重磅登場!令人聞之色變的Little Boy原子彈——《跟著怪咖物理學家一起闖入核子實驗室》

特殊槍管式構造:牽一「管」而動全身

要了解原子彈的構造,得從最單純的槍管式構造開始說起。

槍管式構造使用在史上第一顆實戰原子彈 Mk-1,代號:小男孩 Little Boy,也就是投在廣島的那顆原子彈。它準備了超過臨界質量的鈾 235 核心,並且將核心分成兩份。當兩份核心單獨分處於兩端時,兩端的質量分別都在臨界質量以下。直到起爆的時候,才一鼓作氣地將兩份核心合為一體,使質量超越臨界質量。

內部的砲管構造,兩端的核心分別配置。圖/聯經出版社提供

基於這種裝置辦法,它的內部採用類似砲管的構造,在砲管的兩端分別配置分割成兩份的核心。然後,在其中一份核心裝設使用一般炸藥(稱為推進劑)的起爆裝置,待推進劑爆炸,即可促使同一端的核心在砲管中朝反方向移動。

啟動物也是,分割成釙與鈹,分別裝設在兩份核心。在說明啟動物時曾提到,釙與鈹只要在空氣中相隔 4 公分以上,就能超越 α 射線的射程,啟動物也就不會啟動。

推進劑起爆,核心加啟動物那一端在砲管中往對向移動,核心的總量於是在合體的瞬間超越臨界質量,同時間,啟動物啟動,釋放中子,促成超臨界狀態──發生核爆。

欠缺失效安全模式,投彈前一刻才裝上起爆裝置

槍管式的優點是構造單純,不過也存在重大的問題。首先,

槍管式的核心只使用鈾製作。

至於不使用鈽的原因,請容我留待稍後說明。濃縮數十公斤的鈾異常艱辛,為了節省試驗消耗的鈾,這枚並未經過試驗,就被直接投入實戰。

槍管式的另一項重大問題是:

安全性。

如同前述說明,只要單方面的核心往管中央移動,就能引發核反應。不僅構造單純,就連啟動也簡單。一般而言,一失控就會造成慘重災情的機械或裝置,會被限定在所有條件都順利到位的情況才能啟動。換句話說,我們會希望,只要有任何一項非在意料之中的不適當情況出現,它就無法作動。這稱為失效安全(fail-safe)模式。然而,槍管式原子彈並不存在失效安全模式。

所以美國對廣島投彈的實況是:在缺乏起爆相關裝置的狀態下出擊,直到投彈前一刻才裝上起爆裝置。所以當時,能組裝起爆裝置的技術人員必須隨機待命。正因為它如此欠缺安全性,在處理上尤須謹慎。

小男孩的核心所使用的鈾 235 僅僅 50 kg,其中真正發生核分裂反應的量卻只有 1 kg。也就是說,費盡千辛萬苦濃縮精煉得來的鈾的絕大部分都沒有發生反應。而且其餘的鈾,也因為受到最初發生核分裂反應的部分爆炸之影響,而飛散至四處。

總而言之,小男孩的效率一點也稱不上好。

小男孩採用槍管式構造,體型細長。圖/聯經出版社提供

不容小覷的超級男孩:個頭小巧、威力無窮

儘管如此,小男孩的威力還是一般炸彈(化學反應型的炸彈)所無法比擬。小男孩的能量高達 60 TJ。一般而言,核武器的威力以「相當於幾公噸的 TNT 爆炸所產生的能量」的表現方法呈現。TNT(三硝基甲苯,俗稱黃色炸藥)為一般炸藥,它的爆炸能量定義為:每 t(公噸)4•184 GJ(十億焦耳)。小男孩的爆炸威力是 60 TJ,經過換算則相當於 15 kt 的 TNT。

核爆造成的蕈狀雲。圖/Wikipedia

換句話說,相當於引爆 15000 t 的 TNT。而 15000 t 又相當於重巡洋艦的重量。請各位想像一艘全部用火藥建造的重巡洋艦,這樣應該就不難想像它的威力—簡直誇張到荒謬的程度。而那麼龐大的威力,竟然只消一枚原子彈就能實現!只需要一架轟炸機,就能運載 15000 t 的爆炸當量。看在這樣的報酬率,當然是哪個國家都會拚了命地去開發原子彈吶。

 

 

 

本文摘自《跟著怪咖物理學家一起闖入核子實驗室》,2018 年 6 月,聯經出版。


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瑞典科技博物館數學花園:融合數感、美感、體感設計的北歐遊樂場

我們曾在讓人好玩又好學的「數學遊樂場」,在台灣有嗎?一文中,分別介紹了美國華盛頓 Harry Thomas Sr. playground 與竹北嘉豐數學公園,也一起思考了臺灣的數學公園是否能能夠掙脫對數學的貧乏想像與設計[1]。那麼,還有沒有更多有意思的數學公園呢?

數學花園概念圖。圖片來源/Tekniska museet, Sweden授權

2018年的夏天我前往瑞典參加 Bridges 2018全球數學藝術展覽與會議,在抵達瑞典科技博物館(Tekniska Museet)時發現了他們令人驚艷的「數學花園」(The Mathematical Garden)。這個於2017年9月開幕的數學花園是動物園島(Djurgården)博物館園區的最新景點[2],也是個令人興奮、融合數感、美感、身體感於一體的北歐數學遊樂場!

數學是描述宇宙秩序的學問,在生活中無所不在並且千變萬化,以圖樣、對稱、數列、碎形、黃金比例的形式存在於自然、藝術、音樂或是人類科技中;而數學花園提供了各種互動體驗,讓來到博物館的遊客可以自由探索數學的樂趣。接下來就讓我開始介紹數學花園的各項設計吧[1]!

家裡也好想有一組的五邊形鋪磚

從博物館的大門開始就有玄機:我們都看過磁磚是四邊形、六邊形甚至是三角形,但你有看過連續的五邊形鋪磚嗎?(延伸閱讀:五迷們難以達成的願望之一:用正五邊形磁磚鋪地板)如果沒有,現在就讓你看看!博物館大門口的五邊形鋪磚,這是業餘數學家瑪喬里.賴斯(Marjorie Rice,1923-2017)所設計的。原本只有高中學歷的她,讀了人稱葛老爹的科普專欄作者葛登能(Martin Gardner,1914-2010)在《科學美國人》的專欄後,開始研究起這個題目,並且發展了一套系統最終找出四種新型態的凸五邊形鋪磚[3]。

博物館門口的五邊形地磚來自瑪喬里.賴斯的發現。攝影/Shark Lin

不過由於瑪喬里.賴斯去年(2017)離世,今年Bridges開幕演講也邀請了數學家桃樂絲.舒特內德(Doris Schattschneider),聊聊這位家庭主婦在數學史上留下的傳奇故事[4]。

用雙腳走出答案的數學迷宮

面向博物館右側的是兩個看似簡單但其實相當狡猾的數學迷宮,在螢幕前面讀這篇文章的你,不妨也照著下圖圖說的規則試著解謎看看吧!我和我與會的小夥伴可是嘗試了好幾天才解出來啊!

從起點到終點,穿過線條的顏色必須紅藍相互交換,不能連續穿過同個顏色(Every other blue, every other red maze)。攝影/Shark Lin

一個人玩迷宮不夠過癮的話,在數學花園裡也可以揪夥伴一起玩。博物館門口兩側佇立著像盤子一般的拋物面,可以讓人試著找到拋物面的焦點後說悄悄話,問問你的夥伴在另一邊聽不聽得見?

Parabolic dishes,攝影/Shark Lin

不只有數感,再來點音感吧

英國數學家希爾維斯(James Joseph Sylvester,1814-1897)曾說過:「難道不能形容音樂是數學的感性,而數學是音樂的理性?」 (May not music be described as the mathematics of the sense, mathematics as music of the reason?)[5]

下圖右側高高低低的金屬管是由木琴構成,觀眾敲擊這些柱子會聽見不同音調但悅耳和諧的聲音,可以探索柱高與音調的關係培養數感與音感,進而演奏出屬於自己的音樂;左側地面則是石頭製成的黑色木琴,敲擊時的動作就像是在打鼓一般有韻律感。

音樂裡的數學區(musical mathematics),攝影/Shark Lin

覺得只用手敲玩音樂不夠?在數學花園還可以卯起來大跳特跳。圖中最右方兩個女孩正在九宮格金屬板上遊玩,藉由身體感的律動撞擊下方的金屬片製造出悅耳的聲音,就像在一台數學跳舞機上盡情舞動;另一個可以踏上去的遊具是前方的白色柱子,其高度代表不同的分數,如1/7、1/6、1/2、1/1,呼應音樂裡不同音之間的頻率比關係,踏在上方就像是踩高蹺需要專注才能平衡。

自然界無所不在的數學密碼

造型靈感來自鸚鵡螺線(nautilus shell)的滑梯,兼具數感、美感以及遊樂場設計中重要的身體感,讓孩子在攀爬時覺得十分刺激且充滿挑戰性,對於數學有多重體驗與記憶,不只是課堂的考題。

鸚鵡螺線滑梯(The nautilus slide),攝影/Shark Lin

自然界之中無處不藏著數學的密碼,除了滑梯之外,還有以瑞典數學家科赫命名的科赫曲線(Koch curve)之造形柵欄,依照費氏數列分支的亭子,以及遊樂場地面貫穿整個數學花園的黃金螺線,希望讓大家從自然中認識黃金比例、費氏數列與碎形。

科赫曲線(Koch curve)柵欄與費氏數列涼亭。攝影/Shark Lin

不僅如此,附近還有一些箱子種植向日葵與雛菊,會議結束約一個多月遇上向日葵收成,科技博物館邀請 Bridges 2018 的與會數學家、藝術家提供名字與一句想對孩子說的話,將綁在向日葵上面分送給5至7歲的孩童,讓他們可以認識來自世界各地的數學家與藝術家。

認識世界各地不同的人和文化還有不一樣的角度:數學花園的魔方陣(magic square)並非僅以傳統西方的視角詮釋,而是以中國傳說故事裡在洛水出現的神龜背上刻的九宮花紋或圖點呈現[6];一旁可讓孩童攀爬的柱體高度則是呼應龜殼上的點數。

洛書神龜與魔方陣。攝影/Shark Lin

最後是由許多三角形構成的大型多面體遊具,小孩與大人可以踏著繩子攀爬,需要身體的協調、平衡以及對於踏點的判斷,才能順利在多面體中穿梭與擺動。

三角形構成的多面體遊具。攝影/Shark Lin

而其中最數學的玩法,是數學家亨利·西日曼(Henry Segerman)號召的手牽手360大合照,大家都玩得不亦樂乎。

數學花園體現了數學蘊含的美感與樂趣,我在Bridges 2018期間,每天在科技博物館前都看見許多民眾帶著孩子,共同探索與體驗這些好玩的遊具。若是來瑞典旅行,別忘了造訪這座兼具數感、美感與身體感的數學花園;而我深深期待,台灣未來也能有充滿數學想像力的戶外場域。

註釋

數學花園在設計上分成四大類,分別是:

  1. 自然中的數學(mathematics in nature)
  2. 音樂裡的數學(musical mathematics)
  3. 演算法、最佳化與迷宮(algorithms, optimization and mazes)
  4. 形狀、胚騰、鋪磚(shapes, patterns and tessellations)

由於說明牌的遊具規劃與現場有少許出入,因此本文並未詳列四大類型的每個遊具,而是選擇介紹互動性與趣味性較高的設計。在官方網頁中,策展人Lars Paulsson也有建議幾種玩法

參考資料

  1. Shark Lin,「讓人好玩又好學的「數學遊樂場」,在台灣有嗎?」,2017
  2. The Mathematical Garden – Tekniska museet,2017
  3. UniMath,[幾何學突破] 發現凸五邊形鋪磚的第 15 型,2015
  4. Doris Schattschneider, Marjorie Rice and Her Pentagonal Tilings, Proceedings of Bridges 2018: Mathematics, Art, Music, Architecture, Education, Culture, 2018
  5. 蔡聰明,音樂與數學:從弦內之音到弦外之音,1994
  6. 趙崇良,失落的古文明:「河圖洛書和八陣圖」之我見,2010
  • 本次旅行獲得財團法人國家文化藝術基金會國際交流計畫補助。

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想死而復生,先冰起來就對了……嗎?史上第一個冷凍人│科學史上的今天:1/12

不想讓食物壞掉,我們可以把它們冰在冰箱裡,那如果想要長生不老,我們可不可以把人冰在冰箱裡呢?答案是:可以!

事實上,世界上有組織就專門在做這種「冷凍人」,今天,就讓我們來看看冰凍人與冰凍人背後那追求長生不老的故事。

心理教授死後冷凍,追求重見光明的一天

歷史上第一個冷凍人是 James Bedford,他原本是加州大學的心理學教授,罹患腎臟癌,而後癌細胞轉移至肺臟。在當時,這算得上是不治之症。Bedford 最終死於 1967 年,並在遺囑中留下了 10 萬美金,希望可以把自己給好好冰起來。

在 Bedford 死後幾個小時,處理人員對他的屍體進行了十分原始的冷凍程序,這個「冰人」的過程是這樣子的:首先,他被注射了作為抗凍劑的二甲亞碸 (dimethyl sulfoxide,DMSO),在當時被認為對於長期冷凍很有效用。再來,Bedford 便被保存進液態氮中。他的冷凍艙在搬了幾次家後,現在在「阿爾科生命延續基金」(Alcor Life Extension Foundation) 落地生根。

阿爾科生命延續基金的冷凍艙大概就是長這樣。圖/By Photo courtesy of Alcor Life Extension Foundation, CC BY 2.5

由於 Bedford 是史上第一個進行這種死後冷凍的人,相關社群十分重視他所帶來的意義,甚至將他冷凍的那天──1 月 12 日設定為「James Bedford 日」,每年都要慶祝一下。

來點抗凍劑,避免細胞變冰晶

不過,為什麼 Bedford 的冰凍過程這麼複雜呢?冷凍時,體內的水分形成大型冰晶很容易會造成細胞損傷,所以才要循序漸進並加入抗凍劑,讓細胞不至於在冷凍時受到太大的損傷。

而說到了所謂的「抗凍劑」,其實在寒帶生物的身上十分常見,生長在寒帶的變溫動物由於不像人類會自動調節體溫維持在固定範圍,牠們的體溫會隨著外界溫度變化。試想:假設外面降到零度以下,牠們的體溫也會跟著下降,這樣一來,牠們體內的液體不是就會跟著變成冰塊了嗎?

冷凍時如果產生冰晶很容易會造成細胞損傷。圖/pixabay

嘿嘿,這種事情當然是不會發生滴,在各地生存下來的動物各自有其抗寒的本領。以灰樹蛙 (Hyla versicolor) 為例,牠們可以在零度以下存活數天,這是因為牠們在面對天寒地凍的時候,血液裡的甘油和葡萄糖的比例都會上升。如此一來,就能夠保護細胞不因低溫而形成冰晶,牠們才能繼續在低溫中存活。而 Bedford 被注入的二甲亞碸在冷凍過程中所扮演的,正是類似的角色。

冷凍技術,真能實現科幻場景?

那麼,Bedford 最後搬去的阿爾科生命延續基金是個什麼樣的地方呢?

這個位於亞利桑那州的組織,是個專注於人體冷凍技術 (Cryonics) 的非營利組織,也是目前全世界最大的人體冷凍服務的供應商。所謂的人體冷凍技術,指的是將人體或是動物保存於攝氏零下 196 度以下,等待未來醫療技術更進步時,再將它們解凍復活、進行治療。

而除了全身性的冷凍之外,也有許多人選擇只冷凍頭部,期待有朝一日可以將自己的腦袋裝到更年輕、更好的身體上。

人體的冷凍準備步驟。圖/By Photo courtesy of Alcor Life Extension Foundation, CC BY 2.5

也想變成冰淇淋?還沒死掉可不行!

這樣的冷凍技術其實引發了許許多多的爭議,相信人體冷凍技術的人們認為,這樣低溫保存的方式可以完整保存人體,甚至舉了一些冰凍過後又恢復活性的動物為例。

欸欸欸,聽起來真的是非常不錯呢!是不是只要花點錢就可以把自己冰起來留待未來更高明的醫療解凍?嗯……還請各位不要高興的太早,前面提到的案例跟實際執行的人體冷凍技術可是有段不小的差距。

首先,現在的技術尚無法保證解凍之後這些人體就能成功被復活,因此許多人都對於這個技術心存疑慮。再來,依據目前的相關規定,需要等到人被法律判定死亡,才可以對其進行後續的冷凍處理,也就是說,這些被冰起來的,通常都是法律上所認定的「死者」,還真的不是可以隨便說冰就冰的呢。所以說阿爾科生命延續基金其實就是冰了一堆遺體的……(無誤)

除了冰凍之外,還有更多追求長生不老的方式。如果想要知道更多關於防止衰老的秘辛,就快去訂閱泛科學的 YouTube 頻道,敬請期待我們過年即將推出的特別影片!

參考資料

  1. 灰樹蛙的抗凍劑 陳偉民 遠哲科學教育基金會發現月刊 2007 年 12 月第 136 期
  2. DMSO冷凍細胞原理

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星際移民、系外觀光?一本屬於現代人的宇宙旅遊規劃指南 ── 《離開太陽系》書評

  • 文/黃貞祥

衝出太陽系、迎向星際效應、穿越時空超光速、征服全宇宙,邁向人生究極巔峰

我們人類現在活在一個很奇妙的時代。

就當作智人這個物種的歷史有廿萬年好了,我們是唯一存活的人種,可見要人科動物要生存在地表上有多困難。我們的祖先在七萬五千年前,因為蘇門達臘島的多峇火山爆發造成的氣候劇烈影響,人口一度縮減至只剩兩千人,可是卻發生了認知革命,開始有了語言。

大概在一萬年前,中東地區的人類首先進入農耕生活,其他文明陸續加入。直到發生工業革命前,我們人類在過去幾千年來,儘管累積了長足的科技進展,可是重大發明出現的間隔,往往是以百年來計,在承平時期也要數十載才感受到經濟的變化。在這幾千年前,認真研究過去歷史的文明,就寥寥無幾了,更遑論對未來的科技能有預測。

我們現在擁有的科技進步,卻真的能以日新月異來形容了。也只有在我們這個時代,人類才熱切地想要預測未來,並且任憑想像力奔馳而發展出各種科幻作品。先進國家也出現了一個新職業 ── 未來學家 (futurists)

只有在我們這個時代,人類才熱切地想要預測未來。
圖/pixabay

想準確預測未來,首先你要知道這些!

能否準確預測未來的科技變化,對不少企業來說,不管是高科技產業,或者所謂的傳統產業,都是悠關生死存亡的。一旦作出錯誤的判斷,或者沒及時有所作為,不管這家企業的過去有多輝煌,都能一夕崩盤,柯達就是個令人感到惋惜的例子。可見預測未來科技發展,真是門好生意呀。

然而,會不會就像大多數的華爾街的分析師以及投資基金的經理人對市場變化的預測並沒有比猩猩猴子好一樣,未來學家的預測也不比射飛鏢好多少呢?這我不知道,如果我知道,我也不會告訴你,但是跟著我一起買股票炒期貨就對了⋯⋯才怪!

要準確預測未來的科技知識,要有大量的科學知識,並且深入瞭解科學理論對各種現象之極限的描述,除此之外還要知道有哪些正在萌芽的科學理論及科技。簡單來說,就是要能夠用嚴謹的科學方法探究如何有所為,以及有所不為。

要準確預測未來的科技知識,要有大量的科學知識,並且要深入瞭解科學理論。
圖/pixabay

科技發展預測大師 ── 加來道雄

我才疏學淺,不能對未來科技發展作任何預測,可是仍很有信心告訴大家,我知道有這號人物就是有這能耐,他就是大名鼎鼎的物理學家和科普作家 ── 加來道雄

物理學家和科普作家 ── 加來道雄。
圖/維基百科

他在《2050 科幻大成真:超能力、心智控制、人造記憶、遺忘藥丸、奈米機器人,即將改變我們的世界》(The Future of the Mind: The Scientific Quest to Understand, Enhance, and Empower the Mind) 就要帶我們到 2050 年的世界;另一本《2100 科技大未來:從現在到 2100 年,科技將如何改變我們的生活》(Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100) 則帶我們到接近百年後的世界,探討腦、人工智能、醫學、奈米科技、能源、太空旅行、財富、人類的未來。

加來道雄是紐約市立大學理論物理學教授,超弦理論 (Superstring) 的奠基者之一。他同時是 Discovery 頻道《科幻成真》(Sci Fi Science: Physics of the Impossible) 的節目主持人。他主持了兩個廣播節目:《探索》(Explorations) 和《奇幻科學》(Science Fantastic),在超過 140 個廣播電台播出。

加來道雄的學術根底紮實,又有製作科普電視節目的豐富經驗,極為擅長用平易近人的語言,讓人覺得那些物理學專有名詞不僅不可怕,甚至還很好玩。

加來道雄在最新出版的《離開太陽系》(The Future of Humanity: Terraforming Mars, Interstellar Travel, Immortality, and Our Destiny Beyond Earth) 認為人類終將必會飛出太陽系開拓宇宙!他從建立月球基地娓娓談到火星殖民地,再談到我們如何邁向星際之旅再到永存整個宇宙!看得我也熱血沸騰想要一起上月球、住火星了!

加來道雄作為一個弦論專家,他也精通量子力學和相對論(畢竟弦論就是要統合量子力學和相對論),對各種未來科技的可能性,瞭如指掌,因此所有討論中,都不僅是天馬行空而已,不管是奈米船、太陽風帆、曲速引擎等等,都不僅是科幻小說家的專利,他都提供了紮實的科學理論基礎。

對科幻迷來說,人類能夠作星際旅行是很令人興奮的,可是我們是否要先解決人類連月球都只上過一次的問題,否則沒再多人類的幾大步,那也不過是白日夢而已。加來道雄在整本書中,充分分析和介紹了各種各樣能夠讓人類實現這些夢想的科技和困難,問題似乎只是,我們人類是否有探索外星的破釜沉舟決心。

老祖宗的探險魂還深深扎根在我們心中

以生物學的眼光來看,人類其實是個很詭異的物種,因為智人 (Home sapiens) 是地表上,唯一佈滿全球七大洲、五大洲的單一物種!我們幾乎散布到所有地表上的生態環境和海拔高度。我們的祖先源自非洲熱帶稀樹草原,他們膽大到敢離開自己熟悉的環境,四處奔走散佈到全球各地。

我的祖父母來自中國福建泉州,他們為了生計離開家鄉搭上擁擠髒亂的船,到充滿瘴氣的陌生南洋發展,然後在馬來西亞落地生根,我自己也到台灣和美國求學然後定居海外。膽敢離開熟悉的家園出去闖蕩,是根植於我們人類基因中的。

當然,我們仍留著老祖宗在草原和穴居生活時的各種習性,例如我們天生喜好翠綠的廣闊草原,還有要和親朋戚友交換八卦。但是有了 VR 和 AR 科技,在移民外星時要安撫人們心靈,未來似乎不難辦到。只要人類沒因為核戰或氣候變遷而太早毀滅自己,離開太陽系成為多行星族類應該只是時間的問題而已。

只要人類沒因為核戰或氣候變遷而太早毀滅自己,離開太陽系成為多行星族類應該只是時間的問題而已。
圖/pixabay

不簡單的宇宙長征

讀《離開太陽系》,真的會熱血沸騰,這真是人類未來的指南啊!

人類已找到幾千顆圍繞恆星旋轉的行星,確認和地球極為類似的孿生行星之存在,也應該只是時間的問題而已,畢竟全宇宙有兩億兆顆和地球差不多大小的行星。

source:NASA

加來道雄認為我們人類建立月球基地、殖民火星、登上類木行星、移居太陽系外、探索鄰近恆星,都會是科技進展的推波助瀾之下愈來愈可行。我們現在已在發展 AI、奈米科技、生物科技,未來還會有更酷炫的科技,例如奈米船 (nanoships)、雷射光帆 (lasersails)、衝壓噴射核融合引擎 (ramjet fusion machines)、反物質引擎 (antimatter engines) 等等,甚至可能改變時空結構,利用蛀孔來穿越時空。

要在茫茫宇宙中長征,我們也需要應用生物科技來改造人體,讓人體能夠適應旅程中的各種變化。我們現在至少都有了 CRISPR/Cas9 等等基因體編輯技術,雖然現在還不是百分之百好用,但未來很可能有更好用的版本,或者全新的基因體編輯技術。所以改造人類基因現在是匪夷所思的,但是我們不也接受了許多古代無法置信的醫療科技嗎?在漫長的未來,改造人體的倫理思考也是今天難以想像的。

加來道雄在介紹未來可能出現的科技時,也沒忘記把人類過去探索太空的歷史脈絡做了清楚交待,也讓我們理解各種現狀。我們的宇航科技能走到今天,都是靠許多了不起的人堅毅不拔地實現夢想,讓我們能夠進入太空旅行的黃金時代,不過後來也因各種政治因素而逐漸冷卻。

近年,對太空探索的熱情又重燃,因為有幾位身懷巨款的企業家開始投入大筆資金研發更創新的宇航科技,加上美國政府也重啟載人太空計畫,這些努力讓人類在可見的未來,我們很有可能見證《月球城市》(Artemis) 般在月球建立相當程度上自給自足的基地,並且像《火星任務》(The Martian)(電影《絕地救援》原著小說)那樣送人到火星去種馬鈴薯。

未來我們可能像《火星任務》那樣送人到火星去種馬鈴薯。
圖/IMDb

加來道雄也仔細為我們規劃了在月球和火星上生活的科技願景。把火星改造成人類適宜居住的星球,成為地球的後花園,已經是人類史上最壯觀的的巨大工程了,沒有之一。然而,加來道雄還想要人類衝出太陽系,他的野心怎麼可能只停留在火星呢,他甚至提出計畫來登上氣態巨行星如木星甚至彗星和奧特雲,還有移居土衛六「泰坦」等等。

未來對於生活在地球上的人類而言,宇航科技的開發並不僅是少數人上太空的專利那麼簡單和自私而已。有許多在地球上稀少且重要的礦產資源,在太空中的其他行星甚至小行星,是遍地都可見的,也難怪我小時候玩的電腦遊戲,有不少是上太空去搶錢、搶糧、搶娘們⋯⋯哦不,是搶地盤來挖礦的。

就像史詩般的科幻作品,不會滿足於讓人類待在太陽系,邁向星際之旅才能向全宇宙展示地球的威儀吧!物理學家鐵馬克 (Max Tegmark) 在《Life 3.0:人工智慧時代,人類的蛻變與重生》(Life 3.0: Being Human in the Age of Artificial Intelligence) 中認為通用人工智慧會是人類的最後一個發明,之後就沒人類的事了。人工智慧發展到最後,也是要征服全宇宙的。加來道雄當然也很清楚,要做星際旅行,鐵定要有人工智慧的協助,就像諸多科幻電影中那樣,有機器人來為旅程操心。

出征宇宙的人工智慧也需要靠電腦運算,而且還要用到丹.布朗 (Dan Brown) 的《起源》(Origin) 提到的量子電腦。這樣人類就能打造星艦邁向浩瀚無垠的宇宙了吧?然而,在現實中,真實的星艦可能不會如美日的科幻電影或卡通那樣酷炫,加來道雄為我們介紹了「奈米船」的想法,用雷射光帆航向宇宙的四面八方。

如果要載人在星際中趴趴走,可能要用到離子引擎、電漿引擎、核融合火箭、核子脈衝火箭仍至反物質火箭來推動星艦快速前進,加來道雄仔細為我們分析了這些高科技的可能性,而且他還更有信心地認為,搞不好我們未來能夠直接改造時空結構,利用蛙孔瞬間穿越時空,或者像《銀河飛龍》(Star Trek: The Next Generation) 那樣造出阿庫別瑞曲速引擎進行超光速旅行。

宇宙的機密尚未解開

和諸多科幻電影一樣,我們雖然現在還不知道宇宙中是否還有另一種形式的生命,但是未來卻可能遇上外星生命。我真的很難想像地球是宇宙中唯一孕育出生命的星球。加來道雄當然也不忘探討外星文明的可能性,還有先進文明是怎麼回事。

宇宙再浩大無邊,也是會經歷「成、住、壞、空」的。然而,宇宙中還有太多我們未知的事物,例如暗能量和暗物質。物理學家仍有許多工作可以做,這就留給未來的科學家來完成吧。永遠對宇宙保持好奇心不斷地探索,就是人類現在和未來存在真正的意義吧!

圖/pixabay

 

人類未來三部曲:《2100 科技大未來》+《2050 科幻大成真》+《離開太陽系》,本文為《離開太陽系》書評,由時報出版。

 

 


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不只鳥類和片尾有彩蛋,恐龍蛋也能有色彩

在所有卵生的羊膜動物中,恐怕只有鳥類能產下帶有豔麗色彩的蛋。

相較於大多數的陸棲動物會將產下的蛋埋在土裡,鳥類的蛋多藏在的鳥巢中,白色以外的色彩可以為鳥蛋增添了保護色。除此之外,鳥類也能透過視覺線索來辨識出自己產下的蛋。

鴯鶓暗綠色的蛋。 Credit : Shuhari. CC BY 3.0, wikimedia commons.

要討論鳥類蛋殼上的色彩,就必須從原卟啉 (Protoporphyrin, PP) 和膽綠素 (Biliverdin, BV) 這兩個重要的化學物質談起。原卟啉能與空氣中的鐵鹽反應,形成多種鳥蛋殼上帶棕褐色的斑點;膽綠素則是蛋殼藍綠色澤的主要成分。

這兩種重要的有機化合物讓鳥蛋可以鮮豔多彩,這類有顏色的蛋經常可見於知更鳥、旅鶇或平胸類之類的大型鳥類。僅分布於澳洲的鴯鶓 (Dromaius novaehollandiae) 便是一個著名的例子,鴯鶓暗綠色的蛋殼就含有高量的膽綠素與微量的原卟啉。

真的只有鳥類會產下有彩色的蛋嗎?

竊蛋龍蛋巢標本 PFMM 0010403018,可以看出淡藍色的卵兩兩相對的圍繞在蛋巢周圍,層與層之間還有沉積物區隔。 Credit : Wiemann, J. et al. (2017)

在過去很長的一段時間裡,科學家一直認為「彩蛋」這樣的特徵只有鳥類才有。不過近年來,古生物學上的發現顛覆了這個想法。德國波昂大學 (University of Bonn) 的分子古生物學家葳曼 (Jasmina Wiemann) 與楊子睿從河源龍 (Heyuannia) 的蛋殼化石上找到了前述的兩種有機化合物。這一發現顯示這種生存於晚白堊紀的竊蛋龍類 (Oviraptorid) 早已能夠產下具有藍綠色澤與棕褐色斑點的蛋,為牠們所構築的開放性巢穴提供額外的隱蔽。

最近葳曼和楊子睿更進一步檢視了更多不同類群的恐龍蛋化石標本。他們甚至發現這些特殊的有色蛋很可能僅存在於一部分獸腳類恐龍,且為單一起源。

根據拉曼光譜分析從短吻鱷到鳥類各個類群的蛋殼顏色與蛋巢形式樹狀圖。(點圖放大) Creidt : Wiemann, J. et al. (2018)

根據拉曼光譜分析,鳥腳類的慈母龍 (Maiasaura) 和蜥腳類的泰坦巨龍類 (Titanosaurid) 的蛋殼中都沒能找到這類的色素。這些離鳥類親緣關係較遠的恐龍很可能跟現在的短吻鱷一樣,只會產下帶有白色蛋殼的卵。

竊蛋龍蹲坐在開放式的蛋巢上孵蛋的假想圖。 Credit : Joschua Knüppe.

而那些帶有褐色或藍綠色的蛋則集中於真手盜龍類 (Eumaniraptora) 這群獸腳類恐龍之內。這些類群的恐龍除了前面提到的竊蛋龍,還包括傷齒龍類 (Troodontid) 與隸屬於馳龍類 (Dromaeosaurid) 的恐爪龍 (Deinonychus)。有別於慈母龍與泰坦巨龍這類白色蛋殼的恐龍,能產下有色蛋的恐龍很可能類似於鳥類,會蹲坐在開放式的巢穴中孵蛋。

恐爪龍孵蛋的假想圖。 Credit : Joschua Knüppe.

然而,其中較為特別的是,出土於北美洲雙麥德遜組 (Two Medicine Formation) 的傷齒龍類竟然也找不到色素存在!這顯示在傷齒龍類群中,不同的物種也會受到生活習性或外在環境因素的影響而產下僅帶有白色蛋殼的卵。

彩色的恐龍蛋給我們的啟示

藉由這些不同顏色的恐龍蛋,也許未來我們還能夠重建出更多關於蛋殼顏色與當年地質年代生態環境和演化的相關線索、並更進一步定位出這些彩色恐龍蛋精確的起源。同時帶給我們對於當代鳥類生殖行為更多的洞見。

References:

  • Kilner, R. M. The evolution of egg colour and patterning in birds. Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 81, 383–406 (2006).
  • Wiemann, J.; Yang, T.-R.; Sander, P.N.; Schneider, M.; Engeser, M.; Kath-Schorr, S.; Müller, C.E.; Sander, P.M. (2017). “Dinosaur origin of egg color: oviraptors laid blue-green eggs”. PeerJ. 5: e3706. doi:10.7717/peerj.3706.
  • Wiemann, J.; Yang, T.-R; Norell, M. (2018). “Dinosaur egg colour had a single evolutionary origin”. Nature. doi: 10.1038/s41586-018-0646-5

本文轉載自《遠古巨獸與他們的傳奇》原文為《復活節彩蛋!


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把冷泉加熱,就會得到溫泉嗎? 關於柴山湧泉的那些事

我溫泉 都不用溫泉 改用冷泉加熱 再放一些味噌湯包
那就是味噌湯了吧……
不是味噌湯,這溫泉泡起來跟味噌 87%口感很像
那就是味噌湯阿幹
──你不可不知道柴山兩津開發秘辛

什麼是溫泉?

近日有政治人物表示:把冷泉加熱就會變成溫泉。

欲分析這個主張背後的科學原理,或許可以先從法規上對於溫泉的定義來看看。由經濟部為主管機關的「溫泉法」1中,將溫泉定義為「符合溫泉基準之溫水、冷水、氣體或地熱(蒸氣)」。而所謂的溫泉基準,又被另訂在「溫泉標準」2之中,在這份標準中,溫泉被分成了「溫水」與「冷水」:

  • 第二條 符合本標準之溫水,指地下自然湧出或人為抽取之泉溫為攝氏三十度以上且泉質符合下列款、目之一者:
    • 一、溶解固體量……(略)
    • 二、主要含量陰離子……(略)
    • 三、特殊成分……(略)
  • 第三條 本標準之冷水,指地下自然湧出或人為抽取之泉溫小於攝氏三十度且其游離二氧化碳為五百(mg/L)以上者。

因此,就溫泉標準中的「冷水」來看,不只是溫度需低於攝氏三十度,還需要有較高的二氧化碳濃度。例如著名的「蘇澳冷泉」,水質屬於碳酸氫鈣泉,泉水中富含二氧化碳,透明無色且帶有氣泡。在日本時期,日本軍人竹中信景,更以蘇澳冷泉為原料,在蘇澳設置汽水工廠,而打造了名聞一世紀的「彈珠汽水」!

著名的蘇澳冷泉,水質屬於碳酸氫鈣泉,泉水中富含二氧化碳。圖/wiki commons

也因此,回顧一下來看我們平常習慣稱之的溫泉,實為法規上的溫泉溫水;而如蘇澳冷泉,則是法規上的溫泉冷水。又因為法規並沒有規定把溫泉水加熱、冷藏或結冰,會影響到它的定義。所以不管拿到的是冷掉的溫泉還是加熱的冷泉,都仍屬於法規上的「溫泉」了。

你的冷泉不是你的冷泉

但是!此處就有兩個需要留意的陷阱題了!

其一是,冷泉(如蘇澳冷泉)之特別與可貴的因素,與泉水中含有的游離二氧化碳濃度有關。所謂游離二氧化碳,指的是二氧化碳以碳酸和分子的形式溶解於水中。如同氣泡水喝起來會比較酸且有氣泡的原因一般。一旦將泉水加熱,會使得氣體的溶解度降低,水中的氣泡感就變少了,這就略浪費了冷泉的優勢。

其二是,「柴山冷泉」雖然以冷泉為名,但泉質完全不符合溫泉法規上的溫泉冷水!

柴山冷泉的本質,其實就是滲漏到地表的地下水。這種含水層 (aquifer) 裸露於地面層的情況,在順向坡、斷層線山腳、火山碎屑岩和安山岩層層相疊的火山山腳都有可能會發生,最常見的例子便是有時在山壁上會看到湧出的山泉水。因此柴山「冷泉」更精確或好理解的用詞,應是「湧泉」。

湧泉對於生態與文明的影響非常深遠,海生館助理研究員邱郁文老師的研究即發現,高雄早期地底的湧泉,孕育了拉氏青溪蟹、台灣米蝦、鱸鰻等濕地生物。昔日柴山湧泉最主要的出水口「龍巖冽泉」,更曾被清朝詩人以「玉磯噴雪碎,石乳撒花濺。蟹眼千尋濼,龍澌百丈淵。」讚揚。只可惜自來水建設逐漸替代了湧泉的功能,而最終讓湧泉水直接引入地下水道排放出海。3

柴山湧泉最主要的出水口龍巖冽泉,今日主要剩下遊憩的功能。圖/wiki commons

另外,柴山湧泉還有一個生態與文史方面的重要性,與另一個出水口、位於龍巖冽泉南側的石頭公湧泉有關。高師大生物科技系梁世雄教授考據了石頭公湧泉,發現湧泉處有乳白色硫化物,分析認為是由微生物群聚產生的硫化氫組成,認為這可能是一種「硫化湧泉」4。梁世雄、邱郁文、楊娉育等人考證石頭公廟前水道附近,於日治時期有「高雄溫泉」之歷史紀錄5。打狗文史再興會社理事陳坤毅亦提出 1922 年時,當地設有溫泉浴場,將硫化湧泉加熱做為溫泉使用的紀錄6

因此,儘管柴山湧泉不符合法規定義上的溫泉,但仍具有相當觀光、生態與環境教育的價值。湧泉之利用,也可以如同一些水質優良的山區,就會有業者推出利用山泉水養魚泡茶,或是將山泉水引入泳池與洗澡水等。對於水質更好的地方,更會將飲用水視為一種重要的產業(望向金球獎最大贏家 – Fiji water girl =w=)。

柴山湧泉表示:「我渴了」

然而,2012-2015 年間謝寶森、邱郁文、梁世雄、黃大駿等人所主持的「全國湧泉濕地生態資源調查78」,卻發現龍巖洌泉面臨水源枯竭與水泥化之嚴重威脅,大部分時間均為枯竭狀態,唯有在颱風或長時間大量降雨後才會出泉,水量稀缺有待復育。

而在水質的部分,2014 年秋季,龍巖冽泉因生化需氧量 (BOD) 偏高,汙染程度 (RPI) 為 2.25 ,屬中度污染程度。其鄰近的石頭公廟湧泉除秋季 RPI 為 1.5 屬於未(稍)受污染,其餘三個季節均為中度汙染。研究團隊也推測此區水質,有受到生活汙水的影響。

因此,如果觀光局長真的有心想發展湧泉的觀光,建議先踢皮球給環保局長和水利局長把污染防治和生態復育先做好吧XDD

至於還有一種湧泉叫做傳說中的高涌泉(拜)又是另外一則故事了……

要以柴山湧泉發展觀光,最需要的可能是先替它補充水分。圖/pixabay

參考資料

  1. 水利法規查詢系統:溫泉法
  2. 水利法規查詢系統:溫泉標準
  3. PanSci:「生猛科學」首聚:保證在地、保證生猛,宇宙史上第一次熱炒店科學開講!
  4. 環境資訊中心:柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了
  5. 柴山湧泉的沒落與再現
  6. KUN 土申!冷泉加熱成溫泉?
  7. 行政院農業委員會林務局生態調查資料庫:全國湧泉濕地生態資源調查
  8. 林務局自然保育網:101-14 全國湧泉濕地生態資源調查

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時間旅行難達成!霍金用超邊緣派對證明給你看

史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 是全球知名的理論物理學家、宇宙學家,在近代物理學上做出許多重大貢獻。

他曾預測黑洞會發出輻射(現稱霍金輻射)、提出了結合廣義相對論和量子力學的宇宙論等等,其講述宇宙、空間與時間本質的科普著作《時間簡史》更是暢銷多年。

縱使身體因為漸凍症而愈來愈不方便,霍金的內心仍是自由奔放的,大膽思索著宇宙奧秘、翱翔於無盡空間。

史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking) 是全球知名的理論物理學家、宇宙學家。
圖/wikipedia

霍金舉辦派對竟無一人赴約?

對於時間旅行概念感到癡迷的他,有一回為了驗證時間旅行的可能性,更是決定直接邀請時間旅行者來場特別的約會,事先做好一切準備,就等著時間旅者上門。

霍金仔細地寫好:「誠摯地邀請您參加時空旅行者派對」的戰帖邀請函,除了基本的時間、地點資訊,甚至連準確的經緯度都一併附上,就是要讓時空旅者沒有迷路的藉口。

然而,要怎麼把邀請函送到時間旅行者手上呢?答案其實很簡單:不要送就對了!

這封邀請函,霍金按著不表,打算等派對結束後直接昭告天下、讓它流傳百世,如此一來就不會有現在的人跑來湊熱鬧,未來的人們也都能看到了。

2009 年 6 月 28 日中午 12 點,原定的派對時間到了。霍金在劍橋大學的岡維爾與凱斯學院舉辦盛大派對,桌上擺滿了美食和一杯杯斟好的香檳,柱子也綁上一簇簇的紅、白、藍色氣球,看起來歡樂又溫馨。然而,時間滴答滴答過去了,等了又等、等了又等,最後卻一個人都沒有來。

霍金心裡苦,霍金不說。圖/泛科動畫截圖

就這樣,派對結束了,只是從頭到尾都只有霍金一人。(年度最邊緣蓋章認證)看來,未來人即便看到了邀請函,也沒有能力穿越時空來參加派對呀!(絕對不是不喜歡霍金)

時空旅行沒有想像中容易!時空旅行的悖論

其實,霍金對時空旅行已經有一套看法了。他認為我們頂多前往未來,但不可能回到過去

自從愛因斯坦提出相對論,我們知道了物質的質量愈大或速度愈快,時間流動的速度就會愈慢。所以只要將太空船靠近一個超大質量黑洞,或者以接近光速的速度來旅行,那麼船上的人可能才過了一年,地球上的人們卻已經過了十年,這時太空船再回到地球,相當於他們前往了十年後的未來。

至於要回到過去,科幻作家最喜歡使用「蟲洞」假說,指的是將兩個不同地點之間連結起來的時空隧道,然而蟲洞比分子、原子還細小,即使真的掌握到一個蟲洞,也不可能讓你全身穿過,還得放大個數億倍並保持蟲洞的穩定才行,實在難以執行。

許多科幻作家喜歡使用「蟲洞」假說作為時空旅行的實現方法。圖/flickr

然而,回到過去最關鍵的問題在於:會產生悖論。

最簡單的例子就是:你回到了過去殺了你自己,那麼你在被殺當下就死了,又是誰穿越時空殺了你呢?這樣因果錯亂、邏輯不通的情況,宇宙會陷入混亂啊啊啊!

此外,一旦蟲洞擴張,就可以讓輻射進入,引發「回授」現象,也就是來自未來時空的輻射通過蟲洞增加了過去時空的輻射,到了未來就又有更多輻射通過蟲洞增加過去的輻射,如此循環往復、正向回饋,蟲洞就爆掉啦!碰!

霍金雖然也想要回到過去看看瑪麗蓮夢露、拜訪伽利略,然而經過科學性的思考便知道這是不可能的。唉,這麼可惜的事情不能只有我知道,辦個時空旅行派對讓大家一起認清現實吧(邪笑)。

想知道各種神祕的時空悖論是怎麼回事?快來看看這部影片吧:

參考資料:


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視網膜竟然裝反了!演化留給人類的奇怪結構──《人類這個不良品》

編按:《人類這個不良品》羅列人體的各種缺陷與設計不良之處,但其實這就是演化自然產生的結果。這些不完美成就了獨一無二的我們,也讓我們照見演化的歷史。

說起自然界中最古怪的動物結構設計,最經典的例子莫過於脊椎動物的視網膜,從魚類到哺乳類動物無一倖免。

前後顛倒的感光細胞

脊椎動物視網膜上的感光細胞似乎裝反了:負責傳遞神經訊號的軸突面向外部光源,負責感光的光受器卻面向眼底。各位可以把感光細胞的模樣想像成麥克風,麥克風一端有聲音接受器,另一端連接負責把訊號傳給揚聲器的纜線。人類的視網膜坐落在眼球的底部,上面所有的小小「麥克風」都裝反了,有纜線的一端朝外面向光源,而接受器朝內面向眼球組織。

頭足動物視網膜中的光受器(上)面相光源;脊椎動物的光受器(下)則不然。雖然這種不合宜的設計逐漸對脊椎動物帶來不利影響,但演化作用已經無力矯正錯誤。圖/出版社提供

這樣的結構,顯然絕非最佳配置。光子必須先穿越整顆感光細胞,才能抵達位於眼底的光受器。這就像你演講時把麥克風拿反了,但只要你調高麥克風的靈敏度,然後大聲說話,麥克風還是能發揮作用,人眼也是一樣的道理。

編按:以上兩段字句做了微調。

感光細胞就像麥克風,傳遞訊號出去的一端就如同纜線,具有光受器的一端就如同聲音接受器。圖/pxhere

此外,光線必須先穿越一層布有血管的薄膜組織,才能抵達光受器,更讓這已經過度複雜的系統更添一筆多餘的複雜性。時至今日,沒有任何一個假說能夠解釋為什麼脊椎動物的視網膜安置在面朝後方的古怪位置。由於突變是演化作用僅有的工具,但要用零星發生的突變來改正這項缺失太過困難,也於是這缺陷成了人眼演化過程的一個死結。

不是突變救得回來,讓我們接受它、放下它

這讓我想起有一回在家裡安裝家具護板的經驗,這種護板距離地面大概半牆高。那是我第一次動手做木工,結果不如預期。家具護板是一條很長的木條,長邊兩側的結構並不對稱,你必須搞清楚哪一邊朝上,哪一邊朝下。而家具護板也不像冠頂線板或踢腳板那樣,一眼就能看得出來哪邊是上,哪邊是下。

總之,我按照看起來最順眼的方式開始施工:測量、裁切、上漆、懸掛、打釘、補土、再上一次漆,終於大功告成。結果,第一位有緣欣賞我這項木作成品的客人,立刻發現我把護板裝反了:該朝上的地方朝下,該朝下的地方朝上。

反了反了。圖/pxhere

這個例子就跟視網膜裝反了是同樣的道理。在脊椎動物眼睛演化之初,未來將發展成視網膜的感光組織不管朝向任何方向,對動物而言都沒有太大的功能性差異。然而,當眼睛持續演化,出現未來將形成眼球的腔體時,光受器開始往腔體內部移動,最後產生了裝反的視網膜,想要補救為時已晚。

不過,在那當下,有任何可行的補救措施嗎?想讓整個眼球結構翻轉過來,不是幾次突變就能達到的成果,就像我不能直接把家具護板倒轉過來一樣,因為所有的切口和接縫也都會倒轉。除了整個打掉重練,沒有其他方法可以矯正我的失誤。脊椎動物的視網膜也是如此。所以,我接受裝反的家具護板,一如我們的祖先接受裝反的視網膜。

頭足動物的視網膜就沒有裝反

說來有趣,章魚、魷魚等頭足動物的視網膜就沒裝反。頭足動物和脊椎動物的眼睛結構非常相似,卻源自彼此獨立的演化路徑。大自然造物過程中,至少曾兩次「發明」有如相機一般的眼睛結構,一次在脊椎動物身上,一次在頭足動物身上。至於昆蟲、蜘蛛和甲殼動物,則擁有截然不同的眼睛結構。

章魚、魷魚等頭足動物的視網膜就沒裝反。圖/wiki

頭足動物眼睛演化的過程中,視網膜以比較符合邏輯的方式形成:光受器朝外、面向光源。然而,脊椎動物就沒這麼幸運,至今我們仍受這種僥倖遺留下來的演化產物所苦,倒置的視網膜導致脊椎動物比頭足動物更容易發生視網膜剝離的問題,這是多數眼科醫師同意的論點。

倒置的視網膜還造成視覺盲點

人眼結構還有個值得一提的古怪之處。位於視網膜正中央的視神經盤,是數百萬個光受器細胞軸突聚集形成視神經的地方。想像數百萬個小小麥克風的纜線全部集合成一束,每一根纜線負責將訊號傳遞至大腦,附帶一提,人腦的視覺中心恰好位在腦部的後方, 離眼睛非常遠!

視神經盤有如一個占據視網膜表面的小小圓盤,其中竟然沒有任何光受器細胞,導致人類的兩眼各有一個盲點。因為雙眼可以互補,而腦子會替我們填補影像的空缺,所以我們很少注意到眼睛有盲點,但盲點的存在是千真萬確的事實。各位只要上網搜尋關鍵字:視神經盤盲點,就能找到許多簡單的例證。

將右眼遮起來,以左眼凝視右側的十字,慢慢將頭靠近螢幕,在某個距離之下左側的圓點消失了,代表此時圓點落入了你的盲點。圖/劉馨香

視神經盤是眼睛必不可少的結構,畢竟視網膜中的軸突必須在某一點匯集。如果視神經盤可以位於眼底較深處,在視網膜後方而非表面,會是比較好的設計。然而,倒置的視網膜導致盲點必然存在,所有脊椎動物無一例外。頭足動物就沒有這個問題,在方位正確的視網膜上,視神經盤不費吹灰之力就能形成於視網膜後方,也不會破壞視網膜的完整結構。

人類若想要有像老鷹一樣銳利的眼睛,或許貪心了點。不過, 希望人眼至少能像章魚眼一樣,應該不是太過分的要求吧?

 

 

本文摘自《人類這個不良品:從沒用的骨頭到脆弱的基因》,2018 年 12 月,天下文化出版。


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【Gene 思書齋】透視大數據的那些秘密

今天搭公車時,看到一個年輕男人以乎有些疲憊,勞基法愈修愈爆肝,他時而望著窗外,時而低頭沉思。

根據我多年的社會觀察和讀了心理學的書籍,我知道他一定是忘了帶手機或手機沒電了⋯⋯

好啦,這是網路上看來的一則笑話,我並沒有搭公車。可是如果有一天,手機不在身邊的話,我們什麼都不知道了,甚至會不會連我們喜歡什麼樣的人、喜歡吃什麼、喜歡聽什麼音樂、喜歡愛什麼電影,我們都要問問手機或社群網站,這會很令人意外嗎?

因為有了大數據和演算法,加上政府迫不及待要燒錢的 AI(人工智慧),有一天我們的手機或社群網站比我們自己還瞭解自己,並不是不可能。然而 AI 加大數據和演算法的三劍合璧,不只是讓我們選擇自己喜歡的東西,而是在找工作、買保險、看醫生時被挑選,會讓我們更幸福嗎?

有一天我們的手機或社群網站比我們自己還瞭解自己,並不是不可能。然而 AI 加大數據和演算法真的會讓我們更幸福嗎?
圖/pixabay

大數據亦正亦邪 一定要小心使用!

就像人類歷史上的最有工具一樣,大數據肯定是雙面刃,水可載舟、亦可覆舟。談大數據有多威的書籍可以汗牛充棟,可是人們畢竟是喜歡報喜不報憂的,如果要兼聽則明,我們能夠知道大數據有多可怕呢?《大數據的傲慢與偏見:一個「圈內數學家」對演算法霸權的警告與揭發》(Weapons of Math Destruction: How Big Data Increases Inequality and Threatens Democracy)是一本難得的好書。

不要以為大數據如何落入壞人手裡,才會有其破壞力,如果不懂得大數據,卻自以為地要用大數據,這樣即使落入良善的人手裡,也可能適得其反。不透明、不受管制的演算法,已經讓社會和個人付出慘痛的代價。

作者歐尼爾大爆料你不知道的秘密

《大數據的傲慢與偏見》作者凱西.歐尼爾 (Cathy O’Neil) 就是位「圈內數學家」,這本書算是爆料吧,雖然沒啥腥羶色,可是讀起來還是令人膽戰心驚。她是哈佛大學數學博士,曾任教於巴納德學院,隨後投身金融業,任職於對沖基金公司德劭 (D.E. Shaw)。離開金融業後曾於多家新創企業擔任數據科學家,負責建立預測人們購買和點擊行為的模型。

熱愛數學的歐尼爾卻稱那些被濫用的演算法為「數學毀滅性武器」。她過去在金融業中待過,很清楚華爾街的投資銀行如何籍由演算法就不勞而獲。姑且不論這公不公平,演算法的濫用好幾次釀成大禍,這已不是啥新鮮事了。裡頭的黑箱甚至連評級的公司都搞不清楚真正的風險,讓一堆 AAA 級的衍生性金融商品成了一個個不訂定炸彈。

《大數據的傲慢與偏見》裡,她著眼之處遍及我們想得到或想不到的地方,列舉出許多被大數據綁架而落入囚徒困境的例子,她指出這些都增加了不公平甚至還破壞了民主。身處在高教工作中,就非常能感受全世界大學莫名其妙受到營利機構不透明、自以為是的排名給綁架,迫使政府和大學高層被趕鴨子上架地隨波逐流,甚至踐踏學術尊嚴和專業來逢迎討好用黑箱作業搞排名的公司。

《大數據的傲慢與偏見》中提到一位教學認真優異深受學生、同事和家長喜愛的教師,在完全不知道數學模型哪裡錯得離譜的情況下,被解了僱,申訴無門;保險公司為了獲得更高的盈利使用了大數據,成為了一種勢劫貧濟富,讓窮人付出更昂貴的價格;因為性格測驗不公開的評分而無法找到工作;信用卡用在某些商店就被降低額度;專門欺騙窮人的不實廣告等等等。

這其中的錯誤可能永遠都無法被找到,使用大數據的人就可能像信仰宗教典籍一樣盲從。我們來做個想像,假設有個人被大數據誤判成犯罪機會高的人,這個大數據分析的標籤會跟著他一輩子,那麼他不時會被警察騷擾,或者也找不到正常的工作,所以他走頭無路乾脆作奸犯科,大數據好棒棒地準確預測了,所以大數據就永遠是對的?

使用大數據的人就可能像信仰宗教典籍一樣盲從,但大數據永遠是對的嗎?
圖/pixabay

使用大數據要慎而思之

我們很多人相信數學是「中性的」,一加一等於二不是件好事也不是件壞事。可是數學模型畢竟是人建出來的,是人決定要放什麼參數進去,要放在分子還是分母,以及如何估計出參數。只要是人,就有犯錯及無知的可能。何甭提就算不是犯錯,大數據也非完全不能操作的,尤其是在競爭激烈的選戰中。

對於操縱我們人生各階段的各種黑箱數學模型,歐尼爾認為那些建立模型的人應該為他們所創造出來的演算法負起更多責任,而政策制定者更應該負起監督管理的責任。然而要如何監管以免大數據破壞我們珍視的價值,這又是另一個大哉問了。

雖然身為數學家,但《大數據的傲慢與偏見》裡一條公式也沒有,只有一個又一個令人嘖嘖稱奇的真實案例,叫人觸目驚心,卻又不斷有精闢的分析,讓人忍不住要一口氣讀完,這是一本可讀性極高而且也很重要的一本書,值得所有公民一讀!

本文原刊登於 The Sky of Gene


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【Gene 思書齋】植物與我

如果有片地,希望能蒔花弄草,晴耕雨讀。不必歸隱故里,也能採菊東籬下,只是要悠然見水泥山⋯⋯

種種花花草草增加綠意,各種心理學和醫學的研究都指出,能夠增加幸福感、延年益壽,即使是在辦公室種些小盆栽也多少有些效果。

這應該是因為,即使我們的文明發展到現代化國家大部分人口都住在都市裡,可是我們過去上萬年習於蒔花弄草的基因還在我們身上吧。

圖/pixabay

過去的我所不知道的事

如果能種上些果樹或蔬菜,還可以天天有新鮮有機蔬果可吃。小時候,我們馬來西亞老家院子就有棵番石榴樹(也就是芭樂樹)。和台灣市場上甜到多吃會糖尿病的芭樂相比,馬來西亞的芭樂不太甜,可是老家那棵芭樂樹結出來的芭樂,經過我們兄弟的童子尿澆灌,特別的鮮甜好吃。

老家社區那整塊地,在建為住宅區前,是片農地。我們搬過去沒多久就發現,我們家以前剛好是種番薯的,因為院子會源源不絕地長出番薯葉,所以天天有吃不完的番薯葉。那時候最討厭的事之一,就是被阿嬷強押去撕番薯葉梗外層的粗纖維,因為一來很麻煩不符合我能偷懶就偷懶的個性,二來是晚餐又要有吃不完的番薯葉了。以致於有十幾年,我在外用餐一定避過番薯葉,誰堅持點番薯葉就和誰翻臉。一直到搬了家,沒源源不絕的番薯葉可吃了,我才開始想念番薯葉。

搬了家,院子沒了番石榴和番薯,但我媽種了幾棵木瓜。我妹來台灣唸了幾個月書,有次我們去超市買了棵木瓜,我切開木瓜時,她說裡頭的種籽看來很可口想吃,我驚呆了。我們家種了木瓜那麼久,她居然不知道種籽是要丟棄不吃的。原來她從小到大從來都是媽媽切好木瓜送到她面前餵她吃的⋯⋯

我也是一直到幾年前,才知道原來番石榴、番薯和木瓜,根本不是原生於亞洲的植物,還一直以為它們的原產地應該就是馬來西亞或台灣吧 XD 原來它們是哥倫布大交換,從美洲大陸遍佈全世界熱帶或亞熱帶地區的。不僅是番石榴、番薯和木瓜,玉蜀黍、番茄、辣椒、可可、馬玲薯、花生、草莓、香草、向日葵、南瓜、橡膠、鳳梨、腰果、四季豆等等重要的作物,也都來自美洲大陸。

植物精彩的故事

其實,在哥倫布大交換前,很多植物的產品,就是驅動長途貿易的最大動力了,沒有之一。即使是絲綢,也是蠶寶寶把桑葉透過生物體轉換出來的,沒有桑樹就沒有絲綢。其他的還有茶葉、胡椒、肉豆蔻、丁香等等。更甭提我們人類的主食就是各種穀類。

許許多多植物,都和我們的文明及文化有千絲萬縷的關係,塑造了我們物質和精神世界的豐富性,也治癒了我們的身病和心病。我們為了栽了方便、產量、美觀和口慾,改造了許多植物,植物反過來也改造了人類。我們人類就是為了栽種植物來養家糊口才定居下來的,也為了能激刺我們精神和口味的植物展開跨洋貿易的大冒險。

《形塑人類文明的 80 種植物》(Remarkable Plants That Shape Our World) 就是個人與植物交織出的故事。除了植物史家海倫與威廉‧拜能 (Helen & William Bynum) 為植物和人類可歌可泣的關係立的傳,還有精彩的故事,及與英國皇家植物園合作,也有收藏有 205 幅館藏植物手繪圖,藉以歌頌植物的歷史、人類的歷史,以及植物存在本身的偉大意義。即知性又賞心悅目,會是所有對植物及園藝甚至廚藝有興趣的朋友一讀。

《形塑人類文明的 80 種植物》分為八個部分,精簡扼要但又不失深度地探討了 80 種植物的文化、地理和經濟聯繫。這 80 種植物即使有些好像在我們生活中不熟悉,但讀了其中的故事,才驚覺原來我們社會早已深受其影響深遠。

我們的社會早已深受植物的影響。
圖/unsplash

讀出生活中植物為我們帶來的樂趣

〈改變世界〉的植物,介紹的是讓人類在全球許多不同地方展開定居生活的植物,包括小麥、玉蜀黍和稻米等主食。我們今天幾乎都能吃到這些各地的主食,遍佈到我們都忘了它們是原產何地。除了我們熟知的糧食,搾油的橄欖和釀酒的葡萄也列於其中。

當文明發展出來說,我們對食物的要求不僅只是量而已,〈味道〉探討的是令我們的飲食變得活潑豐富的植物,從基本、好用的蔥屬植物到香料和番紅花的奢華口味。番紅花是單位重要最貴的香料之一吧,要大量人力在清晨採摘,一顆花也只有至多三個寶貴的花柱。要不是歐洲人極渴望肉豆蔻、丁香、胡椒而展開大航海時代,我們就不會有現在的現代社會。馬來西亞和台灣過去在香料貿易中扮演極為重要的角色。馬來西亞料理就又辣又香,嗜吃辣椒和辛香料,讓我很久才適應他國食物;也別忘了啤酒也要加料,要用俗稱啤酒花的蛇麻提味。

植物對人類一個救命功能是能當藥,〈解藥與毒藥〉提醒我們,植物中的活性物質往往會達成一個微妙的平衡,在不同的劑量下,可以是救命仙丹,也可能是危險毒藥。這單元甚至可以單獨成好幾部的科普書,畢竟全世界最著名的藥典《本草綱目》就是用中文寫的。即使是西藥,現在仍有不少藥物是來自或本來自植物,例如阿斯匹靈和奎寧。現在我們也不斷發掘植物在藥用和美容上的藥果!

〈科技與力量〉描述是哪些植物幫忙創造了我們的物質世界,包括船隻、房屋、服裝和家具,甚至還有武器。在冷兵器時代,最常上戰場的不是只有刀劍,還有木製的弓箭。在這個金屬和塑膠製品又廉價又耐用的時代,本製品仍給人更多溫暖窩心的感覺。在人造纖維又廉價又耐穿的時代,還是有更多人選擇了棉、麻織品。

〈經濟作物〉檢視的某些植物的產品,例如茶葉、咖啡、可可豆、棕櫚油或橡膠,在全球的需求量龐大。很多人一天沒喝上至少一杯茶或咖啡就無法正常運作,我也不例外,早上必喝杯厚奶茶,工作熬了夜,更需要一杯接一杯才能在白天保持清醒。為了大量供應這些經濟作物,很多發展中國家剷平土地來耕作這些植物,這在馬來西亞尤其明顯,滿山遍野都是棕櫚或橡膠,沒幾處可再容下紅毛猩猩和犀鳥。如同這些植物的產品改變了我們的栽種、購買、交易、販賣和消費型態,對世界市場和財富仍然有強大的影響力,這些植物帶來了一連串的環境變遷,貪婪的人類還不知如何承受。

有些覆蓋了部分地表,乍看之下沒特別用處,但〈地景〉要訴說,有途植物以獨特的方式成為一種標記——加州高聳的紅杉、澳洲的桉樹、熱帶海岸耐鹽的紅樹林。它們每一種其實在歷史上和當代都扮演了一角,形塑或改變了人們對當地氛圍的認知。

〈崇敬與仰慕〉和〈大自然的奇觀〉,海倫與威廉‧拜能要歌頌出類拔萃、令人刮目相看、不再以實用性為主的植物。這樣的植物也塑造了我們的歷史和我們對歷史的視覺紀錄。例如在我們的文化下,蓮花就是代表出淤泥而不染的高貴品格,也是佛教的代表標誌之一。椰棗樹在聖經和古蘭經中多次出現;許多花卉,例如蘭花、鬱金香和玫瑰具有鮮明的視覺美感,啟發了不同文化的藝術家,把大自然短暫的時刻化為永恆。

讀了《形塑人類文明的 80 種植物》,在苗圃花園、廚房餐廳,或甚至生活任何方面,看到這些植物或其製品,都能生出不少樂趣!

圖/pixabay

本文原刊登於 The Sky of Gene


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