2026年10月6日 星期二
生活科學大哉問
2024年9月4日 星期三
如果這樣,會怎樣?2:千奇百怪的問題 嚴肅精確的回答
如果有朋友身為父母,相信總免不了面對熊孩子們提出的五花八門的問題,除了少部份能正確回覆外,其它多半是晦澀艱難的謎題。這本如果這樣,會怎樣的作者蘭德爾.門羅卻有著過人意志,正面迎戰總多小朋友提出的疑問,運用堅實豐富的物理學知識,精確而具體地回答64個天馬行空的提問。
除了筆調逗趣的文字外,穿插的段落中的火柴人漫畫更是此書的一大特點,插圖用打破第四道牆的口吻,以典型的美式幽默替讀者整理段落的重點觀念或是來個吐槽。這些搔到癢處圖畫,恰似日本科普叢書空想科學讀本般讓人不禁認為書籍的本體是插畫~。外國小孩的想像力真的是腦洞大開,尤其對外太空展現出強烈的好奇心,最終的結論很多都是得用廣義相對論與黑洞理論來結尾。像「用湯灌滿太陽系」、「開車到宇宙的盡頭」、「縮小到房間尺寸的木星」。
64個問題中,有些問題的解答恰好也推翻了你我曾經見過的空想/假設,而且不少是漫威英雄電影裡描寫的橋段與人物。像是「用手吊在直升機葉片上」讓人聯想到美國隊長健美的二頭肌;「站在絕對零度的旁邊會如何」則是否定了變種人冰人的超能力;「飛鴿椅」讓聖鬥士星矢的白銀烏鴉座成為了笑柄;「空手接子彈」讓大多數的科幻英雄電影挨了一巴掌。其它也有不少能幫大人們解惑的問題,像是「十億層建築物」說明了為何太空電梯是個空想;「薜西弗斯式冰箱」描述出開空調為何會使溫室效應惡化。而許多和數量級有關的提問,最終總是得到世界末日的結果。
雖然這本書看似在回答小朋友的童言童語,但全書內文提及的許多物理學原理與科學理論,我想對普通讀者來說已經超載,更別想行有餘力找出作者論述中的盲點。換言之就是作者說怎樣就是怎麼,單純地照單全收,你我都無從驗證起。別太嚴肅看待,把它當成一本閒暇無事來閱讀的趣味科普讀物來看,是相當稱職。
2023年12月14日 星期四
空想科學讀本:大咖對決誰比較厲害
2021年9月20日 星期一
拯救或毀滅世界的十種新創科技
從小就耳聞「核融合」這神秘的黑科技是解決人類能源問題的聖杯,動心起念找到這本內容有介紹核融合的科普書「拯救或毀滅世界的十種新創科技」。它從巨觀到微觀講解了十項先進、能深遠影響文明發展的高科技。
好萊塢電影常有令人目眩神迷的科幻埸面,在娛樂觀眾的同時,也扮演預言者的角色,展示許多未來可能成真的高科技,其中不少是書中有提及的項目。十項新創科技議題如下:
1.太空旅行可以更便宜嗎?
這章介紹數種可省下火箭發射成本的技術,像是SpaceX採用的「可重複使用火箭」已經順利達成商用化。而「用太空飛機運送火箭」的想法,牽涉到開發與整合不同類型的發動機技術(渦扇發動機/後燃器/衝壓噴射發動機/超音速燃燒衝壓噴射發動機),目前還是乏人問津。很有卡通味的「巨無霸太空槍砲」點子,則是太像軍事武器,容易起引爭議。維珍銀河是使用「在高空啟動火箭」的做法,讓飛行器搭載火箭,從高空中直接發射。最後是曾在動畫鋼彈OO中出現過的「太空電梯與太空纜索」,不過此方法得先發明出高強度的合成纖維,克服地球自轉產生的拉力。
2.小行星採礦
太空中有些小行星完全由金屬組成,上面的金屬含量是人類在地球上開採金屬總量的30倍,聽起來有利可圖是吧?另外小行星採礦,不用像在地球上採礦般深入地層,只要在表層就能開採,真的是「寸土寸金」。不過依照目前的航太科技,要把每0.45公斤的東西送上太空,得先花費10,000美元。因此即便能無止盡地獲取大量金屬礦產,也無法彌補前期運送採礦機具上太空的投資費用。更別說如何把大量金屬運回地球販售,那可是一筆天價的運費。
3.核融合能源
「核融合」是利用自然界中最普遍的氫元素當燃料形成的純淨能量,當兩個氫原子(不同中子量的氫同位素)融合在一起時,會變成氦原子並釋放出巨大的能量。原子融合時,多出來的中子會帶著高熱以高速脫離新原子,這時就能利用來加熱水,帶動蒸氣渦輪機發電。不論是核分裂還是核融合,原子能發電的強項在於只要極少量的燃量就能產生天文數字般的能源。半浴缸水的「氘」(用來核融合的氫同位素),可以產生等同40噸燃煤的能量。實現核融合最大的障礙是原子間的排斥力(庫侖障壁),需要巨大的外力(作用力)來壓制才能強迫兩原子「結合」。太陽的能量正是來自於核融合,而太陽中心強大的重力壓,是提供不間斷的氫原子融合最理想的環境。然而在地球無法具備此自然條件,人們只好另尋他路。目前最簡單的做法是利用「核分裂」產生的能量,來促成「核融合」,這也是「氫彈」的原理。但當目標是「追求潔淨能量」時,用核爆來製作「純淨能量」真的令人啼笑皆非。小規模的可行作法是利用強大電場中的正電(相斥)與負電(相吸)來引導氘(氫的同位素)互撞,像其它各種核融合裝置一樣,裝置需要的輸入能量(用來產生電場)遠比輸出能量(核融合成功後產生的能量)多,目前只是個「耗能設備」。進行中的大型實作包括了「磁化內櫬慣性核融合」和「國際熱核合實驗反應爐」也都尚未達成能量的收支平衡,而在電影「天使與魔鬼」中的核融合裝置正是「歐洲聯合環狀反應爐」,是最接近成功的專案,目前已達成60~70%的能量收支平衡。
4.可程式化物質
簡單說就是動畫「大英雄天團」裡的神奇黑色金屬,或是「魔鬼終結者2」中的T2000殺手機器人。目前遇到的難題是如何做出超小型的電池來趨動機器人,特別是目標為打造奈米機器人時。另外由於現實世界中的不同東西,會需要不同的物質特性,像軟、硬、黏、韌。因此在發明出萬用的合成材料之前,神奇的黑色金屬可能只能變出堅硬的物體。
5.用機器人蓋房子
機器化建築工人,雖然效率是人類的三倍(紅色有角三倍速?),但目前只能專注做一件事(例如半自動化石匠,砌磚牆),從經濟報酬率上看無法商業化。相對地可以精確地製造出各式木工、石雕的機器人,因為大幅降低特殊建材的成本,有很高的商業價值。而「巨型3D列印機」用混凝土直接印出房子,能在24小時內蓋好一間55坪的房屋,這將能大幅改善難民與貧民的居住問題。本章中額外提及「3D列印食品」,真的是一堆化學填加物鞣製成的「可食用」黏土,有機會「千萬別試」。
6.擴增實境
在人工智慧(AI)的炒作風潮漸息後,IT圈又在找尋下個Buzzword,而「量子電腦」離真正能實用還有好大一段路,此時便把焦點放到擴增實境(AR)。有別於早前虛擬實境(VR)會造成動暈症而未能普及,擴增實境(AR)巧妙地結合GPS(未來可能使用光學電達)、網際網路、大數據以及智慧手機,搭著精靈寶可夢GO的火紅,消費大眾已張開雙手擁抱擴增實境。除了視覺外,擴增實境在嗅覺和觸覺上的成果很少,因為打造互動式的嗅覺和觸覺裝置相當困難。在電腦視覺的應用,不論是「健身魔鏡」或是FB和雷朋聯名推出的「智慧眼鏡」應該都會朝向擴增實境演進,它未來在醫療、教育領域的應用也將會更多樣化、平價化。
7.合成生物學
托新冠疫苗議題紛紛擾擾的福,對於這章的主軸DNA、RNA等字眼,相信讀者們都已略知一二。去氧核糖核酸(DNA)是多細胞生物的設計圖,可以讓核糖體利用胺基酸來製造構成生物運作的各種蛋白質。核糖核酸(RNA)則是扮演複寫紙的角色,從DNA身上抄錄要生成的目標蛋白質結構,再告知核糖體負責生產。雖然基因改造作物已經相當成熟,但針對人體上的基因改造還是困難重重,因為大自然經由演化而生的基因圖譜十分複雜,A基因和B基因的交互關係可能影響C、D基因,牽一髮動全身,形成千百種變化。另外也是因為對人類進行基因改造有「道德風險」,讓相關研究裹足不前。「合成生物學」在基改植物的廣泛應用(特別在藥品)和人造器官的生物合成,都是能蓬勃發展的領域。
8.精準醫學
大數據與人工智慧的興起與成功案例,讓各行各業有為者亦若是,特別在醫療產業上,相關的期待與發想更是無邊無際。最初的構想是如果能徹底收集每個人的生物訊號做長期追蹤,便可以讓全民在疾病預防上產生莫大助益。進一步還能用來量身訂製的藥物,讓每個病人接受個人化的治療,這將會重新定義人們口中的「對症下藥」。在實現面上,要完整收集每個人的基因體、微生物群與代謝體等資料很不容易,中間涉及許多數不清的檢測儀器、驗測藥物以及生物數據解讀,更別說在法津上有侵犯個人隱私的疑慮。
9.生物列印
本章和第7章相互呼應,討論生物列印(生物合成的子類)中的「人體器官列印」。以目前的生物科技,生成單一細胞很簡單,但是要橫空出世地生出一個可運作的人體器官卻有許多挑戰。器官是由眾多不同類型的組織結合而成,因此3D器官列印機要能快速射出細胞、蛋白質、化學物質與加工材料,以完美的結構排列出來,這樣才能「製作」出可供移植的人體器官,目前的科技還差的遠。退一步來說,如果只考慮器官在人體中所提供的功能特性,未來的「人工內臟」不見得要和真正的器官相似,或許這是一個能歪打正著的替代方案,讓人工器官技術大幅邁進。
10.腦機介面
要踏出用意念來操作電腦的第一步,首先要瞭解大腦的運作方法。而讀取大腦方法有兩種,讀取電訊號或讀取代謝訊號。在非侵入的方法中主要有「電腦波圖(EGG)」和「磁共振造影(MRI)」,侵入式的讀腦則有「腦皮質電圖(ECoG)」,它是將電極黏在大腦的表面,目前已經可以有效的讀取大腦操作手臂在三維空間中運作的訊號。最後是超級侵入式的讀腦方法「皮質內神經記錄」,就是用感應探針插入大腦中收集訊號,雖然能精確地讀取大腦的運作資訊,但也會造成腦部病變(受傷、發炎)。而且隨著時間,探針的偵測品質將會迅速降低,原因是探針會因為大腦的免疫反應產生異物,被神輕組織所包覆。
近20年來由於網際網路的興起和普及,讓資通產業的商務應用大爆發,資訊科技確實在各個層面改變了每個人的社交與生活模式。也因此受到國家、媒體和群眾的注目,投入大量資源並期待獲得數倍的回報。然而相較於上述10項真正的「高科技」,網路技術與建基其上的商業創新真的只是「軟科技」,如同書名「拯救或毀滅世界的十種新創科技」,真正「硬科技」所具備的影響力,是有擁有拯救或毀滅世界的潛力。
2018年7月29日 星期日
然後你就死了:被隕石擊中、被鯨魚吃掉、被磁鐵吸住等45種離奇死法的科學詳解
書名很有無釐頭風格,但是十足地名符其實。作者用一篇篇有趣的各種死因命題,慢慢帶出各式各樣的科學知識。我一樣是被一篇「睡不著會怎樣?」的網路文章所吸引,發現這本幽默感滿點卻又讓人學到不少有用人體小知識的書。
在各式各樣的死因文章中,可以發現作者對外太空死法比較有偏好。書中出現過數次以上的人體電漿化(笑) 。雖然那些情境百分百不可能發生在你我身上,但也令人欽佩作者居然能找到這麼多推論用的科學立論來描述這些胡思亂想。從書中看到的人體組織結構的小常識,或多或少能解答一些我們曾經困惑但沒去用心找解答的問題。
像是小朋友為何跌倒不會怎麼樣,但大人跌倒卻會出人命。(參考:踩到香蕉皮滑倒會怎樣?)在掉落的電梯中觸地的最後一刻跳起來,能不能避免受傷。(參考:電梯纜線斷了會怎樣?)常見的人體排毒說法,真的確有其事嗎?毒素又是從何而來?(參考:睡不著會怎樣?)上述只是舉一兩個有趣的案例,整本書中充斥著相當有用的生物學知識,當然是覆蓋在作者略帶黑色幽默的文筆之下。
總得來說,這本書的風格非常像是「空想科學讀本」。但卻不會有「空想系列」後期太多數字描述令人感覺疲勞的敗筆。另外「空想系列」畢竟是著重於動畫卡通的科學知識討論,在實用性上也差了此書一節。推薦給每天有個幾分鐘空閒,想要閱讀風趣文字但又能學到新知的人。




