釋,當超高能微中子穿入南極冰層,在冰層與原子核作用後,會產生正負電子對(electron-positron pair);在連鎖反應下,正負電子對一分為二、二分為四,造成十億、百億個正負電子對,沿著最初微中子自宇宙來到地球路徑,以接近光速速率前進,這種現象稱為「簇射」(shower)。

「簇射」在冰層中前進時,正子若與其他原子核碰撞,可能變成光後消失,電子則繼續前進;這種「簇射」移動、大規模正負電子對一路往前衝時,如同土石流,將沿岸巨石、樹木、連同沿途原子裡的電子通通帶走,到下游時電子數量比正子多了約 20%,使得原本中性的簇射發展成一帶電體;當此一帶電體在冰層以接近光速前進時,會發出「切仁可夫輻射」(Cherenkov radiation)。透過切仁可夫輻射的無線電波頻段,科學家可以「聽見」微中子在冰層中發出的訊號。

然而,ANITA 計畫以熱氣球從空中偵測微中子訊號,易受雜訊干擾,且在南極氣候影響下,無法全年偵測;回臺後,陳丕燊將探測方式轉向地下,以便終年都可進行微中子訊號探測。目前這兩項研究都在進行中,ANITA 已成功執行三次飛行任務,預計 2016 年底將執行第四次任務(ANITA-IV);ARA也已完成三座天線站,其中兩座完全由臺大團隊打造的天線站架設,運行兩年半來從未故障,雖然離架設 37 座目標還有段距離,但陳丕燊認為,臺大團隊的表現在國際上有目共睹,已獲多方肯定。一心要把臺灣帶進宇宙學領域的陳丕燊,其實本來並非出身宇宙學;他自臺大物理系畢業,直至美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)博士班,均攻讀高能物理;陳丕燊說,高能物理自二戰以來蓬勃發展,「當時最年輕有為的物理學者,幾乎都在鑽研高能物理」,他也不例外; 在UCLA 陳丕燊師承高能物理學大師櫻井純(J. J. Sakurai),並與指導教授共同發表四篇國際期刊,研究成績卓越。但是櫻井教授在他拿到學位前突然過世,帶給他極大衝擊,當時他讀到《科學》(Science)期刊一篇專欄〈高能物理的未來〉(The Future of High Energy Physics)文章提到,高能物理加速器機制若不改進,將來想提高能量,長度勢必無止盡增長,有朝一日恐怕得繞地球一周,才能蓋一個加速器。這個看法引發陳丕燊深刻的省思,他認為這個預測雖不中、亦不遠矣。看當前全世界唯一、最大的加速器在瑞士,圓周已達 27 公里,如果要再加高能量,勢必得再擴大半徑;而該文也提到,當時兩位科學家提出新加速機制,即結合電漿與高能物理,利用電漿(plasma)來加速粒子;先將雷射光打到電漿裡,讓電漿產生像波浪一樣的振盪,波浪會強行將電漿中的正負離子分離,而產生很強的電場,再打進高能粒子,透過電場讓粒子加速到很高能量。

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在南極研究時,劉宗哲博士在研究基地附近拍攝到企鵝。圖/台大出版中心提供

這段敘述引發陳丕燊濃厚的興趣,他發現這兩位科學家之一恰是他統計力學教授 John M. Dawson;正有意轉換跑道的他,便迫不及待地前往請教,相談十多分鐘,Dawson 教授即熱情邀請他到自己研究室進行博士後研究。陳丕燊將信將疑,心想:Dawson 教授專精的是電漿物理,與自己鑽研的高能物理截然不同,他能做什麼?他委婉地報告Dawson 教授:「等離子、電漿物理跟我所學的完全不同,我不確定能不能勝任。」Dawson教授鼓勵他可以邊做邊學,「你既然是櫻井教授的學生,一定辦得到。」就這樣,陳丕燊抱持改良高能物理加速機制的熱忱,轉進電漿物理領域。

發現尾隨場加速機制

從高能物理轉到電漿物理,陳丕燊從零開始;「小組討論時,連博士後、學生講的,我全聽不懂,壓力很大!」他說,國外學術研究競爭白熱化的程度,形同割喉戰,「你不前進?馬上被刷掉,非常慘烈。」陳丕燊每天一早醒來,壓力便如影隨形,讓他苦不堪言。

陳丕燊咬緊牙、拚命一年後,即和 Dawson 教授共同發表論文,提出電漿物理的第二種加速機制,即「尾隨場加速機制(plasma wakefield acceleration)」;是指高能電子束穿過電漿時,因為振盪分離出帶正電的質子與帶負電的電子,兩者產生一種電場,稱為「尾隨場」。陳丕燊舉汽艇航行掀起白色浪花為例,由於汽艇驚擾了水面,造成水分子上下振盪而產生浪花,像一條彩帶,「尾隨」在汽艇後面;但水分子並不會隨汽艇移動,待汽艇離開後,水分子會在原地慢慢恢復平靜。若將水換成電漿,汽艇視為打進電漿裡的一團高能電子束,電子束通過時,會在流體產生振盪,帶正電的質子比電子重,所以移動幅度較小;反觀帶負電的電子則運動激烈,因此,一旦高能電子束打進電漿,會使電子脫離身旁帶正電的質子而產生尾隨場。物理上,若將電子和質子拆開來,兩者之間會產生一庫倫電力;因此,當高能電子束被打進電漿後,產生的振盪強行分離質子和電子,產生的電場很大,可以拿來讓粒子迅速地加速到很高的能量。這個理論是電漿物理學界一大創新,後來尾隨場加速機制和原提出的電漿加速機制,同被列為國際同儕兩大電漿加速機制,陳丕燊也儼然成為尾隨場加速機制領域的開山祖之一。理論上,尾隨場加速機制的加速電場強度,要比現在瑞士歐洲核子研究組織加速器高上一千倍,同樣一公里,用電漿尾隨場加速機制可讓粒子加速到目前能量一千倍,這對高能物理研究有極大助益。陳丕燊強調,物理作為實證科學,唯有透過實驗來檢驗理論真偽,他盼望有朝一日,尾隨場加速機制的實際應用,能突破高能加速器建造的局限。

 


臺大科學家的研究故事5_封面-100dpi《臺大科學家的研究故事 5》書籍簡介

張錦華 策劃、李淑娟 主編

2015年12月出版

13項頂尖的研究發現,14個科學人的人生故事。

現今當紅的物理學前沿是什麼?從宇宙起源到高能物理,臺灣如何參與世界頂尖的研究?鳥類除了會合作孵育幼雛之外,竟然還有自己的方言?臺灣身為水果王國,農家要如何盡早預防蟲害,讓產業轉型成為科學農業?全球蜜蜂神祕消失的背後原因究竟為何?糖尿病患者的年齡逐漸下探,與兒童的肥胖有關?

本書收錄了享譽國際的十三項研究發現,透過深入探訪的報導,我們得以知道科學家如何帶領團隊、如何做研究、如何解決問題與困難,讓我們了解他們一路走來的心路歷程,一窺其內心深處的熱情與執著。細細品味書中的內容,可以發現這些科學研究不只是距離遙遠的學術論著,而是與生活息息相關的智慧結晶;其背後的故事不僅能打動人心,也讓我們能從中獲得值得仿效的處事之道。

其他相關文字可參考出版中心的書籍資訊網頁

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毛澤東的打麻雀運動——科學史札記(七)

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除四害期間的全民打麻雀運動宣傳海報。圖/wikipedia

從 19 日清晨五時開始,首都布下天羅地網,圍剿害鳥——麻雀。全市三百萬人民經過整日戰鬥,戰果極為輝煌。到 19 日下午十時止,據不完全統計,全市共累死、毒死、打死麻雀 8 萬 3249 隻。

19 日清晨四時左右,首都數百萬剿雀大軍拿起鑼鼓響器、竹竿彩旗,開始走向指定的戰鬥崗位。830 多個投藥區撒上了毒餌,二百多個射擊區埋伏了大批神槍手。五時正,當北京市圍剿麻雀總指揮王崑崙副市長一聲令下,全市 8700 多平方公里的廣大地區裡,立刻鑼鼓喧天,鞭炮齊鳴,槍聲轟響,彩旗搖動,房上、樹上、院裡到處是人,千千萬萬雙眼睛監視著天空。假人、草人隨風搖擺,也來助威。不論白髮老人或幾歲小孩,不論是工人、農民、幹部、學生、戰士,人人手持武器,各盡所能。全市形成了一個聲勢浩大的「麻雀過街,人人喊打」的局面。被轟趕的麻雀在天羅地網中到處亂飛,找不著棲息之所。一些疲於奔命的麻雀被轟入施放毒餌的誘捕區和火槍殲滅區。有的吃了毒米中毒喪命;有的在火槍聲裡中彈死亡。

為了摸清「敵情」,圍剿麻雀總指揮部還派出三十輛摩托車四出偵察。解放軍的神槍手也馳赴八寶山等處支援殲滅麻雀。市、區指揮、副指揮等乘車分別指揮作戰。

在天壇「戰區」到處是鞭炮和鑼鼓聲,三十多個神射手埋伏在殲滅區裡。他們一天之中殲滅麻雀 966 隻,其中累死的佔 40%。在南苑東鐵匠營鄉承壽寺生產站的毒餌誘撲區,在兩個小時內就毒死麻雀四百隻。宣武區陶然亭一帶共出動了兩千居民圍剿麻雀,他們把麻雀哄趕到陶然亭公園的殲滅區和陶然亭游泳池的毒餌區裡,在大半天時間裡,共消滅麻雀 512 隻。在海淀區玉淵潭四周十里的範圍內,三千多人從水、旱兩路夾攻麻雀。人們從四面八方把麻雀趕到湖心樹上,神槍手駕著小船集中射擊,只見被打死和疲憊不堪的麻雀紛紛墜落水中。

傍晚以後,青年突擊隊到樹林、城牆、房簷等處掏窩、堵窩、捕捉麻雀。全市人民正在養精蓄銳,好迎接新的一天的戰鬥。

這是篇科幻小說嗎?不是!是 1958 年 4 月 20 日《人民日報》的一則報導,標題:「人民首都不容麻雀生存——三百萬人總動員第一天殲滅八萬三」。當時全中國都在打麻雀,被消滅的麻雀不知有多少億隻!

打麻雀運動只是大躍進的一環,較此更瘋狂的行逕,諸如全民大煉鋼,正在全中國上演著。對經歷過大躍進的人來說,那是一場悲劇;對沒經歷過的人來說,那是一場鬧劇。悲劇也好,鬧劇也罷,根本原因出於無知。

毛澤東依靠人民戰爭取得天下,以為只要動員群眾,不必依靠知識,就可以短時間內「超英趕美」。這是毛澤東發動大躍進的心理背景。

毛澤東讀過不少古書,對於科學卻一竅不通。糟的是:這位科學盲亦人亦神,他的一些無知言行,竟然成為玉旨綸音。大躍進時期的打麻雀運動就是個典型的例子。

毛澤東以普通農民的知識高度,認為麻雀吃穀子有礙農業生產,應該消滅。一些生物學家仰體上意,紛紛表態。1957 年 1 月 18 日,時任教育部副部長的生物學家周建人在《北京日報》發表〈麻雀是害鳥無須懷疑〉一文,說:「麻雀是害鳥,害鳥應當撲滅,不必猶豫」。麻雀被定為「四害」中的老四,大躍進期間成為全面撲殺的對象。

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1958年4月,北京石油學院學生投入到萬壽山的的捕雀「戰鬥」。

當時的「四害」,是指蒼蠅、蚊子、老鼠和麻雀。一九五八年夏,「除四害」運動高峰期,中國科普界標竿人物高士其在《學習》第六期上發表〈把我們的國家變成『四無』國》,文中列舉麻雀的罪行:

秋收時,它們成群結隊地啄食穀粒,糟蹋糧食很凶。大約一隻麻雀平均每天要吃二錢半穀子,一年至少消耗五斤。麻雀雖小,它的數量卻很多,分布很廣,所以為害很大……這些小動物對於人類的害處是極其嚴重的。除「四害」運動是人類征服和改造自然的歷史性的一個重要組成部分,是古人所夢想不到的,是有人類以來破天荒的第一次。

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麻雀。圖/由LaitcheLink to My Website. – 自己的作品,公有領域,wikipedia

除四害期間,人們論及麻雀的為害,大多引用高士其的「數據」。其實高士其的數據只是想當然耳,全無科學根據。麻雀是雜食動物,根據鳥類學家鄭作新等研究,麻雀所吃的食物作物不到一半,草籽及昆蟲才是大宗,哺育幼鳥更是以昆蟲為主。

在除四害運動中,對蒼蠅、蚊子、老鼠效果有限,打麻雀卻戰果輝煌。麻雀被消滅後,害蟲失去天敵,引起歉收,大躍進期間餓死了幾千萬人,不能不說和打麻雀運動有關。

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你看過「狗狗其實不喜歡被抱」的新聞,但你發現問題了嗎?

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文/ 鄭國威,彭琬馨

圖片取自: http://iraffiruse.net/post/113020401707

圖片取自:
http://iraffiruse.net/post/113020401707

4/13日,在今日心理學 (Psychology Today) 這個專注於心理學的雜誌的科普新聞網站上,加拿大英屬哥倫比亞大學心理系退休教授史丹利科倫 (Stanley Coren) 發表了一篇專欄文章:「The Data Says “Don’t Hug the Dog!"」(數據說:「別抱狗!」), 表示有充分證據顯示狗狗討厭被擁抱。但這是真的嗎?

首先,無庸置疑地,科倫教授是資深的心理學家,特別在跟狗有關的動物心理學上耕耘許久,著作等身。他在文章開頭先講個故事,提到他帶著他的六個月大的狗(品種是新斯科舍誘鴨尋回犬,Nova Scotia Duck Tolling Retriever)到附近的大學某學院參加「狗狗舒壓日」,這活動蠻有趣,是為了讓期中考或期末考地獄中煎熬、壓力爆表的大學生可以透過跟狗抱抱來舒壓(你唸書壓力大時也會找學校裡頭的校犬玩嗎?),而有一位嬌小的女性把科倫教授的狗抱起來,他立刻發現狗把頭轉開避開眼神接觸,耳朵垂下,嘴巴張開發出些微的嗷嗷聲。於是科倫教授靠過去跟這位女孩說:「你真的不該抱狗,他們並不喜歡這樣,會讓他們有壓力。」

結果這女孩有眼不識泰山,說自己正在唸發展心理學,她學到對人類來說,擁抱非常重要,而且讓人愉悅。當媽媽抱小孩的時候,會讓代表愛與連結的催產素(oxytocin)分泌在母子身上都升高,如果父母不常擁抱或觸摸小孩,小孩之後可能會缺乏同理心,無法與他人產生情感連結。當然,科倫教授也就直說了:啊狗就不是人啊!文中提到,由於狗類是善於奔跑的動物,透過迅速移動來躲避威脅,行為學家認為,當我們擁抱狗狗時,其實是剝奪了他們的移動能力,增加牠們的壓力,如果真的受不了,牠們甚至可能咬人。科倫教授認為這應該是常識,但他卻只找到兩篇研究談類似的事,而且兩篇的焦點都放在若人把臉跟狗靠得太近會被咬,而不是在於是否抱著狗。於是他決定自己做個「調查」,他在網路上找了 250 張人與狗狗的擁抱照片,剔除那些顯然會額外造成狗壓力的行為(例如把大型狗抱起來)。科倫教授「自己分析」後發現,81.6% 的狗狗,在照片上看起來很不舒服,表現出如下的情形:

  • 耳朵下垂
  • 眼白露出(翻白眼)
  • 轉頭避免與擁抱者眼神接觸
  • 舔舌頭
  • 因屈從而閉起眼睛

而只有 7.6% 的照片顯示狗狗當下是舒服的,剩下 10.8% 的照片則看不太出來或屬於中性。科倫教授認為他找到的照片應該大多數都是飼主要展示他們多愛狗狗,以及他們之間的感情多好,才會放上網。但是他的分析結果則完全顯示是另一回事:大部分的狗狗並不愛被抱。

然後這篇文章就結束了。

等等,但,狗狗真的討厭被抱嗎?

首先,這並不是完整的研究。頂多算是一篇由專業人士寫的專欄文章,文章中提到的 250 張照片的分析資料並沒有經過同儕審查,除了科倫教授沒有人知道他到底挑了哪些照片,自己選照片、自己評斷、自己下結論的「研究方法」也稱不上合理,總之是遠遠談不上是嚴謹研究。任何一個念過研究方法或是知道什麼叫做同儕審查的人都知道,但我就不知道為什麼全台灣的媒體都在報導而且完全沒提到這盲點?

螢幕快照 2016-04-30 上午1.29.27

好在,還是有媒體發現這問題,華盛頓郵報的科學部落客瑞秋菲爾曼 (Rachel Feltman) 就訪問了科倫教授,而他誠實表示這「只是一個隨興的觀察結果」,並沒有經過嚴謹的同儕審查。

由於同儕審查(讓其他同領域的科學家檢視、討論該研究)是科學上建立研究可信度的重要基礎,缺少這個步驟的研究,可信度其實沒有經過檢驗,更何況就算文章通過同儕審查,在同領域其他研究出現之前,也很難看出這個研究真正的侷限,因此要從一個單一研究得出具體結論,其實是很困難的。

要說科倫教授的結論到底對不對,其實是辦不到的,但科倫教授得到這結論的方式的確是不夠科學的。因為我們不確定資料從何而來,到底採樣有多隨機?我們不知道每一張照片的拍攝脈絡,也不知道狗狗在拍照之前的心理狀態,也無法經由控制來判斷狗狗在被抱之前跟被抱之後的差異。評斷狗狗心理狀態的研究者只有科倫一位嗎?別忘了他本來就期待看見某種結果。或是我們該請多位不知道實驗目的的研究者來對狗狗照片進行編碼,通常這樣會比較沒有偏見的問題。

菲爾曼認為有沒有可能是,狗主人更喜歡將狗狗露出怪表情的照片發上網,儘管那代表著狗有壓力?照片中比較糟糕的抱狗方式跟一般自然抱狗的方式接近嗎?照片中抱狗的小孩跟成人比例如何?這也可能有影響。當然,還有很多很多問題可以問,也該問,如果我們要求的是科學的話。

杜克大學狗類認知研究中心的共同主任伊凡麥克連 (Evan MacLean) 回覆菲爾曼時則認為,這是一個很好的開始。麥克連提到,這個研究中用來評斷狗狗壓力的指標,大多是可以接受的,不過有些可能會引起爭議。例如,研究用耳朵下垂程度判斷狗狗受壓力的程度,在某些狗類天生耳朵就下垂的情況中,可能造成誤判;另一個例子是關於狗狗們眼白大小,這也會因為牠們看的方向不同而有所差異。舔舌頭也是一樣,其意義因時而異。

科倫教授說,他很開心能得到這麼多人關注,因為他就是希望人們對於擁抱狗狗這件事更為謹慎,對於他的文章被媒體當成一個完整的研究來報導,他不太意外,他認為這可能是因為標題中用了「數據」(data)這個字,科倫強調,人們會因為看到科學名詞,對這則訊息更為重視,但這位 2007 年就退休的教授避重就輕地說這只是用來回答一個問題的觀察或測量方式。他期待其他科學家接手研究,但他自己沒打算重披戰袍。

說了這麼多,下回看到可愛狗狗時該不該抱牠?

對於這個問題,麥克連對華盛頓郵報說,他還是建議避免用人類的方式擁抱狗狗,因為這其實是一個「屬於靈長類才有的行為」,畢竟要對狗狗表達愛意其實有很多種方法。總之,別把狗抱得太緊。

如果不是那種緊緊擁抱,只是摟抱或是撫抱呢?科學有答案嗎?還沒。或許你可以把這當作研究主題,但這次別只是隨意找網路上照片評斷就下結論了。


感謝 D.I.N.G.O. 認證犬訓練師黃媛欣提供資料。

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跟著訊息傳遞走 陳瑞華步步解開癌症的秘密——拜見科學界女力(一)

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泛科學「拜見科學界女力」系列專訪正式上線,讓我們和台灣的傑出女科學家們約個會,看這些在科學領域發光發熱的女力,如何顛覆以往以男性為主的科學戰場,綻放自己的光芒!

第一站泛科學來拜訪這次得到 2016 年台灣女科學家「傑出獎」,現在是中央研究院生物化學研究所研究員的陳瑞華。

陳瑞華投入研究工作二十餘年,專注在與癌症相關的訊息傳遞和蛋白質修飾研究,探討癌組織中抑癌、致癌機制的運作模式。她的研究成果不僅獲得如 Nature Cell BiologyCancer CellMolecular Cell 等國際期刊刊登,也受到論文評論網站、期刊的好評和推薦。除此之外,她也是獲得教育部、科技部等單位的學術獎項鼓勵,更是李天德卓越醫藥科技獎、台灣生技醫藥發展基金會學術講座的第一位女性科學家。

「我做什麼事情其實沒有太大的規劃,就是看興趣。」陳瑞華滿臉笑容的她說走上科學研究這條路完全就是因為興趣。只是從興趣開始要延續到變成耕耘一輩子的專業,這一路怎麼走來,就更讓人好奇。

2016-04-08 14.00

整個採訪過程總是笑臉迎人的中央研究院生化所研究員陳瑞華。攝影/趙軒翎

現在普遍的技術  當時卻步步艱難

陳瑞華進入台灣大學生物化學所後,跟著呂勝春老師做實驗,也順著當時生物研究趨勢,一腳踏入還在發展初期的分子生物學領域。即便呂勝春老師已是台灣最早踏入分子生物學的研究人員,但對於這些新興的研究技術仍不是非常熟悉。現在生物實驗室常用的實驗技術,像是複製 DNA(DNA cloning)在當時會的人很少,甚至在台灣都還沒有人碰過,陳瑞華就說,當時就是靠著手上的一張實驗流程表自己想辦法找出實驗該怎麼做。

陳瑞華說自己當時的碩士論文題目就是建立一個 cDNA 庫(cDNA library),也就是將製作成蛋白質的所有 DNA序列建立出來。在 DNA 轉錄成 RNA,RNA 轉譯為蛋白質的過程中,並非所有 DNA 最後都會形成蛋白質,而透過 cDNA 庫的建立,能讓科學家找到這些蛋白質所對應的 DNA 序列。建立 cDNA 庫在現在已不是相當困難的技術,也不可能成為一個碩士論文題目,但在當時卻讓陳瑞華傷透腦筋。

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建立cDNA library的流程。圖/By PhD Dre at the English language Wikipedia, CC BY-SA 3.0, wikipedia.

「那時候差一點就無法畢業!」陳瑞華說,好險的是最後呂勝春老師出手求救,讓她在畢業前夕及時換研究題目,為了趕實驗進度每天從早上 7  點開始做實驗,一路做到晚上 11 點,她開玩笑地說,這就像是最初 7-11 便利商店最初名稱由來一樣。但這樣的日子雖然辛苦,卻也讓她從實驗中找到了挑戰自我的成就感,以及對研究中「發現未知」的興趣。不僅及時完成了論文,也順利在畢業後將 cDNA 庫建立起來。

巧遇DNA修復大師  研究方向卻因此轉彎

要繼續走這條路,當時最好的方法就是出國深造。那個時候台灣並沒有太多相關的博士班,甚至連碩士班研究生都很少,不如現在許多學校都有生醫相關研究單位。北部各校生物領域的研究生卻也因此更為團結,十幾個學生自主成立了讀書會,陳瑞華就是其中一員。讀書會每周末聚會一次,每次由一個人負責報告一篇學術論文,藉此可以聽到不同領域的最新研究,又可以相互討論、學習。陳瑞華到美國念博士班時,才發現這個讀書會無形累積了自己的基礎,課堂上教的內容她「連原始論文都看過了」。

陳瑞華博士班選擇研究致癌物質對 DNA 產生的影響和 DNA 修復機制,四年順利畢業。她在離畢業剩下半年時,開始尋找接下來博士後研究的實驗室,一直以為自己會繼續在「DNA 修復」繼續研究下去,卻在遇到一個人後徹底改變。這個人是 Philip Hanawalt,DNA 修復研究領域的大師級人物,也是美國科學院院士。「當時他不認識我,但知道我在做的研究工作。」陳瑞華抱著希望,告訴 Hanawalt 自己即將在半年內畢業,也正在找博士後研究的實驗室。只是陳瑞華一心期待 Hanawalt 能告訴自己「那就來我的實驗室吧!」但等到的卻是「我建議你換一個領域,這樣你才能學到新的東西。」陳瑞華說,當時 Hanawalt 非常誠懇地這麼說,卻也讓她的研究路走向了一個全新的領域——訊息傳遞。

癌症中的訊息傳遞

人和人透過語言傳遞訊息,達到相互溝通的目的,然而在所有生物的體內不同的細胞、組織、器官間其實也需要透過「訊息」來溝通,當訊息內的一個步驟出了差錯,有可能造成嚴重的後果。「我會喜歡訊息傳遞這個領域,是因為這個學問很邏輯。」陳瑞華說。訊息傳遞的研究希望找到細胞內不同的分子如何相互影響,促進或抑制其它分子的功能,漸漸可以建構出一個訊息網絡。陳瑞華說自己從來不是一個善於研發新技術的研究人員,但她很喜歡系統性、邏輯性的推導過程,讓她和她的團隊能夠去發現一些目前未明朗的問題。

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細胞中重要訊息傳遞路徑示意圖,當訊息傳遞出問題,這個細胞乃至於整個身體都可能出狀況。圖/By cybertory, CC BY-SA 3.0, wikipedia.

後來,陳瑞華融合了最初博博士班所研究的癌症和訊息傳遞兩個領域發展研究題目,也就是蛋白質泛素化(ubiquitination)的過程怎麼調控腫瘤的微環境。她進一步解釋,現在研究人員認為腫瘤中不只有癌細胞,旁邊還會有一些其他細胞,包括免疫細胞、纖維母細胞(fibroblast),和非細胞的物質等,它們會與癌細胞互利共生。泛素化的過程細胞內標記要清除的蛋白質的方式,透過泛素轉接酶的幫忙將泛素接到蛋白質上,讓這個蛋白質被分解。而細胞中就有一群抑癌蛋白質,它們能阻止癌細胞擴散,但陳瑞華就發現有一種稱為 KLHL20 的泛素轉接酶會造成抑癌蛋白質被降解,造成癌症惡化和轉移。

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泛素化過程示意圖,寫有Ub的綠色圓形即為泛素(ubiquitin)。圖/By Rogerdodd at the English language Wikipedia, CC BY-SA 3.0, wikipedia.

此外,陳瑞華也試著去了解癌細胞中一群長很快、很難殺死的細胞——癌幹細胞,看泛素化在腦癌幹細胞上一些功能的調控。甚至後來在她一個學生的建議下,開拓非癌症相關的研究,他們也發現了協助將泛素從蛋白質上移除的酶,會影響胚胎幹細胞分化為神經細胞的過程,現在這部分的實驗也已從單純細胞操作,進展到小鼠活體實驗。

近期他們也開始關注癌細胞與正常細胞中 RNA 的差異。我們知道 DNA 會轉錄成 RNA,而 RNA 轉譯成蛋白質,但事實上只有部分 RNA 才會真正轉譯成蛋白質,那些沒轉錄的 RNA 以往都被認為是無用的「垃圾」。不過,陳瑞華說現在大家也開始試著了解這些沒有轉錄的 RNA,在生物體內扮演的角色,而她自己的團隊也才剛開展這個研究。

做自己喜歡的研究  對自己和學生負責

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2016第九屆台灣女科學家「傑出獎」得主陳瑞華。圖/吳健雄學術基金會提供

當時從美國回到台灣,陳瑞華說其實自己心裡也有很多掙扎,一來自己很喜歡美國的尖端學術環境,二來舊金山的環境也相當宜人,讓人捨不得離開。但為了家人,陳瑞華選擇回台灣重新開始,並告訴自己「既然回來了,就要在這裡生根,要適應所有的環境」。當她回到台灣開始建立自己實驗室時,不僅要想實驗室要怎麼建置,還帶著兩個出生不久的孩子。「那時候簡直亂成一團。」不過陳瑞華說,現在的她也很慶幸自己回來了,培育一批屬於台灣的專業人才,像是陽明大學生化所的郭津岑、王琬菁老師都是陳瑞華早期的學生。

「每個實驗都是我的驕傲」陳瑞華說,雖然現在實驗室開展了多個方向的研究,但每一個研究都是重要的,她保持這樣的態度「不僅是對自己負責,也是對學生負責。」雖然不是每個研究都能被肯定或順利有結果,但至少要做到做自己喜歡的研究,以及讓學生受到好的訓練。

陳瑞華回憶在農化系就讀時,班上的男、女生人數各半,但系上從講師到教授清一色都是男性,這個現象也曾讓她疑惑女科學家都去哪裡了?經過這約二十年的研究生涯,她說自己雖然未因為自己是女性而在這個領域吃虧,但她也認為女性參與科學較容易受到家庭、育兒等因素面臨壓力。依據聯合國教科文組織的統計科學研究者中只有 28% 是女性,而在臺灣大專院校科學領域教職員也只有 22% 為女性。陳瑞華希望多加鼓勵這些有意參與科學研究的女學生,讓更多女性能夠成為優秀的科研人才。

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