2017年12月28日

科學月刊2018年1月號 577期

購買2018.1月號(577期)《科學月刊》

4 顯影

6 非關科學:海報褪色的秘密/王韻青
7 非關科學:意識的定義與本質/郭家銘

8 News Focus:分解塑膠碎片的海洋生物/掠食者獨特的面孔具相對應的行為特徵
9 News Focus:黑洞磁場比預期要弱上許多/眼神接觸有助親子腦波同步
10 News Focus:木衛二表面也有「板塊」隱沒帶?/神經細胞類型與腦部疾病的連結
11 News Focus:國際太空站發現微生物聚落/可探測新的物質相位與特性的量子模擬器
 
12 評 論:地球自轉與地震活動—人們預防震災的作為,應受地震頻率影響嗎?/潘昌志、馬國鳳
16 評 論:以非破壞性方式窺見胡夫金字塔內部/張敏娟

18 解 數:談電腦輔助證明/游森棚
20 理 物:世界的形狀—宇宙的故事/余海峯
24 生 動:認識受脅物種紅皮書名錄/楊正雄 、曾子榮
28 變 化:一體兩面的健康調撥—你所不知道的生酮飲食/葉秋莉
32 天 地:跨年夜的捷運影響地球磁場?—大眾捷運系統造成地球磁場觀測的擾動/顏宏元、陳界宏

38 封面引言
40 封面故事一:才不是擲笅算出來的呢!—精緻化的現代氣象預報/謝佩芸
46 封面故事二:天氣預報的延伸—短期氣候展望/李明營
52 封面故事三:風雨將臨—從多重時空尺度的天氣預報到即時天氣預報/黃椿喜
58 封面故事四:用電腦做天氣預報是什麼碗糕?—淺談數值天氣預報/洪景山
64 封面專訪:從傳統聖嬰現象到新型聖嬰現象—聖嬰現象專家:加州大學余進義教授專訪/文詠萱

66 科技新知:應用在AI、5G 的先進製程技術:鰭式場效電晶體(FinFET)/曲建仲

68 精選文章:有機廢棄物再利用及快速處理技術之發展/陳仁炫

74 專 訪:埋下不設限的種子—蔡沛學專訪/李依庭

78 書 摘:《燒杯君和他的夥伴》

有機廢棄物再利用及快速處理技術之發展

陳仁炫/國立中興大學名譽教授,34 屆全國十大傑出農業專家,教育部105 年度師鐸獎。專長為植物營養、土壤肥力。


農業、畜牧業、食品加工業、釀酒工廠等產出之廢棄物量甚鉅,若未採取適當處理常會造成環境的危害,如臭味、土壤及地下水的污染等,甚至潛藏對人畜安全的威脅。有機廢棄物含水量相對較高,若以焚化或掩埋方式處理,需土地和資金的大量投入且效果不彰,更可能因而降低焚化爐及掩埋場之壽命。現今原物料高漲,全球暖化威脅日益嚴重,故將有機廢棄物予以資源化是當今解決環保問題的重要對策。

農用有機廢棄物的種類及潛在問題
有機廢棄物,顧名思義即為含有機質的廢棄物,包括禽畜糞、廢矽藻土、食品加工污泥、釀酒污泥、農業污泥、動物性殘渣及植物性殘渣等。以臺灣而言,主要以畜牧廢棄物、農業廢棄物、食品廢棄物為大宗。

1. 畜牧廢棄物
包括動物排泄物、動物屍體、剩餘飼料和墊料。一般而言,禽畜糞若未經適當處理而直接施用,其所含之病原菌及重金屬可能會對作物造成危害,並產生含硫化合物及氨等氣體,其臭味亦會污染環境。

埋下不設限的種子—蔡沛學專訪

李依庭/本刊編輯。


在一個毛毛雨已漸歇、烏雲漸散的早晨,走在臺大的校園中,到處散落著此起彼落的吆喝聲,學長姐精神抖擻的為坐在台階上、那一個個懵懂又略顯緊張的神情展現出無比的熱情。不難得出今日是大學開學的第一天,迎新、團康,都是為了讓這群生澀的新鮮人能揮別高壓的高中生活,無縫接軌的適應新環境、新生活。

走進獸醫一館,按圖索驥來到3 樓的辦公室前,敲敲門後,前來應門的人,是往後2 個小時中的訪談對象——蔡沛學。走進蔡沛學辦公室,映入眼簾的是一面與此空間極為衝突的亮橘色牆,搶眼的佇立在辦公桌身後。帶上門後,眼睛卻隨即被門上的塗鴉所吸引,一顆精子在游泳,直接、卻也簡潔的讓人明瞭身處繁殖生理與細胞生物學實驗室。

應用在AI、5G 的先進製程技術:鰭式場效電晶體(FinFET)

曲建仲/臺灣大學電機工程學系博士,曾榮獲中華民國96 年度全國優秀青年工程師獎章並獲總統召見,致力臺灣科技教育多年,擅長以淺顯易懂的文字由淺入深帶領非理工背景的讀者們了解艱深困難的科技原理。


在去(2017)年9 月底,中央通訊社報導,台積電宣佈 3 奈米新廠落腳臺南,並且比原先預估的時程提早約一年量產,這等於宣告台積電技術領先,對競爭者如三星、英特爾產生震懾作用,更可以給予大客戶信心。台積電不但技術領先,更將技術結合人工智慧(Arti cial  ntelligence, AI)、第五代行動通訊(fifth hgeneration, 5G)、雲端應用(cloud application), 對臺灣產業發展是絕佳助力。有關3 奈米新廠建廠時間表與投資總金額,台積電表示,目前仍未定,初步規劃強效版 7 奈米製程將於 2019 年量產、5 奈米製程預計 2020 年量產、3 奈米製程預計在2022 年量產。

目前半導體製程技術已推進到 10 奈米,根據台積電董事長張忠謀的預估,3 奈米技術會成功實現,但是2奈米則有不確定性,換句話說3奈米有可能是半導體終極先進技術,主要是因為目前使用的紫外光雷射光源與光罩曝光系統已經利用到了極限,台積電3 奈米技術已經研發2~3 年,對於成功量產很有把握,但是2 奈米是否能夠成功則要再努力幾年才會知道,而2 奈米以下已經到了紫外光的物理極限,因此就很困難了!

從傳統聖嬰現象到新型聖嬰現象—聖嬰現象專家:加州大學余進義教授專訪

文詠萱/本刊主編。



傳統聖嬰現象為東太平洋在隔幾年海水異常升溫的現象,早在數百年前南美洲祕魯地區漁民就已發現此現象。他們發現,在正常時期,會因海底深層湧升流上升,其中富含大量營養鹽,帶來大量漁獲;而在每隔2~5 年,會有某一年因海水升溫,導致漁獲量大減。

而到了1960 年代,加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles, UCLA)氣象學家畢雅克尼斯(Jacob Bjerknes)在大量氣象與海洋資料中,觀察出聖嬰現象為大氣與海洋交互作用,不單只是海洋現象。科學家開始深入對聖嬰現象有興趣,而從對於聖嬰現象一無所知,到研究出整套物理理論、並能將物理理論以電腦模擬,共花了2、30 年的時間。

2017年12月27日

用電腦做天氣預報是什麼碗糕?—淺談數值天氣預報

洪景山/中央氣象局,氣象資訊中心。


鑒往知來
經驗上我們總是可以歸納出「現在是過去的累積,未來當然也和現在有關」。宗教上也有類似的說法:「若知前世因,今生受者是;欲知來世果,今生做者是」。人類科學發展的過程中類似的想法俯拾即是,如萊布尼茲(Gottfried Leibniz,1646~1716)曾說過「Everything proceeds mathematically……if someone could have a su cient insight into the inner parts of things, and in addition had remembrance and intelligence enough to consider all the circumstances and take them into account, he would be a prophet and see the future in the present as in a mirror.」,意思大意是說,萬事皆遵循數學的原則,如果我們有足夠記憶能記住過去的一切,或有夠深的智慧能理解一切事物發生的道理,那我們可以知道,未來就是現在的投影。著名的物理學家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749~1827)也說過:「We may regard the present state of the universe as the e ect of its past and the cause of its future. … if intellect were vast enough to submit the data to analysis, the future just like the past would be present before its eyes.」,意思類似,但說得更直接:宇宙的現在就是過去的果,也將是導致未來的因。萊布尼茲和拉普拉斯都是人類史上非常偉大的科學家,他們有著相同的理念,即「以數學和物理定律『鑒往知來』」,而天氣預報正是具體實踐此一理念的科學之一。只是,要從科學的角度來實現天氣預報上「鑒往知來」的理念,卻不是一件容易的事。

風雨將臨—從多重時空尺度的天氣預報到即時天氣預報

黃椿喜/中央氣象局氣象預報中心課長。


羅倫茲的蝴蝶在超級電腦中翩翩揮動著數值天氣預報之舞,預報員在多重的時空中描繪著關於即時、今明、周、旬、月、季、年復一年氣象預報的故事。

現代化天氣的基礎及變革
精密的天氣觀測系統是所有天氣預報的基礎,氣象局除了傳統的人工觀測氣象站以外,近年來於全臺各地不斷增設自動雨量站與氣象測站,目前涵蓋全臺的自動氣象站已超過300 個,自動雨量站則超過500 個,若包含其他單位通過檢核的雨量站則達800 個以上,氣象站間的平均距離小於10 公里。雖然臺灣有這麼高密度且精確的氣象站,但仍不足以應付各式各樣的防災需求。因此另外設置了以五分山、花蓮、墾丁及七股為主的4 個雷達氣象站,並整合其他雷達的觀測網。雷達觀測的原理是由主動發射的電磁波偵測空氣中的雲滴或水滴粒子產生的回波,利用回波與降雨的關係則可估計可能的降雨量,其優點是空間涵蓋密度高,且範圍較廣、時間的解析度也高,尤其雷達觀測的目標就是與劇烈天氣最相關的降雨,若利用都卜勒觀測原理也可以估計天氣系統中的風場結構,但缺點是由雷達回波換算成的雨量仍存在不小的誤差,精確度有待提升。除此之外,氣象預報上使用的資料還有衛星、閃電、探空氣球及飛機觀測等,關於氣象觀測的設置及原理,可以參考《科學月刊》第556 期的觀測專刊、第569 期的衛星觀測。

天氣預報的延伸—短期氣候展望

李明營/臺南縣人,文化大學大氣科學系學士,臺大大氣科學所碩、博士。目前任職於中央氣象局,負責氣候相關業務。


圖一:理查遜的數值天氣預報之計算大廳。(美國國家海洋暨大氣總署)

氣象預報原理
說起氣象預報,就得談到氣象預報的始祖,理查遜(Lewis Fry Richardson)。理查遜是個多才多藝的英國學者,他不僅專長於數學、物理、氣象學、心理學,同時也是個和平主義者。理查遜在1922 年完成的《數值天氣預報》(Weather Prediction by Numerical Process),是現代氣象預報的最基礎原理。理查遜利用一套富含物理原理的數學方程式來解析大氣的運動,並認為只要充足的計算資源,未來的氣象變化將是可能「預測」的。因此,他構想一個計算球形大廳,這個大廳類似於地球(圖一),將全球地圖繪製在大廳內,天花板代表北極,中層對應赤道,最底層象徵南極,每個座位皆有其代表的世界座標,座位上的計算員將最近的觀測資料代入方程式中,求出未來的氣象變化;在大廳的中央,是負責資料傳遞及協調的指揮官,類似樂團指揮的角色。理查遜對於氣象預報的想法非常具有前瞻性,但在他提出時的當下是無法實現的夢想;因為,他認為要有64000 人才能完成這個構想中的任務,那是非常龐大的人力資源!理查遜的氣象預報夢想,要到1950 年才得已實現,由當時一個稱為電子數值積分計算機(Electronic Numerical Integrator And Computer, ENIAC)替代龐大人力計算,花了接近24 小時做出24小時的氣象預報。得知這個消息的理查遜,當然非常欣慰他的理論能有被實現的一天。

才不是擲杯算出來的呢!—精緻化的現代氣象預報

謝佩芸/氣象預報中心預報員。


在「看天吃飯」的眾多行業裡,氣象工作者大概是最名符其實的一個。這份工作有些原罪——永遠不可能百分之百準確,也永遠要背負報不準的罵名。儘管已經進入21 世紀很久了,時至今日還是有不少人會說,「我家路口種田的阿伯看天氣都比氣象預報準,就連我用擲杯的都會對一半!看氣象預報要幹嘛?」雖然預報員總是日復一日地在批評聲浪中自我質疑、找尋這個身分的定位和價值,但風雲萬千的魅惑和挑戰性,還是吸引氣象愛好者願意繼續投身,努力在無法百分百完美的預報裡尋求突破的契機。

氣象預報是門年輕的科學。雖自人類有文明以來,就有氣象預測的需求,然而在過去人類漫長的歷史中,大多只能觀物識天、靠著經驗法則猜測天氣變化,想當然爾,被老天打臉的機率自然不低。身為現代預報員可幸運多了,隨著觀測儀器和電腦運算技術的進步,我們終於可以用科學的方式來分析和推測老天爺的臉色。

跨年夜的捷運影響地球磁場?—大眾捷運系統造成地球磁場觀測的擾動

顏宏元/國立中央大學地球科學學系教授兼系主任,研究領域為重磁測勘、地體構造物理學。

陳界宏/時任國立中正大學地球與環境科學學系副教授,現職中國地質大學(武漢)固體地球物理學系,研究領域為地磁學、地震前兆。


位於陽明山國家公園的地磁觀測站是為了監測臺灣北部地區火山活動,但長期在特定時間記錄到明顯的擾動訊號,干擾幅度約為3~5 nT(奈特斯拉,nano-tesla)。經研究發現,地磁觀測站長期受到擾動是臺北捷運系統的供電和回流電流不平衡造成。

地球磁場
在求學階段,大家都做過「磁鐵吸鐵屑」實驗(圖一),鐵屑會沿著磁力線排列,磁力線越密集的地方代表磁場強度較強。其實,因為地球磁場的緣故,在我們的周遭空間分布著不同密度的磁力線,磁力線的疏密就如磁鐵吸鐵屑實驗一樣,意謂著周遭磁場強度有所不同。

圖一:鐵屑會沿著棒狀磁鐵產生的磁力線排列。
(Wikipedia)

一體兩面的健康調撥—你所不知道的生酮飲食

葉秋莉/目前為臺北醫學大學保健營養學系教授,主要研究領域為臨床重症營養、免疫營養及營養代謝。


過去用來與藥物配合治療癲癇的生酮飲食(Ketogenic Diet)近期卻常與體重調控及糖尿病血糖濃度調節等名詞一同出現在各種媒體上,許多模糊不清的說法及錯誤的飲食方針造成大眾誤會,也讓錯誤的知識不斷的流傳。因此希望透過本篇文章的介紹讓大眾可以了解何謂生酮飲食。

歷史上的生酮飲食
早在公元前那個認為癲癇是天譴的時代,醫學之父希波克拉底(Ἱπποκράτης)就知道禁食可用以控制發病的癲癇病患,當時治療癲癇的方式與現今營養科學發展出的方法不謀而合。1911 年果爾巴(Guillaume Guelpa)及瑪喜(Auguste Marie)首次發表了有關利用禁食方式治療癲癇之相關文獻。1921 年內分泌科醫師伍德亞特(Rollin Turner Woodyatt)發現長期飢餓狀態下或採低碳水化合物高脂肪飲食的人體內會有- 羥丁酸(-hydroxybutyrate)及丙酮(acetone)產生,兩者均為酮體(ketone body, KB)家族的成員。同年威爾德(Russell Morse Wilder)醫師認為利用禁食治療癲癇是無法長久進行的,於是發展出生酮飲食,讓癲癇病人體內的酮體可以維持一定的濃度。到了1925 年彼特曼(Mynie Gustav Peterman)醫師才首次於美國醫學會雜誌(e Journal of the American Medical Association, JAMA)發表以生酮飲食成功控制兒童癲癇發作的文獻,而當時的飲食方針是:給予孩童每日1 克∕公斤體重的蛋白質與每日10~15 克∕公斤體重的碳水化合物,剩下的熱量由脂肪補充。

世界的形狀—宇宙的故事

余海峯/天體物理學家、科學專欄作家。瑞典皇家理工學院博士後研究員,研究興趣為伽瑪射線暴輻射機制。


數千年前,沒有電視、沒有網絡。夜幕低垂,人類抬頭仰望星空,也許會問:世界到底是什麼形狀的?從前,我們認為「世界」就是我們居住的地球。直到今天,「世界」這個詞的意思仍多指「地球」,與科學認知的整個「宇宙」意思不同。

地球的形狀
那麼,世界……噢不,那麼宇宙究竟是什麼形狀的?宇宙的邊緣在哪裡?宇宙有多老?宇宙有終結的一天嗎?這些人類史上從古至今的宇宙大哉問,其實全是最前沿的科學研究題目。讓我們首先來看看從前人們是如何看這個地球的吧!

幾千年前,人類就認識到地球不是平的。古希臘人發現能看見遠方帆船的帆但卻看不見船身,發現地球表面是彎曲的。另一個證據就是月食,很早的時候,古希臘人就已經發現月食形成的原因,是因地球影子投影於月球之上所形成。他們發現月食時的陰影永遠都是正圓形的,而只有當地球是球狀三維立體時,投下的影子才會出現這個情況。

認識受脅物種紅皮書名錄

楊正雄/參與臺灣櫻花鉤吻鮭研究超過10年,關心淡水生態環境。目前在特有生物中心工作。

曾子榮/臺灣大學生態學與演化生物學研究所畢業,但對資料處理與程式編碼更有興趣。


紅皮書緣起
你是否經常在生態保育相關的報章、雜誌或新聞影片中,看到地球上某生物被「紅皮書」列為瀕危生物,或提及物種正面臨著滅絕的風險。但你是否曾想過,裡面提及列在紅皮書中、瀕危的物種,是怎麼一回事嗎?此文字描述是否有科學性理論的論證和資料的支持?以下,我們將透過簡單的介紹說明將某生物列入紅皮書的過程,或許你會發現在科學上,想要將「滅絕風險」以量化的方式呈現,比想像中還要更困難。

紅皮書最早是由史卡特爵士(Sir Peter Scott)在1963年所提出,一份包含威脅程度定義的受威脅野生物清單(a register of threatened wildlife that includes de nitions of degrees of threat),此定義完整闡述紅皮書評估系統的精神與價值。根據此定義,不少國家都有發展出各自的物種威脅程度評估方式或系統,例如:美國、澳洲、紐西蘭或日本等,不過這其中最知名,也最廣泛為人使用的就是國際自然保育聯盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)的紅皮書系統。

談電腦輔助證明

游森棚/任教於臺灣師範大學數學系及空軍官校。


這個月的專欄來談談電腦輔助證明,我們來看看幾個例子。

五邊形拼平面
先回憶一下前(2016)年4 月份的本專欄文章〈拼滿平面的五邊形〉,數學家對用全等的凸多邊形能否週期性地拼滿整個平面非常感興趣。因為用任意三角形一定可以鋪滿平面,要判斷四邊形是否能鋪滿平面也不難,六邊形以上因為內角和的關係不可能,所以,只剩下五邊形。那篇專欄中,說明了這100 年間,一路下來只找到15 種五邊形可以鋪滿平面,而且第15 種還是在2015 年才找到的(圖一)。因為長度和角度都是「漂亮的」,這個形狀也成為2016 年大學學測的題目。

圖一

以非破壞性方式窺見胡夫金字塔內部

張敏娟/任職輔仁大學物理系副教授兼任副教務長。本刊副總編輯。


古埃及人建造金字塔,相傳是過世的法老(國王)陵墓。金字塔陵墓基座為正方形,四面由四個相等的三角形構成。金字塔既然主要用途是為了讓法老可以安心往生,其象徵的宗教意義也相對強烈。

有座相當有名、位於埃及吉薩市的胡夫金字塔(Great Pyramid of Giza,又稱「大金字塔」、「奇歐普斯金字塔」),相傳是胡夫法老王死後安放墳墓的地方。目前該金字塔,是全球觀光客的愛好景點、號稱古代世界七大奇蹟之一,同時也是唯一一個依然存在於現代的奇蹟。

胡夫金字塔的建造奇蹟
這座胡夫金字塔由約230 萬塊巨石所建成,高度約140公尺、底邊長約230 公尺。科學家們相當好奇這座金字塔是怎麼蓋起來的?以現在一層樓高3 公尺來粗估,這座金字塔約47 層樓高,實在驚人,到底4500 年前的埃及人是怎樣做到的?若是以現代文獻推估,這座金字塔是利用20 年的時間建造而成,230 萬塊巨石除以20 年,平均每小時需將13 塊巨石安裝到位,且必須日夜不休。更驚人的是,古埃及學家皮特里(Flinders Petrie)於1880~1882年對金字塔進行了第一次精確的測量,他的報告指出金字塔外部的石壁與內部墓室的石材都被高度精準地組合在一起,石塊與石塊之間的空隙平均只有0.5 公分。

國際太空站發現微生物聚落

(NASA)
加州大學戴維斯分校的微生物學家,分析在國際太空站15 個地點取得的採集棉籤,發現在國際太空站上,擁有數千種微生物,且這些微生物多樣性與地球居住環境的微生物其多樣性相去不遠。因國際太空站為完全封閉空間,研究團隊推測這些物種可能是從地球送上物資時所帶上去的。

加州大學戴維斯分校醫學微生物與免疫學教授艾森(Jonathan Eisen)表示,研究國際太空站內的微生物與地球上建築物微生物相互比較,能讓科學家了解有限生物流量對生態系生物多樣性的影響。


新聞來源
Jenna M. L. et al., A microbial survey of the International Space Station (ISS), PeerJ, 2017.

神經細胞類型與腦部疾病的連結

人的大腦,由各種類型的神經細胞連結而成,是極為複雜的存在。因此,對於許多腦部神經紊亂或失調等疾病,其相關機制科學家一直不得其解。近期,由加州大學聖地牙哥分校(University of California - San Diego)的研究團隊透過開發新型單細胞定序方法,能詳細辨識各不同類別的神經細胞,並進行系統式的分類。

研究人員透過結合染色質圖譜的RNA 定序技術,分析超過6 萬顆成人腦細胞中的單細胞核,鑑定出35 種不同的神經元細胞及神經膠質細胞(glial cells)亞型,並利用這些資訊,描繪出腦內細胞類型與疾病的遺傳風險。

不僅如此,還可對應出不同腦部疾病與各類神經細胞的影響,像是2 種神經膠質細胞的亞型——微膠細胞(microglia)和寡樹突膠細胞(oligodendrocytes)的損害是阿茲海默症的兩大風險因子。另外,微膠細胞也是躁鬱症(bipolar disorder)的風險因子;精神分裂症(schizophrenia)則與興奮性神經元(excitatory neurons)亞型相關。


新聞來源
Blue B Lake et al., Integrative single-cell analysis of transcriptional and epigenetic states in the human adult brain, Nature Biotechnology, 2017.

眼神接觸有助親子腦波同步

腦部各區資訊傳遞所仰賴的腦波,是由數以萬計的神經元活動產生。過去研究顯示成人傳遞訊息時,兩者腦波在同步(synchrony)的狀態下,會有不錯的溝通效果。劍橋大學嬰幼兒人際神經溝通學習實驗室(Baby-LINC Lab)日前就嬰兒與成人互動時腦波同步的可能性進行
研究,並探討眼神接觸是否為影響因子,其研究結果刊登於近期的《國家科學院院刊》(PNAS)。

研究團隊以腦電圖(electroencephalography, EEG)檢測36 組嬰兒的腦波型態(brain wave pattern),比較嬰兒及成年人之腦部活動。第一個實驗裡,嬰兒觀看一個成人唱著童謠的影片,且影片中的成人目光直視嬰兒,期間成人會轉頭避開視線、最後再將頭轉回看著孩子;第二個實驗過程與先前並無差異,只是將影片裡的人代換成一個真正的人,前後兩次實驗中成人的腦波都會受到腦電圖偵測。

實驗一裡,成人注視嬰兒的眼睛時、嬰兒的腦波會較未注視時來得接近成人,而當成人轉頭但尚未將眼神移開的瞬間,會產生最大的同步效應。研究人員認為,嬰兒可能在過程中得到成人欲與其溝通的強烈訊息,而在實驗二當中,嬰兒與成人的腦波同步程度又更多了些。研究人員指出,這表示腦波同步化的成因不單只是受試者看到對方的臉或看到有趣的事物,還有彼此共享的那份溝通意圖。

研究作者之一里昂(Victoria Leong)博士表示,兩者相視時對彼此釋出「可交流」與「欲求溝通」的訊號,當彼此對注視的動作有所回應,其腦波也將更同步,這個機制也許可以使孩子的學習更有效率。此外,為瞭解嬰兒的溝通行為,研究人員亦記錄其「發聲(vocalisations)」的頻率,發現孩子發聲越多、其腦波與成人同步的程度也越高。然而眼神接觸與發聲如何帶來每秒3~9 次的同步腦波,需再進一步研究。


新聞來源
Leong V. et al., Speaker gaze increases infantadult connectivity, PNAS, 2017.

分解塑膠碎片的海洋生物

據估計,全世界每年會製造出1.2 億噸以上的塑膠製品,像是手提袋、塑料瓶等,而這些產出,都是塑料污染的主要來源。最近,科學家發現一個塑膠提袋會被海洋生物分解成約175 萬個微小碎片,造成潛在的環境破壞與物種危害。

英國的普利茅斯大學(University of Plymouth)研究團隊藉由觀察一種棲息在北歐和西歐沿海地區的端足類動物(Orchestia gammarellus),發現此種節肢動物會將海洋中的塑膠垃圾撕成微小碎片,且在糞便中觀察到許多塑膠碎片。研究也發現影響其降解速度不在於塑膠的類型,若隨時間的積累使塑膠外裹上一層有機材料(生物膜),則會使降解速度增加4 倍。

研究人員表示這與先前海鳥攝食的研究相似,海洋生物會被富含生物膜或散發特殊化合物氣味的塑膠吸引,當成食物,造成塑膠碎片的擴散。研究人員進一步表示,綜觀目前的研究顯示,已有超過700 種海洋生物會攝入塑膠碎片,並對個體造成直接的危害。

新聞來源
D.J. Hodgson, A.L. Bréchon and R.C. Thompson, Ingestion and fragmentation of plastic carrier bags by the amphipod Orchestia gammarellus Effects of plastic type and fouling load, Marine Pollution Bulletin, 2018.

科學碎碎念—意識的定義與本質

郭家銘/可以跟冥想大師一起飛到外太空的男子,本刊編輯。

(Pixabay)
達爾文的自然選擇(natural selection)理論中,最簡單的細菌從環境中提取生存所需的物質並進行繁衍,最終在一個無意識與目的的演化過程中,出現了智人及許多擁有大腦的生物。然而在行為之上,誰才是一切的開始?笛卡爾曾說,意識是我們的存在裡不可否認的事實之一。那麼意識究竟是什麼呢?普遍認為,意識是一種對品質覺察的狀態,並作為心智(mind)的執行控制系統(executive control system)。意識聽起來好似與認知(cognition)有幾分像、卻又有些許差異,哲學家丹尼特(Daniel Dennett)曾表示,人的認知並不包含理解,我們有意識的想法僅代表大腦處理訊息的某些片段。

科學Color—海報褪色的秘密

王韻青/不小心誤入科學歧途的設計小羔羊,本刊美編。

海報褪色的原因有很多,紫外線、溫度、濕度等等都是可能的因素。不過,大家是否有注意過,公佈欄上張貼許久的海報,常常呈現如圖一的樣子嗎?為什麼褪色之後,色調會偏藍、綠色呢?
圖一:褪色海報。(王韻青攝影)

2017年12月14日

書摘:《時空旅行的夢想家:史蒂芬‧霍金 全新增訂版》

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書名:《時空旅行的夢想家:史蒂芬‧霍金 全新增訂版》 
作者:吉蒂.弗格森(Kitty Ferguson) 
譯者:蔡承志 
出版日期:2017年12月
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第二章 我們的目標不外乎完整描述棲身的宇宙

我們在世界和宇宙間體驗的錯綜複雜,又變化萬千的所有事物,歸結到底有可能就是一種簡明至極的現象。這種想法並不新鮮,也不牽強。西元前六世紀,義大利南部哲人畢達哥拉斯和他的門人鑽研里拉琴弦之弦長和音高的關係,結果發現,在大自然紛雜現象背後,其實藏著模式、秩序和合理性。此後兩千五百年間,我們的祖先仍不斷發現,大自然並不像乍看之下那麼複雜難懂,而且就像畢達哥拉斯和門徒的發現,結果通常令人詫異又心生敬畏。 

2017年12月11日

莫菲的果醬吐司

曾耀寰/時任職於台大物理系


墨菲上尉是美國空軍的機械人員,他在1949年參與空軍的一項MX981計畫,研究在墜機時,人類對立即減速的容忍程度。有一回看似完美的測試卻發生錯誤,墨菲上尉發現有些電子線路連接錯誤,於是他說出一句至理名言:“Anything that can go wrong will go wrong”(任何可能會出錯的地方,就一定會出錯。)此乃墨菲第一定律。

落地的果醬吐司
又是個暖洋洋的星期日早晨,像把利刃的太陽光穿透窗簾布間的空隙,無聲無息地掉落在地毯上。墨菲伸了個懶腰,坐起身來,少了趕上班的焦慮,終於可以慢條斯理地下床、刷牙、洗臉,並且從容地準備一份平時所沒有的早餐,厚片吐司加上果醬,咖啡、報紙一應俱全,這簡直是辛苦一週後的報償。眼睛正在搜尋週日才有的專輯特刊,右手端起象牙白的咖啡杯,啜飲一口香醇的卡布其諾,咖啡杯在放回桌子的時候,不幸的事情發生了,原先平放在桌角的果醬吐司翻落了下來,千萬不要!但,塗抹果醬的那面吐司一點也不猶豫地親吻了乳白色的地毯,毀了一個美好的星期日早晨。

也許你沒有過這種掃興的經驗,不過想起來還真令人搥胸頓足,更氣人的是,每次都是塗果醬的那面吐司朝下,就像墨菲定律所說的。果醬吐司面朝下是否有更深層的意涵?或只是簡單的物理定律,果醬吐司的運動狀態是否符合科學?接下來是一些科學家對果醬吐司面朝下的解釋。

2017年12月5日

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