科學傳播 – PanSci 泛科學

故宮博物院在 2014 年有個不尋常的大展──〈錯覺藝術大師─艾雪的魔幻世界畫展〉，其策劃緣由竟與中國山水畫有關。更早之前，故宮的富春山居圖合璧吸引了許多人潮，原以為參觀人次會是全球之冠，沒想到僅僅排上第三，當年的第一名是巴西里約的艾雪展。既然此展覽如此受到歡迎，何不引進台灣與更多人分享，因此以傳統書畫文物類為主要典藏的故宮辦了此展，掀起了一股數學與藝術的熱潮。展場除了艾雪真跡之外，還有潘洛斯階梯實體裝置，以及師大團隊製作的圖樣破解影片。

2014 年的艾雪的魔幻世界畫展。

當時我剛從歐洲帶著凱爾特神話的月曆回國，正好趕上展覽的最後一天。即使在網路上看過畫作，到了現場仍舊目眩神迷驚歎不已，心裡想著要是我也能來進行類似的創作會多有趣？可惜當時並不清楚有什麼數學工具與方法可以創造出類似的圖樣。

數學是一種關於胚騰的科學（the science of pattern），如《生活中的數學》一書所說胚騰可以代表圖樣、紋理、規律、模式，甚至是一切有跡可循的事物。其中圖樣和大眾最沒有距離，從古典的幾何學到當代的衍生藝術（generative art），無一不是散發出未言自明的美，十分迷人。

在愛爾蘭，凱爾特圖騰在日常生活隨處可見，像是前面提到以神話為主題的月曆插畫，還有電影《世界之庭》中所描述獲得世界首獎的園藝設計，墓碑上的裝飾等，這些圖樣的起源甚至比埃及金字塔還早。

凱爾特圖騰（Celts symbol）。圖／Leo Reynolds @Flickr

都柏林的切斯特．比替圖書館（Chester Beatty Library）收藏了大量的伊斯蘭藝術作品，讓我近距離見到類似於在數學文獻上曾看過的可蘭經古本，其封面精美的幾何圖樣體現了穆斯林對無限與對稱的熱情，我為此感到震懾與著迷。也期待著有天能拜訪位於西班牙的阿爾罕布拉宮，親炙伊斯蘭文明中數學與藝術合一的殿堂。

無巧不成書，近來曾被詢問數學藝術的建議書單，正感台灣相關書籍不多，沒想到出現了這本連結數學與藝術的書《圖解圖樣設計》。本書作者從艾雪的創作出發，以生活中真實的裝飾圖樣為例，從最基本的平移、對稱、鏡射，一路談到對稱平面群與艾雪、潘洛斯的各種鋪磚技法，扣緊數學與圖樣結構的發展脈絡，搭配清晰易懂的圖說引領讀者理解。

做為一本技法書，作者發揮研究精神，系統化地整理了艾雪和潘洛斯鋪磚法中的各種拼合規則，方便讀者查閱以及想像圖樣設計的可能性。也提到了設計與印刷的實務經驗，貼心地提醒讀者一些關於圖樣設計的細節，像是以大圖案與小圖案呈現出的不同視覺感受，又分別適合用在何處，使得圖樣設計不會停留在紙上的數學理論。

使用潘洛斯鋪磚法（Penrose Tiling）所構成的圖樣。圖／PrzemekMajewski – Own work, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons.

書中不賣弄專業術語讓人免於壓力，也不會對難以辨認出規則的繁複圖樣感到卻步或暈頭轉向，就算拋棄代號也很容易可以理解。透過數學，即使不諳繪畫技巧同樣能夠了解規則看懂圖樣，甚至是代換成其他圖樣的可能，使人產生了躍躍欲試的心情。

除了數學藝術愛好者之外，想和孩童一起製造出艾雪式鋪磚的教師與家長也不可錯過本書。作者除了一步步詳細說明如何利用多邊形製造出動物圖樣的原則之外，還包括構思主題式創作的技巧，是課堂引發興趣與想像力的一本好書，即使是孩子也可以創作出屬於自己的作品。

艾雪在 1939 年對六腳動物鑲嵌的研究作品。圖／Source (WP:NFCC#4), Fair use, wikimedia commons.

數學一直都不只是考試的工具，而是許多藝術作品背後的美學祕密，在艾雪手中更是成為一種理性與感性相互撞擊的樂趣。許多人曾討論艾雪的作品到底是數學還是藝術，我認為這兩個領域早已分不清，不如就叫「藝數」混在一起。艾雪對此倒是有個精彩的見解，他認為數學家嚴謹地發展與定義出一個理論，就像開啟了一扇常人不曾發現的門，但他們的興趣不在走到這道門後面；而藝術家如艾雪本人感興趣的則是在於門打開以後的那片花園，比較不在意門是怎麼開的。

因此自認數學不好的創作者，可以想成數學幫忙打開了一道門，讓藝術家看見外頭的花園充滿靈感與想像。數學，讓你用新視角探索藝術花園。光是如此，就足以鼓起跨界勇氣，玩賞本書探索更多藝數之間的創作可能。

本文摘自《Pattern Design 圖解圖樣設計》，易博士出版社出版。

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本章節要嘗試敘述艾雪對數學圖形的關注。M.C. 艾雪（Maurits Cornelis Escher）於 1898 年出生於荷蘭。提到荷蘭出生的畫家，可以舉出希羅尼穆斯．波希（Hieronymus Bosch）、布勒哲爾（Pieter Bruegel the Elder）、林布蘭、梵谷、蒙德利安等西洋美術史上赫赫有名的藝術大師，但是為何在西洋美術史的脈絡中卻未提到艾雪呢？

M.C. 艾雪。圖／Photographer: Hans Peters (ANEFO) – Ga het na (Nationaal Archief NL), CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

由於主流的西洋美術史有聚焦在繪畫、雕刻領域的傳統，艾雪只創作小型的版畫作品，而且畫的內容多是與美術界的動向無關的主題，或許是因為這樣，他才不得不被排除在主流的西洋美術史之外。而或許也是因為這個緣故，直到現今許多報導在介紹艾雪時，除了稱呼他為版畫家外，以平面藝術家（graphic artist）介紹他的人也不在少數，是一位極具現代感的藝術創作者。

艾雪的父親為國家土木技術官僚（曾經赴日本任職）、兄長為地質學家（後來成為萊登大學校長），因此可以說是從小就在充滿理科素養的環境中長大。此外，母親是財政部長的女兒，妻子的娘家是俄羅斯出身的資本家，生活環境相當優渥，因此艾雪在作品賣不出去的時期，也能無後顧之憂、百分之百專心投入創作。雖然接受父親的建議進入建築裝飾美術大學修習建築課程，但是在學中仍以版畫製作為志向，開始踏上版畫家之路。

G. 波利亞 17 種類型的圖樣。圖／《圖解圖樣設計》

艾雪於 1922 年赴阿爾罕布拉旅行時對圖樣產生興趣，當時他的哥哥立刻提供最新的論文等資訊供他參考。他在這些論文資料中受到數學家波利亞．哲爾吉（G. Pólya）的圖樣啟發，創作出一系列的圖樣作品。從地質學家哥哥的研究物件中也獲得其他多面體的圖樣，因此創作出「星」和「重力」等多面體題材的相關作品。德國數學家莫比烏斯發表的「莫比烏斯帶（Möbiusband）」，也讓他獲得啟示而創作了「騎士」、「紅螞蟻」、「結」等作品。

艾雪的代表作《升與降》、《瀑布》，是以羅傑．潘洛斯發表的圖形為基礎而創作的作品。

艾雪以潘洛斯圖形為基礎創作的《瀑布》。圖／Fair use, wikimedia commons.

潘洛斯是英國的數學家，同時也兼具宇宙物理學家、理論物理學家的身分，從 10 歲起就因著迷於拼圖甚至自創拼圖而聞名。1954 年在阿姆斯特丹國際數學會議中接觸到艾雪的作品後，便成為艾雪的粉絲，還把自己研究的不可能三角形和不可能階梯（impossible figures）的圖形送給艾雪，並以此為契機，開始跟艾雪有直接的交流。

圖／《圖解圖樣設計》

潘洛斯後來發表了「潘洛斯鋪磚法」（Penrose tiling）的研究成果，可惜當時艾雪已經去世。潘洛斯曾感嘆地說：「如果艾雪還在世的話，一定會創作出非常傑出的作品吧！」。潘洛斯除了與艾雪有所交流外，也是和史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）共同研究黑洞的宇宙物理學家，以及提倡量子論和相對論相關「扭轉理論」（Twister Theory）的知名尖端理論物理學家。

此外，艾雪受到 H.S.M 考克斯特（H.S.M. Coxeter）在論文中刊載的圖形的衝擊，頻繁地與考克斯特交流。但是艾雪並非取徑於考克斯特艱深的數學文本，而僅僅是以所提供的圖形為參考，採取自已的解讀方式創作「圓極限系列」，並成為艾雪晚年的代表性作品。他選用最高級的櫟木材料，在極為精緻的木彫版上，竭盡心力地創造一幅幅極為細膩的版畫創作。

H.S.M 考克斯特在論文中刊載的圖形。圖／《圖解圖樣設計》

艾雪在進行一系列的圖樣創作時，提出了在經驗上，設定相鄰界線的顏色時，只要用 3 種或 4 種顏色來上色就能區分開來。這個問題在數學領域中被稱為四色問題，吸引了歷年來的數學家進行研究證明。一直到 1976 年由兩位數學家成功提出證明才畫下休止符。要證明這個命題需要龐大的數學演算作業，因此必須等待超級電腦出現才有可能進行演算。現在稱這項問題的證明為四色定理（four color theorem）。

艾雪首度的大型作品展覽是經由結晶學家 C.H. 麥克基拉菲（C.H. MacGillavry），在 1954 年的阿姆斯特丹國際數學會議中進行發表和展覽，而最初主要的艾雪作品集，也是由麥可基拉菲編纂，後續正式的艾雪研究書籍則由數學家 D.S. 夏特雪耐德所撰寫（兩者皆為女性研究者）。

對於科學家們而言，艾雪就像一位將最新的數學論點（topic）昇華為藝術表現的教祖般受到尊崇。之後，艾雪主要的書籍也是由科學領域的專家們持續撰寫。在科學和數學的領域裡，從來沒有一位藝術家受到如艾雪般的敬重和喜愛。

以上並沒有提到跟艾雪同時代的美術相關者的名字，而是偏重數學家和結晶學家們的敘述。然而，不可思議的是，艾雪本身對於數學並沒有太大的興趣。他經常提到：「從小成績就不太好，數學也不擅長」。事實上，艾雪的學校成績確實不佳，也曾經留級。

艾雪對於數學圖形持續投注關愛的眼神，但是並非朝著成為數學家的目標努力，而是不斷地思索著身為創作者獨自解決問題的策略並且持續進行創作。艾雪雖然也將物質的分界面和光的反射面當做版畫的題材，但是這些數學圖形對艾雪來說，其實也就只是創作上的分界面和反射面而已。

本文摘自《Pattern Design 圖解圖樣設計》，易博士出版社出版。

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文／陳卉瑄教授｜國立台灣師範大學地球科學系

家鄉在台東的我，小時候沿著卑南鄉的頂岩灣到市區，沿著彎彎的山路下去時，爸爸就會跟我講這個故事。「山下有個小學，上課的時候，腳下的地層一直在滑動呢！」父親指著遠方的惡地泥岩地形，有聲有色的跟我說。

這一大塊都是抓不住樹根的泥岩，一下雨，整塊地都會「古溜」地滑落。這種滑動或許就是人們熟知的「山崩」，如果真的有機會目擊大規模的山崩，可能會發現在數秒之內，地塊一口氣崩塌的景象。假如這種土石滑動的規模增加數十倍甚至百倍千倍，並且一路延伸到地下的情況會是怎樣呢？

或許看不到，但多少我們都會體驗過：斷層滑動與瞬間發生的地震。

動盪的地球：地震與斷層

如果能將地球剖開一半，我們將會看到「活的」地球。就像我們有體溫心跳一般，地球內部有軟流圈以下的熱對流，和上方緩慢的板塊運動。細細分析可以發現，地表各處「運動」的方向速度不一，即使是剛硬如石頭的板塊，有些地區也會像彈簧受力壓縮一般，長期受力的作用累積「應力」，這些應力累積的地方，就是遲早會破裂的區域。若發生破裂，這個破裂面就是斷層面；斷層錯動時還會伴隨釋放能量，造成地震。

常有小地震的地方會因能量釋放光了，而相對安全嗎？

事實上，小地震釋放的能量、斷層大小和大地震比起來，只是冰山一角，我們用簡單的數學幾何方式來呈現，如圖一所示。

圖一：不同規模地震釋放能量的大小與斷層面積成正比。

如果要用較小的地震填滿一個規模 6.0 地震的斷層面積，你要有約 30 個規模 5.0 的地震，或是約 1000 個規模 4.0 的地震，或是三萬多個規模 3.0 的地震。這樣算起來，如果它原本會發生錯動的斷層面極大，即使小地震發生很多，也無法降低規模 7.0 以上地震發生的可能性哪！

況且，地震的觀測資料有限，過去幾年全世界的大地震，往往發生在令專家跌破眼鏡的地方，例如：應力累積非常緩慢的四川盆地周邊（2008年汶川大地震）、以及從未有同等規模紀錄的日本東北地震。這些例子也告訴我們，大地震難防之處，在於它不常發生，而斷層難研究之處，在於它特性複雜。

不過，不是所有斷層都蠢蠢欲動的在醞釀地震，令人較為擔心的，是一萬年內活動過的，分類中屬於「第一類活動斷層」的斷層。據中央地調所的公告，台灣共有 33 條這樣的斷層。這些斷層活動特性各異，有些總是躁動不安，但多半都以小地震草草了事；有些則是平常看似平靜，但卻蓄勢待發等待驚天一震（這種最可怕）；還有一些更為特別的，平常緩慢滑動，但卻沒有地震發生－－這樣的斷層，叫做潛移斷層（creeping fault）。假如斷層長期都在緩慢移動（釋放能量），會不會較不易發生大地震、不易致災呢？

惱人的潛移斷層

可以確定的是，就算不發生地震，潛移斷層也是惱人的搗蛋鬼！

我們將鏡頭轉向美國加州，加州大學柏克萊分校旁的足球場，正巧被潛移斷層切穿（圖二紅線）。這個平常一直緩緩移動的斷層，使得足球館的西側以每年 0.47 公分的速率緩緩向北移動。造成台階、牆壁等硬體設施錯位，翻新的總金額高達 32 億！

圖二：潛移中的 Hayward fault。這個斷層切穿了加州大學柏克萊分校足球館（Berkeley Memorial Stadium）。虛線標示了斷層線，而箭頭指示著斷層兩側相互運動的方向（右移斷層）。圖／ Roland Burgmann

回頭來看台灣，我們也有個因高速滑動和特殊的斷層型態而聞名世界的潛移斷層—池上斷層（圖三）。斷層造成其中一側以每年平均 2.4 公分的速率抬升，有個住在池上的友人，每隔個 5 年，他家就得重新修補台階（超過 10 公分高差），更不用講有條斷層在底下默默經過的房舍了。斷層的作用像強力千斤頂般，逐漸累積的地面錯位，對路面、牆壁、管線甚至建物都造成了顯著的破壞，如圖四之一、四之二所示。

圖三：潛移中的池上斷層。這個向東傾的逆衝斷層，是目前全世界最活躍的逆衝型潛移斷層。圖中紅線指出了池上斷層的位置，紅色三角形的指向為東方，說明這是一個向東邊傾的斷層。圖／牟鍾香。

圖四之一：因長期斷層潛移而受到損壞的排水管，地點於圖三所示。圖／朱傚祖。

圖四之二：因長期斷層潛移而受到損壞和磚牆，圖／朱傚祖。

潛移斷層比較安全？

潛移斷層，過去的研究認為，由於斷層帶具有特定的岩石組成成分（像蛇紋石、黏土礦物和鹽等等），大幅降低它在承受變形時的強度，於是在大地應力不停推阿擠的，斷層面上的錯動穩定地、不間斷地發生。這樣的滑動，又稱作穩定滑移（stable sliding）。

和潛移斷層完全相反，甚至相異到極致的另一種類型，就是推不動的鎖定斷層（locked fault）。這種和穩定滑移相反的鎖定區（locked），則有足夠的強度，平常時它「零變形」，但其實正在累積著應力，等待破裂的臨界點到來，這一刻，就是發生「大破壞」之時。而這所謂的大破壞，就是我們熟悉的大地震。

這樣說來，潛移斷層，一推就動，應力無從累積，也就不會有地震了？這一個說法看似正確，但是我們必需強調一點：不能小看斷層面的複雜度！

代誌沒這麼簡單，潛移沒這麼單純

斷層面的性質並不是完全均一的。

在數公里長、寬的斷層面上，有的地方在穩定滑移、有的在鎖定狀態。這就是為什麼潛移斷層仍能發生規模 6.0 以上的地震。

什麼！？要怎麼解析哪裡在鎖定、哪裡會穩定滑移呢？首先需要有很多的地表位移測量，越多點位，越能推測複雜的斷層行為。圖五表現了三種不同行為的斷層分類，分別為：

(a) 整段都在潛移；(b) 部分鎖定、部分潛移； (c) 整段完全鎖定。

潛移的區塊，每年以數公釐至數公分的潛移速率 D 緩緩地移動著；鎖定區雖然目前不動，但是它可是蓄勢待發的！如果我們知道斷層鎖定區過去的活動性，便可以向前追溯前幾次在這個區塊發生的地震。

把地震當時的滑移量和發震時間作圖如 (d)，可以先得到一個「階梯狀」的變化圖，每一階的變化可以視為地震當下的錯動量。而下一步，我們可以拉出一條斜率為 L 的斜線（虛線），它代表這個鎖定區長期的滑移速率。如果 L 算出來是每年三公分，那它跟你說的是：嘿！雖然我不動，但這 100 年我就存了 300 公分的位移量，在哪裡存呢？就說在一個圖四 (c) 的鎖定面積吧! （30 km x 65 km ），那麼，當我「想」動了，可以製造一個規模 8.7 的大地震啊！（算法請參照參考文獻[1]）。

圖五：地底下斷層在任兩個觀測時間點的位移（震間變形），可以忠實地被沿著斷層面擺放的 GPS 所記錄下來。(a)整段都在潛移的斷層。潛移的方向如灰色箭頭所示，而地表 GPS 記錄到的位移場方向，則由黑色箭頭所示。(b) 部分潛移、部分鎖定的斷層。當斷層面有某一塊區域被鎖定，則其上方的 GPS 就會紀錄到幾乎不動的地表位移。(c) 整段都被鎖定的斷層，上方的位移場幾乎為 0。(d) 一個鎖定的斷層，幾百年才錯動一次，每次錯動的滑移量和時間作圖，就可以描述這個斷層長期的滑移速率。

但是，如果一個斷層上同時有鎖定區和潛移區，那，潛移區塊扮演甚麼角色呢？當你用 L 代表鎖定區的滑移速率，用 L 減去 D 代表穩定滑移區的滑移速率，這時候估計出來的「可能地震規模」就會變小，這是為什麼過去，專家們一直常把潛移斷層認為是相對安全的。

隨著大地測量、地震儀架設的點位越多，斷層的哪一個部分在穩定滑移 / 鎖定？怎麼滑？隨時間有沒有變化？這些問題的答案漸漸浮現。對於斷層行為的了解越多，照理說應該越安心，但科學家們卻發現了另一件隱憂……。

潛移斷層 vs.大地震

前文曾提到斷層面積、釋放能量與地震規模的關係，所以地震可以「長」多大似乎受控於斷層破裂面可延伸多遠，那麼，這些斷層面上的穩定滑移區，會控制「大地震發育」嗎？

利用斷層模型進行模擬，科學家們發現，這些多為「穩定滑移區」的潛移斷層，在地震發生時，讓斷層面上的錯動更無障礙的穿越，也就是，潛移斷層可以讓大地震更「大」 ! [2]。而有許多的觀測證據都陸續發現，在鄰近有大地震發生而伴隨著斷層面的高速滑動時，「穩定滑移區」潛移區可能會轉換成「鎖定區」 [3]，使得鎖定區域範圍加大、大地震潛勢增加。這樣的發現，是對身處潛移斷層區的居民敲了警鐘，「沒有不危險的斷層」，專家如是說。

身處活動斷層密集區的我們，更需要知道：地底下的變形、斷層面的特性隨時間一直在改變，沒有絕對安全的所在，也沒有「地震周期可以預測」的具體證據。面對這困境，更高密度的監測儀器，將能幫助我們釐清各種不同斷層特性，如何影響著大地震的行為。

事實上，全世界不少地方有潛移斷層的發現：如美國、墨西哥、義大利、土耳其、以色列、阿富汗、巴基斯坦、中國、菲律賓、日本和台灣。可惜的是這些被文獻所紀錄的潛移斷層，絕大多數都是走向滑移斷層，僅有一例為正斷層型態（菲律賓的 Alto Tiberina Fault），一例為逆衝斷層（台灣的池上斷層），不同斷層型態的潛移特性，所知仍然非常有限，「潛移斷層和大地震的關係」這個重要的課題，尚待更多研究人員的投入和充分探索。全世界潛移斷層的分布和證據請見[4]。

隨著科學和科技進步，或許大家會期許研究能帶領我們了解斷層、預測地震，但新發現同時也告訴我們，探尋越多才知道人類了解的其實很少。所以，加入地震研究領域，現在正是時候！

後記與致謝

感謝震識發起人馬國鳳教授的強力邀稿，和主編潘昌志先生的專業編修。這一篇文章的構想，是由本人與 Roland Burgmann 五月發表在 Review of Geophysics 的評論文章而來[5]，本文的圖一和圖二就是源自該處。本文的初始文稿編修，則感謝黃大銘學長、陳耀傑、陳奕尹和陳淑俐幾位的寶貴意見。原稿稍微多一點專業用語，並包含較多個人情感和搞笑口語，有興趣參考的請連結至[6]。

本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，或是加入按讚我們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。

參考文獻

1. http://katepili.pixnet.net/blog/post/427778105
2. Noda, H., and N. Lapusta (2013), Stable creeping fault segments can become destructive as a result of dynamic weakening, Nature, 493, doi:10.1038/nature11703.
3. Uchida, N., K. Shimamura, T. Matsuzawa, and T. Okada (2015), Postseismic response of repeating earthquakes around the 2011 Tohoku-oki earthquake: Moment increases due to the fast loading rate, J. Geophys. Res. Solid Earth, 120, 259–274, doi:10.1002/2013JB010933.
4. Harris, R.A. (2017), Large earthquakes and creeping faults, Rev. Geophys., 55, 169–198, doi:10.1002/2016RG000539.
5. Chen and Burgmann (2017), Creeping faults: Good news, bad news?, Review of Geophysics, 10.1002/2017RG000565.
6. “潛移斷層" ，安全嗎?

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【科科愛讀書】「我的身材不夠完美，能性福嗎？」「我總是想要，這樣很糟嗎？」「我愛另一半，但越來越不想上床，是不是不應該？」2017年6月泛科學選書《性愛好科學》要帶你破除性愛的各種迷思，打造無壓力的氛圍！無論性慾高或低，每個人都能用獨一無二的方式體會性愛快感，一起來了解自己的身體，跳脫「正常」的框架吧！

同源體（Homologues）指的是不同器官在特徵上具有相同的生物起源，儘管未必有相同的功能。而外生殖器的每個部位在另一個性別上都有相對的同源體，前文已經提到兩項特徵：男性與女性的外生殖器都有圓頭狀、極度敏感、且具多腔室的器官，在性興奮時會充血，在女性身上稱作陰蒂，在男性身上則是陰莖；而兩性的外生殖器也都有柔軟、可延展、並在青春期後長有粗長體毛的器官，在女性身上稱作外陰唇（大陰唇），在男性身上則是陰囊。

這些部位不僅外觀類似，更是從相同的胎兒組織發展而成，如果仔細觀察陰囊，會發現一條貫穿中間的隙縫—陰囊縫，如果這名胎兒當初是發展出雌性生殖器，這個部位便會從陰囊縫分開形成陰唇。

同源體指的是不同器官在特徵上具有相同的生物起源，儘管未必有相同的功能。而外生殖器的每個部位在另一個性別上都有相對的同源體，前文已經提到兩項特徵：男性與女性的外生殖器都有圓頭狀、極度敏感、且具多腔室的器官，在性興奮時會充血，在女性身上稱作陰蒂，在男性身上則是陰莖。圖／By Vesalius, Andreas, Public Domain, wikimedia commons

同源性也可以解釋為何男性與女性都有乳頭。對於所有哺乳類動物而言，雌性身上的乳頭都是攸關生存的關鍵，人類也不例外（雖然有些古老的哺乳類動物如鴨嘴獸沒有乳頭，而是從腹部直接流出乳汁），因此演化結果便是胎兒在發展的最初階段就形成乳頭；而且直接保留下來比起主動抑制生長來得更有效率—基本上演化就是追求效率的過程—所以男性和女性都生來就有乳頭。這就是所謂的生物起源相同、功能相異。

關於陰蒂，我只說事實、句句屬實、絕無半點謊言

Giorgione, Sleeping Venus (c. 1510), also known as the Dresden Venus
source：wikipedia

陰蒂和陰莖是密集分布最多神經末梢的外生殖器官，屬於陰蒂外顯部位的陰蒂頭就位在生殖器的最頂端，離陰道還有一段距離。所謂陰蒂就是：

深藏不露的把戲－不識廬山真面目。
兩台轉盤一支麥克風－不偏不倚正在中心。
一張 Visa 信用卡－四處暢行無阻。

陰蒂就如同性慾感知的大中央車站，雖然平均大小只有陰莖的八分之一，但神經末梢的分布數量幾乎是兩倍，而陰蒂的尺寸差異極大，從幾乎看不見的豆粒到一般小黃瓜的大小，或是落在兩者之間都有可能，全都正常又美麗。

和陰莖不同的是，陰蒂的唯一功能就是性興奮，而陰莖則有四大功能：勃起、插入、射精以及排尿。又是兩種相異功能，一種共通生物起源的實例。

屬於陰蒂外顯部位的陰蒂頭基本上只是陰蒂的頂部，就像男性的龜頭（即位於陰莖體尾端、形狀類似橡實的蓋狀部位）一樣，只是性器官的頂部。而這個部位的整體範圍可不只如此。陰莖體是多數人比較熟悉的部位，由三個腔室組成：一對陰莖海綿體（corpora cavernosa）以及一個尿道海綿體（corpus spongiosum），後者就是尿道通過的部位，這三個腔室都深入延伸至人體內，尿道海綿體止於骨盆深處的陰莖球，陰莖海綿體則漸漸變窄並分別連接到兩側髖骨（見下圖 1、2）。

圖 1，點擊看大圖。陰蒂解剖學：「陰蒂」的文化意涵通常只限於外顯部位的陰蒂頭，但以生物學而言，陰蒂其實包含大範圍的體內勃起組織，一直延伸到陰道口。圖／《性愛好科學》

圖 2，點擊看大圖。陰莖解剖學：和陰蒂的情況一樣，「陰莖」的文化意涵通常只限於外顯部位的龜頭與陰莖體，不過同樣的道理，陰莖也有體內勃起組織。又一次：組成部位相同，組成方式相異。圖／《性愛好科學》

從文化觀點來看，陰蒂是「外陰部頂端的小小核心」；但以生物學來看，陰蒂更接近是「整體範圍很大但多半位於體內的解剖構造，僅有頂部從外陰部頂端冒出」。和陰莖一樣，陰蒂也由三個腔室組成：一對從外陰組織深處向外延伸的雙腳（下肢），屬於陰莖海綿體的同源體；以及前庭球，屬於尿道海綿體加上陰莖球的同源體。所謂的前庭就是陰道口，而前庭球則從位於外陰組織深處的陰蒂頂部向外延伸，接著分別橫跨尿道與陰道兩側。沒錯，陰蒂的範圍就是一路延伸到陰道口。

陰蒂包皮覆蓋於陰蒂頭之上，和覆蓋陰莖頂部的包皮是同源體。而男性的陰莖繫帶—接近龜頭的 Y 點，即包皮連接陰莖體的位置—的同源體則是女性的陰唇繫帶（fourchette，這個法文詞意指「叉子」），這種呈現弧度的組織位在陰道下緣，是人體中極為敏感但價值被低估的珍貴資產。

來認識陰蒂吧！

如果你從來沒有「面對面」見過自己的陰蒂，現在就是最佳時機（就算你和陰蒂已是舊識，也不妨趁著這次機會重新認識彼此）。用眼或是動手都能輕易找到這個部位，因此在讀完以下兩個段落後，請放下書本親自嘗試兩種方法。

用眼觀察時，先準備好鏡子，接著打開陰唇（外陰部柔軟、長有體毛的外陰唇），再仔細觀察這個部位，就會看見外陰部頂端有個小突起。

或者你也可以用手指幫忙，首先將中指放在外陰唇分開的隙縫，接著輕輕向下壓，前後擺動手指，再將指尖緩慢沿著陰唇之間往下挪，直到感受到皮膚下有個彈性十足的小圈狀物。用另一隻手將陰阜往上拉，也許會有助於繃緊周圍皮膚；潤滑手指可能也有幫助，例如用唾液、市售潤滑劑、不含過敏原的護手霜，甚至一點橄欖油也行得通。

我之所以請你仔細觀察自己的陰蒂，是因為某個特別的原因：

一天晚上課程結束後，一位學生告訴我她和母親視訊時，會談到這學期選修的課程，當然也包括我的課「女性性慾」。學生告訴母親，我的課程投影片含有女性外陰部的真實圖片，並且搭配一些圖表及插圖，結果母親竟然告訴她令人震驚不已的事，學生母親說：「我不知道陰蒂在哪裡。」

這名母親現年五十四歲。之後我的學生把課程投影片用電子郵件寄給母親。

這則故事就是為何本書第一章是關於解剖學的原因。也因為如此，我想印製一款 T 恤，印上外陰部和標示出陰蒂位置的箭頭，最後再加上文字：就是這裡；我也因此有股衝動想站在街角，發送解說如何找到陰蒂的小冊子；我還希望可以在網路上瘋傳一名女性指著陰蒂的 GIF 動畫檔；我甚至想在時代廣場租一塊廣告看板。我真的希望每一個人都知道陰蒂在哪裡。

Clitoris T-Shirt. source：Moxieg

甚至，這件事讓我希望每一個讀到這段文字的女性，都立刻停止閱讀，直接看看自己的陰蒂。了解陰蒂的位置非常重要，而了解自己的陰蒂位於何處，更是一種權力。為了紀念這位學生和她勇敢又可愛的母親，現在就拿起鏡子、觀察自己的陰蒂吧。

當我剛開始接受性教育學者訓練，第一次看見自己的陰蒂時，我真的哭了出來。當時我十八歲，處於一段很糟糕的關係，而且迫切想要尋求答案，而我的指導老師說：「今天晚上回家之後，拿一面鏡子然後找找看你的陰蒂在哪。」我照做後，震驚地淚留滿面，因為這一點也不噁心或奇怪，這就是我身體的一部分，屬於我的一部分。

這一刻為我之後十年的探索和再次探索奠定基礎，在認識自我性慾的過程中，最佳的知識泉源就是我自己的身體。

所以去看看你的陰蒂吧。如果你的手還停留在附近，不妨順道觀察外陰部的其他部分。

La maja desnuda, Francisco Goya, c. 1797–1800. Museo del Prado, Madrid.
source：wikipedia

本文摘自泛科學2017年6月選書《性愛好科學：掙脫迷思、用自己的方式高潮》，行人出版

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文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。

「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。

相信這大概是每個地科老師會跟學生講到嘴都快爛掉的事，但是當事過境遷、畢業之後，記憶難免慢慢褪色，漸漸的「這次地震有 6 級到底是震度 6 級還是規模 6.0」，也變得不顯眼了。

或許是震度和規模都是描述地震的名詞，也大多用個位數的數量級來表示，常會令人混淆困惑。不過說真的，這兩件事情會混淆搞不好就是一種「宿命中的迷思概念」。因為在漫長的人類歷史中，有好長一段時間人們一直把震度當作判斷地震大小的標準，直到芮克特和古騰堡發明芮氏規模為止。

京城銀行新化分行在2016年高雄美濃地震引發的雙主震之後，受災後拆除的情形。By koika (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

最簡單的工具：水桶

我們先不管現今科學上的震度定義，光從歷史文獻，就可以看到無數的史書記載地震的情境。在此先岔個題，今年受邀為《課本沒教的天災日本史》撰寫推薦序時，書中有一段故事讓我對「古人怎麼看震度」很有感覺！

約莫在1700年左右，當時日本的史書上已有記載用「天水桶」（盛接雨水用來防火災的露天水桶）來看震度情形，一般來說平常桶子是滿水的，而地震來襲時晃出來的水量，便是當時用來判斷震度情形的參考。這的確是個客觀定量的好方法，只是，要是下個地震來襲前，水還沒有補滿就無法使用了，而且桶子大小不一也是個問題，只是以當時的科學技術而言，這種方式已經具備有點量化的想法，只是沒有適切的工具和物理量可以用。

水桶示意圖。圖／bambe1964@Flickr

最早的震度階

在 19 世紀的西方世界，則發明了用另一種方式嘗試量化地震的搖晃：將描述到地震造成的房屋危害、人體感受的情形加以分類，大略的定義出地震來時各地的搖晃程度。

1870 至 80 年代期間，義大利的 Michele Stefano Conte de Rossi 和瑞士的 François-Alphonse Forel 一同建置了一套震度階：羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），這是目前阿樹可查到最早有系統的制定出震度階紀錄）[1]，一共分為 10 級，雖然當時早已有地震儀，但在震度分級上似乎不太能派上用場，只能幫忙定出最低一級的震度（差不多是無感的程度），接下來幾乎是描述性的分級，所以除了有羅馬數字之外，還會有代表的名詞，譬如 VII 級的代表名詞是" Strong shock ”，說明包括了會動的東西會翻落、掉落，教堂中的鐘聲會晃到響起（畢竟西方國家教堂比較普遍），建物沒有損毀。這時我們再來看看氣象局的震度表，除了震度分級和加速度值之外，還有人體的感受、建物的受損情形等定性描述。

羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），摘自BSSA網頁[1]

中央氣象局公布的震度表（截圖自氣象局官網）

百年多來的演進，加上地震儀器的發展，震度的概念從「定性描述」變成可「定量測出」的值，最主流的方式就是測「最大地動加速度」（peak ground acceleration, 一般簡稱PGA），所以在地震學看到PGA不要想到高爾夫球公開賽，它是一個單位，和加速度一樣都是 cm/s²，之所以用這個物理量，是因為它可以連結到「力」的概念。工程上要計算耐震程度，無非就是用作用力來作為計算參考，或許大家熟知國中教的牛頓第二定律的F=ma，m是質量，乘上加速度就是力。

這時就不得不提一下「重力加速度」這個值，它的單位和 PGA 一樣，我們常算自由落體重力加速度為1 g，其值約為981 Gal (cm/s²) ，而國內地震站測到的 PGA 第一名，就是在921集集地震時，日月潭測到東西向的 989 Gal [2]，試想一下如果你被這樣的地動加速度甩開的那一瞬間，感覺就像以自由落體的加速度在水平運動啊！

各國各地的建築、地質的特性不盡相同，也發展出了不同設計的震度階的公式，有的不僅考量加速度值，甚至也考量到速度質，或者選擇適合自己的震度階，所以當聽到國外公告的震度時，得先看一下他們的震度是什麼意思才能比較。

等震度圖，讓防災、救災更有效率

震度階如何發揮用處？只要有足夠的震度時，人們自然就會發現一件事：「各地的震度不同」。而這時有一個「標準化的階度階」就能發揮用處，將所有相同震度的地方都畫上相同的顏色，不同震度用不同顏色表示，我們就能得到一張「等震度圖」，假設地質狀況與房子的建築方式一樣，震度越高處可能就會有較嚴重的災害損失，如果震後很快的產製出這個資訊，就能讓防救災更有效率。

阿樹以前在氣象局服研發替代役時，偶爾震後會有民眾來電說：「明明地震搖的就很大，為什麼我這邊震度只有 3 級？」實際上在測量震度時，儀器測到的只是「測站所在地」的資訊，測站一般都是空曠的平面，樓房型式、樓層高度甚至地質條件都會影響到搖晃的情況，當然無法盡善盡美。

921集集地震的等震度分布圖，摘自氣象局地震百問[3]

在國內，我們的地震站的密度其實已十分密集，多半人們感受的震度誤差來自於建物差異為主，但如果是在國土更大的地方，可能就會得到較為粗糙的等震度圖。除非，我們可以回歸原來震度定義的方式－－定性描述，像美國地質調查（USGS）所有一個問卷回報網頁：”Did You Feel It?” [4]， USGS 會發布世界各地的地震資訊，但沒有測站的情況下只能用經驗公式來推測，但如果大家將真實的感受和災情依照震度表中的描述回饋給他們，就能讓震度表是「真實」的情況。但我必須要說，在訴諸科學的前提下，有儀器的資料當然還是最好，描述也僅是補足資訊。

”Did You Feel It?”網頁的震度問卷表截圖。

但震度描述還是很有用，尤其是如果我們可以考量不同型式的建物對震度的反應時，對於歷史地震的研究甚至還大有用處！利用歷史文獻，我們可以知道以前地震時的搖晃描述，若能將其對應到震度資料，並且畫出「古代的等震度圖」，便能將它和現今的地震震度與規模關係作比較，接著推估地震的規模、震央與震源深度，雖然這麼做一定存在誤差，但總比什麼都沒有來得好。科學方法有很多種，雖然震度很難直接拿來比較地震的大小，但它還是能處理無法測出地震大小時的問題！

參考資料：

[1] Rossi-Forel scale震度階BY BSSA網頁
[2]中央氣象局地震度原始資料
[3]氣象局地震百問：何謂震度

本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，或是加入按讚我們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。

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最近全台家長的Line群組內瘋傳某國中生因為感染超級細菌，3 天內就不幸離世，許多媒體也為了點閱亂下標題，加上不精準的報導，導致各種恐慌蔓延。如果搜尋一下超級細菌相關新聞，就可以看到「WHO 公布最緊急超級細菌台灣全都有」或是其他聳動標題的新聞，我們的 Line@ 也開始有網友來問該買什麼清潔劑比較好？是不是吃那個什麼可以增加免疫力？各式各樣的問題讓團隊醫師回答疲於奔命。

醫療新聞到底是要幫忙解決問題，還是製造恐慌？在點閱率至上的現代媒體運作下，多數的媒體做出了什麼選擇，大家都看在眼裡。對於專業的醫療人員來說，看到這樣的亂象，是非常痛心的。因為這對於疫情的控制完全沒有幫助之外，還徒增民眾的恐慌，有時候還加深了醫病溝通之間的困難。

因此我們決定藉由這個機會，清楚跟大家解釋一下什麼是「超級細菌」！這篇文要請大家廣為分享，特別是回傳到自己家的Line群組內，把錯誤的迷思破解，對社會才有意義。

細菌更是不只百百種，甚至同一種類的細菌，彼此間的差異就可以非常大。圖／Pixabay

什麼是超級細菌？

超級細菌其實不是第一天出現。人有百百種，細菌更是不只百百種，甚至同一種類的細菌，彼此間的差異就可以非常大。在人體的許多部位，其實都不是無菌，例如你的口腔黏膜、鼻腔粘膜、陰道粘膜、皮膚等等區域，隨時都有細菌存在。這些細菌在平時都不會有什麼問題，都是人體的「正常菌叢」，甚至有些部位除了細菌，還有其他微生物的存在，例如之前寫過的這篇「臉部蟎蟲」就是一個例子。

多數的細菌，都可以被抗生素殺死，但生命自己會找到出路，自然會有一群細菌，它們的基因偏偏就可以對一種甚至是多種的抗生素具有抗藥性。但這群有抗藥性的細菌，平常不一定可以混得很好，這有點像是人，擁有一項特別的能力，往往其他地方會出現一些缺陷。細菌出來討生活，彼此也是要競爭的，這類細菌雖然有抗藥性這種特殊能力，但因為可能有其他生存上的缺陷，在平時往往就是被其他沒有抗藥性的細菌壓制著，勉勉強強混在其中活著。

但什麼時候抗藥性細菌能展露頭角呢？答案就是抗生素被濫用的時候。當抗生素被使用時，多數正常的細菌都會死亡，但抗藥性細菌會活著，而且取得其他死亡細菌的地盤跟資源。這時如果人的免疫力不好，身上有傷口，讓細菌進入到體內，就可能產生抗藥性細菌的感染。事實上，在 2016 年每年就有超過 70 萬人死於抗藥性疾病。

什麼時候抗藥性細菌能展露頭角呢？答案就是抗生素被濫用的時候。圖／MedPartner 提供

所以只要有出現抗生素濫用的國家，出現抗藥性的細菌幾乎就是必然的事。上面那個新聞標題 WHO公布最緊急「超級細菌」台灣全都有其實意義不大，如果你去調查一下，可能會發現類似的國家非常多，台灣也只是其中之一。

而所謂的「超級細菌」，就是擁有「多重性抗藥性」的細菌，通常定義上是對三種或三種以上的抗生素有抗藥性。另外，某些細菌的基因是可以透過「質體」來產生交換的，你可以想像成，一群細菌彼此之間可以透過一個機制，交換彼此身上的基因，因此這種抗藥性的基因也可以透過這種機制在細菌之間流傳。

這次不幸身亡的國中生，感染的就是 MRSA（抗藥性金黃色葡萄球菌，Methicillin-resistant Staphylococcus aureus），是一種相對常見的多重抗藥性細菌。以下的這堆看不懂的東西，大家參考就好，這些都是常見的多重抗藥性細菌：VISA（萬古黴素敏感性減低金黃色葡萄球菌，vancomycin-intermediate S. aureus）、VRSA（抗萬古黴素金黃色葡萄球菌，vancomycin-resistant S. aureus）、ESBL（超廣效Beta內醯胺脢，Extended spectrum beta-lactamase），VRE（抗萬古黴素腸球菌，Vancomycin-resistant Enterococcus）、MRAB（多重抗藥性鮑氏不動桿菌，Multidrug-resistant A. baumannii）, CRE（抗碳青黴烯類腸桿菌，Carbapenem resistant enterobacteriaceae）

超級細菌會造成什麼問題？

會讓醫師覺得頭痛的地方就在於，許多常見、好用、經濟實惠的抗生素就對其失去效果。因此一旦感染了超級細菌，一般常用的抗生素往往就會失效。

我們都知道，正常的人體會有免疫能力，當你受到外界的微生物感染時就會啟動。抗生素對於人類來說，算是一種輔助，幫助你的身體對抗細菌，畢竟有些狀況下，敵人太多太猛，自身的免疫系統也撐不住。當初第一種抗生素「盤尼西林」的發明，簡直就是上帝給人類的大禮，在抗生素發明前，第一次世界大戰在戰場上的士兵只要中槍，即使沒當場死亡，多數也會死於後來的傷口感染，而抗生素的發明在之後拯救了大量人命。

但如果可用的抗生素沒有效果了呢？這時候就只能靠身體的免疫力了。因此如果你的免疫力夠好，即便是抗藥性細菌進入體內，也沒辦法突破你的免疫系統致病。多數產生這類「多重抗藥性細菌感染」的患者，往往是有其他因素，導致身體免疫力在當時處於相對低下狀態，讓進入血液中的細菌大量繁殖，但又沒有辦法得到適合的抗生素外援，因此導致敗血症死亡。

這類的細菌可能透過感冒之後引起的支氣管炎或肺炎、還有泌尿道感染，或最常見到透過開放性的傷口等不同方式進入人體。

我們該如何正確預防超級細菌？

如同上面所說，抗藥性細菌常常是被「挑選」出來的。也就是說正常狀況下，抗生素細菌並不會強勢地存在。在抗生素被使用最多的地方，反而最有機會培養出這類細菌。因此醫院反而是最容易出現這類細菌的地方。沒事避免進出醫療院所，是一個有效的防治方式。

另外，千萬不要濫用抗生素。你什麼時候需要抗生素呢？請交給專業的醫師決定。有時候為了求速效，部分醫師會過度使用抗生素，另外雖然抗生素都是「醫師處方用藥」，但在疏於監管的狀況下其實民眾常常還是可以在藥局「包藥」，這裡面可能就含有抗生素。這一點，是整個醫療體系都應該共同檢討的問題。

而民眾另外可做的是在有問題時跟醫師討論自己的用藥，在醫師認為有必要使用抗生素時，請教醫師抗生素需要服用多久。抗生素務必要吃完整個療程，避免細菌沒殺乾淨，反而養出了抗藥性細菌，不要自行隨便停藥喔！

最後，但也是最重要的，就是個人的清潔以及免疫力。進出醫療院所一定要洗手，另外也要保持充足的睡眠以及健康的飲食，讓自己的免疫力維持在正常狀態，這樣就算不幸接觸到超級細菌，被感染的風險也會大大降低。

我們該如何正確預防超級細菌？這樣做就對了。圖／MedPartner 提供

在這個假消息充斥的時代，想要消除錯誤知識，最重要的就是傳播正確知識。希望大家順手把這篇文章分享出去，特別是許多長輩的群組，有太多不肖業者都想趁著這種時候大力販售各類號稱「抗超級細菌」的產品，大撈一票啊！分享正確知識，除了避免親友荷包破洞，有時還可救人一命，阿彌陀佛～

參考文獻

台灣疾病管制署 TAIWAN CDC
世紀衛生組織 World Health Organization
Antimicrobial resistance
Multiple drug resistance

本文轉載自 MedPartner 美的好朋友到底什麼是超級細菌，該怎麼應對？醫師完整告訴你！－問題醫藥新聞破解

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圖／Pixabay

生技醫藥獎得主夏彭提耶，在唐獎得獎演說中，分享了CRISPR/Cas9如何發展成當前最熱門的基因編輯技術，以及這個技術未來可能的發展與挑戰。

人們能了解基因功能、並能釐清不同生物的複雜基因體，這要歸功於許多酵素、蛋白和系統的發現。它們原本存在於細菌或病毒中，大多都是在科學家在研究細菌如何抵禦自身的病毒（噬菌體）時所發現的。

1970年代，用來做基因選殖的限制酶被廣泛使用，還有其他種類的酵素，對於重組DNA和分子生物領域很有幫助。此時，遺傳學崛起，能夠操控基因，了解基因表現如何被調控和它們的功能。而後發展出DNA定序與擴增DNA的方法。

科學家在研究真核生物中的核酸，例如大範圍核酸（meganuclease）和自引導核酸（homing nuclease）時，想到可以設計新的核酸。例如 ZFN 與 TALEN。前者在2000年初開始被使用，後者在2010年開始。大家對它們很感興趣，因為它們可以為基因做精準的手術。它們利用蛋白來辨認 DNA，所以每次都得重新製造一個新的核酸，才能編輯與辨認一段新的DNA序列。

但是這些技術有一些瓶頸，因為製造核酸的工程不容易，若要普及化有點困難。基因編輯顯然需要更省時、更簡單、更容易設計的工具。

開發CRISPR技術、第二屆唐獎生技醫藥獎得主之一伊曼紐．夏彭提耶（Emmanuelle Charpentier）。By Bianca Fioretti, Hallbauer & Fioretti [CC BY-SA 4.0] , via Wikimedia Commons

CRISPR/Cas9 的基因編輯原理

CRISPR/Cas9技術是一個雙分子系統。一個分子是蛋白，一個分子是RNA。在自然界其實是兩條RNA，crRNA 以及 tracrRNA，我們將這兩條RNA連結在一起，形成了「單鏈引導RNA」。

透過 RNA 可以將 Cas9 程式化。操作者只需要變更RNA的部分序列，使它和目標 DNA 的序列互相對應。透過 RNA 的這段序列，和 DNA 對應序列的鹼基配對作用，核酸就可以被導向正確的位置，切斷 DNA。

Cas9 蛋白結構，以及單鏈引導 RNA和目標 DNA。By Hiroshi Nishimasu, F. Ann Ran, Patrick D. Hsu, Silvana Konermann, Soraya I. Shehata, Naoshi Dohmae, Ryuichiro Ishitani, Feng Zhang, and Osamu Nureki [CC BY-SA 3.0 ], via Wikimedia Commons

DNA上有一個重要的模體（motif）需要列入考慮，稱為原間隔序列相鄰模體（PAM）。這段模體必須緊鄰RNA所要辨認的目標序列下游。這個系統簡單，易於程式化，而且效率非常高。

世界各地的生物學家所使用的系統中，以來自化膿性鏈球菌的系統效率最好。它是人類特有的病原體，這種細菌可能會引起多種疾病，從較輕微的咽喉炎到嚴重的壞死性筋膜炎。我們想研究這個病原體如何生存、如何導致疾病，或許藉由發現新的機制，我們可以開發醫療的潛能，不管是找到對抗感染的方法，還是新的抗生素治療方法。

結果，我們卻找到了可以在各界生物細胞中易於使用的基因編輯工具。它可以取代原本的 ZFN 與 TALEN，在生物細胞中做基因編輯，應用於生技、生醫和基因治療。

挖到寶啦！具備多重優勢的CRISPR/Cas9

這個系統有多重的優勢，它便宜、容易使用，效率高，應用彈性也高。舉例來說，它允許編輯多重基因，只要設計不同的RNA分子，就可以同時辨識基因體中不同的序列。而且這個系統的毒性低，專一性高。雖然大自然中沒有100%的專一度，但很多研究者發展出可以提高此系統專一性的方法。

在我和道納（Jennifer Doudna）的論文發表於《科學》期刊之後的六個月後，許多論文也在同期間發表，顯示這個技術真的很有用。在人類細胞中進行基因編輯從張鋒的研究團隊開始，之後有徹奇（George Church）和其他的研究團隊。接著有人在小鼠中成功進行基因剔除，甚至同時剔除多組基因，並將這個系統應用於細菌及植物中。很快的，科學家發現這個技術有助於改良各種遺傳學實驗，不論是做果蠅、酵母菌，或斑馬魚，甚至人類器官的研究，也可以用在猴子身上。

治療基因缺陷的未來曙光

CRISPR/Cas9 的應用非常廣，從醫藥、農業到合成生物。在醫療上，它的價值在於提升對於基因功能的了解，因為它讓科學家可以更有效去變更人類細胞和其他生物的基因；這些生物物種可以被當作疾病模型，讓研究者有更多新方法來篩選藥物標的。

CRISPR/Cas9也可應用於「病床到實驗桌」（bed-to-bench）模式，研究者可以把心力用在定序病人的基因體，來尋找可能造成特定疾病的基因突變，再回到實驗室來測試這些突變是否真的跟疾病有關。

將CRISPR/Cas9發展成直接的基因藥物、用於基因治療，是未來的另一大挑戰。CRISPR/Cas9可能是以體外的方式，結合基因療法與細胞療法，或是用輸送系統，直接精確地導入病人體內。如果發展成功了，未來就真的有機會治療嚴重的基因缺陷。

本書摘自《改變從心 : 唐獎第二屆得主的故事》，天下雜誌出版。

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一個由好奇心驅使的基礎科學實驗，為何最後卻能發展成CRISPR/Cas9這個改寫基因科技的革命性技術？生技醫藥獎得主道納，在唐獎得獎演說中，分享了這個神奇的研究歷程，以及該如何面對CRISPR/Cas9可能引起的道德爭議。

自從1950年代發現DNA結構以來，科學家都在想：有沒有辦法編寫 DNA 密碼？過去數十年的研究告訴我們，許多遺傳疾病，以及我們所知道的許多生物知識，都源自於這個驚人的分子。要是可以精準地改變它的密碼，那會發生什麼事？

很有趣的是，用CRISPR/Cas9這個細菌免疫系統來進行基因編輯，其實源自於好奇心驅使的科學實驗。我們本來想了解的東西，跟最後得到的東西截然不同。如同夏彭提耶（Emmanuelle Charpentier）所說的，我們原本都想知道細菌如何擊退病毒感染，然而我們在研究的過程中，意識到我們所發現到的是一顆不得了的蛋白。我們可以駕馭它，做截然不同的工作。

生技醫藥獎得主三名之一的珍妮佛．道納（Jennifer Doudna），By Jussi Puikkonen/KNAW [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons。

向細菌的免疫系統取經

從過去十多年來各地實驗室的研究得知，各種細菌內的 CRISPR 系統扮演著適應性免疫系統的角色。它們可以讓細胞辨識外來DNA，像是病毒感染時所注入的，或是透過質體轉型作用進來的。這些外來的 DNA 小片段會被嵌入基因體裡的 CRISPR 基因座。細胞會將這些夾在重複序列中的病毒序列轉錄成 RNA，用它們充當分子嚮導，來引導 CRISPR 關聯基因所表現的 Cas 蛋白，去辨識並且摧毀外來 DNA。它們是以蛋白-RNA複合體的形式來和外來的 DNA 進行鹼基配對，所以是 RNA 和 DNA 雜交。

這路徑所涉及的各個面向，都讓我們感到很有興趣。不過今天我的重點要談的是RNA引導的DNA切割是怎麼發生的。

利用 CRISPR-Cas9 技術進行基因編輯示意圖。By Ernesto del Aguila III, NHGRI, via Wikimedia Commons

我們和夏彭提耶合作，用生物化學方法純化了 Cas9 蛋白，發現它是雙 RNA 引導的 DNA 內切酶，意思是這個蛋白能夠和兩條不同的 RNA 結合。一條是包含引導序列的 crRNA，能和DNA進行鹼基配對。

在合作的過程中我們發現，另一條 tracrRNA 對於 crRNA 的加工處理很重要，對於尋找目標 DNA 的能力也是必要的，所以這是一個兩條 RNA 的系統在和蛋白交互作用，形成進行監控的複合體。這個蛋白的運作方式是靠兩把化學剪刀，在目標區域將 DNA 旋開後進行切割。重要的是，要切割的目標位置，必須是在 DNA 上的 PAM 模體旁邊。

在了解運作的機制之後，我們意識到其實可以把系統進一步簡化，弄得比自然界更為簡單。我們將兩條 RNA 合而為一，形成單鏈引導型態：一端包含需要搜尋的目標序列，另一段是和 Cas9 結合所需要的資訊。如此簡化成雙分子系統，一個蛋白被一條 RNA 引導至 DNA 序列，製造 DNA 的雙股斷裂。

如果要鎖定新的目標，只要變更 RNA 這一小段序列，任何分生學家都可以輕易在實驗室內辦到。我們為此感到很興奮，因為我們了解到這顯然是可以程式化的蛋白。設定指令即可導向不同的DNA序列，進行雙股切割。

為什麼 CRISPR/cas9 技術起飛如此地快？

為什麼這項技術起飛地如此快？第一，是鹼基配對的力量。細胞本來在很多情況就會利用 RNA-DNA 雜交進行基因調控。這個系統利用這個特點，只需變更引導RNA的序列，就可以改變要辨認的目標 DNA。而不要像先前的基因編輯技術那樣，需要改變整個蛋白來做 DNA 辨認。

第二，它是一個可塑性很高的系統，可以配合你的需求而進行改造。除了切除 DNA 造成基因體永久的改變之外，也可能利用這個系統來控制轉錄，改變特定DNA序列的蛋白表現量，或點亮基因體特定區域，用顯微鏡觀察其位置。

在此簡短地跟各位談一下我們目前要克服哪些挑戰，才能將這個強大的技術應用到人類醫療。我認為有三大瓶頸：第一個是輸送。第二是控制DNA如何被修復，假如實驗的目的是要改變基因體。第三，是和輸送與安全相關的「道德」議題，尤其是想應用到人類生殖細胞的話。

技術發展的同時，大眾也需要了解與思考

最後，我想要指出，我們有必要去思考當有這麼強大的技術出現的時候，我們該如何使用它。

如今，基因體可以輕易被修改，我們該怎麼辦？過去幾年，我非常投入這個議題，並廣邀各界討論基因編輯相關的問題，尤其是人類生殖細胞的編輯。還有基因驅動工程（gene drive），它指的是驅動一整個細胞或生物族群在短時間內被改造。

我邀請在座的各位一同參與討論，並且廣泛宣傳基因編輯。它是很棒的技術，我希望人們為此感到興奮，但同時也希望大家謹慎以對。

本書摘自《改變從心 : 唐獎第二屆得主的故事》，天下雜誌出版。

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文／豬文

為什麼社會屢屢出現見死不救的事件？但你以為你過得平凡沒碰上，就不是共犯之一嗎？圖／好青年荼毒室提供

身在香港、台灣或是其他地方的好青年，你能夠讀到這篇文章，證明你也不至於活在水深火熱之中。我相信，你們至少不用每天為着三餐溫飽憂心（當然不是說你不用為三餐打工賺錢，而是說你不會真的沒東西吃，會餓死），不用無時無刻跟死神搏鬥。即使我們不是大富大貴，但或多或少，我們總會有些奢侈的享受，可能是閒時去旅行、可能是吃個自助餐、可能是看個電影。哪怕是買罐汽水，其實也算奢侈，因為沒有這罐汽水，你還是能活得好好的。

那麼，我們會覺得過着這樣的生活，是一種道德罪惡嗎？

我想絕大部分人都不會這樣想。如果有人指責你的生活，你第一個反應很可能是：「什麼？我又不是像那些大富豪一樣，在過一種窮奢極欲的生活。我不過是每天買罐可樂，放假去趟日本。何錯之有？」

但事實上，這個「正常」反應，以及我們一直過着的這種「正常」生活，真的沒問題嗎？其理據真的站得住腳嗎？先讓我們設想一下以下情況：

假設有個小孩給一輛貨車撞倒了，但那貨車揚長而去，獨留小孩躺在血泊之中。這個時候，你剛好經過，你認為自己有道德責任去救眼前那個奄奄一息的小孩嗎？如果你對他視而不見的話，會覺得應該受到道德譴責嗎？

我想，絕大多數人的道德直覺，都會指你有道德責任救他。不對他伸出援手的話，你是犯上了道德錯誤而應該受到責怪。只要回想 2011 年時轟動社會的「小悅悅事件」，大家的感覺可能會強烈得多。那時候，大家看到那十幾個路人對小悅悅視若無睹時，何曾不會感到無比憤怒？何曾不會想質問他們怎可能如此冷血，為什麼一件道德上如此明顯是正確的事都不去做？何曾不會覺得自己身在其中的話，必定出手救人？

什麼時候該施救？只要符合兩大原則就該出手

美國哲學家 Peter Singer 便認為，一旦你有上述的道德直覺的話，便必須承認我們絕大部分人過着的生活也是不該過的，亦即是說，正在過「平凡」生活的我們，其實和那十幾個見死不救的人沒什麼兩樣。（註 1）

我們以為我們指是過著「平凡」的生活，偶爾出國旅行、買買東西，但我們跟見死不救的路人並沒有兩樣。圖／By Yosomono @ flickr, CC BY 2.0

為什麼呢？在上述的例子中，顯示了我們都接受了兩項道德原則：

第一，因缺乏適當的醫療照顧，或者缺乏其他資源而引致的痛苦與死亡，都是道德上不好的。如果我們不認為小悅悅所承受的痛苦是不好的話，又怎會覺得我們應該要救她呢？

設想一下，這一次貨車快要輾過的，只是一塊石頭，我們同樣會認為有責任去拿開那石頭，讓它避免被貨車輾過嗎？我想絕大部分人都不會這樣認為，除非你是一種泛心靈論者。這兩個情況的分別就是，小悅悅會有感到痛苦與面對死亡，而一塊石頭不會，所以我們認為小悅悅應該獲救，其實是源於我們認為她應該免受這種痛苦與死亡。這也顯示了我們認為上述的痛苦與死亡是不好的，是一種道德上的惡。

第二，若不必犧牲其他道德上重要的事，當我們有能力去阻止這種惡事發生時，我們便有道德責任去阻止。為什麼我們會對那十幾個見死不救的人如此憤怒？是因為我們認為他們都有道德責任去救人。為什麼我們會認為他們有道德責任救人？是因為我們認為救人這件事在他們的能力範圍之內，亦不用他們犧牲其他任何道德上重要的事。

設想一下，你質問其中一個對小悅悅視而不見的人，為什麼他不救人，然後他跟你說：「那怎麼救啊大哥？她滿身都血，我這衣服新買的，我救她會弄髒衣服啊！」你當然不會接受這種辯護。你質問他之前，早就知道救人這件事是要「犧牲」的，哪怕是「犧牲」他們幾十秒時間打電話叫救護車。但我們仍然覺得他們有道德責任去救人，是因為無論幾十秒時間，還是那新買的衣服都沒有任何道德上的重要性（或這重要性根本微小得跟小悅悅正在承受的痛苦無法比擬）。

換個例子，如果那個人跟你說：「我無法停下來，因為我是醫生，趕着去前面的另一個車禍現場救人，那邊有十個在死亡邊緣的傷者等着我救」又或者「我無法停下來，因為我上班一定不可以遲到，我遲到的話，我便會被革除。我被革除的話，家裏的人都會沒飯吃」的話，我們似乎便不會有如此強烈的直覺，覺得這個人做了件道德錯事，因為十條人命跟家庭都是道德上重要的事。

若救人是要犧牲其他道德上重要的事才能辦到的話，我們便沒有如此強的直覺認為他們有責任去救人。（當然有些道德理論會嘗試論證，在這些情況下，尤其是第二個牽涉家人的情況，我們仍有責任去犧牲這些道德價值去救眼前的人，但這不是這裏的重點。這裏的重點是，若不用犧牲其他道德價值，你便有責任救人。這說法幾乎所有道德理論都會接受的。）

我們都是見死不救的路人

那麼，這兩條道德原則，跟我們正在過的「平凡」生活有什麼關係呢？我們又不是為了買汽水而不救小悅悅，我們做錯了什麼？

要了解我們做錯了什麼，你只需到 Google 搜尋一下現在地球上第三世界國家人民正在經歷的窮困。例如，根據聯合國兒童基金會去年的報告，葉門現時有超過四十萬處於飢餓的兒童，每十分鐘便有一名兒童會因營養不良或隨之而來的疾病而死去；全球每天因可預防疾病而死去的兒童有大約有一萬九千名。既然我們承認小悅悅的情況構成了那十幾個路人的道德責任，那為什麼這成千上萬在貧窮國家危在旦夕的小孩，又沒有對正在上網購物的我們構成道德責任呢？

全球每天有大約有一萬九千名因可預防疾病而死去的兒童，你能坐視不管嗎？圖／取自 unicef

按剛剛兩條原則，其實我們同樣有道德責任去幫助他們。第一，他們的痛苦與死亡是道德上的惡事。我們認同小悅悅的痛苦是不好的，所以我們有責任救她，難道葉門的小孩的痛苦就不是不好嗎？我怎能說他們的痛苦不算是道德上的惡事，所以我們沒有責任救他們呢？

第二，要幫助貧窮國家的小孩，無疑在我們能力範圍之內，而我們又不用犧牲任何道德上重要的事。很簡單，喝可樂、純綷愛美買新衣服是一件道德上重要的事嗎？明顯不是，但只要我們每天把買可樂、買新衣服的錢省下來，全部捐給慈善團體，很可能便能拯救到一名小孩的生命，或至少大大改善他的生活。如此一來，你不把錢捐出去，而用來買可樂、買衣服，此事之理由又如何能夠證成呢？

當然，這不是要求你要放棄一切，大老遠跑去貧窮國家幫人，因為這會令你犧牲很多道德上重要的事，例如你自己的人生目標、你的家庭等等。這就跟要求剛剛趕着上班的路人救小悅悅一樣不合理（再一次，有倫理學立場認為這是合理的，但在這裏無關宏旨，撇開不談）。但現在 Singer 要求的，只是要你少買罐可樂、少買件衣服去拯救一條在葉門的人命。你又能有什麼道德理由拒絕呢？如果你拒絕，又跟剛剛那個怕弄髒衣服的人有什麼分別？

只有道德，沒有距離

這兩個情況，最明顯不過的差異便是小悅悅實在地出現在那十幾個路人的面前，而那些每天在葉門死去的小孩離我們有幾千公里遠。但是，這個距離上的差別，似乎只能說明了我們心理上的不同：若他出現在我眼前，會更易挑動到我的心理反應，進而使我有更大動力去幫助他。

但問題是，這足以構成一種道德理由嗎？為什麼單純距離上的差異會構成道德上的差異呢？葉門的小孩在比較遠的地方、小悅悅出現在我們正在走的路上，這在道德上真的有任何意義嗎？按 Singer 的說法：

Does it really matter that we’re not walking pass them on the street？Does it really matter that they’re far away？

設想一下，原來當年不單止那十幾個路人有機會救回小悅悅，原來在香港還有一位瘋狂科學家目睹一切，那個人只需要在家按一按鈕，便能叫當地的救護車去救小悅悅。但他和那十幾個路人一樣，對小悅悅見死不救。難道單純因為物理上的遠近，這個科學家在道德上犯的錯，便會比起那十幾個路人來得小嗎？甚至因為他在很遠的地方，所以他便沒有救小悅悅的道德責任嗎？以物理距離的遠近去證明道德責任的不同，並不一定成立。

肩負起道德責任，哲學帶人改變世界

正如那些路人有道德責任去救小悅悅，我們亦有道德責任去幫助那些活在水深火熱的小孩。如果我們繼續維持現在的生活模式，其實我們就像那十幾個路人一樣，是見死不救，是逃避自己的道德責任。無論我們多麼不想接受這個結論都好，只要我們同意了那些人應該救小悅悅，我們便得接受這個結論。

近年西方社會有一場愈來愈多人響應的社會運動：有效的利他主義（effective altruism）。這種運動的起源，大可追溯到本文介紹的，由 Peter Singer 提出的觀點：透過例如捐錢這些手段去幫助貧窮國家的人，其實不只是一種慈善工作（一種你做了會得到讚賞，但你不做也不會受到遣責的事），而是每一個富裕國家的人的道德責任。

這種運動不只是哲學家們的智力遊戲，而正實實在在地改變着這個世界。大量人響應這場運動而立約將自己每月收入的十分之一捐給其他貧窮國家的人，希望盡量拯救生命，改善他們的生活。可見哲學也可以幫手帶來一個更美好的世界。

透過例如捐錢這些手段去幫助貧窮國家的人，其實不只是一種慈善工作，而是每一個富裕國家的人的道德責任。圖／By Think Defence @ flickr, CC BY-NC 2.0

不知道看完這篇文章的好青年，又有多少人被說服，被說服的人當中，又有多少人真的做到知行合一呢？

註 1：本文主要討論的是 Peter Singer 在 1972 發表的著名論文「Famine, Affluence, and Morality」。該文用的例子是我們有沒有責任救一個快要墮入池塘的孩子。而 Singer 在 2013 的 Ted Talk 中用的例子，則是上述小悅悅的例子

編按：二千多年前，曾經有個叫蘇格拉底的人，因為荼毒青年而被判死，最終他把毒藥一飲而盡。好青年荼毒室中是一群對於哲學中毒已深的人，希望更多人開始領略、追問這世界的一切事物。在他們的帶領下，我們可能會發現我們習慣的一切不是這麼理所當然，從這一刻起接受好青年荼毒室的哲學荼毒吧！

本文轉載自好青年荼毒室（哲學部），有效的利他主義系列：笑甚麼？你也是罪人

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本文由衛生福利部食品藥物管理署委託，泛科學企劃執行

諮詢通路／頂好 Wellcome 超市
採訪／馬嘉駿
整理／泛科學編輯部

通路都如何保存生鮮食品呢？圖／Wikimedia

隨著養生觀念興起、關於外食對健康造成不良影響的討論也越來越多，除了讓人們更加注意自己的飲食狀況外，更有部分有能力與時間負擔的民眾，選擇開始自己料理食物。然而，自己煮真的比較健康嗎？

我們或許能夠控制少加些油鹽、盛裝在更乾淨的器皿中；但是生鮮食材從產地到家裡，又經歷了怎樣的過程呢？你又是否想過，通路究竟是如何保存這些即將進入自己與家人口中的「生鮮食品」呢？

通路生鮮食品保存守則：注意日期與分類、每日品檢

若先講結論，生鮮通路的保存重點會放在分類、日期與品檢。

去年，網路媒體《上下游》推出冷凍宅配專題，探討生鮮食品的運送過程，引起許多討論。這次，我們邀請到頂好 Wellcome的值班主管，與我們分享走另一條路徑 ── 通路，對於消費者選購的生鮮食品，會有什麼樣的保存策略？

魚類

比蔬果、肉類都更難保存的生鮮魚類，在通路一般只會待 D+2 天。圖／By Sharon Mollerus@flickr, CC License

魚類生鮮產品會先由生鮮供應鏈處理，經過秤重、包裝後才運送至通路販售，以保麗龍盒與保鮮膜作為包裝材料，置放於冷藏開放架上陳列。

而由於保存期短，通路針對生鮮魚類的保存處理可說較為單純，每項魚類產品都會貼上「處理日期」標籤，通常可以保存 D+2 天（至處理日期後兩天）。以頂好為例，在到期日前一天會折價販售，到期日當天 22:00 仍賣不掉便報廢處理。

肉類

真空包裝的進口牛肉，能夠保存達 10 日以上，豬肉、雞肉可以保存 D+3 天（至切製日期後三天），牛肉則是保存 D+2 天（至切製日期後兩天）。圖 / Unsplash@pixabay, CC License

一般生鮮通路分店的精肉產品同樣會先交由生鮮供應鏈處理，包含人工分切、秤重等後才運送至通路販售，以保麗龍盒與保鮮膜包裝，進口牛肉則通常為真空包裝，並以冷藏開架方式陳列。

與魚類貼上「處理日期」類似，肉類產品包裝上則會貼上「切製日期」標籤，除了真空包裝的進口牛肉，能夠保存達 10 日以上，豬肉、雞肉可以保存 D+3 天（至切製日期後三天），牛肉則是保存 D+2 天（至切製日期後兩天）。在到期日前一天，通路會折價販售，並比照生鮮魚肉食品，若到期日當天 22:00 仍未售出便會報廢處理。

蔬果

蔬果較特別的是，進入通路貼上的到貨時間是以「太陽日」方式記錄。圖／By Leonora (Ellie) Enking@flickr, CC License

比起魚類、肉類，蔬果較特別的是，進入通路貼上的到貨時間是以「太陽日」方式記錄。太陽日表示方式為將一年 365 天編號為 1 至 365，1/1 太陽日是 1，12/31 太陽日就是 365。藉此紀錄方式，方便快速檢查即將到期商品，好比今天太陽日 100，而蔬果保存期限大約三到五天，品檢時就得特別注意貼標太陽日 95、96、97 的商品狀態。

接著，通路會將蔬果分為以下幾個種類保存：

葉菜類：放置冰櫃陳列，三日後開始折價販賣，或是進行二次處理 ──拆掉包裝，將葉菜黃掉、水傷及瑕疵部分摘除，再折價販售。
根莖類：如番薯、馬鈴薯、蘿蔔等，則在一般室溫架上陳列，七日後再行折價販售或二次處理。
一般水果：部分如奇異果、袋裝蘋果、甜橙、檸檬、鳳梨、整顆西瓜等，同樣放置一般室溫架上陳列，同樣七日後進行折價販售或二次處理。
進口水果：如蘋果、莓類、小番茄等，以及高單價水果如葡萄、梨子，則會在冰櫃陳列，五日後就要折價販售或二次處理。

總體來說，蔬果類的保存期限分為兩個標準：葉菜類不超過 5 天，根莖類、水果、土物（如洋蔥、地瓜、馬鈴薯等）則不超過 10 天，超過保存期限即報廢處理。另外，當蔬果商品開始進行折價後，如果隔天還在架上尚未售出，就會再度品檢。不過保存天數的制定是作為參考標準，不得超過原定保存期限，最重要的仍是落實每日品檢，確保蔬果保存狀態。

食材的身分證：產銷履歷

看完了生鮮食品，接下來要帶大家認識這些食材們的身分證，產銷履歷。產銷履歷是為結合兩項國際上強調的農產品管制制度 ── 良好農業規範（Good Agriculture Practice, GAP）、履歷追溯體系（Traceability，食品產銷所有流程可追溯、追蹤之制度），依據「農產品生產及驗證管理法」所推動的自願性制度。

產品履歷農產品上會有品名、追蹤碼與 QRcode。圖／wikipedia, CC License

根據「產銷履歷農產品驗證管理辦法」，產銷履歷農產品應於產品本身、包裝或容器明顯處揭露資訊。以上圖的零售標籤為例，資訊包含產品名稱（水稻-香米）、驗證機構（XX協會）、系統的追蹤號碼以及資訊公開的方式（底部網址列）。

左上方的圓形 TAP 標章即為「產銷履歷農產品」之認證，擁有此標章，代表驗證機構曾親赴該農產品的生產現場，確認生產過程是否符合規範，並曾經進行抽驗。右上方的 QR 二維條碼，則能讓民眾透過手機掃描，進行產品履歷資料查詢。民眾在挑選生鮮食品時，若想了解更多資訊，便可以留意下這個記錄了食材身家背景的小小身分證唷。

別浪費！注意保存期限

根據聯合國農糧組織（FAO）2011 年的統計，全球每年生產出的食物中，有近三分之一、約 13 億噸的食物被浪費；而《天下雜誌》則根據環保署廚餘回收與垃圾性質分析發現，台灣平均每人每年生產 96 公斤的廚餘，約為每人每年可獲得糧食供應量的 17% [1]。

現在我們已經了解通路如何保存食物，最後便是如何購買「剛好」的份量了，這件事看似容易，背後可有著一番學問。首先，幫大家複習食品「保存期限」的訂定方式：

科學家們會先找到該食品的劣變因子（是什麼原因使食物壞掉），再藉由微生物學分析、感官品評、物理／化學分析與成分分析等方式，畫出食品劣化曲線。接著，以「控制保存環境條件，觀察食品何時劣變」或「設定嚴苛保存環境加速劣變，再回推正常環境下的狀況」二者之一，找到食品的有效日期。

然而有了保存期限，人們就不會浪費食物了嗎？很可惜的，許多人正是因為看不懂保存期限的標示意義，而不敢購買「快到期」的食品，或在接近、剛超過有效期限的時候就趕快把食物丟掉。去年，美國國會議員 Blumenthal 和 Pingree 便提案 [2]，將保存期限的標示寫法簡化為兩種：生鮮食品的「超過此日期即不適合食用（expires on）」，以及保存期限較長之食品的「最好吃的期限（best before）」，希望能減少消費者在選購或購買後的處理上，因為不安或不解所造成的浪費。

保存期限通常是指「賞味」之期限，影響的是食物風味，不等於食品開始變質（吃了可能中毒、致病）。

自己烹飪的出發點既然是健康，那食材的挑選與保存也絕對不能忽略，以後到超市或其他通路採買時，不妨也運用本篇所學，看看蔬果的「太陽日」、魚肉類的日期標籤（搶特價商品的時候也要特別注意啊），並且仔細評估自身飲食習慣與保存期限，盡量做個珍惜食物又健康的家庭主廚吧。

參考資料

食藥署在去年（2016）檢視各類型食品通路商之母公司，推估台灣通路一年約產生 3.7 萬噸的剩食。
據美國自然資源保護委員會（NRDC）調查，90% 的美國人會因為不了解到期日期之意義，丟棄仍可食用的食品，這種浪費比食品供應鏈任何環節的浪費都多。

對於生鮮食品保存還有很多的好奇？來參加6/28的講座吧

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有個朋友的朋友，非常，非常的聰明，根本就是天才等級的那種聰明。才華出眾、天賦異稟……這類的形容詞全部都可以用在這人身上。這人很年輕就拿到物理學博士學位，然後在研究機構裡做著那種神人等級的研究。

說到這兒，不知道各位是不是都把這人想像成一個男人？如果是的話，你是在讀到哪一個句子的時候開始假設這人是男的呢？是在看到「物理學博士」的時候，還是在更早之前，當我說他「非常，非常的聰明，而且才華出眾、天賦異稟」的時候呢？

大眾普遍認為，所謂的「天才、有天賦、非常，非常聰明的人」比較可能是男性，而不是男女比例相當。但是難道我們天生就覺得男生比較多天才嗎？如果這是後天環境與教育養成的結果，我們大概幾歲開始出現這種想法？如果女孩子從小就覺得這些形容詞是男生的專利，會不會對他們的行為、自信心或興趣有什麼影響？

我們對於某些形容詞，是否有直覺對應的性別印象？圖／Lucélia Ribeiro @Flickr

美國伊利諾大學厄巴納─香檳分校心理學博士候選人邊琳（Lin Bian）與其共同作者於《科學》期刊所發表的研究指出，孩子從六歲開始就已經把「天才」這個概念與男性綁在一起。而且這個關於性別的刻板印象已經開始影響他們的行為。

實驗參與人員是五歲、六歲、和七歲的小朋友。其中一個實驗中，實驗人員先告訴小朋友一個短短的小故事，故事主角是個「非常、非常聰明」（very, very smart）的人。故事描述中完全沒有提及這個人的性別。故事說完後，實驗人員問小朋友：你覺得這個主角是男生還是女生呀？

在實驗中，五歲小朋友非常地「挺」自己的性別，約有 70% 的五歲小男生覺得這人是男的，同時也有 70% 的五歲小女生覺得這人是女的。但六歲和七歲的小朋友就不是這樣了。一樣有超過 60% 的六歲和七歲男生覺得這人是男性，但是覺得這人是女性的六歲、七歲女生只佔了四、五成左右。在一個故事的版本中，故事的主角是大人，但在另一個故事的版本中，故事主角是小孩。但實驗結果並沒有因為主角是大人或小孩而有所改變。

在另一個實驗中，實驗人員介紹兩個新遊戲給小朋友玩。其中一個遊戲被描述成是給「非常非常聰明的小孩玩的」，另一個遊戲則被描述成是給「非常非常努力的小孩玩的」。結果呢，六歲和七歲女孩對這個給「非常非常聰明的小孩玩的」遊戲的喜好程度遠低於六歲、七歲男孩。但是兩個性別的孩子對於那個給「非常非常努力的小孩玩的」遊戲的喜好程度卻沒有差別。而且，五歲小孩之中，男生和女生對那個給「非常非常聰明的小孩玩的」遊戲的喜好程度是一樣的。更進一步的分析還發現，小朋友對這個給「非常非常聰明的小孩玩的」遊戲的喜好程度，受到他們的性別刻板印象所影響。

總結一下，小朋友不但自六歲開始接受了「天才＝男性」這樣的刻板印象，而且這個刻板印象已經開始影響小女生的選擇和偏好。即使事實上，六七歲小女生的學業成績比同年齡的小男生好，他們依然從周遭環境和大人的言行舉止態度學到「天才＝男性」這個刻板印象。

即使事實上，六七歲小女生的學業成績比同年齡的小男生好，他們依然從周遭環境和大人的言行舉止態度學到「天才 = 男性」這個刻板印象。圖／Jason Pratt @Flickr

想像一下，日後當這些女生開始要學習物理學、數學、或哲學這類一般人認為只有「天才、有天賦、非常，非常聰明的人」才學得好的學問時，他們是不是還沒開始學就沒了自信？他們是不是甚至還沒開始學就沒了興趣？有多少「天才、有天賦、非常，非常聰明」的女性因此而沒能施展他們強大的實力？

參考文獻：

Bian, L., Leslie, S.-J., & Cimpian, A. (2017). Gender stereotypes about intellectual ability emerge early and influence children’s interests. Science, 355(6323), 389–391. https://doi.org/10.1126/science.aah6524

本文轉載自哇賽心理學《性別刻板印象改變了多少人的一生》

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看到老爺爺過馬路、路上發現有人摔跤、交通島有婆婆賣花……以上種種是不是都讓你忍不住「出手相助」一下呢？

長期以來，互助互惠的社會模式一直被視為人類獨有的特徵，而雖然部分動物也有利他行為，科學家卻一直沒有在我們的「親戚」身上找到可靠的實驗佐證。不過，這項僵局現在被打破了，最近有兩項實驗都顯示了：黑猩猩（Pan troglodytes）也會出現非常「無私」的利他行為！

遊戲見真情，獨吃蕉不如眾吃蕉

在第一個實驗中，來自德國萊比錫「馬克斯‧普朗克進化人類學研究所」（Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology）的心理學家馬丁‧舒梅茨（Martin Schmelz）和塞巴斯汀‧格林奈森（Sebastian Grüneisen）訓練萊比錫動物園的六隻猩猩進行分享的遊戲。

這個遊戲是規則這樣的：研究者將猩猩倆倆分組，使每隻猩猩搭配一位夥伴，而這位夥伴面前會有四條繩子可以拉扯，每條繩子會帶來不同的結果，分別是：

只給自己香蕉粒（banana pellet，研究者為猩猩特製的食物）
只給夥伴香蕉粒
給雙方香蕉粒
將自己的選擇機會讓給夥伴

給我香蕉！圖／giphy

在其他猩猩不知情的情況下，研究者預先訓練了一位名叫「泰」（Tai）的母猩猩，在所有的回合中，泰永遠只會選擇最後一個選項，將機會讓給另一方。格林奈森認為泰的行為是十分冒險的，因為放棄選擇權表示泰有可能會失去所有香蕉。

令人驚訝的是，在十幾回合下來，當泰放棄了自己的機會後，另外六位猩猩夥伴有高達 75% 的時間選擇同時給雙方香蕉粒，這樣的行為顯示出牠們重視泰所做出的犧牲。

就算少吃一點，也不捨得你餓著

不過，研究者還想進一步知道：這些猩猩們願不願意放棄自己部份的香蕉粒獎賞以回報泰的感知良善（perceived kindness）。格林奈森表示：「人們常認為這種互惠行為人類合作的里程碑，而我們想看看猩猩能挑戰到多遠。」

於是團隊稍稍改造了一下實驗，這次，泰的夥伴們只有兩種選擇，要嘛就是 1. 給自己四顆香蕉粒，或者也可以選擇 2. 給兩邊各三顆香蕉粒。

有 44% 的受試猩猩選擇了會犧牲自我利益的選項；而若是泰沒有做出轉讓機會的動作，則只有 17% 的猩猩會選擇犧牲選項。這項結果顯示出：即便會損及自身利益，猩猩依然會因為看見了泰的無私舉動而覺得自己不得不回報她。

「我們對於這項發現感到十分驚訝，」格林奈森說：「考量到需要承擔的風險，黑猩猩決策時的心理層面非常獨特。」

實驗 2 中，如果要給對方吃，自己就需要有所犧牲。實驗影片。

到底是什麼，讓來自猩猩的牠不惜豁出生命？

而在今年 6 月 19 日發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的論文則著眼於黑猩猩的行為動機，想知道：到底是什麼促使雄猩猩冒著斷手斷腳的風險、乃至於生命的威脅去進行巡邏任務？

科學家發現野生的雄性黑猩猩常常會自組巡邏隊，牠們會排成一列縱隊，安靜地巡邏團體的邊界、嗅聞入侵者的氣味。然而，這種巡邏行為背後潛藏著極大代價。在巡邏中，黑猩猩約有三分之一的機率會遇上其他敵對的猩猩，而仇人見面，分外眼紅，有時一言不合就容易血濺三尺，巡邏的猩猩可能因此付出受傷甚至死亡的代價。

雄猩猩會自組巡邏隊保衛家園。圖／By sasint @Pixabay

根據古典行為主義（classic behavioral theories），唯有當猩猩們自己的後代或母系親屬在群體中時，牠們才會付出如此昂貴的代價。

然而，在分析了 20 年來，烏干達努迦（Ngogo，Uganda）地區 3750 隻雄猩猩的數據後，研究者發現：雖然對大部分猩猩來說，確實是有親屬才會犧牲，然而，卻有高達四分之一的巡邏猩猩根本與自己保護的團體非親非故。另外，就算黑猩猩不加入這些巡邏隊，也不需要承受任何後果，所以，居然仍有這麼多猩猩甘冒風險，實在是件令人意外的事。

人類文明的秘密，或許就藏在猩猩身上

這個研究的主要作者是來自亞利桑納州立大學坦佩分校（Arizona State University in Tempe）的人類學家凱文‧朗格葛拉伯（Kevin Langergraber）。他與同事認為「團體增進」（group augmentation）的理論或許可以解釋這樣的情形。依據這個理論的假設，藉由巡邏來保護團體的食物供應並擴張領土，會增進整個猩猩群對女性的吸引力，也能增加個別猩猩的繁衍機會。

另一位未參與研究的演化人類學家安妮‧普塞（Anne Pusey）認為這是一個合理的假說。她認為，藉由保衛和擴張團體的領土，可以確保、甚至增加團體的居住空間和食物來源，以供給現在和未來移居的雌性生存；而團體裡健康雌性的數目越多，便表示每位雄性成功繁衍的機率也就越高。

團體裡健康的雌性越多，雄性成功繁衍的機率也越高。圖／By stefaanroelofs @Pixabay

朗格葛拉伯更進一步補充說，這種行為可能是人類社群合作的演化基礎。「人類合作最特別的一點，就是它的規模之大。」他說。在人類發展的歷史進程中，成千上百的陌生人運用合作來建築城牆、疏通運河、送人登月。朗格葛拉伯認為：「讓黑猩猩合作的機制或許是演化上的重要基石，使得人類往後得以演化出複雜的合作系統。」

猩猩也懂團結力量大的道理？圖／IMDb

這樣看起來，黑猩猩們團結一致、對抗人類的電影劇情好像也不是那麼科幻了呢，不知道牠們的合作是否真的會帶來「猩球崛起」的一天呢？（咦）

參考資料：

True altruism seen in chimpanzees, giving clues to evolution of human cooperation Science[2017.06.19]

原始論文：

Martin Schmelz, Sebastian Grueneisen, Alihan Kabalak, Jürgen Jost, and Michael Tomasello (2017) Chimpanzees return favors at a personal cost PNAS June 19, 2017 DOI: 10.1073/pnas.1700351114
Kevin E. Langergraber, David P. Watts, Linda Vigilant, and John C. Mitani (2017) Group augmentation, collective action, and territorial boundary patrols by male chimpanzees PNAS June 19, 2017 DOI: http://dx.doi.org/10.5061/dryad.kk33f

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文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

建議閱讀本文前，先稍微了解地震規模的一二事，或先讀過這篇：地震大小誰說了算？Part I：課本沒教的芮氏震規模

規模計算方法七十二變，變的原來是我們對地震與斷層的看法

記得我以前學到的知識是「地震規模只有一個」，我也一直都相信這件事。不過在接觸實務的地震定位和規模計算後，卻發現一件有趣的事，那就是「原來計算上的規模值可能不止一個！」由於當初在求地震規模時，使用的參數是儀器的最大振幅值，但因為每一個地震測站所在地的地質特性不一，而造成計算結果不同。而我們對地底下的地質變化了解的尺度其實頗為粗糙，所以要把結果不同的誤差完全修正，幾乎是不可能的。

普遍大眾都用芮氏規模，也以為只有一個指標，但其實還有其他的！圖／中央氣象局

這問題芮克特也是有想過的，但規模是用來描述地震本身的大小，定義上本來也只能有一個值，所以求出震源位置、計算規模時，實務上會把各地測站求得的規模值作平均，這也是為什麼地震規模只會到小數點後一位，因為精度是有限的。以現今的地震站密度以及我們對地下構造的了解，大多時候如果增加了數個測站後，還需要修正的地震規模值，大概頂多只差個 0.1、0.2 左右，所以下次你看到事後有修正規模值或是不同單位的結果不同，也不需要太意外了！

從前從前，芮氏規模背後有個偉大的男人

在之前的文章《地震大小誰說了算？Part I：課本沒教的芮氏震規模》中，有提到了最早設計規模的人是芮克特和古騰堡，好像我們都忘了後面那位厲害的科學家，連名字都忘了放上去，但他其實也做了某程度的貢獻。他和芮克特發現芮氏規模會有「飽合」的問題，簡單來說就是明明規模應該是遠大於 6.0 很多的地震，用芮氏規模的計算方式，怎麼樣都只有 6.0 ~ 6.5 不等。

（以下為對白部分純屬想像，不代表真實故事）

「這其中一定是有什麼誤會！」古騰堡表示。

「這很麻煩，其實扣除那些大地震，我們的方法還是很好用啊！」芮克特不想改變這套計算系統。

「不然，我們調整一下做法好了，看能不能調整公式，或是把不同類型的波分別處理（文末註 1）？」

所以後來古騰堡又發明了不同規模的計算方式，包括只利用實體波（P 波、S 波）的「體波規模」mb，還有另一種專門可以用在大地震上的「表面波規模」Ms，正好銜接上原先規模的計算上限。

所以最後我們現今常用的芮氏規模之所以可以算出大於規模 7 的值，也是因為後來古騰堡改良了原先規模太大會達飽和的問題。而與其說我們的規模是用芮氏規模，不如說它是「近震規模」，其標示 M_L 的下標 L，本來就是指 local magnitude 的意思！

芮氏規模後面的偉大男人。圖／Beno Gutenberg headshot，來自 SEG Wiki。

但是，其實問題還是沒有完全解決呢！

不懂規模「飽和」的原因？想像一下放屁吧！

對於超大型等級的大地震（規模 8、9 以上的地震，像 2011 年東日本大地震、2004 蘇門答臘地震）的「近震規模」，即使有了表面波規模的加持，但終究還是出現「飽和」的情況，這其實反映了我們看待地震的問題。

以現今的科學角度來看，近震規模的計算方式其實有盲點。大多時候，斷層錯動釋放能量引發地震時，往往會發生在很快的一瞬間，但是斷層的尺度一旦變得很大時，那一瞬間有可能會變得相對久得多。用一個稍微不衛生但相對好懂的例子：我們用不同的工具來測量「誰放的屁較大」時，便會有不同的結果。

我們先試想兩種放屁的情境：

1、在 1 秒之內放了一個響屁。

2、花 10 秒時間緩慢的放了一連串的屁，最大音量和前者接近。

如果我們僅只測量屁聲的音量來評斷屁的大小，第 2 種情況產生的屁量「容積」雖較大，但因為屁聲的分貝數相近，所以會發生低估屁量的情況。

不同「釋放方法」差很多！圖／giphy

所以，近震規模之所以飽和，代表的就是它沒辦法正確且完整的測量斷層錯動引發地震所釋放的能量。芮氏規模的計算方式僅計得了最大規模，但斷層的錯動時間可能很快，也很可能很慢，在《震識》網站上的「潛移斷層」介紹文中，提到了斷層錯動甚至可以慢到不會發生地震。

如果所有的斷層面只是在一瞬間（數秒鐘左右）滑動，那麼用地震波最大振幅來估算，應該不會有太大問題，可這種情況多半只發生在規模較小的地震。當地震大到 8.0 以上，滑動就有可能花上很長的時間，近代最極致的例子，就是 2004 年蘇門答臘 Mw = 9.3 的地震，整條斷層錯動的時間花了將近 10 分鐘。至於最近一次超過規模 9 的 311 東日本大地震（Mw = 9.1），斷層錯動的時間也超過 3 分鐘，這已經算是非常快的滑動速度了！

2011 年東日本大地震時，斷層破裂與錯動情況，斜向長方形範圍代表斷層的分布（麻煩請發揮想像力，它是一個右高左低、在地底下的斜面），等值線和彩色代表它的滑動量分布，黑色箭頭代表滑動方向。紅色星號代表震央，紫紅色圓圈代表餘震的分布位置。圖／Lee, 2011.²。

金森博雄教授發明的「震矩規模」

要說明解決地震規模的新發明「震矩規模」，就不得不提它的創立者，就是加州理工學院的金森博雄教授（Hiroo Kanamori，金森教授同是本站催生者馬國鳳教授的指導教授，對阿樹來說是「老師的老師」輩了XD）。金森博雄用了我們國中都稍微接觸過的物理意義來解決這個問題：斷層做的「功」，就是地震釋放的能量。

而金森博雄在計算地震能量時，便創立了一個新單位：「地震矩」，利用斷層的滑動量、斷層的面積和斷層面的特性（剛性係數）這三個參數算出來。由這三個參數算出的「地震矩」，一般會以 Mo 表示，它雖然像是「力矩」的概念，但也相當於地震釋放的能量。（見文末註 2）

怕大家看了不熟悉的公式害怕，細節可以參考「地震矩」（Earthquake Glossary），在此就不贅述。對於細節還更有興趣的話，可能就要看當年發表的文章一和文章二了（但要付費下載）。

這三個參數或是其計算結果的「地震矩」要怎麼得到呢？大地震後的地表變形，讓我們知道斷層的長度、錯動的程度和地表變形的範圍，而大地震過後的餘震也能告訴我們地底下斷層面可能的分布情形，再加上一些地震波形藏的資訊，這些都能幫我們估出地震矩。但受限於科技，早期的地震儀就像是比較低階的錄音機，能記下的震波有限，直至寬頻地震儀的問世（1988 年），我們「錄製」地震的波形能力大幅提升，現在也能藉由地震波直接估算出震矩，只要有「完整的地震波形」，就能算出地震的總能量。

不過 Mo 的值既然是代表地震的總能量，那麼可想而知其值非常大，不過這個問題芮克特和古騰堡早就已經解決了，用對數（取 log 值）的方式來建立公式就可以讓它的標示單純化。說到這，阿樹也不禁感慨，原來當初念書時學的微積分、工程數學真的是有用處的啊！（笑）

地震規模算法的具像化比喻差異，不代表真實的計算方式。因為計算地震矩時會用上完整的地震波形，等於把能量釋放隨時間的變化也都考量進去，更能反映真實能量情況。圖／《震識》

不同規模間的差異該怎麼辦？說清楚就好

用震矩規模的方式來計算並描述地震，既不會有飽合，小地震也都能套用，可以說是「更先進」的計算方法。但也因為它是完整的計算能量，和其它的規模計算方法間的轉換就不太好作換算，因為不同的規模的計算方法已經不是在算同樣的參數了，自然無法容易轉換。在震矩規模開始發展以前所使用的那些近震規模，就難以再轉換回來，這樣在統計過去的地震規模時，就會有單位使用不一致的情形，所以其實蠻多地區的監測單位仍使用近震（芮氏）規模來描述地震。

或許有人會認為「既然有個更先進的方式，為什麼還要用比較舊而且有缺點的方法？」不過就像前面提到的，以長期地震紀錄來看，兩者並行或許是更好的方式，當然我們現在也已經在做了，只是中央氣象局公告的資料還是以芮氏規模為主。

附帶一提，有些時候，震矩規模和芮氏規模計算結果的「差異」，也透露了一些科學訊息。有一種「慢地震」，顧名思義就是滑移速度較慢的地震，如果它的斷層類型是正斷層或逆斷層，又發生在海底時，斷層錯動造成的大規模海水波動，有可能引發大海嘯。從前面提到的計算原理來看，正因為慢地震的滑移的速度較慢，往往會讓儀器收到的振幅較小，芮氏規模因而較為低估，因此當我們發現兩者的差異很大，且又發生在海底時，就要特別當心這現象。

這樣看來，或許地震矩規模有它「先進」的地方，但並不代表芮氏規模就「不好」，畢竟芮克特和古騰堡將地震的能量計算回歸地震波形，並用對數的方式做處理表示，已經是一個劃時代的做法。而金森博雄教授再進一步的量化方式，讓我們更了解地震發生過程和能量釋放的方式，又讓地震科學再更上一層樓。我想對人們來說，只要清楚知道自己用的是什麼單位即可，就像計算容積時用「公升」還是「加侖」都行，只要講清楚、說明白，方是科學之道！

註 1：地震波主要可分實體波和表面波，實體波即為 P 波、S 波，代表能穿透的震波，而表面波則是在介面（地表也是一種介面）上傳播，依運動方式不同包括雷利波和洛夫波，分類細節請參考氣象局地震百問。
註 2：如果忘記「功」是什麼，可以重新翻開國中自然課本，裡面有個 W = F x S 的公式，即「功」=「作用力」乘上「作用的距離」，譬如提重物走一層樓，作用距離就是一層樓的高度。不過，斷層是個塊體相對運動，另一個公式可能更能說明斷層上的情況，那就是力矩的公式：L = F x D，即「力矩」=「力」乘上「力臂」。

本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，歡迎加入他們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。

參考資料：

USGS Earthquake Glossary(web)：seismic moment
Lee S. J., 2011, Rupture process of the 2011 Tohoku-Oki earthquake based upon joint source inversion of teleseismic and GPS data; Terr. Atmos. Ocean Sci. 23 1–7.

紅包做為結婚互助會的基礎

美國布朗大學經濟學助理教授奧斯特（Emily Oster）認為，參加婚禮就是一種經濟交換，甚至可以把看成是參加一種存款方案，每次參加婚禮包紅包給別人時一點一滴的存，等到自己結婚那天再一次領回¹。如果先結婚，通常會等到親友或親友的子女結婚時再予以回報，相當於是把一次收到的一筆大錢陸續轉成較小金額回報給親友。

親友禮金的協助，對於結婚的新人來說格外重要。圖／By chrisda73 @ pixabay, CC0 Public Domain

我們會準備禮金出席婚禮，主要是基於對彼此關係的認知與期待，不論是基於先前結婚時受到對方恩惠的人情回報，或者是希望對方在自己結婚的時候也能夠出席祝賀。也就是說，我們可以把紅包當成是一種結婚互助會的基礎，說得更白話一點是可量化的人情往來。在社會的潛規則之下，即使送禮金的人不要求回報，我們也會認為有來有往且至少達到對等，是社會中的基本禮儀²。

對多數人來說，參加朋友的婚宴除了懷著祝福的心態，還有許多與金錢和人際相關的煩惱在腦中小劇場上演著：

「要包多少才不會顯得失禮？先問一下朋友包多少吧。」
「和新人沒有很熟耶，可是好朋友要去那要不要去呢？」
「要寫什麼賀詞才好？不如乾脆用離婚退錢的紅包袋？」（咦咦？）

紅包包含了互助與對新人的祝福，雖不宜打腫臉充胖子但如果包太少被對方事後翻閱禮金簿時被發現，發生這種事比在婚宴場合遇到舊情人還要尷尬啊。

經由觀察與訪談，我發現 LGBT 同志族群除了上演前面的小劇場〔註 1〕，在日常生活還很有可能發生類似以下的對話：

A：「你和誰誰誰感情很好不是嗎？為什麼才包這樣？」
B：「啊反正又不能回收，包那麼多要幹麼……」

有人甚至決定不出席異性戀朋友的婚宴，並不全是因為無法回收紅包，而是在意每個人在法律面前是否被平等對待；也有的人認為在吃飯閒聊更新近況的時候，眾人談起誰是下一個結婚的話題十分尷尬，這種場合能不出現就不出現。對同志族群而言，不能合法結婚不僅是種人權上的壓迫，也成為人際往來的困境，去不去、給多少都令人覺得為難。

這種情境就像是眾人一起去唱 KTV，同志族群被法律限制無法上台唱歌，只有當分母出錢的份，久而久之自然不會想再去 KTV 唱歌。陳綺貞的這段歌詞「在一片歡樂的景象之中，我卻覺得勉強」多少可以形容這樁難以言說的心事。

婚姻平權是讓眾人都能受益的正和賽局

source：mathiaswasik

這種因法律限制而產生的困境，會影響紅包做為結婚互助會的基礎嗎？互助會的前提是婚宴賓客包的紅包符合禮金行情（也可用紅包公式），愈多人參與的話婚禮主人收到的禮金愈多，即使事後需要回報的人數變多了，但也愈能夠使用這些禮金支付結婚各式花費的燃眉之急，籌備婚禮當下的經濟壓力也就變小一些了。

從數學的角度解讀，紅包做為結婚互助會的概念其實是場非零和賽局（Non-zero-sum game），相對於零和賽局中各方利益之和為零或是一個常數，也就是一方有所得，另一方必有所失；非零和賽局中各方的利益不必然是相互衝突的，甚至有可能透過合作達到各方皆贏的正和賽局（positive-sum game）。

每一場婚禮的當下都可視為一場賽局，玩家包括主人與賓客。我們可以將賽局分成兩種情況討論，第一種是婚禮主人為異性戀，賓客有異性戀與同志族群〔註 2〕；第二種則是婚禮主人為同志族群，賓客仍然有異性戀與同志族群。若是婚姻平權法案正式通過，會對這兩種賽局分別造成什麼影響呢？

在第一種情況中，同志族群過去可能會因為自己無法結婚而不願去參加別人的婚禮，或者是覺得無法回收禮金而不願準備太多。若是人人都能夠結婚，這些疑慮將一掃而空，賽局的賓客會多了部份原本不願出席的同志族群，紅包金額也不會因為沒有回收的可能而縮水。基於紅包做為結婚互助會的原則，婚禮主人收到的禮金數目將較婚姻平權前來得高，因此這是場正和賽局。

再來討論第二種婚禮主人為同志族群的情況。原本不能合法結婚的限制會因婚姻平權法案通過後而改變，能夠合法結婚之後自然也可以開始收紅包，並且收得名正言順，收到的禮金都較原本不能收取的時候來得高，結果依然為正和賽局。對於賓客而言無論是上述的哪一種情況，都要等到自己成為婚禮主角時，才能享受結婚互助的好處。

也許有人會覺得同志族群在社會中的比例又不高，對異性戀的影響應該不大；但其實，這股金流是不容小覷的。那麼，台灣同志族群的人口比例到底有多少呢？這個數字會因為調查方法與對同志的定義不同而不同³，並沒有一個確切的值，目前可信度較高的是中央研究院在 2013 年做的一份調查報告，自認為同性戀與雙性戀的有 1.9% ，非異性戀的則有 6% ⁴，推測同志族群人口比例介於這兩個數字之間。

如果我們以較小的數字 1.9% 保守估計，同志族群約為 44.7 萬人。再來一個人一生會包多少紅包出去呢？這數字會因為每個人的社交程度不同而有大幅變化，可能是幾萬至十萬元的數量級，要計算其平均值相當困難。但我們發現，同志族群一生包給異性戀的紅包總額只要平均超過 2.3 萬元〔註 3〕，那麼總共包出去的金額將會達到百億元的數量級。在這裡只用最保險的數字試算，結果竟然如此驚人；更別說是如果同志族群比例較 1.9% 高，或是實際包出去的金額更多，總金額的數量級當然也會更高。

未來婚姻平權的落實，有利於喜好禮尚往來的台灣人。異性戀族群可能會意外地多收不少紅包，也有了回禮的機會，更不必再擔負那高達上百億甚至更多的人情；對於同志族群的好處是，除了在法律上不再遭受到長久以來的歧視，獲得異性戀好友的婚禮邀請時不必掙扎再三，也終於擁有自由選擇結婚的權利，以及大方回收紅包的可能。

數學，讓我們學會以互助的角度解讀社會議題，婚姻平權將是讓眾人皆能受益的正和賽局。

註1：LGBT，指的是女同性戀（Lesbian）、男同性戀（Gay）、雙性戀（Bisexual）、跨性別（Transgender）等族群。
註2：事實上，目前亦有 LGBT 結婚，但多數結婚的人為順性別異性戀，所以在這裡做此假設。
註3：以一生為計算基底是因為同志族群若不能合法結婚，便是一生都只能給出去卻無法回收。

參考資料

天下雜誌，坦白說　婚禮到底該包多少？　經濟學家這樣說，2016
林佩蓉，送禮與紅包文化─以台灣婚宴上的紅包文化為例，網路社會學通訊(70)，2008
lescholar，LGB人口，2013
中央研究院社會學研究所，台灣社會變遷基本調查計畫第六期第三次調查計畫執行報告，2013

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文／氪罗钡路斯、什么云销雨霁被抢注了｜果殼網科普作者

電影《地心引力》劇照。圖／Yahoo電影

當這顆小小的星球已經逐漸承載不了人類的體量和野心的時候，越來越多的人將心思轉向了地球以外，那個神秘多變，廣袤無盡，沒有重力卻充滿輻射的宇宙。

很多科幻小說和電影——遠的有《沙丘》和《星際迷航》，近的有《星際效應》和《三體》——都興致勃勃地描繪了人類生活在太空中的百樣圖景。層出不窮的作品中，許多作者約定俗成般地認為人類航行宇宙或移居其它行星的掣肘因素是物理學，當下人類還沒有足夠的理論和技術來支持人類進行漫長的宇宙旅行。

《星際效應》劇照。圖／天文論壇

其實，即便我們突破了這些物理瓶頸，造出了超光速飛船，學會了使用蟲洞和睡眠系統，解決了哪些人該上飛船、哪些人要被留在地上的問題，滿心歡喜準備啟航的時候，等待我們的，也許仍然是當頭一盆冷水——老鼠或者其它什麼的造物主會嘲弄我們：

脆弱的人類，誰說你們離開地球，還能繁衍了？

短暫的航空太空史告訴我們，太空並不是地球人類的樂土。歷經微重力環境的宇航員，會遇到各樣生理指標的改變——肌肉萎縮，骨骼退化，體液流動重置（fluid redistribution，即重力減少引發的體液由下半身向上半身的重新分佈），乃至顱壓增高引發的視力擾亂。太空輻射還會損傷人體免疫系統，同時增加癌症和阿茲海默症的發生機率^[1-2]。由此看來，長期的星際旅行將會對人類產生更加深遠的負面影響。

那麼，人類的胚胎，能否在太空中正常發育呢？實驗研究表明，微重力會顯著影響人體多種組織的發育或者幹細胞的分化^[3-5]。因此，太空中的造人行動能否成功，並不是一件可以輕易預測的事情。作為太空生育的探索，美國和俄羅斯先後開展過以小鼠為模型的動物實驗；但在漫長的進化中，人類的胚胎發育也出現了很多不同於其他動物的特性。例如，相較於小鼠，在胚胎發育的早期，人類胚胎的缺陷率極高。

在體外受精（試管嬰兒）的過程中，50-80%的人類胚胎存在嚴重缺陷，繼而在受精後的幾天內停止發育^[6]。因此，試管嬰兒技術總是需要在眾多受精卵中精挑細選，才能保證成功受孕。在健康人群中，早期胚胎也可能存在較高的缺陷率——由於有缺陷的胚胎大多會在一周內停止發育，這樣的自發流產常常無人察覺^[6-7]。與此相比，絕大多數小鼠的受精卵則不會在前幾次細胞分裂中就顯露明顯缺陷。人類與其它實驗動物胚胎在早期發育時的這種巨大差異，就可能限制動物實驗的結果在人類身上的可移植性。

人類能否在太空中生生不息，只能用人類的細胞來檢驗。

因此，不久前進入太空的天舟一號上，就搭載著一批人類胚胎幹細胞（human embryonic stem cells）。科學家將通過它們，初步檢驗人類在太空中的生育能力。

人類胚胎幹細胞源自人類胚胎發育早期的部分細胞。通過增殖和分化，這些細胞最終會發育成為整個胎兒。在體外環境中，胚胎幹細胞可以在特定的培養條件下近乎無限增殖，同時保持自身的特性不變（即幹細胞的自我更新性質）。在特定細胞因子的刺激下，胚胎幹細胞可以沿著類似於體內發育的軌跡，一步一步分化發育成為各種類型的人體細胞^[8]。

人體胚胎幹細胞的分化。圖片來源：Murry et al.^[8]

在這次天舟一號的實驗中，人類胚胎幹細胞將會接受特定信號因子的誘導，分化成為原始生殖細胞（Primordial germ cells），即人類生殖細胞的前體細胞。人類胚胎在發育的早期會產生極少量的原始生殖細胞，這些細胞隨後會增殖並且遷移進入生殖腺，在生殖腺的環境下進一步發育成為精/卵原細胞，再進一步進行減數分裂發育為成熟的生殖細胞。

作為這一系列過程中的第一步，原始生殖細胞的產生，在胚胎發育的早期就會完成。只有這一步能夠完成，在太空中發育的人類嬰兒才能擁有生育能力，才可以進一步繁育後代，子子孫孫無窮盡也。

不過，天舟一號沒有返回艙，所有的實驗樣品都會在返回時在大氣層燒毀。那麼，該怎樣檢驗胚胎幹細胞是否分化出了原始生殖細胞呢？

最便宜的辦法大概是發送一個生物博士上去。然而······

負責實驗的紀家葵研究小組選擇了一種更人道主義的方法：他們開發了一套螢光報導告系統，將2008年獲得諾貝爾獎的綠色螢光蛋白 GFP，嵌入到了一個名叫 VASA 的基因之中——當細胞表現 VASA 基因的時候，螢光蛋白的表現也同時會被活化，細胞就會發出綠色的螢光。由於 VASA 基因只會在生殖細胞譜系（即從原始生殖細胞發育到成熟生殖細胞的各個類型的細胞）中表現^[9]，而不會在胚胎幹細胞等其他細胞類型中表現，因此，實驗中出現的第一批綠色細胞就是原始生殖細胞了。與同期在地面培養的細胞對比，綠色細胞的比例差異就會告訴我們原始生殖細胞的發育是否會受到太空微重力環境的影響。

下面這幅圖就來自於這個螢光報導系統的驗證實驗，圖中細胞的 DNA 被染為藍色，VASA 螢光為綠色。在天舟一號的實驗中，最初的胚胎幹細胞都是沒有綠色熒光的細胞（類似圖中第一行）。隨後的幾天，含有特定訊息因子的培養液將會逐步誘導胚胎幹細胞的分化—— 如果分化誘導成功，我們就會預期見到一些發出綠色螢光的原始生殖細胞（類似圖中後三行所示）。

圖片修改自Kee et al. ^[9]

如果人類胚胎幹細胞可以在太空中成功分化為原始生殖細胞，我們還可以利用這個螢光報導系統，進一步探索是否可以在太空零重力條件下獲得更加成熟的生殖細胞，例如精/卵原細胞，乃至精子和卵子。生命始於精卵結合，人類只有能夠在太空中產生成熟的生殖細胞，才會具有在太空中延續種族的能力。對於太空生育的探索，也是人類邁向深空的重要一步。（責任編輯：明天）

參考文獻：

Kanas, Nick, and Dietrich Manzey. “Basic issues of human adaptation to space flight." Space psychology and psychiatry (2008): 15-48.
Baker, Daniel N., et al. “Space radiation hazards and the vision for space exploration: A report on the October 2005 Wintergreen Conference." Space Weather 5.2 (2007).
Bradamante, S., Barenghi, L., & Maier, J. (2014). Stem cells toward the future: the space challenge. Life.
Yuge, L., Kajiume, T., & Tahara, H. (2006). Microgravity potentiates stem cell proliferation while sustaining the capability of differentiation. Stem Cells and Development.
Zayzafoon, M., Gathings, WE, & McDonald, JM (2004). Modeled microgravity inhibits osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells and increases adipogenesis. Endocrinology.
Wong, CC, Loewke, KE, Bossert, NL, & Behr, B. (2010). Non-invasive imaging of human embryos before embryonic genome activation predicts development to the blastocyst stage. Nature.
Chavez, SL, Loewke, KE, Han, J., Moussavi, F., Colls, P., Munne, S., et al. (2012). Dynamic blastomere behaviour reflects human embryo ploidy by the four-cell stage. Nature Communications.
Murry, CE, & Keller, G. (2008). Differentiation of embryonic stem cells to clinically relevant populations: lessons from embryonic development. Cell.
Kee, K., Angeles, VT, Flores, M., Nguyen, HN, & Pera, R. (2009). Human DAZL, DAZ and BOULE genes modulate primordial germ-cell and haploid gamete formation. Nature.

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作者／柔伊．科米爾（Zoe Cormier）｜自由科普作家，著有《性、毒品與搖滾：享樂主義的科學》（Sex, Drugs & Rock ‘N’ Roll: The Science of Hedonism）。
譯者／王怡文｜台灣大學資訊工程與心理學雙碩士，現就讀美國加州大學聖塔芭芭拉分校心理系博士班。

夜深人靜的時候…。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

在無所不有的網路世界裡，人們很容易就觸碰到色情影像。它究竟是刺激生活的無害調劑，還是更罪惡的東西？

任何用錯 Google 關鍵字而誤入歧途的人都能作證，這是史上最容易接觸到色情影像的時代。現代人有蓬勃發展的網際網路，只要點擊幾下滑鼠就能得到裸露的影片與圖片；研究發現大多數人至少都看過一次某種色情影像，也就沒什麼好大驚小怪了。不過，有些人似乎每週要看好幾個小時以上才能滿足。色情影像對這些人造成了什麼影響？究竟觀看色情影像只是無害的刺激，還是有更邪惡的一面？研究報告似乎傾向後者⋯⋯

「打擊新毒品」（Fight The New Drug）團體發起「色情殺死愛情」等活動，希望提醒人們色情片的影響力。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

英國劍橋大學精神醫學系的瓦萊麗．溫（Valerie Voon）發現，患有「強迫型性行為」的人觀看性愛影像時的腦部活動模式，與「健康」的控制組不同，反而類似藥物濫用者。這麼說來，色情影像真的會危害我們嗎？

研究團隊使用磁振造影（MRI）深入觀察腦部構造，發現強迫型性行為者的腦中有三個區域出現較強的活動；當藥物成癮者看到與致癮藥物有關的「提示」時，腦中相同區域的活動也有增強現象。這些區域是與處理酬賞及動機相關的紋狀體腹側、與預期酬賞及渴想相關的前扣帶迴背側，以及與情緒處理相關的杏仁核。

強迫型色情片觀看者（下）的腦部特定區域比「健康」族群（上）活躍。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

一直以來，人們都很擔憂看色情片的潛在傷害，聳動標題如「色情上癮攪亂我的人生」、「腦部掃描發現性癮」或「我先生的性癮幾乎摧毀我們的婚姻」總是接連登上新聞頭條。

2014 年印度女性反色情片的抗議活動。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

頭條報導經常大肆宣揚色情片造成的傷害。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

溫的研究並非首次發現過度觀看色情片者的腦部差異。許多研究都曾提出，大量觀看色情片者的腦部有明顯的差異，推測色情片具有成癮性，並且可能造成傷害。

《美國醫學會雜誌精神病學》期刊（JAMA Psychiatry）在 2014 年有篇論文名為〈接觸色情影像相關腦部結構及功能性連結：好色者的腦〉（Brain Structure and Functional Connectivity Associated with Pornography Consumption : The Brain on Porn）寫道，經常觀看色情片者的許多腦區活動下降。研究者甚至推測色情會劫持大腦、改變它的功能。然而他們指出，這些差異也可能是原本就存在的腦部特徵，導致有些人比一般人更容易從觀看色情片中得到酬賞。

儘管如此，這些研究結果還是拋出了大問題：色情會改變你的腦嗎？它有成癮性嗎？

色情片讓人上癮嗎？

當今色情研究最活躍也最有爭議的部分，無疑在於色情片是否致癮。新聞報導總是用一些成癮辭彙，像是「渴求」、「耐受性」、「需要更多劑量」和「戒斷」來形容。關於這點溫表示，「關於生物的神經層次運作，我們的了解仍處於非常初期的階段。我們對色慾所知的是，有些神經活動和上癮一致，有些則不一致，還需要更多流行病學研究才能確定。」

然而，目前並無正式的「色情成癮」診斷標準。曾有人推動將「性慾亢進疾患」納入有「精神病學聖經」之稱的《精神疾病診斷與統計手冊》（DSM），但缺乏清楚且一致的證據，而未成功。

曾任職加州大學洛杉磯分校的神經科學家、現為健康性生活新創公司 Liberos LLC 創辦人的妮可．普若斯（Nicole Prause）說，「我們目前只知道，色情片『上癮』不太像其他成癮行為。」普若斯表示，色「癮」和性「癮」看似與賭癮、藥癮等其他成癮行為相似，都活化了酬賞迴路，但事實上前兩者與後者在其他方面有諸多不同。其一是有好色問題的人說他們無法控制自己，但測試結果顯示並非如此。再者，主要差異在於藥癮者和賭癮者會經歷「敏感化」，變得對致癮的提示更敏感；她的研究則發現，色情影像會降低敏感度。

同時，溫有確切的證據顯示，過度觀看色情影像會導致「習慣化」，因而渴望新的刺激。這表示越常看色情片的人，就越渴求露骨重口味。許多男性自稱有這個傾向而尋求治療。

「雖然我還不會把這稱為上癮，但這顯然是一種強迫型性行為。對某些人來說，過度強迫性地看色情片，毫無疑問已造成人際問題、在工作時看色情片而被開除，甚至企圖自殺。」溫說，去年她和研究團隊發表的一項研究指出，網路色情特別容易讓性癮者追逐更多新奇又重口味的影像、一步步陷入網際網路的「盤絲洞」裡，促成並惡化他們的性癮。「這確實讓某些人的口味越來越重。」

然而人們也同意，還有很多研究要做。「我們對這類疾患所知不多，但無疑許多人為此感到痛苦。」溫說，「很多人礙於羞恥感而未求助。若我們能將這件事視為一種疾患，有助於降低這方面的羞恥感，增加人們尋求治療的可能性，提高我們幫助他們的機會。」

色情片會加深針對女性的暴力嗎？

「好色大腦」的研究無疑總能抓住頭條，並挑起話題。但科學家並不是最近才開始深入探討色情影像，以及它可能對人造成的危害。1970 年代，許多人憂心色情影像會造成性別歧視，導致施暴行為增加。這種恐懼可以理解，但是有任何科學或研究證據嗎？

1979 年女性在紐約的反色情片遊行。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

「學術研究的目標是把激進的女性主義想法，轉換成可供測試的假說。」加州大學洛杉磯分校心理學家尼爾．梅勒穆斯（Neil Malamuth）說，「我想要尋找對女性較具攻擊性的男性有哪些特徵，好色只是眾多特徵之一。」

梅勒穆斯說，數十年來的研究一致顯示，對男性而言，過度觀看色情影像與性別歧視、脅迫行為、侵略性舉動及其他危險表現相關。他在 2009 年發表的統合分析（分析眾多研究的研究）發現，1980 年代到 2008 年間的數百篇論文，都提及過常觀看色情影像與暴力想法和行為之間的關聯。

值得注意的是，並非所有男性都對色情片有相同反應。對大多數男性來說，觀看色情影像並不會改變他們對女性的看法。但對於原本就有性別歧視或侵略行為傾向的人，色情影像會放大這些已存在的危險傾向。

就這點來說，色情和其他藥物沒兩樣。例如酒精，它到處都有、為社會所接受，而且合法。「酒精的確會毀了某些人的人生。」梅勒穆斯解釋，「但對其他人來說，它可能正向些，像是可供舒壓或改善性生活等。這取決於文化背景以及個人。」

2014年，英國政府禁止英國製作的色情電影出現某些性行為動作，此舉在倫敦引起高調的抗議活動。圖／《BCC 知識 2017 年 6 月號》

溫說，這個領域充滿缺乏資料支持的誤解與偏見。儘管接觸色情影像會因為「耐受性」、「去敏感」造成性慾降低、性無能等疑慮，但普若斯在 2015 年於《性醫藥》期刊（Sexual Medicine）發表的研究卻顯示，這些擔憂沒有根據。

無獨有偶，大家都不疑有他地接受「網際網路興盛之後，人們得以隨手取得千奇百怪的影像，觀看色情片的比率也隨之提高」。但普若斯說，事實上統計分析顯示，觀看色情影像的人口從錄影機出現以來就沒有改變過。更令人驚訝的是，較近期的研究結果一反 1980 到 1990 年代的報告：增加接觸色情影像的機會，可降低性侵害比率。這些研究是在加拿大、克羅埃西亞、丹麥、德國、芬蘭、香港、上海、瑞典、美國等部分地區法律改變、取得影像難度降低之後出現的。

雖然普若斯不同意梅勒穆斯等其他研究者的結論，但她（以及幾乎所有性研究者）也同意，由於色情片會強化已存在的想法，對某些男性來說極危險。「最常被反覆驗證且令人憂心的害處是：原本就有強暴傾向的男性，會更加信服錯誤觀念。」例如和女性約會就該發生關係，或認為女性都想被強迫發生關係等等。

普若斯說，「已經有這些想法的人，一旦開始看暴力色情片，就會越來越強化這些迷思，而這絕對和性侵事件有關。」然而並非所有類型的色情片都會造成這個問題。據普若斯所說，普通的性愛影片不太會強化危險心態，但暴力色情片肯定會。

就好的方面來說，普若斯認為研究者或許可以在實驗室裡用色情片治療那些有暴力、濫用傾向的人。「如果我們能強化這些影片純屬幻想、並非事實的觀念，就有可能降低色情片的傷害力。」

大眾媒體中的色情片

加拿大西安大略大學心理學家泰勒．科赫博士（Taylor Kohut）指出，研究色情片有個大問題，在於媒體陳述它的方式。「雜誌喜歡推出比事實更緊張、更精彩的報導，而這是個很大的問題，因為研究者常常依據他們看到的新聞來決定研究項目。這兩者互相影響。」他說，「雖然不完全是負面的影響，但是值得正視。」

科赫在 2015 年的論文中，鉅細靡遺地整理了媒體報導色情片時「宣稱的害處」，包括性侵與強暴迷思，乃至於共產主義與組織犯罪等等，論文標題是〈大眾媒體忙著評判色情片與人際關係，學術研究卻落後了〉（How the Popular Media Rushes to Judgment about Pornography and Relationships while Research Lags Behind）。他發現媒體經常報導五個色情片的主要觀念是：色情片有致癮性、色情片對性關係有益、看色情片是另一種外遇、看色情片使你的伴侶覺得自己不夠好，以及色情片改變你對性行為的期待。這些見解比目前學術研究的範疇還要廣泛。

「我對色情科學研究的最大疑慮是，研究者看待這些議題時，為數不算少的人只想到害處。他們試圖建立方法，確認色情片會造成他們所相信的傷害，無論那是什麼。」他說，「這個領域需要更多願意好好閱讀資料、把自己的政治立場和主觀疑慮放一邊的研究人員。」

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上網收聽 BBC 廣播節目《Analysis》，討論關於色情影像我們真正知道的事，也聽聽梅勒穆斯教授怎麼說。

本文摘自《BBC知識國際中文版》第 70 期（2017 年 6 月號）

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文／鄭維智｜台灣大學食品科技研究所博士，現任食品藥物管理署簡任技正。

在親友團聚大快朵頤的同時，可能也暗藏感染諾羅病毒的危機！本期 ILSI Taiwan 專欄邀請食品藥物管理署鄭維智簡任技正，談政府如何透過科學的方法加強行政管理，減少諾羅病毒透過食物媒介造成的飲食安全問題。

近年來因諾羅病毒所引起的食品中毒事件時常躍上媒體版面。自 2012 年起，諾羅病毒已躍升為台灣食品中毒病因物質之主因，且其比率逐年增加，2015 年食品中毒病因物質判明案件數中，病毒所引起之食品中毒已經高達 47%，共發生 64 起案件，總計 1,653 名患者，而美國及日本諾羅病毒也占食品中毒病因物質判明的 45% 以上。

諾羅病毒是一種沒有外殼的，直徑約為 27 – 32 nm大小的單鏈核醣核酸（RNA）病毒，基因分型共有五型（GI, GII, GIII, GIV 及 GV），屬於杯狀病毒（Calicivirdae）家族中的一員。最早於 1968 年美國俄亥俄州的諾沃克市（Norwalk）的流行性腸胃炎事件中被發現，為經常引起腸胃炎的病毒之一，其他病毒還包括沙波病毒（Sapoviruses）、星狀病毒（Astoviruses）、A 型及 E 型肝炎病毒（Hepatitis A／E Virus）等，不過仍以諾羅病毒最為常見，影響層面也較大。

為有效防堵諾羅病毒的爆發與擴散，本文將回歸食品安全風險管理的系統性之準則，即運用「風險分析」之風險管理、風險評估及風險溝通三大要素，以科學為基礎，掌握諾羅病毒之特性及危害特徵，透過管理措施的介入，以資訊透明方式，使消費者及相關的利益關係人瞭解諾羅病毒並掌握其防治之道，以提升食品安全管理效能，控制危害，降低可能的風險。

運用「風險分析」之風險管理、風險評估及風險溝通三大要素，以科學為基礎，掌握諾羅病毒之特性及危害特徵，透過管理措施的介入，以資訊透明方式，使消費者及相關的利益關係人瞭解諾羅病毒並掌握其防治之道，以提升食品安全管理效能，控制危害，降低可能的風險。圖／ILSI Taiwan 提供

諾羅病毒的感染途徑與健康危害

一般而言，遭受病原菌污染的食品，必須繁殖到數十萬至百萬以上的菌數或釋放出毒素，如腸炎弧菌（Vibrio parahaemolytics）、仙人掌桿菌（Bacillus cereus）、產毒之病原性金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肉毒桿菌（Clostridium botulinum）等，才會造成食品中毒，但是諾羅病毒的傳染力及散播力非常快速廣泛，約 1 至 10 個病毒顆粒，就可傳染致病。每年的 11 月至 3 月間為諾羅病毒感染的高峰期，人類是此病毒的唯一帶原者，衛生習慣不佳時，會透過糞口途徑傳染病毒，包括與病患分享食物、水、器皿、接觸到病患的嘔吐物、排泄物或病患曾接觸的物體表面、攝食到遭受病毒污染的食物或飲料等。

依據美國疾病管制局（CDC）的評估，諾羅病毒 57% 經由食物傳播、16% 為人傳人、 3% 藉由被病毒污染的水傳播，顯見透過食物傳播為主要的方式之一。受感染的人員會污染各種食品，例如即食食品、沙拉、三明治、冰品、水果等，如果養殖環境遭受糞便污染，也會導致貝類的中腸腺累積病毒，生食或攝食前未經妥善加熱處理，極有可能導致人體致病，例如 2012 年及 2015 年均發生餐廳供食進口生蠔造成食品中毒；最易發生的場所包括飯店、長期養護機構及學校等人口密集場所，例如 2015 年瑞典某安養機構，住民食用受諾羅病毒污染的莓果後，造成 70 人感染，3 人死亡。同年臺灣也發生兩起飯店大規模的諾羅病毒食品中毒案件，主因為飲用未經徹底煮沸之山泉水所引起。

依據美國疾病管制局的評估，諾羅病毒 57% 經由食物傳播、16% 為人傳人、 3% 藉由被病毒污染的水傳播，顯見透過食物傳播為主要的方式之一。圖／By Malcolm Murdoch @ flickr, CC BY-SA 2.0

諾羅病毒引起的主要症狀有噁心、嘔吐、腹部絞痛和水樣不帶血腹瀉，特別是會發生激烈的嘔吐症狀。全身性的症狀有頭痛、肌肉酸痛、倦怠等，部分病患會有輕微發燒的現象，症狀通常持續 24 到 72 小時。嬰幼兒、身心障礙者或孱弱老人等敏感族群，有可能因體液流失而導致脫水，電解質不足進而抽搐甚至死亡，因此要特別小心，不可小覷。

風險管理防堵諾羅病毒

依據食品安全衛生管理法（以下簡稱食安法），政府要求食品業者必須實施之衛生管理系統包括食品良好衛生規範（Good Hygienic Practice, GHP），並適時導入危害分析重要管制點（Hazard Analysis Critical Control Point, HACCP）的觀念，實施食品安全管制系統。在衛生的要求下，餐飲從業人員、作業場所等都要避免交叉污染，其次，在安全的要求下，則可運用欄柵管理技術（Hurdle Management Technology），預防、去除及降低可能的危害物質，包括生物性、化學性及物理性的危害，諾羅病毒即屬於應管控之生物性危害。

鑒於台灣近年發生數起民眾食用進口生蠔而造成食品中毒案件，且 2016 年法國、愛爾蘭及美國等國家也有發生類似案件，因此，政府除了要求國內業者應作好衛生管理系統之外，對於輸入食品，政府也導入預防管制（Preventive Control）的概念，並針對管理上的重要管制點，提出新的管理措施如下：

一、源頭管理：擴大系統性查核範圍

台灣為世界貿易組織會員，在貿易自由化及市場競爭下，輸入食品眾多，食安法第 35 條規定對於安全風險程度較高之產品加強控管，得於其輸入前，實施系統性查核（註 1），查核機關針對產品輸出國（地）的食品衛生安全管理體系及政府機關監督措施，進行書面資料審查並派員實地查核，經評估該國之管理與台灣具等效性後，核定同意輸出國（地）之輸入申請，美國、歐盟及新加坡等先進國家，均有類似之查核機制。

目前台灣對於牛肉、豬肉、雞肉等肉類產品已經實施系統性查核，為加強其他高風險或影響層面大之產品管理，參照各國之管理模式及作法，政府依據輸入食品系統性查核實施辦法之規定，規劃擴大實施系統性查核之產品範圍，未來將納入水產品及乳製品（註 2），透過主管食品衛生及動植物檢疫機關間之跨部會合作，赴境外了解業者實施良好農業操作（Good Agriculture Practice）及管控食品加工衛生安全與台灣等效性之情形，達到源頭管理的目的，2015 年已先行前往紐西蘭執行實地查核，著手建立乳品及水產品系統性查核之模式。

台灣對於牛肉、豬肉、雞肉等肉類產品已經實施系統性查核。未來將納入水產品及乳製品，已經於 2015 年已先行前往紐西蘭執行實地查核，著手建立乳品及水產品系統性查核之模式。圖／By Dave Young @ flickr, CC BY 2.0

二、邊境管理：檢附含有捕撈地資訊之官方衛生證明

自國外輸入之食品，依據食安法第 30 條，須向主管機關申請查驗，經查驗符合規定，始得輸入，針對水產品，其中抽批檢驗項目包括諾羅病毒等病原微生物；為賦予業者自輸出國把關食品安全之責任，自 2016 年 3 月 21 日起，要求曾被驗出含有諾羅病毒並造成食品中毒之韓國輸臺貝類，需檢附該國衛生主管機關之衛生證明文件，始得受理報驗，此舉亦符合 WTO／SPS 之同等效力原則（註 3）。

其次，由國際食品中毒案例、各國食品回收案例以及各國管制水產品捕撈地之管理趨勢，為進一步保護國人飲食安全及健康，強化各國貝類產品輸入之源頭管理，政府更擴大規劃未來只要貨品分類號列 0307 項（註 4）下屬貝類產品供食用者，需檢附含有捕撈地資訊之官方衛生證明文件，並於申請食品輸入查驗時，加註捕撈地名稱於中文品名欄位，始得報驗（註 5），此舉將有助於要求輸入食品業者強化事前管理風險，防患未然，也讓政府可以追溯產地來源及建立國外優良業者名單。

韓國輸臺的貝類曾被驗出含有諾羅病毒並造成食品中毒，之後為進一步保護國人的健康，政府更擴大規劃未來只要貨品分類號列 0307 項下屬貝類產品供食用者，需檢附含有捕撈地資訊之官方衛生證明文件，並於申請食品輸入查驗時，加註捕撈地名稱於中文品名欄位，始得報驗。圖／By Chelsea Marie Hicks @ flickr, CC BY 2.0

三、後市場監測：市場及養殖場之檢驗與輔導

除了源頭管理與邊境管理之外，後市場監測同樣具有管理效力，源頭及邊境管理並非滴水不漏，因此要建立多道關卡，於後市場監督把關，自 2015 年起，食品藥物管理署與農業委員會分別從市場及養殖場，抽驗市售或養殖場之水產品，如發生諾羅病毒食品中毒事件時，跨部會合作釐清可能傳染來源。

強化諾羅病毒的風險溝通

病毒與感冒的關係，大家耳熟能詳，但是病毒與食品安全之間的關係則比較鮮為人知，因此需要將諾羅病毒的知識與防治的訊息，透過各種管道與方式輔導業者，並向民眾說明，例如以科普的方式介紹諾羅病毒，製作說明單張、防治海報、辦理記者會、食品從業人員之衛生講習等，每年於諾羅病毒流行期間，並請餐飲工會轉知所屬會員業者勤洗手，加強個人及環境衛生，預防諾羅病毒食品中毒。

此外，由於病毒的檢驗技術門檻較高，過去只有中央具有此技術，地方及民間之能力有限，因此政府於2016年開始辦理諾羅病毒檢驗教育能力訓練，邀請各地方政府衛生局、民間實驗室參與，使諾羅病毒檢驗技術導入各檢驗實驗室，並鼓勵參與認證，提升檢驗量能，讓政府與民間共同防治諾羅病毒。

運用風險分析架構，防治滴水不漏

歷年食品中毒統計顯示諾羅病毒防治的重要性，應從風險分析的角度，掌握諾羅病毒的風險特徵，輔導國內食品業者做好衛生與安全管理，從源頭、邊境及後市場三個關鍵點管理輸入業者與輸入食品，透過知識傳遞諾羅病毒防治觀念。食品安全要能滴水不漏，需要隨時滾動矯正、修正或調整管理措施，始能與時俱進，並與國際管理趨勢一致，逐步做好諾羅病毒之防治工作。

註 1：食品安全衛生管理法第 35 條授權訂定輸入食品系統性查核實施辦法，2014 年 2 月 11 日發布施行，並於同年 10 月 17 日公告修正，規範實施系統性查核之產品範圍、程序及相關事項。
註 2：2016 年 4 月 1 日進行第一次預告，2016 年 9 月 10 日進行第二次預告。
註 3：WTO/SPS 第四條同等效力，若出口會員客觀地向進口會員證明其檢驗或防檢疫措施達到進口會員要求之適當的檢驗或防檢疫保護水準，則即使此等措施有異於該進口會員或進行同一產品貿易之其他會員所採行者，進口會員亦應對其他會員的檢驗或防檢疫措施視為與該會員採行者具同等效力而接受之。
註 4：貨品分類號列 0307 章節之貨名為活、生鮮、冷藏、冷凍、乾、鹼或浸鹼軟體動物，不論是否帶殼；燻製軟體類動物，不論是否帶殼，亦不論是否係在燻製前或燻製時烹煮；適於人類食用之軟體類動物粉、細粉及團粒。
註 5：該管理措施已於 2016 年 4 月 15 日通報 WTO/SPS(G/SPS/N/TPKM/393)，4 月 19 日預告。

參考文獻：

戚祖沅、宋承叡、許婉貞、許朝凱、鄭維智。2011。食品中毒發生與防治 99 年報。行政院衛生署食品藥物管理局。台北。台灣。
戚祖沅、王鈺婷、林旭陽、吳宗熹、鄭維智。2013。101年某連鎖餐廳供食生蠔造成食品中毒事件之調查與處置。食品藥物研究年報。4 : 420-425。
鄭維智。2015。回顧我國食品管理之演進及精進。23:163-180。臺灣臨床藥學雜誌。
Cheng WC, Kuo CW, Chi TY, Lin LC, Lee CH, Feng RL, Tsai SJ. 2013. Investigation on the Trend of Food-Borne Disease Outbreaks in Taiwan, 1991-2010. J Food Drug Anal 21(3): 261-267.
黃郁珺、林蘭砡、陳清美。2016。食品中毒發生與防治104年報。衛生福利部食品藥物管理署。台北。台灣。

本文轉載自 ILSI Taiwan 專欄 2017 年 1 月號－《從風險分析面向，談諾羅病毒防治新趨勢》

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文／高崇文，中原大學物理系教授

這一回要來寫一個家喻戶曉的人物，法拉第。他的人生簡直是從狄更斯小說中冒出來的傳奇故事：出身寒微、個性善良的主人翁，憑著毅力與熱誠，得到眾人的喜愛與幸運之神的青睞，即使遇到嫉妒的眼光，碰到惡棍的阻擾，但主角總能逢凶化吉，最後結局皆大歡喜。所以法拉第的生平往往被寫成勵志小說，這也是法拉第人氣高居不下的原因。但是阿文倒是想趁這個機會，藉著法拉第好好地來介紹工業革命如何改變科學的面貌。

想多啃點書？那就當位裝訂工吧！

法拉第（Michael Faraday）於 1791 年出生於英國倫敦附近的一個叫 Newington Butts 的村子。法拉第的父親 James 是個桑地馬尼安教派（Sandemanians）的一員，桑德曼派是蘇格蘭長老會牧師格拉斯在 1730 年前後創立的教派。嗣後他的女婿桑德曼成為該教會的領袖。因此該派通稱桑德曼派。他們照著字面解釋聖經來實踐聖經的教導，譬如說他們認為人不應積累財富，因為那是違背《聖經》的教導。法拉第一生篤信這個教派。在英國凡是信奉英國國教以外的教派的人被稱為非國教徒 Dissenters。十九世紀以前他們不能進大學，不能擔任公職，簡直就是社會的邊緣人。但是隨著工業革命的開展，這一切都將改變，而法拉第就是最好的見證。

法拉第一生篤信桑德曼派，認為人不應積累財富，因為那是違背《聖經》的教導。在英國凡是信奉英國國教以外的教派的人被稱為非國教徒，十九世紀以前他們不能進大學，不能擔任公職，但一切在工業革命後都將改變。圖／By Thomas Phillips, Public Domain, wikimedia commons

法拉第的父親是名鐵匠，但身體並不好，無法常上工，因此造成家境貧困，因此年紀一到他就得去當學徒賺錢維生。實際上，更窮的人，年紀還沒到，就去當童工呢！（狄更斯就當過童工！）法拉第 14 歲時成為書本裝訂商 George Riebau 的書店中的不支薪跑腿工。Riebau 是躲避革命而逃到英國的法國人。由於老闆很欣賞他的工作態度，就將法拉第升作學徒，還不收學費。看過電影「戀戀風塵」嗎？電影中的阿遠不也是家貧無法升學，跑去印刷行當學徒嗎？就是因為可以邊工作邊讀書呀。當然，得遇到好老闆才行。

7 年學徒生涯中，他讀了不少啟迪他的好書，像是 Isaac Watts 的 The Improvement of the Mind。Isaac Watts 是「非國教派」的神學家與邏輯學家。書中對於學習的原則與建議，法拉第一直奉為圭臬。還有 Jane Marcet 寫的Conversations on Chemistry。這本書是第一本寫給一般讀者看的化學入門書。法拉第拿到這本書之後，不但熟讀書中內容，還將書中的實驗一個接著一個地試做過呢。大概是在他寄住師父家的廚房中，用鍋碗瓢盆等簡陋的器材來做的吧！

當時的正統教育注重的是希臘、拉丁文這種古典語文以及數學，那個時代也還沒有化學系或是工學院。Liebig 在德國Giessen 大學首次開辦世界上實驗與教學並行的現代化學教育是從 1826 年才開始的！嚴格說來，在十九世紀初，勉強來講只有醫生與藥師算是「科學專業人士」，至於天文學家與數學家則算是「古典學者」。對於要從事當時的新興學科，特別是化學的人來說，正規教育其實幫助有限，一般法拉第的傳記總是喜歡拿他的學歷做文章，似乎是有點大驚小怪。

大師演講，開啟新世界

當然，法拉第絕不是英國惟一嚮往科學的學徒，但是幸運之神似乎特別眷顧他。Riebau 的一位老主顧，William Dance（他是一位音樂老師，之前曾是職業音樂家）在 1812 年送了四張當時倫敦有名的戴維演講會的入場券給法拉第。這四場演講會的日期分別是 1812 年 2 月 29 日、3 月 8 日、4 月 8 日、和 4 月 10 日。這件事情成了法拉第人生的轉捩點，他作夢也沒想到他的人生將與戴維以及主辦演講會的皇家研究院都即將結下不解之緣。讓我先介紹一下這兩者吧！

皇家研究院是在 1799 年由美國出生的科學家 Benjamin Thompson 所創立的。它的宗旨是以「傳播知識，促進有用的機械的發明和改進，並藉科學的演講和實驗教導人們將科學應用在日常生活中」。這樣的宗旨開宗明義地宣告了科學的實用價值，在過去這可是聞所未聞的事。皇家研究院在倫敦市中心買了豪華的建築，也準備了講堂和實驗室。但是真正讓皇家研究院聲名大噪的是戴維（Humphry Davy）。

戴維在 1778 年出生在英格蘭彭贊斯附近的鄉村。他當了一段時間醫生的學徒，在藥局學習化學和藥學，也做了各式各樣，甚至危險性很高的實驗。1798 年戴維被 Beddoes 網羅到氣體研究所當助手。這個研究所的目的是將各種人工製造的氣體做為醫療應用，戴維因此做了各種氣體實驗。當時有許多名人會定期來研究所來吸他們製造的笑氣呢。1801 年他成為剛皇家研究院的化學演講助手兼實驗主任。一開始他做和電學相關的公開演講。由於他的實驗表演巧妙，本身又英俊挺拔，風度翩翩，因此引起轟動，吸引了很多女性聽眾。於是乎戴維在 1803 年就升為皇家研究院的教授。自 1807 年起至 1808 年之間他利用伏打電池發展出所謂熔鹽電解的實驗手法，藉此成功分離出鉀等六種元素。1812 年戴維受封爵士，聲望如日中天。可想而知他的演講會有多熱門了。

和法拉第結下不解之緣的戴維，是真正讓皇家研究院聲名大噪的重要人物。圖／By Thomas Phillips, Public Domain, wikimedia commons

法拉第興沖沖地在台下聽了四次演講，還寫了詳細的筆記。連同實驗裝置的素描，做成完整的記錄。並將這份厚厚的紀錄，用他拿手的裝訂技術做成一本精美的書。不久法拉第和 Riebau 的合約到期。他正式成了裝訂工人。法拉第和新老闆據說處得並不愉快。其實這時法拉第早已無心繼續當裝訂工了。但是當時並立志成為科學工作者的人並沒有可依循的管道，法拉第於是寄了封信給皇家學會主席 Joseph Banks。他的信石沉大海，沒有收到回音。其實當時階級界限相當森嚴，Joseph Banks 又是伊頓公學，牛津一路念上來的傳統的仕紳，接到一位陌生的裝訂工的信，想當然耳是扔進廢紙簍的吧。（當時英國禮法森嚴，未婚男女不能通信，向陌生人自我介紹更是沒教養的行為呢！）

好用助理兼小弟？只需帶上法拉第

正當法拉第感到沮喪時，Dance 建議他該去找戴維，還建議他把演講會的筆記寄去。此時幸運之神又再度眷顧法拉第。就在此時戴維在做實驗的時候發生爆炸，傷到眼睛。急需一位研究助理幫他做實驗的記錄。就這樣，法拉第在 1812 的年終做了幾天的研究助理。但法拉第的幸運還不僅如此。1813 年 2 月 19 日，一個在皇家研究院當研究助理的男子因為和同事吵架而被解雇。戴維毫不猶豫地推薦法拉第為繼任人選。法拉第 3 月 1 日就獲得錄用。薪水是週薪 25先令（年薪 57 鎊），再加上研究院內宿舍的煤炭與蠟燭的配給。當時一般人的年薪為 50 鎊左右，因此這個條件是相當不錯。但是半年之後戴維要到歐洲旅行，而且要求法拉第隨行。起初戴維打算旅行三年以上，所以他辭去皇家研究院的教授職，當然法拉第也只好辭職。一行人 1813 年 10 月 13 日從倫敦出發。

戴維的歐洲之旅並不是去觀光，而是去領獎！拿破崙皇帝要頒獎給戴維！而戴維也是興致勃勃要和歐洲大陸的學者討論，必要的話也想做實驗。因此行李之中加上便於攜帶的實驗器具組，所以需要實驗助手法拉第同行。由於當時英法還在打仗，戴維的貼身僕人並不想去，法拉第原本是以助手的身份跟去，卻被要求同時作戴維的僕人，直到在巴黎找到人代替為止。戴維最後沒找到代替者，法拉第也因此被強迫在整個旅程同時兼任僕人與助手。

雪上加霜的是戴維的新婚妻子把法拉第當成僕人，旅行時要他坐在馬車外，與僕人同桌吃飯（看過唐頓莊園的看官一定知道我在講什麼！）這件事後來被人加油添醋，其實戴維夫人原是蘇格蘭一位家財萬貫的富商之女，後來嫁給一位「從男爵」的繼承人，沒想到她的第一任丈夫還沒當上從男爵就過世了，她才再嫁給戴維。顯然這位女士跟當時英國千千萬萬位仕女一樣，有著強烈的階級成見，而當時的實驗室助手並不像今天一樣被當做是「同事」，而更像是下屬（像法拉第自己的實驗室助手安德生，雖然忠心又沉默寡言，法拉第可沒把他當同事看）。

他們到達巴黎後，除了與安培等人見面外，戴維還「順便」確認了碘是一種元素！十二月一行人到達佛羅倫斯，在此戴維在法拉第協助下做了一系列實驗，證明了鑽石其實就是碳！隔年六月他們到米蘭跟伏打見面，一路北上到日內瓦。當他們準備前往希臘與伊斯坦堡時，拿破崙逃離厄爾巴島的消息傳開來，由於擔心時局動盪，一行人在 1815 年 4 月 23 日回到英國。

避免礦坑爆炸，從礦燈改良開始

這趟旅行雖然讓法拉第大開眼界，但回國後卻失業了。幸好皇家研究院以比之前稍高的薪水再次聘用了法拉第。這當然是拜戴維所賜。法拉第在 1821 年升為 Assistant Superintendent。除了要擔任在戴維辭職後續任的布蘭德教授上課時的助理，管理實驗室之外，法拉第還要從事皇家研究院接受委託的工作。因為接受私人的委託也是皇家研究院重要的財源之一。從委託的內容也可以看出研究院重視以科學來改善窮人的福祉的一面。最好的例子莫過於安全燈的改良。

隨著工業革命的進行，煤炭的需求量不斷上升，過度開採導致礦坑事故變得頻繁。特別是自從 1812 年 5 月 25 日發生Felling Colliery 礦災（這起事故造成 92 人死亡，其中 37 人是 17 歲以下的小孩，最年幼的罹難者年僅九歲）之後使得社會注意到礦工的安全，迫使礦業主來請求皇家研究院協助。戴維在法拉第的協助下，發現礦坑內的甲烷依一定比例和空氣混合的氣體，在接觸火或高溫熱源時會爆炸。

根據這個發現而發明的安全礦燈具有用細密的鐵絲網包覆燈火的構造。混合了甲烷的空氣進入安全燈時會被鐵絲網冷卻，因此無法達到燃點。此外，當鐵絲網變紅的時候，還有警示的功用。戴維親自進到礦坑內測試安全燈的效用，而且不申請專利。這些做事態度後來法拉第都繼續奉行。但隨著戴維在 1819 年接受了「從男爵」的爵位，隔年又成為皇家學會主席之後，兩人卻漸行漸遠。兩人間的裂痕不久後浮上檯面了。

戴維發明的安全礦燈具有用細密的鐵絲網包覆燈火的構造。By Scan made by Kogo, Public Domain, wikimedia commons

昔日師徒情深，而今形同陌路

在厄斯特發現電流生磁現象後，戴維和 William Hyde Wollaston 嘗試設計一部電動機，但沒有成功。Wollaston 認為電流在導線內以螺旋方式進行。他預測一條懸掛的導線會受到附近的磁鐵的影響而以自身為軸旋轉。與他們討論過這個問題後，法拉第把導線接上化學電池，使其導電，再將導線放入另一個內有磁鐵的汞池之中（如下圖），他發現導線繞著磁鐵旋轉。這個裝置現稱為單極馬達。

法拉第證實電磁轉動的實驗裝置。圖／By Michael Faraday, Public Domain, wikimedia commons

原理是這樣的：放置在與磁場垂直的載流導線會產生一個垂直磁場與導線的力。此力產生一個力矩。由於旋轉軸與磁場平行，且對應的磁場方向不變，故電流不需要改換方向還是可以持續旋轉。法拉第這項發現的報告於 1821 年 9 月 11 日發表，刊載於 Quarterly Journal of Science。法拉第在未告知 Wollaston 的情況下就將論文發表。雖然 Wollaston 的預測和法拉第的實驗並不相同，Wollaston 和他的朋友還是認為這是一種「剽竊」行為，為此法拉第受到相當嚴厲的責難。

1823 年 3 月戴維以主席的身分在皇家學會演講，居然將電磁轉動歸功給 Wollaston，對法拉第來說是格外難堪之事。之後有人提名法拉第成為皇家學會的院士（FRS）的候選人。戴維不但反對，還試圖阻擋法拉第當選，但沒有成功，法拉第在 1824 年 1 月 8 日被選為皇家學會的院士。這件事讓兩人師徒情份盡失。而從 1825 年起，法拉第更獲聘為皇家研究院的 Director of the Laboratory，年薪 100 鎊。他擔任這個職務一直到退休。

院士選舉這件事後來被法拉第的傳記作者大書特書。被當做是戴維嫉妒法拉第的鐵證。甚至認為 1825 年戴維指派法拉第進行改良光學玻璃實驗是阻止法拉第研究電磁學的陰謀。其實這個計畫是皇家科學院和海軍部帶進來的。計畫裡組織一個小型的委員會，法拉第的責任是負責指導光學玻璃的製作。Dollond 負責研磨鏡片，John Herschel 進行光學性質測定。

把戴維想成似乎是三國演義的周瑜一般地妒火中燒，似乎與他向來的為人不符吧？更何況，就在同一年法拉第還能從倫敦路燈使用的瓦斯（一種從鯨油分解而來的產物）分離出苯，看來法拉第並不是單用一個計畫就能阻止他做別的研究的人。不管如何，光學玻璃實驗最終在 1829 年年底喊停了。而這一年戴維與 Wollaston 相繼謝世，「湊巧」的是，法拉第不久就回到電磁相關的研究。真相如何，恐怕只有當事人才知道吧。

從一個裝訂學徒變成為當時一流的學者，法拉第走過了迢迢長路，然而他的精彩人生才正要邁入高潮，還請各位看官耐心等候。

下回見囉！

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 6 月號，更多文章請見物理雙月刊網站。

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文／高崇文，中原大學物理系教授

聽說咱們臺灣的基礎研究的預算，今年又要狠狠地被砍一番，不禁想起法拉第這位一生游走在基礎研究與應用科學的科學家。他可是惟一得過兩次 Copley 獎章的物理學家哦。（Copley 獎章是皇家學會不分領域所頒發的最高榮譽）且讓我們來看看，法拉第這位光電磁的魔術師在玩什麼戲法？

以磁生電，古往今來第一人！

厄斯特發現電流生磁後之後，科學家發現愈來愈多電磁相關的現象。像法國科學家 François Arago 就發現把電線捲成線圈，再把不帶磁性的金屬棒放進去，金屬棒會被磁化。此外，若是將圓形磁鐵和不帶磁性的圓型金屬板，彼此靠近排在一起，當磁鐵轉動時，金屬板也會朝同樣的方向轉動。這個被稱呼為「Arago 圓盤」。英國科學家 William Sturgeon 在 1823 年也發現，若是將鐵棒放入用鐵絲纏繞而成的螺線管內的話，鐵棒的磁場會變強。他還將鐵棒彎成 U 字型，通電後成功吸起相當於磁鐵 12 倍重量約 4 公斤重的秤錘！但是這些基本上都是以電生磁，那倒底能不能以磁生電呢？雖然大家普遍相信有可能，可是沒有人做的出來，直到 1831 年，法拉第才終於成功地以磁生電！

François Arago 發現把電線捲成線圈，再把不帶磁性的金屬棒放進去，金屬棒會被磁化。圖／By Hendrik Scheffer, Public Domain, wikimedia commons

法拉第把兩條獨立的電線環繞在一個大鐵環，第一條導線連上電池，另外一條導線只連上電流計。他發現當第一條導線通電跟斷電時，連上第二條導線的電流計都會動一下，法拉第接著把磁鐵通過導線線圈，線圈中也有瞬間電流產生。移動線圈通過靜止的磁鐵上方時也一樣，原來之前眾人都期待「以磁生電」會產生穩定電流，只有法拉第注意到磁場變化生出來的電流都是瞬間電流！1831 年 11 月下旬，法拉第在皇家科學院的聚會中做了口頭發表，接著又以「與電相關實驗之研究」為題投稿到自然科學會報。這是他在接下來將近 25 年間撰寫的 29 篇論文中的第一篇。除了其中一篇論文之外，28 篇論文都發表在皇家學會的旗艦刊物《自然科學會報》（The Philosophical Transactions of the Royal Society）。內容就是大家從國中就學過的電磁感應定律（不過感應電動勢的方向是後來才由在聖比得堡的冷次 Heinrich Lenz 所決定的）隔年法拉第就獲得他的第一面 Copley 獎章了。

大家國中都有玩過電磁感應嗎？圖／By Eviatar Bach, CC0, wikimedia commons

論文還沒付印前，法拉第就寫信告訴法國數學家 Jean Nicolas Pierre Hachette 他的大發現，Hachette 將內容透露給 Arago。Arago 則在 12 月 26 日一個會議中宣布。這個消息幾天後出現在巴黎的報紙上。但報導卻說在法拉第之前已經有法國科學家先做過這個實驗。更離譜的是當時頗備歡迎的英國雜誌 Literary Gazette 的主編 William Jerdan 居然寫了篇文章說道「最早發現電磁感應現象的是 Leopoldo Nobili 和 Vincenzo Antinori 兩位義大利科學家，法拉第是重做了他們的研究」。這是因為義大利的雜誌將這兩位義大利化學家的論文發表日期由 1832 年 1 月往前移了兩個月成為 1831 年 11 月造成的誤會。這兩位義大利化學家在他們的論文中明明承認法拉第首先發現電磁感應。順便一提這兩位學者是在佛羅倫斯做的實驗。

當然最後法拉第的功績還是被世人肯定，不過話說回來，當時的社會大眾會關心「從磁力做出電」這件事，表示科學的成就已經開始牽動一般民眾的民族情感，這也顯現出科學與社會的互動已是愈加緊密，至於這是好還是壞，就見仁見智囉。

看不見的電其實藏有定律

法拉第研究電磁感應後提出了一個非常重要的新概念。那就是「磁力線」。根據法拉第的看法，磁力線占據磁鐵內部與其周圍的空間。雖然肉眼不可見，但是只要將鐵粉灑在磁鐵上方的紙張上，馬上就可以看到圖形。磁力線在磁力最強的兩極附近，分佈得最稠密。離兩極越遠，隨著磁力越弱磁力線的分佈的密度越低。有了磁力線的概念，法拉第認為切斷線路上的磁鐵或其他電流發出的磁力線，是引起電磁感應的原因。法拉第的磁力線概念後來被馬克士威發揚光大。不過法拉第的電磁感應模型也有踢到鐵板的時候，著名的「法拉第弔詭」就是最好的例子。限於篇幅，阿文在此不能詳述，日後當寫專文一篇來討論，還請各位看官耐心等候。

磁力線占據磁鐵內部與其周圍的空間。在磁力最強的兩極附近，分佈得最稠密。離兩極越遠，隨著磁力越弱磁力線的分佈的密度越低。圖／By Newton Henry Black, Public Domain, wikimedia commons

法拉第下一個重要貢獻是證明了電基本上是同一種東西；在 19 世紀初，不同來源的電因而有不同的名稱。像是由伏打電堆（或一般化學電池）所得的電稱為「伏打電」；經由摩擦而得的靜電稱為「摩擦電」；電磁感應產生的被稱為「磁電」；溫度不同的兩個金屬產生的叫「熱電」；電魟和電鰻之類產生的則叫「動物電」等等。法拉第認為這些不同名稱的「電」應該擁有相同的性質。那他要如何證明呢？

1833 年法拉第設計了一種測量電流的儀器，根據電解過程中釋放的氣體體積來衡量流過的電流量，也就是後來的伏特計（Voltmeter）。他用這種儀器量度了電解過程中每產生 1 克氫氣所通過的電量與在電解槽中所沉積出的各種物質量的關係，最後歸納出法拉第電解定律：

電解過程中，於電極所游離出之物質的質量與通過電解質之電量成正比
電解過程中，用相同之電量，其產生游離物質之質量與它們的化學當量成比例

無論電的由來為何，一定量的電會引起一定的效果，就這樣法拉第證明了各種名稱的電其實都是相同的。電解定律馬上就被發現具有實用的價值。利用電解的鍍金法，當時流行的方法是汞合金法就是將金與汞混合，金汞比例大致為（1 : 7），形成液體合金（金汞齊）。將它塗抹在器物的表面。無煙炭火溫烘烤令汞蒸發，剩下金層。電鍍比起來要安全得多而且更有效率。

搭乘飛機怕雷擊？法拉第會說「免驚」

三年後法拉第又讓社會大眾大吃一驚。法拉第做了一個被細密的金網包覆的木框。籠子長達 3.5 公尺相當龐巨大，無法放進法拉第的地下實驗室，只好搬到講堂。實驗時因為有大量的電荷從發電機送到籠子表面的金網，所以甚至有火花從金網飛出來。但是法拉第進到籠子裡，不但點燃蠟燭，還一副悠哉悠哉的模樣。他還用電表確認了籠子裡完全沒有電荷。這就是法拉第籠。

被導體包圍的法拉第籠內部的電位完全相同。所以一旦將電荷帶進籠內部，電荷就會往法拉第籠移動並分佈在籠子的表面。在日常生活中，飛機和汽車等金屬製的交通工具就算被雷打中，裡面的乘客也不會受到影響。阿文曾搭飛機時親身經歷飛機機身被雷擊中，一時機艙內一片死寂，只有陣陣嬰兒哭聲，不多久傳來德籍座艙長冷冷地說「我們開始供應餐點」，真是畢生難忘。當然啦，飛機一路順利抵達目的地，只是當時魂飛魄散的模樣依稀在眼前呢！

法拉第籠示意圖。圖／Di L’utente che ha caricato in origine il file è stato Nobelium di Wikipedia in tedesco, Public domain, wikimedia commons

當時大部份的科學家都認為庫侖力與萬有引力都是所謂的「超距力」，力是電荷或質量之間的作用，跟周遭的介質是無關的。法拉第獨排眾議，認為電力是透過介質而來傳遞，所以介質應該對電力有影響。為此 1837 年法拉第做了兩個大小相同的電容。電容的內極板與外極板之間各有 3 公分的間隔，可在其中填入介質。他先讓其中一個電容的內極板帶電，接著讓這個極板與另一個電容的內極板連接。結果電荷在兩個電容平均分布。接著他將其中一個電容的空腔填滿介質，再重複相同的實驗，卻發現填滿介質的電容累積比較多的電荷（電荷多寡是由庫倫的扭秤做測量）。由此可用數值來表現絕緣體的介質性質。法拉第把這個數值叫作比電容量，現在我們稱之為介電常數。

1838 年法拉第與德國的「數學皇帝」高斯一起獲得 Copley 獎章，這是他第二次獲獎。但是之後法拉第就病倒了（當時法拉第四十九歲，當年戴維是五十歲英年猝逝，後世有學者懷疑他們因為長期接觸有毒物質所以才會健康出問題。誰說科學工作沒風險？）在休養好一陣子之後法拉第才逐漸恢復，接下來他的興趣由電磁現象轉到了光與磁相關的問題，並且得到非常豐碩的成果。

劃時代磁光效應，想得到卻量不到

法拉第認為光跟電磁現象有密不可分的關係，一開始他嘗試讓光通過強電場，想要觀察偏振光是否產生變化。但是徒勞無功。後來法拉第把電場換成磁場，在偏振光的附近放置磁極，並且讓偏振光通過各式各樣透明物質。雖然改變過磁鐵的強度、位置、通過物質的種類，卻一直無法得到預想的結果，1845 年 9 月 13 日他終於發現電磁鐵讓光的偏振面旋轉的神奇現象！當偏振光與磁力線平行地通過重玻璃時會產生最大的旋轉。這個實驗首次證明了光和磁力有所聯繫，也開啟後來馬克斯威爾的工作！

諷刺的是，使偏振面產生旋轉的物質正是令他苦惱許多年的「光學玻璃改良計畫」中製造的高折射率重玻璃。他了解到這種玻璃的高折射率會放大磁力的作用。這個現象是由於線性偏振可以分解為兩個圓偏振部份的疊加，而這兩個圓偏振部份之間的振幅相同、一個左旋，一個右旋，當磁場加在磁性物質上時，左旋與右旋光在磁性材料中有不同的吸收及反射係數，造成左旋圓偏振光波與右旋圓偏振光波各自以不同的速度傳播於介質，造出的相對的相移就會造成線性偏振取向的旋轉。電場其實也有類似的現象，但是法拉第當時的儀器還量不到這個效應，要等到 1878 年蘇格蘭科學家 John Kerr 才成功。

雖然在 1845 年法拉第已經發現磁光效應，直到一百多年後，才應用起磁光效應觀察、量測磁性材料的磁滯曲線；隨著雷射光與電子學的發展，結合磁光效應，發展出新型的光訊息元件——磁光元件。如法拉第旋轉器（Faraday rotator）可以用於光波的調幅，是光隔離器與光循環器（optical circulator）的基礎組件，也是光通訊與其它雷射領域必備組件。在天文學裏，法拉第效應也是一種很重要的磁場測量工具。舉個例子，從銀河系外射微波源（extragalactic radio sources）發射的無線電信號，穿過日冕而產生的法拉第效應，可以用來估算日冕內部的電子密度分布以及磁場的分布。

處處皆有磁？原來法拉第才是第一位「萬磁王」

當時人類只知道磁石等特殊物質有磁性。但法拉第相信所有物質或多或少都有內含的磁性。雖然早在 1778 年，S. J. Brugmans 就發現了金屬鉍和金屬銻在磁場中存在某些抗磁性現象，但是直到 1845 年 9 月，法拉第發現在外在施加磁場中，所有天然物質都擁有不同程度的抗磁性，抗磁性 diamagnetism 這個詞才正式在文獻中使用。其實這個詞是William Whewell 建議的（Whewell 還創造 scientist, physicist 等詞呢）這個現象要等到二十世紀量子力學出現之後才能完整地解釋，不過這算是邁出磁性物理的重要的一步。

法拉第不僅相信光與電磁現象有關，他還相信重力與電磁現象也有關。1849 年 4 月，法拉第開始做實驗要來證明電與重力的關係。他嘗試將銅之類非磁性物質所做成的球，從直立的金屬製螺旋梯中落下，但沒有任何特殊的發現。他逐漸提升降落的高度。還是沒有看出任何效果。最後他甚至利用泰晤士河南岸的 Lambeth 的 shot tower，還是無法觀測到任何電荷變化（shot tower 翻做散彈製造塔，將鉛溶化後從很高的塔頂滴下去，塔底為水槽，墜落於水槽的鉛滴即可製成鉛彈）。法拉第不得不承認無法證明電和重力的關連，他非常失望，因為他連重力電這個專有名詞都早就準備好了。法拉第將這個研究結果投稿到哲學學報（Philosophical Transactions），皇家學會的秘書斯托克斯認為實驗沒有成果而將它退稿。這是法拉第最後一篇的投稿論文。

泰晤士河南岸的 Lambeth 的 shot tower（左）圖／By David Wright, CC BY-SA 2.0, wikimedia commons

法拉第真正最後的實驗又回到光與磁的關係。1862 年 3 月 12 日，他觀察強磁場是否會改變鈉的 D 線（焰色反應中的黃色光）的頻率與譜線線寬。結果是一場空。然而，法拉第的想法並沒有錯，問題出在他當時使用的儀器，尚不足以觀察到這效應。等到 1896年，荷蘭的物理學家 Zeeman 才利用分光能力更好的光柵分光器觀察到了今日我們稱之為 Zeeman 效應的光譜線的分裂。順帶一提，Zeeman 和用理論解釋此效應的勞侖茲一起獲得 1902 年的諾貝爾物理獎呢。

綜觀法拉第一生的研究，可以看得出來他所追求的是各種物理現象的合一。這跟他個人虔誠的宗教信仰有密不可分的關聯。有趣的是法拉第工作一輩子的皇家研究院非常重視科學的應用的機構，與傳統的學術單位大相逕庭。但是法拉第的電磁學研究許多在他有生之年是看不出應用價值的。到頭來，做科學最要緊的是有好的品味，做出好的科學才是王道吧。

各位看官，您說是不是呢？

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 6 月號，更多文章請見物理雙月刊網站。

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文／高崇文，中原大學物理系教授

工業革命之後，科學與社會的互動變得比以前更密切，而科學家不僅要焚膏繼晷地探究自然的奧妙，還要將科學的新知轉換成大眾熟悉的語言，甚至要幫社會解決問題，簡直成了希臘神話中那位教會人使用火的普羅米修斯了。綜觀法拉第的一生，在普及科學方面可是說是開風氣之先，此外他還運用他的科學知識幫助社會處理礦災，燈塔甚至發臭的泰晤士河。說他是維多利亞時期的普羅米修斯毫不為過呀！

既能賺錢又可教育，科普演講第一人

說來有趣，法拉第的演講生涯是為了籌錢。從 1820 年代後半到 1830 年代初期，皇家研究院陷入經濟危機。1818 年雖然跟大金主 John Fuller 借了 1000 英鎊來紓困，但是只靠會員繳納的會費，很難維持研究院的運作。法拉第在 1825 年升任為實驗室主任（Director of the Laboratory of the Royal Institution）因此規畫了以兩個公開收費的系列演講，來解救研究所的困境。

第一個是周五演講會。法拉第擔任實驗室主任之後，就召開每周五傍晚的研究院集會。所有會員都可以自由參加，也可以攜伴前往。這個集會備受好評，所以法拉第便將它變成公開收費的演講。周五演講會在初期就被泰晤士報等等報章的星期六版詳細地報導。而法拉第也常將本身研究的最新成果藉此公諸於世。周五演講會是在每週五晚上九點，在皇家研究院的大講堂舉行整整一個小時。受邀演講者並不限於當時有名的科學家，還包括各個領域的名人。從演講者的選擇、邀請，以及在記錄上耗費的大量精力，可以窺見法拉第為這個演講企劃投入了多少力氣。

直至 1840 年代初期為止，法拉第一手主導周五演講會。他說服了藉由科學工作認識的朋友和同仁到周五演講會來演講。能被邀請為周五演講會的講者在當時被視為莫大的榮譽，再加上台下的聽眾不乏貴族和名人，所以講員都很緊張。甚至曾經發生膽小的 Charles Wheatston 爵士在通往講台的門前怯場逃走，法拉第只好上台即興演講代打的趣聞。法拉第本身也時常擔任講者，除了因病休養而缺席的 1840 年，及至 1862 年退休為止，他登台的次數占了 1862 年為止所有演講的五分之一。他的演講內容包括在皇家研究院地下實驗室得到的最新成果。1846 年曾經發生因為聽眾超過 1000 人，使得新聞記者們無法入場而不滿的事件。可見星期五演講會在當時就是多麼地受歡迎了。

另一個系列的演講則是以孩童為對象的聖誕節演講會。這個也是從 1825 年開始。當時中小學完全沒有系統化的科學教育，法拉第的創舉令人佩服。1825 ～ 1826 年首次聖誕節演講會的講者是當時皇家研究院的力學教 Millington，講題是「自然哲學」（也就是「科學」），1826 ～ 1827 年則由天文學家 Wallis 擔任講者。1860 年為止的講者之中除了法拉第自己，皇家研究院的 William Thomas Brande 講了七次，John Frederic Daniell 一次，其餘則為化學領域以外的的講者，講者幾乎都是皇家研究院內的科學家。這些演講和星期五演講會相異之處，在於聖誕節演講會偏重化學領域。這是為了孩子們準備的有實驗表演的演講。聖誕節演講會也同樣被報紙廣泛報導。這些報導使得對法拉第的好評不限於科學界，更廣泛傳到社會。就這樣，法拉第成功地讓維多利亞時代的英國都「看得到」科學與皇家研究院。

因為演講的推廣，報導對法拉第的好評不限於科學界，更廣泛傳到社會。就這樣，法拉第成功地讓維多利亞時代的英國都「看得到」科學與皇家研究院。圖／By Alexander Blaikley, Public Domain, wikimedia commons

1830 年代末期，皇家研究院總算從財政危機中解脫出來，法拉第將皇家研究院的建築物正面飾以雄偉的歌德式圓柱。完成後令這棟門牌為 21 號的建築物，在櫛比鱗次的商店和住宅的 Albemarle street 上顯得鶴立雞群，彷彿在宣示惟有這棟建築物是學術的殿堂。這兩個連續性的演講至今仍持續仍在舉辦呢。

當時的大文豪狄更斯曾聽過法拉第的演講後大感欽佩。他勸過法拉第兩次，一定要將演講內容出版成書。但是法拉第以「若印成書，就無法傳達隨實驗演進課程的精髓」的理由拒絕了。但演講的部分內容後來還是被印成書。『蠟燭的科學』為題的演講在 1848 ～ 1849 年及 1860 ～ 1861 年共舉行兩次。第二次既是法拉第最後一次站上聖誕節演講會，也是後來普及於世的那本書的基礎。其實這本書並不是法拉第親筆所寫，而是由當時名為 Chemical News 的科學雜誌編輯 William Crookes 徵得法拉第的同意後，委託速記員做紀錄，由 William Crookes 整理後加上圖，先刊載於雜誌，再發行成冊。透過『蠟燭的科學』，法拉第不只是個科學家，更以一個演講家，以及對推廣科學做出偉大貢獻的的身分而名留青史。順便一提 William Crookes 後來發明陰極射線管，發現鉈元素，還當過英國皇家學會主席呢。

哪裡出了問題，就用科學來解決吧！

除了普及科學知識，法拉第也致力於將科學知識拿來貢獻社會。他和 Trinity House 長年來不遺餘力的合作就是最好的一個例子。Trinity House 是總管圍繞英國領土海域安全相關業務的組織。不僅燈塔，還包括浮標及領航都是它的業務。當時還沒有飛機，所以長距離的貨運客運都是要靠海運。因此燈塔非常重要。英國對燈塔技術革新的需求逐漸增加，因此法拉第接受了 Trinity House 的委託，於 1836 年以年薪 200 英鎊就任顧問職。

法拉第針對如何讓照明能夠穩定提出各項建議並且著手進行改良。電燈照明的時代來臨後，法拉第的專長變得更加有用。這份工作法拉第一直做到1865 年為止。為了執行任務，法拉第曾在暴風雨的天氣裡，乘著小船出海看看燈塔的光能夠傳到多遠。也曾經在前往目的地燈塔的路上，因為下雪鐵路不通，徒步穿越積雪的曠野，再攀越圍牆才能抵達燈塔，而且這還是在他 70 歲時發生的事呢。

法拉第致力於將科學知識拿來貢獻社會，和 Trinity House 長年來不遺餘力的合作就是最好的一個例子。Trinity House 是總管圍繞英國領土海域安全相關業務的組織，尤其在燈塔方面因為海運是唯一的途徑顯得更重要，而法拉第的專業也恰好能盡情發揮。圖／By User:Grim23, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

自從法拉第科學家的聲名鵲起之後，來自政府和關係機構的委託案就蜂擁而來。漸漸地，有越來越多對跟法拉第的研究沒有直接關聯的問題也聞聲而來，徵求他的意見。像國家畫廊和大英博物館因館藏快速劣化而委託法拉第擬出對策來處理因倫敦的黃色霧霾造成對美術品的損害。法拉第從年輕的時開始就是皇家工藝與商業協會會員所以他一口答應。針對國家畫廊中貴重繪畫的髒污，法拉第教人用酒精先去除畫作表面的亮光漆，讓繪畫恢復到接近原本的狀態。法拉第還曾經和當時英國最著名的美術評論家 John Ruskin 發生過論戰呢。

另一方面，大英博物館裡古希臘帕德嫩神殿的大理石雕像（在英國泛稱為埃爾金大理石雕塑，Elgin Marbles）因為有為數眾多的參觀人潮帶入灰塵，以及黃色霧霾裡所含硫酸的影響，表面明顯被汙染還產生細小的龜裂。法拉第用海綿、手指或刷子沾稀硝酸、弱鹼或強鹼的水溶液盡量地清潔。我們到倫敦旅行，參觀國家畫廊和大英博物館那些令人讚嘆的館藏時，應該要記得要感謝法拉第呀。

1844 年 9 月 28 日 Hasewell Colliery 礦坑發生了大災難，造成 95 人犧牲，其中還包括當天第一次進入礦坑的 10 歲少年。政府針對這個慘案組成了調查委員會，並任命法拉第與地質學家 Charles Lyell（他後來受封從男爵）為委任專家。當時法拉第已經年近半百，還深受眩暈與記憶減退所苦。才剛剛藉由休養和易地療法恢復健康，正要回到工作崗位的時候。但他勇於任事，沒有推辭，親自前往出事的礦坑來調查，並且出席調查委員會，陳述他的專業意見。事故原因不外乎煤碳粉塵或粉塵與甲烷兩者的共同作用，這是戴維和法拉第早就已經調查清楚的事了。結果礦坑經營者卻還是無視危險，自行其是。才釀成大災！科學的力量在經營倫理前竟顯得如此軟弱無力。這是維多利亞時期英國的醜陋面。

1855 年 7 月，泰晤士河變得臭不可耐。法拉第前往考察泰晤士河發臭的實際狀況，並將結果投稿到泰晤士報。他坐著蒸氣船往返於 London bridge 與 Hungerford bridge 之間調查。法拉第視情況，並非僅止於觀察，甚至還用實驗的方式來了解狀況。比如說將白紙濡濕浸到河水中，發現下沉不到 3 公分深就看不見紙了。法拉第的結論是整條泰晤士河都成了下水道。惡臭的主要原因之一是沖水馬桶的普及。因為屋內雖然已經有沖水馬桶，配套的下水道系統卻尚未完成，於是汙水就全部直接排放到泰晤士河裡。因此，改善泰晤士河的發臭問題需要很長的時間。事實上在 1858 年因為實在是太臭了，還被稱為「大惡臭」在歷史上留下臭名呢。河川發臭會成為眾人關切的問題，原因之一是一年前曾經爆發霍亂大流行。病源經由空氣散播是當時根深蒂固的觀念。當時認為臭氣，即受汙染的空氣易造成疾病流行。後來大家才知道霍亂與臭氣是沒有直接關連的。

法拉第考察泰晤士河示意圖。圖／By John Leech, Public Domain, wikimedia commons

金錢名利只是浮雲，科學才是他的真愛

雖然法拉第對公眾利益向來非常注重，但是對於自己的私利就相當地澹泊了。皇家研究院給法拉第的薪水自法拉第就任實驗室主任起即為年薪 100 鎊。1833 年法拉第因皇家研究院大金主富勒的捐獻而成為富勒講座教授，這個職位的年薪為 100 英鎊。就這樣法拉第得到了皇家研究院教授的頭銜。所以 1833 年以後他有年薪 200 鎊的收入。後來在 1853年調薪至年薪 300 鎊。其實法拉第副業收入，就是從研究院外面來的委託業務工作，遠高於本薪。1830 年法拉第的副業收入約年薪 1000 鎊。但是法拉第在 1830 年代因電磁感應的發現等等，正值研究的頂峰。他認為難以兼顧副業與研究，因此不再接受外面來的委託。結果 1832 年的副業收入變成年薪 150 鎊，1835 年終於歸零。

1837 年英國國會通過 Civil List Act 1837，設立了給卓有功勳的人士每年 300 鎊的年金。法拉第當然名列其中。但是時任首相第二任墨爾本子爵 William Lamb 說了「最近的藝術家和科學家都想趕快拿到年金，年金制度根本就是個騙局」的不當言論後，法拉第馬上辭退，不受嗟來之食。後來還是在法拉第的朋友和皇室的斡旋之下，他才在 1838 年 12 月 24 日正式接受300 鎊的年金。

法拉第從不為自己的發明申請專利，對將發明產業化，也是一點興趣缺缺。可能是因恩師戴維對專利沒有興趣。在電磁感應發現的數年後，當時的財政部長到皇家研究院訪問，曾問法拉第「和電有關的新發現有甚麼樣的用途」，法拉第回答：「我不知道，不過有一天政府大概會為它課稅吧。」可見法拉第雖然預見了他的發明應用的可能性，但他對於實業化沒有興趣，只有追求基本的科學真理才是他終身的志趣。在法拉第及他之後的時代，幾乎所有英國著名的科學家都有爵士（Sir）的稱號。法拉第當然也有被徵詢過意願，但是他沒有接受。1858 年他更拒絕就任皇家學會主席，這可是對一個英國科學家來說最光榮的職位。1864 年皇家研究院院長（president）的就任邀約也令法拉第十分為難。他一生堅守非國教徒的立場是推掉殊榮的主要原因。

1858 年起的 9 年間，法拉第伉儷接受維多利亞女王的王夫 Albert 親王的安排，住到漢普頓宮由皇室持有的 Grace and Favour House。當 Albert 親王提出建議時，法拉第還以付不起修繕費用為由，考慮婉拒。皇室獲悉後為了免除法拉第的顧慮，而負擔了這筆費用。Albert 親王在德國受過良好的科學教育，他對法拉第的禮遇表明了他對英國當時最偉大科學家的敬重。1862 年法拉第覺得連自己創辦的聖誕節演講都已經沒有體力再應付，於是向皇家研究院提出辭呈。之後都在漢普頓宮的住宅裡昏沉渡過。他在 1867 年 8 月 25 日坐在他喜歡的書房椅子上壽終正寢。

像法拉第這樣的大學者，當然可以像牛頓一樣被埋葬在西敏寺，但法拉第依循桑地馬尼安派的作風，免去一切禮儀，僅在家人和幾位至親友人的環繞下，埋葬於 Highgate Cemetery。從漢普頓宮出發的短短的送葬行列，在皇家研究院前短暫停留之後，前往墓地。那裏立著刻有法拉第姓名和生卒年的樸素墓碑，座落於非國教徒的角落。

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 6 月號，更多文章請見物理雙月刊網站。

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