從科幻歷史脈絡中 探究科學的現在與未來
10
9 770250 331001
586 Contents
2018 / October
COVER STORY 758
760
科技實現的科幻夢 曲建仲
764
要穿越時空， 該用時光機、黑洞還是蟲洞？ 欒丕綱
768
科幻中的未來醫學 李偉才
776
772
此物只應天上有
科幻分類學 葉李華
Vol.49 No. 10
721
Contents-2
填問卷．拿新書
724 顯影
只要於 2018 年 10 月 31 日前完
非關科學
728 飲食控制背後的神奇效應／李依庭 729 穿越時空的旅人／謝育哲 News Focus
整回答讀者問卷調查內容 請至
bit.ly/2NQp7Gv 填 寫， 或 掃 描 QR code，就有機會獲得方言文 化新書 《科幻電影的預言與真 實》。數量有限，敬請把握！獲
730 細胞激素影響植物氣孔數量／
獎 名 單 將 於 2018 年 11 月 5 日
增加瘦素的受體表達 可望成功改善體重
前公布在科學月刊臉書與部落
731 昆蟲式機器人 解開果蠅飛行奧秘／
格上。資料煩請詳實填寫，以便
透過超聲波懸浮技術 液滴也能「脹」出泡泡
贈書寄送。
732 被海洋包覆的行星仍可能孕育生命／蒙娜麗莎患有一身病？ 733 冥王星重返行星行列？／微笑不一定代表感到開心 評 論
734 高能微中子天文學曙光乍現／金升光 736 火星之水／劉玲根 專 欄
738 解 數：從數學中思索功能固著／魏澤人 742 理 物：帕克探測船窺探太陽／曾耀寰 746 生 動：利用全基因體解碼 探索臺灣帝雉的「內在美」／李建樂、莊曜宇 750 變 化：淺談夏威夷禁用防曬乳成分 — 甲氧基肉桂酸辛酯與羥苯甲酮／嚴融怡 754 天 地：從初生恆星提取太陽系的過去— 用天文化學解開生命起源之謎／呂聖元 精選文章
780 以大數據分析揭開臺灣海洋生態面紗／方力行、周偉融 784 介紹自然界的力／蘇明德 788 亞洲造山運動三部曲／范賢娟 792 SI 基本單位的重新定義／吳玉忻、陳士芳、蔡淑妃、劉信旺 Live 科學
798 2018 諾貝爾講了沒
722
SCIENCE MONTHLY 2018.10
bit.ly/2NQp7Gv
台北市科學出版事業基金會
走進編輯室
董事長：劉源俊 董 事：王文竹 周成功 林基興 倪簡白 郝玲妮 高涌泉 趙 丰 羅時成
當科幻遇上科學 今（2018）年《科學月刊》3、4 月號的封面故事，分別為「生物辨識」與「人工
秘 書：李金穗
智慧」。這些題材，若在 1、200 年前的社會中提出，探討的方向不在於科學，而
出版者：科學月刊社
是屬科幻的範疇。
理事會 理事長：曾耀寰
什麼是科幻？科學幻想（science fiction），是人類虛構出的想像，利用虛構科學加
理 事：曲建仲 李武炎 邱韻如
以合理化的解釋，有些是基於科學基礎上延伸，而有些則是全然的天馬行空。科幻
范賢娟 張敏娟 陳章波
領域的起始和發展，需追溯自 19 世紀作家雪萊（Mary Shelley）的作品《科學怪人》
程一駿 蔡孟利
執行總監：趙軒翎
（Frankenstein）與 20 世紀一系列科幻小說的問世，題材包含死而復生、太空旅 行與人工智慧等。由於當中的元素或設定常能帶給讀者驚奇或衝擊，因此，科幻， 一直是個歷久不衰的題材。
編輯部 總編輯：林翰佐 副總編輯：陳妙嫻 趙軒翎 蔡政修
提及科幻，最令讀者印象深刻的是哪一部科幻作品？是發明大量能優化人類生活工
編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲
具的《哆啦 A 夢》、探討人類與機器人情感衝突的《A.I. 人工智慧》（A.I. Artificial
江建勳 李武炎 李志昌 李精益 林秀玉 林宮玄
Intelligence），還是以黑洞與太空旅行為題材的《星際效應》（Interstellar）？
黃正球 黃向文 黃相輔 周鑑恆 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明
無論心中所想的是哪部作品，不可諱言的是，因著人類對於科幻抱持許多浪漫想法 與思維，使科幻充斥在人類的生活之中，造就出各式科幻產物。小說、漫畫或電影
高憲章 張大釗 張敏娟
中不乏各種擁有不同超能力、能飛天遁地的超級英雄；宇宙中各個不同物種間勢力
陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東
的角逐；時空轉換與時間扭轉的故事；在科技的日異快速的發展下，所衍伸出人與
景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 單維彰 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕
機器人共存的虛實交錯世界；甚至是當地球資源耗盡後，重大災害將影響人類的未 來等題材。
劉宗平 鄭宇君 鄭運鴻 蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 蘇逸平 韓德生 嚴如玉
不過，在這 200 年的科幻脈絡裡，當年作品中的超現實，如今已藉由各種科學實驗
編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗
或方法，探索出其規律現象，並在科學論證的基礎下發展出一系列的工具。不僅如
吳明進 吳家誠 周延鑫
此，伴隨著科技領域的進步，如同前面所述的生物辨識、人工智慧，更甚是科幻故
周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 陳文屏 陳章波
事中常見的機器人等，在現今，都不再只是存在於科幻領域，已躍然於現實之中。
陳國成 曾惠中 孫維新 張 復 張勝祺 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 編：李依庭
本期《科學月刊》透過科學的角度，從中解釋當年科幻的各種不可能，探討已實現 的科幻背後所隱藏的科學，並向未來延伸。或許有一天，人類回過頭來看本期刊物 時，也將不再是科幻！
編 輯：郭家銘 謝育哲 美術編輯：黃琳琇
（編輯部） 業務部 經 理：李金穗 業務助理：廖本翔 創刊於 1970 年
科學月刊社
製版印刷：赫偉有限公司
本期為第四十九卷第十期 第 586 期 發行於 2018 年 10 月
地址：10646 台北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓
總經銷 : 聯華書報社
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負米之下的科學 圖
文
黃湘倫
01
在太平洋的島礁中，微孔珊瑚是常見的大尺寸珊瑚。
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微
珊
瑚
尺寸
。
測
大
孔
的
鑽
取
珊
瑚
岩心
。
03
潛水
員利
用水
下
電
鑽
潛水
員協
助
量
02
04
珊瑚骨骼 X 射線照片。
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若地面是 0 公尺，水下就以「負」做為計算。在潛水研究範疇中，需肩扛超過 20 公斤的裝備，包括浮力輔助設備（Buoyancy Compensator Device, BCD）、調
節器與氣瓶等，並戴上面鏡和一雙合適的蛙鞋。水下的科學，儘管無法靠一己之
力「潛」進到最深的海，但可以先從潛水技術中性浮力（neutral buoyancy） 先開始琢磨起，不急不徐地在水下消耗氣瓶內的空氣。
相較於色彩繽紛、隨處悠遊的魚類，珊瑚為初學者在水下的世界裡易於觀察的物 種。珊瑚不會老，也不會受到尺寸的限制而停止生長，1 年約略只長 1 公分，能 提供棲所給其他生物，死後成為穩固的底質──珊瑚礁，是水下的「歷史」。
珊瑚的碳酸鈣骨骼有疏密程度之分，通常能利用 X 射線觀察其生長年輪，用以
計算生長速率（growth rates）、鈣化速率（calcification rates），若再加上
量測珊瑚尺寸（colony size），即能推估珊瑚年齡。在太平洋的島礁中，團塊
形微孔珊瑚（Porites spp.）經常是被觀察到的大尺寸珊瑚種類，在臺灣最著名
的例子是綠島的「大香菇」，透過計算可知其年齡已超過 1200 歲，高度更超過
10 公尺。
海洋，總有一種吸引力，讓人義無反顧地一再跳入海中，為的是在那有限的時間 內，用力地欣賞海下風景、與魚兒共游，並嘗試從中提出問題、收集樣本，再回 至岸上解答。
延伸閱讀
Soong K et al., A very large poritid colony at Green Island, Taiwan, Coral Reefs, Vol. 18(1): 42, 1999.
05
海草床中的微孔珊瑚常為魚類的棲所。
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06 07
東沙環礁外圍礁斜坡（reef slope）表面上的軟珊瑚有著高覆蓋率。
瑚
上
的
紅
扇
珊瑚
。
微
孔
珊
獅子魚（lion fish）穿梭在珊瑚礁中。
08
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非關
科學纖纖 李依庭
科學
飲食控制背後的 神奇效應 嘗試從每篇過往的扉頁中，念出成就一生的獨白，本刊主編。
相較於古人的粗茶淡飯，隨著農業、加工產業的開發與進步，
究顯示，身邊有一個正在執行減重計畫的伴侶，能增加自
人類的飲食逐步從粗食邁向越趨精緻的飲食文化。除去穀物
身減重的機率。
中的胚芽與麩皮研磨出的白米、白麵粉和透過加工技術精緻
研究人員找來了 130 個身體質量指數（Body Mass Index,
化的白糖等精緻原料製作而成的餐點、麵包、餅乾與蛋糕等。 因其口感較為滑順、好吃，所以，現今不只是餐廳、夜市或 小吃攤中的美食佳餚，甚至是隨處可見的超商冷藏櫃中所販 售的微波餐點、滾輪機上滾動的熱狗或架上玲琅滿目的零食
BMI）介於 27~40 且想減重的受試者，為幫助減重計畫的執 行，受試者在半年裡會持續收到研究人員所提供的減重講 義、運動用品與定期的個人化會議。經過 6 個月的追蹤後發 現，沒有跟著受試者執行減肥計劃的伴侶，體重竟有 3％的
點心等，都是為迎合現代人口味而生的精緻食品。
降低，且比例高達 1 ∕ 3，也就是每 3 位受試者中就有 1 位受
市面上大量精緻食材充斥，過度的精緻飲食文化在經年累月的
試者的伴侶體重有顯著的下降。觀察到此現象後，研究人員
攝取與長期缺乏運動之下，使現代人的體重逐年攀升。根據紐
戈林（Amy Gorin）稱其為漣漪效應（ripple effect）。
西蘭奧克蘭理工大學（Auckland University of Technology） 的研究統計顯示，與 30 年前相比，現代人的體重多出 10.8
公斤；在臺灣，更是每 2 個成年人中便有 1 人有體重過重的 問題。因此，不論是為了健康或體態的維持，減重已成為現 代人日常生活中不可或缺的課題之一。
其實，面對此結果也不需太感驚訝或意外，行為心理學家表 示，主要原因為當一個人的行為產生改變時，連帶也會使周 圍的人產生改變。在此研究中，伴侶可能會效仿正在執行減 重計畫的受試者行為，例如更加在意食物類型的攝取、熱量 的計算與頻繁地測量體重等。不僅如此，此研究也發現伴侶
面對減重，坊間不乏大量的書籍與資訊，教人們如何吃或在
之間減重成功與否有密切的相關，減重成功的受試者相較
什麼時間點吃，最能有效率的減重，甚至出現各種減重方
於在減重中遇到瓶頸的受試者，其另一半在未來若執行減重
法，如斷食法、生酮飲食或回歸粗食等。不過，屏除外在的
時，較有機會能夠成功。
努力，科學家也嘗試從人體基因、生理代謝機制中找出左右 人體體重的秘密。先前研究已發現，人體中含有一種稱作瘦 素（leptin）的蛋白質賀爾蒙，能調節脂肪儲存並加快體內新 陳代謝，更有抑制食慾與體重的功效。而在缺乏此編碼基因
看到這裡，想減重的你不防闔上雜誌、抬頭找找不論是在 廚房中煮飯、浴室裡洗澡或在臥房內睡覺的另一半，說服 他 ∕ 她從今天起開始執行那完美的減重計畫吧！
（ob／ob）的大鼠實驗中，則發現會有食慾旺盛、體重顯 著增加甚至導致病態肥胖的發生。 體重的多寡除了從科學的角度來檢視外，其實，自身的飲 食管理與適量運動的徹底執行，才是減重的不二法門。然 而，面對美食當前的誘惑與繁忙的生活壓力，常使現代人 的減重效果不彰，進而扼殺減重動力。不過，以下的研究 或許可以為現代人的減重之路提供一個特別的方向。近期， 由康乃狄克大學（University of Connecticut）所做的一項研
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延伸閱讀
1. Laura Donnelly, The ripple effect : having a partner on a diet boosts weightloss chances, The Telegraph, 2018/2/1. 2.Amy A. Gorin et al., Randomized Controlled Trial Examining the Ripple Effect of a Nationally Available Weight Management Program on Untreated Spouses, Obesity, Vol. 26(3): 499-504, 2018. 3. 瘦素，http://bit.ly/2MXNtP3。
非關
科學
穿越時空的旅人 謝育哲
生命是不斷地學習與探索新事物，追求真善美，本刊編輯。
相信許多人都應該看過日本知名漫畫《哆啦 A 夢》（『ド
斯坦的狹義相對論（special relativity）指出，所有相對於一
ラえもん』）。故事裡面各種天馬行空，激發想像力的道具
個慣性系統移動的時鐘都會走得比較慢。用更簡單的說法，
令人回味無窮。而故事中最經典的，莫過於「時光機」了。
當移動的速度越快，時間將會走得越慢，這正是所謂的「時
筆者印象最深刻的是，故事的主人公大雄會利用時光機，
間膨脹（time dilation）」。這在 1971 年，由物理學家哈菲
回到過去與早在童年時期就已過世的祖母身邊尋求慰藉。
爾（Joe Hafele）與基廷（Richard Keating）實驗驗證。他們
當奶奶第一眼見到「未來」的大雄，便認出這就是她心中
將高度精確的原子鐘置於飛機上，第一次向東快速飛行，
最疼愛的小孫子，祖孫相逢的情節令人動容。
第二次則向西，最後再與實驗室內的原子鐘進行比較。考
穿越時空一直是人類最想企及，卻始終實現不了的浪漫。 許多的文學作品、科幻題材以及大眾文化內佔有一席之地。 文學方面，英國著名小說家威爾斯（H. G. Wells）筆下的《時
間機器》（The Time Machine）便是一例。故事講述主角利 用自身發明的時光機器穿梭至西元 802701 年，見識到未來
的人類分為獵食者與獵物 2 種族群，並在荒蠻世界中冒險。
影視題材部分，1985 年經典電影《回到未來》（Back to
慮到相對於地球的運動，向東飛行與地球自轉方向相同， 所以飛機的速度快於地面，時間過的更慢；另外向西飛行 則相對於地面速度較慢，時間則會越快。根據理論計算， 向東飛行的原子鐘會慢 40±23 奈秒，而向西飛行則會快
275±21 奈秒。實驗結果顯示，向東飛行慢 59±10 奈秒，
向西飛行則快 273±7 奈秒，實驗數據皆在相對論的預測範 圍內〔註一〕，也就證明了速度越快，時間過得越慢。
the Future）也是令人津津樂道的科幻片。電影描述主角被 意外送回 1955 年，巧遇過去的父母。但尷尬的是，主角的
當然，以現今的科技是無法讓我們抵達更久之後的未來，
母親竟然愛上了自己，這使得主角不得不「矯正」過去的
一張可行的藍圖，或許在未來，時光旅行並非癡人說夢。
時間線，努力地讓父母重新愛上對方，以確保自己可以順
但不論如何，過去已成追憶，處於「現在」的我們，還是
利出生。
想想如何把握當下，充實自己的人生更實在吧！
以上種種例子代表著人們對於穿梭時空有著無比的想像。 或許是因為每個人都有遺憾吧！我們總是可以聽到身邊的 親友，甚至是自己，不斷地重複「早知道就……」、「如果 可以重來，我一定……」等悔不當初的字句。我們希望可以
而且還沒辦法回到現在呢！但這樣的實驗已經給夢想家們
〔註一〕哈菲爾與基廷的實驗數據除了包含狹義相對論的時間膨脹效應，另 外也涵蓋廣義相對論中重力影響時間膨脹的效應。本文中數據為結合 2 種 理論效應的實驗結果，詳細的實驗細節與各項數據可於維基百科內（https://
goo.gl/yCiHjQ）查看。
回到過去，改變當時錯誤的抉擇，或是讓自己的後悔有個 圓滿結局。當然除了回到過去，到「未來」旅行也一直是 人們的渴望。如果可以窺探未來的一小角，哪怕是知道一 點點，或許能為捉摸不定的人生做些微的準備。
延伸閱讀
C.W. Chou et al., Optical Clocks and Relativity, Science, 2010.
但時光旅行真的如此遙不可及嗎？當然，「回到過去」是 不可能的，根據物理定律以及當今科技，這並不被允許； 但是，「接觸未來」或許還有那麼一點可行性。根據愛因
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NEWS FOCUS
細胞激素影響植物氣孔數量 雖然說細胞分裂素的濃度會影響著氣孔 生成，然而，此效應並不會隨濃度的增 加，而變得更顯著。因為植物體內會同 時活化 4 種限制細胞分裂素反應的蛋白 質，且即使剔除掉這些蛋白質，也僅能 增 加 10 ％ 的 氣 孔 數 量。 霍 華 德 修 斯 醫
學 研 究 機 構（Howard Hughes Medical Institute）研究員博格曼（Dominique C. Bergmann）表示，接下來團隊將持續觀
（Flickr-Matthew, https://flic.kr/p/prL4ut）
減少水分蒸散，卻也可能因此錯過重要
Cas9 基因編輯技 術，企圖找出影響阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）氣孔數量的植物激素。研究員
的氣體交換。面對這樣的困境，植物是
針對阿拉伯芥的基因組進行分析，發現
怎 麼 挺 過 來 的？ 近 日，《 發 育 細 胞 》
在即將成為氣孔的細胞中，與細胞分裂
（Developmental
隨著氣候日漸旱熱，植物也在應對上面 臨兩難；即便能透過關閉氣孔（stomata）
該研究利用 CRISPR ∕
Cell）一篇研究，旨在
素相關的基因具高度活性，且會激發轉
了解植物如何調整氣孔數量，其研究成
錄因子 SPEECHLESS，誘使細胞最終發展
果可望使植物度過氣候變遷的考驗。
成為氣孔。
察細胞分裂素，探討氣孔與維管束系統 的發育的關聯性，並進一步研究植物體 內的其他激素是否也會參與調節氣孔的 形成與運作。 AnneVatén et al., Modulation of Asymmetric Division Diversity through Cytokinin and SPEECHLESS Regulatory Interactions in the Arabidopsis Stomatal Lineage, Developmental Cell, 2018.
增加瘦素的受體表達 可望成功改善體重 許多國家的肥胖率日益攀升，近日《科 學轉 譯 醫 學 》（Science Translational
Medicine）一研究表明，減重失敗可能與
也增加了瘦素受體的表達。此外研究第 一作者馬佐（Rafi
Mazo）與其團隊也發
身體自身脂肪儲存的反應方式有關。
現，在實驗室培養皿中對下丘腦施以炎症
脂肪細胞產生瘦素（leptin），該激素會與
化 合 物（inflammatory
compounds）會
下丘腦區溝通，使人在充滿能量時約束飢
使 MMP-2 的表達上升，而先前研究也支
餓感，進而調節飲食。然而隨著體重增
持這項說法：高脂、高卡路里的飲食會誘
使減重越發困難。根據研究報告指出，
發下丘腦慢性發炎（chronic low-grade inflammation），暗示發炎可能才是肥胖
在過度肥胖的實驗小鼠身上，基質金屬
真正的主因。
長，人們對瘦蛋白的敏感度也隨之下降，
蛋白酶 2（matrix
metalloproteinase-2, MMP-2）的物質活動會增加，透過西方墨 點法（western blot）分析其組織採樣， 更發現 MMP-2 會切斷下丘腦裡的瘦蛋白
受體，阻絕抑制食慾的賀爾蒙訊號傳遞。 為 解 決 這 個 問 題， 團 隊 利 用 基 因 沉 默 （gene-silence ）技術使 MMP-2 失去功
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能，結果不僅小鼠的體重上升問題趨緩，
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不可否認，MMP-2 在能量平衡上扮演重 要的角色，然密西根大學內科學教授梅爾 （Martin
Myers）認為，此次研究結果並 不足以證實 MMP-2 會影響活體動物的瘦 蛋白；未來若進一步證實此機制，針對
MMP-2 進行整治，就能找回食慾不振的 感覺，減少肥胖產生。
（Flickr-Sandra Cohen-Rose and Colin Rose, https:// flic.kr/p/rg6aQ）
Rafi Mazo et al., Cleavage of the leptin receptor by matrix metalloproteinase-2 promotes leptin resistance and obesity in mice, Science Translational Medicine, 2018.
NEWS FOCUS
昆蟲式機器人 解開果蠅飛行奧秘 許多有翅昆蟲都給人身手矯捷的印象，
器人就能控制向左 ∕ 右轉動或向前 ∕ 後
而 且 牠 們 多 半 飛 得 很 快。 然 而， 這 樣
的傾斜動作，其活動之靈活，甚至能以
的特質也使得其飛行時的空氣動力學
每小時約 25 公里的速度移動並在空中翻
（aerodynamics）研究變得更加困難。
滾，有興趣的朋友可到這裡（https://bit.
科學家們想知道這些「小小飛行員」如
ly/2x8Dk8j ）觀看影片。
何完成快速轉彎的動作，但當時仍無法
研究人員認為，真正的果蠅在轉彎時不會
利用監測真實昆蟲或使用繫纜式機器人 （tethered robot）來測試這些想法。
意圖做急轉彎的動作，而是以簡單的側 翻或前後傾，將身體帶往正確的角度及方
近 日，Science 一 研 究 所 探 討 的 昆 蟲 式
向，該機器人實驗最終也支持了此一想
機 器 人（insect-inspired
robot）， 將 為
法。另外，卡拉榭克與其他人也發現對機
研究人員提供了另一種研究選擇。荷蘭
器人進行編程以進行滾動和俯仰、而不是
台 夫 特 理 工 大 學（Delft
將其自身指向左或右時，機器人反而飛得
University of
Technology）仿 生 機 器 人 學 家 卡 拉 榭 克 （Matěj Karásek）及 其 團 隊， 利 用 這 種 可 編 程（programmable） 的 機 器 人 研
更像真正的果蠅。據了解，這種依靠拍打
究果蠅如何快速傾斜轉彎。過程中，只
等動物的飛行方法，也可用於搜索及救援
要精確調整機翼的拍打速度和角度，機
工作、建築檢查或溫室內的植物授粉等。
（Flickr-Allan Donque, https://flic.kr/p/e8n47v）
飛行的機器人除了可模擬果蠅飛行外，還 能協助檢查其他如蜂鳥（hummingbirds）
Matěj Karásek et al., A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns, Science, 2018.
透過超聲波懸浮技術 液滴也能「脹」出泡泡 等工業裡扮演著相當重要的角色。近日，
聲場共振時，便會加速氣泡的形成。此
《自然通訊》（Nature Communications）
外，透過這個方法所製造出來的泡泡，也
一研究發布一種以聲波製造泡泡的方式，
因為懸浮的關係減緩液體「外殼」被排掉
而這個新的技術也可望能在未來的工業裡
的速度，使其能撐上幾十分鐘而不破裂。
得到應用。
式，除了告訴這個世界我們又多了一個製
和（turbulent mixing）、流體聚焦技術
造泡泡的方法外，也能在製造如內核－外
（flow
（ Flickr-Blondinrikard Fröberg, https://flic.kr/p/ nM8YHh）
這種透過聲學手法操縱流體介面形狀的方
常見形成氣泡的方法，可能是透過擾動混
focusing techniques ）或微流體 （microfluidics）的使用來對液體施加強 烈的剪切力，而界面活性劑（surfactants）
殼液滴（core-shell
droplets）、反泡泡
等獨特的軟材料（soft
或其它固體的加入則能增加界面的穩定性。
用場。
（anti-bubbles，由空氣薄膜包裹的液滴）
materials）時派上
該 研 究 利 用 超 聲 波 懸 技 術（ultrasonic
levitation），透過聲波強度與聲場分佈的
漂浮在浴缸裡的肥皂泡泡「啵」的一聲就
調整，便能輕鬆改變懸浮液滴的形狀。
破裂了，這個畫面不僅讓小孩子感到開心，
從影片（https://bit.ly/2OiLCkh ）中可
也讓許多物理及化學家相當感興趣。泡泡
以看到，當撐出來的腔室達到臨界腔體積
的製作在食物、化妝品、藥劑與超輕材料
（critical
cavity volume），且腔體與超
Duyang Zang et al., Inducing drop to bubble transformation via resonance in ultrasound, Nature Communications, 2018.
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專欄文章
從數學中思索功能固著
魏澤人 任教於國立東華大學，創立花蓮—py 社群及
實做數學粉專。
《福爾摩斯與華生》（Elementary）是筆者觀賞的美國
名的作品之一。因為筆者不熟悉，反而感覺更加深刻，也
影集之一。 影集中常會出現「可以拿來用的內容」。 所
因此開始找些資料，補足相關的常識。
謂「可以拿來用的內容」，指的是能引用的對白或我不熟
功能固著
悉的「常識」。
另外，在第三季第二集，福爾摩斯終於發現真正犯案動機
從影集中學習
時，他利用一個心理學上的名詞「功能固著（functional
在第一季第四集，福爾摩斯向華生解釋，要像他一樣推理
fixedness）」來解釋犯人的獨特思考方式及警方的盲點。
是必須付出代價的：「學習從每件事情看到謎團。 一但
筆者用他的話來解釋此名詞：「這是心理學上的詞，用來
你開始看，你就不可能停止。」這在專注於數學與其他學
說明我們認知發展時，會將每種物件對應到特定的功能。
科方面也是相同的。當你開始在每件事物中仔細觀察，都
用一般人的話來講，就是用適當的工具來做適當的工作；
可以看到數學。而更貼切的是華生聽到後面，領悟道：「這
反觀『創意』，定義上來說，就是不被常識認知所限制。」
樣聽起來，你活得非常孤獨。」福爾摩斯回答：「就像我
接著他解釋犯人是看出瑕疵品的價值，眾人才恍然大悟，
說的，這是要付出代價的。」
之前看似毫無道理的犯案，原來是有人可以從中獲利的。
當然，在推廣數學學習時，或許談不上孤獨寂寞。不過至 少在影集中，即使華生知道這是一條孤單的道路，仍舊不 由自主地跟隨福爾摩斯前進。而在第一季第二十集，當福 爾摩斯真正的戒毒週年時，華生送了一張小卡片給他，上 面寫著：
I have promises to keep, And miles to go before I sleep, And miles to go before I sleep. 配合劇情，詩句呼應之前福爾摩斯提到的孤獨。 這幾句 詩其實相當知名通俗，是佛洛斯特（Robert Frost）最有
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圖一 （作者提供）
解 數 | Mathematics
德國心理學家東克爾（Karl Duncker）在 1945 年曾做 過一個實驗，給受測者一些工具，實驗組在事前接受各項 工具的練習，而控制組則無。當需要使用工具做新用途的 時候，實驗組的成績會比控制組差。而在同年的蠟燭任務 實驗中，受測者也經常忽略裝圖釘的盒子其實也能拿來使 用。這些都是關於功能固著心理的典型例子，對於工具的 用途有所成見，阻礙人們運用工具的潛力。
雖然之前也聽過此概念，像是如何用氣壓計得到大樓高度 的故事。一般的方式大概就是利用每上升 9 公尺，大氣壓 降低 100 帕（Pa）的關係來計算。但創意無限的學生， 則有各式各樣的方法，像是將氣壓計從樓頂丟下計算時 間；綁個繩子在氣壓計上，垂落地面來測量。也有人把氣 壓計送給大樓管理員，詢問到大樓的高度。
跳脫常理的限制 不過，看到這集才意識到，原來這幾年來應數系的軟體實 作課程，一直在做的事情就是在逃脫功能固著性的限制。 軟體實作課程的目的，是讓學生學習使用電腦來計算及研 究數學的能力，其中當然包括數學軟體及程式設計。以 程式語言 Python 的生態圈為例，標準的工具像是繪圖用 的 Matplotlib；計算數值及陣列的 NumPy、SciPy；機 器學習的 Scikit-learn 和符號運算的 SymPy。而其中的
Matplotlib 常常被用來畫圖表。在數學上來說，常見的就 是函數圖形。例如以下 2 行程式碼：
plt.plot(x, np.sin(x)) plt.plot(x, np.abs(x)) 就 能 畫 出 正 弦 及 絕 對 值 函 數 的 圖 形（ 圖 一 ）。 若 配 上
Scikit-learn、SciPy 和 Pandas， 就可以做回歸和統計分 析，畫出漂亮的圖表（圖二）。這些都是正常地使用於數 據、數學及函數。畢竟，這些軟體本來就是設計來做這些 事情的。但就像前面福爾摩斯所說，只要仔細觀察，到處 都看得到謎團，而謎團就是數學。在很多地方都能看到資 料和數字，例如一張黑白圖片，就能看成是兩個變數的函 圖二 （作者提供）
數。只要有（x,y）座標，就能取得圖片上的亮度，且既
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專欄文章
淺談夏威夷禁用防曬乳成分－ 甲氧基肉桂酸辛酯與羥苯甲酮
嚴融怡
畢業於中興大學土壤環境科學系，曾擔任中
研院助理。喜好徜徉在知識之海當中，熱衷於自然科 普寫作。
環保組織認為，某些防曬劑的研究顯示這些化學成份在游泳或沐浴時被沖入水中後會對珊瑚產 生毒性，導致發育期間的死亡、抑制繁殖與增加白化，即使在低於 87.8 ℉（攝氏 31℃）的溫 度下亦會造成珊瑚和其他海洋生物的遺傳損害。這些化學物質不僅會降低珊瑚對氣候變遷的適 應力，其中的甲氧基肉桂酸辛酯（octinoxate）和羥苯甲酮（oxybenzone）似乎也會增加內分 泌干擾的可能性。這類物質在夏威夷沿海一帶，正隨著海灘休閒活動，每天不斷在更新與增加 當中，而美國夏威夷州於今（2018）年 7 月 3 日簽署法案，預定 2021 年起將禁售含有甲氧基 肉桂酸辛酯與羥苯甲酮的防曬乳產品，這讓夏威夷成為全美、甚至全球第一個禁止此 2 類化學 商品的地區。
人類與珊瑚健康的取捨
等，是保護自己免受紫外線照射的最有效方法之一。
這 次 的 法 案 引 起 夏 威 夷 醫 療 協 會（ Hawaii Medical
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Association）、 個 人 護 理 產 品 委 員 會（Personal Care
知名的嬌生（Johnson & Johnson）公司也對其貿易組
Products Council）以及生產防曬乳的拜耳（Bayer）公
織「消費者保健產品協會」所採取的立場表示贊同：數
司等藥妝業者與一些醫界人士的反對。拜耳在一份聲明
百萬夏威夷居民和遊客的健康、安全和福利都將因為這
中表示，該公司本打算遵守該法案，然而此次所禁用的
項法案受到嚴重影響，而這項法案基於薄弱的科學指責
防曬成分被美國食品藥品監督管理局（FDA）長期認定
防曬霜對珊瑚礁的破壞，且旨在禁止目前市場上至少
為安全、有效的防曬成分，且使用歷史悠久，這樣的禁
70 ％的防曬霜。該協會的聲明認為，甲氧基肉桂酸辛酯
令不僅限制消費者的選擇，也將影響皮膚癌的預防工作；
和羥苯甲酮都是 FDA 早已認證可安全有效防曬、降低
而科學證明，暴露在陽光下的紫外線輻射會導致皮膚癌，
皮膚癌的關鍵成份，禁止使用也就大幅減少民眾對安全
而塗抹防曬乳、穿戴防護衣或太陽眼鏡以及待在陰涼處
有效防曬乳的選擇性。追根究柢，甲氧基肉桂酸辛酯與
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變 化 |
Chemistry
胞 DNA。當暴露於太陽光線時，其分子的空間排列發 生變化並產生異構化，研究團隊專注其異構體，發現它 在實驗室條件下具有顯著的基因毒性作用（genotoxic
effect），這意味它可能潛在損害人類 DNA 並導致基因 組突變及嚴重的健康風險。基因毒性物質通常被視為潛 在的突變原及致癌物質，若精子或卵子受基因毒性物質 的影響而發生變化，則基因的變化也會傳遞到未接觸這 類物質的後代身上。
讓人過敏的羥苯甲酮 羥苯甲酮則是一種可溶於酒精、乙醚及氯仿，但難溶於 圖一：防曬乳化學物質的汙染被認為是珊瑚白化的重要原因之一。
水的白色結晶顆粒。其應用面包含有機合成和氣味固定
（Wikimedia）
劑，所產生的衍生物則可於香料與製藥化學等領域得到應 用，最為廣泛使用於吸收紫外線的防曬乳中。作為防曬
羥苯甲酮是怎樣的物質？它們對於人類和珊瑚的生理健
乳原料，其可屏蔽廣泛波長的紫外線，包括 UVB 和短波
康又會有怎樣的影響？雖各方對禁用含有這 2 項物質的
（UVA）射線，且其為一種光保護劑（photoprotective
防曬乳是合理與否仍有爭議，但或許可從環境化學與毒
agent），是目前防曬產品中使用最廣的有機 UVA 過濾
物學曾對這 2 項物質所做的研究進行探討。
劑之一。儘管具有光保護性質，但由於其可能的環境荷 爾蒙與光致敏感效應，羥苯甲酮的應用存在很多爭議，
吸收紫外線，恐亦吸收生殖力
導致許多國家陸續對其使用進行了規範。
甲氧基肉桂酸辛酯常溫下為不溶於水的透明液體，作為 某些防曬產品、潤唇膏及其它美妝產品的有機化合物，
羥苯甲酮造成的問題與甲氧基肉桂酸辛酯有何不同？美
其能吸收陽光中的紫外線中波（UVB），進而保護皮膚
國疾病控制中心（Centers for Disease Control and
免於傷害，是目前最常廣泛使用的 UVB 防曬劑。
Prevention, CDC）曾於 2008 年一研究指出，97 ％的 美國人被廣泛使用的羥苯甲酮所污染，這種成分與過敏、
史丹菲爾德（Joseph W Stanfield）等人在 2006 年的
激素破壞和細胞損傷的發生有關，又由於羥苯甲酮也是
臨床研究當中，曾以 3 ％的阿伏苯宗（avobenzone）和
一種滲透增強劑，會幫助其他化學物質滲透皮膚。此外
7.5％的甲氧基肉桂酸辛酯加入氫醌製劑，結果使色素異
也有相關研究指出，暴露於這種成份下的懷孕期間女性
常（dyschromias）病患得到很好的廣譜紫外線防護。縱
可能會造成女嬰的低出生體重。
使其在抵禦紫外線上效果十足，2011 年卻有學者發現， 圍產期的大鼠若暴露在甲氧基肉桂酸辛酯中，會影響後
蟲黃藻之死：
代的生殖與神經發育，而人類透過使用防曬劑和其他化
與珊瑚共生的生物也染毒
妝品也會經常暴露於該化合物。
不僅在人體與哺乳動物內具毒性，其他關於羥苯甲酮 的研究也探討過這類光保護劑所對珊瑚的影響。2008
這類物質是否真會殃及人類的基因？ 2017 年由捷克馬
年，義大利達諾瓦羅（Roberto Danovaro）團隊以含
薩里克大學（Masaryk University）環境毒物研究中心
有 6 種主要化學物質的防曬乳對珊瑚進行測試，其中也
進行的研究顯示，甲氧基肉桂酸辛酯可能會損害人體細
包含羥苯甲酮和甲氧基肉桂酸辛酯這 2 個物質，以估計
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COV 當幻想變成真實 小時候， 就算沒想像成為電影中的超級英雄， 也一定做過乘著太空船、前往星際旅行的夢。 手機、機器人與人工智慧等物的問世與發展， 逐步帶領人類破解科幻小說中的各項不可能。 而在已實現的眾多科幻夢背後， 究竟是由多少科學基礎的建立， 才能讓科幻情節中的超現實化作真實？
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VER STORY
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科技實現的科幻夢
I
圖一：雷射武器常出現在科幻作品中。（Pixabay）
曲建仲
臺 灣 大學電 機 工
瑪麗．雪萊（Mary Shelley）所撰寫的
裡的無線通話器、手持式顯示器和人
科幻小說《科學怪人》 （Frankenstein） ，
員無線傳送；《回到未來》（Back to
自 1818 年到今年恰好滿 200 年，故
the Future）裡的時空穿梭、飛行車、
事裡描述，一位瘋狂醫生試著以科學
飛行滑板；《機器戰警》（Robocop）
的方式讓死屍復活，製造出科學怪人
裡的頭載式顯示器、機械骨骼；《魔
法蘭克斯坦。《科學怪人》為科幻小
鬼終結者》（Terminator）裡的無人
說打造了一個里程碑，開啟了人類對
攻擊機、機器戰士與液態金屬；《關鍵
未來科技的想像。
報告》（Minority Report）裡的虛擬 實境、混合實境與無人駕駛車等，每
程學系博士，政治大學科技 管理 與智慧 財產研 究所 兼
200 年來，不同類型的科幻小說陸續
任助理教授。致力臺灣科技
出現，也有許多故事被拍成電影。導
教育多年，擅長以淺顯易懂 的文字由淺 入 深帶 領讀者 了解艱深困難的科技原理。
一個都可以說是科幻電影的經典橋段。
演與編劇在電影裡努力將小說中的文
這些電影多已發行超過 10 年，這些科
字敘述實體化，各種尖端的科技產品
技產品中哪些已經在我們真實的生活
透過他們豐富的想像力和巧手展現在
裡實現？哪些正在發展中尚未普及？
螢幕前。就拿近幾十年來經典的科幻
哪些又是理論上可行但實際上無法做
電影，及其著名的科技產品來舉例：
到呢？
《星際大戰》（Star War）裡的雷射
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槍、光劍、複製人大軍、人工智慧機器
雷射很普遍，
人 C-3PO 和 R2-D2；《星艦迷航記》
但雷射槍怎麼還沒出現？
（又稱《星際爭霸戰》，Star Trek）
雷射（laser）在現在生活中已有相當
多應用，要了解雷射，可以先從它的 「全名」開始說起。Laser 是「Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation」的縮寫，意思是「利用 激發放射來增加光的強度」。一般的 光源是自發放射，而雷射光為激發放 射，簡單的說，雷射光就是受激發產 生同方向、同頻率和同相位的光子， 成為能量集中、放大的光束。有別於 一般光源的波各不相同而產生相互干 擾的現象，雷射光較一般光由於能量 集中，能照得更遠，能量更強的還可 以用來切割物體。雷射光擊中物體時 會產生一定的破壞力，可以用來當作 武器嗎？ 傳統的火箭或飛彈，不但飛行的速度 不夠快，還必須含有火藥與彈殼，精 準的導向系統還需要價格昂貴的處理 器、 精 密 電 路 和 導 航 系 統 等， 發 射 後 會 隨 著 爆 炸 損 毀。 因 此 這 些 武 器 的 價 格 居 高 不 下， 一 枚 愛 國 者 飛 彈 （Patriot）的 售 價 大 約 新 臺 幣 6000 萬元，一枚響尾蛇飛彈（AIM-120）
圖二：《星際大戰》裡的 R2-D2 機器人模型。（MorgueFile）
的 售 價 大 約 新 臺 幣 900 萬 元， 可 以 想像現代戰爭打的根本就是財力。雖
高能量的固態雷射或氣體雷射共振腔
機器人，像真人一樣會思考，能替人
然花很多錢，這些飛彈的速度仍不夠
體積龐大，而體積小的半導體雷射能
類翻譯，最好還有人類的幽默感， 《星
快，還是有被攔截的可能。相較之下，
量太低無法產生有效的破壞力。美國
際大戰》裡 C-3PO、R2-D2、BB-8
雷射武器是以光速前進，光速每秒可
軍方已經發展出能夠把多個小功率的
成為人們想像裡最好的機器人代表。
以繞行地球赤道 7 圈半，也就是發射
半導體雷射匯合後產生高功率的雷射
人工智慧（artificial intelligence, AI）
時就擊中了，完全沒有被攔截的可能，
武器，應用在戰艦或陸地上，發展中
是指人類製造出來的機器所表現出來
而且雷射光發射系統使用的處理器、
的第六代戰機也將使用雷射武器取代
的智慧，自從人類發明了第一台電腦，
精密電路、導航系統等不會損毀，因
飛彈。我們可以說科幻電影裡的雷射
就開始了人工智慧相關的發展，到現
此價格便宜多了。
槍已經漸漸成真，但是由於電源的限
在已經超過半個世紀，其間經歷過三
制，要製作出手持式雷射槍和絕地武
次熱潮，之前每次都因為某些技術上
士光劍目前還是不可能的事。
的困難無法突破而冷卻下來。
沒有成為軍隊裡的標準武器呢？原因
有幽默感的機器人
人工智慧的第一次熱潮由 1950 年代
在於雷射光的產生必須要很大的電源，
人類一直幻想能夠創造出人工智慧的
開始發展，主要是利用電腦針對特定
可能有人要問，那為什麼我們在科幻 電影裡看到雷射槍這麼多年了，它還
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時光機、黑洞還是蟲洞？ 要穿越時空，該用
II 作為一個電影或戲劇的分類，「穿越
送進一個連結地球與織女星的蟲洞
時空」與「改變歷史」是永遠不會退
（wormhole），與 26 光年外的織女
流行的主題。好萊塢賣座電影中屬於
星人接觸。
這個類別的多不勝數，近年流行的穿 越劇也沒有浪費這個題材。究竟電影
小說中本來預設的時空連結管道是黑
或小說中那些穿越時空的劇情有沒有
洞（black hole）；不過，薩根對於自
可能實現？如果可能，要如何實現？
己的構想是否在物理上可行沒有把握， 於是求教於加州理工大學的廣義相對
大部分的時空電影對於時空轉換只是
論專家基普．索恩（Kip Thorne）教
隨意地給一個說法，並不顧慮是否在
授（2017 年諾貝爾物理學獎得主）。
物理上可行或可能。在《回到未來》
索恩指出黑洞有許多危險與未知的特
系列電影，每當博士發明的時光車車
性，不適合作為時空隧道，而應該使
速達到時速 88 英哩時，就會出現幾
用蟲洞，於是電影與小說都採用了索
道閃光，然後車子與駕駛就會被轉換
恩的建議。
到他們選定要到達的時代。在《穿越 時空愛上你》（Kate & Leopold）裡，
而 在 2014 年 的 電 影《 星 際 效 應 》
女主角凱特（Kate）在時空之門開啟
（Interstellar）裡，為了解決地球因
的時段跳下布魯克林大橋，就穿越到
氣候變遷不再適合居住的問題，人類
了男主角李奧（Leopold）所屬的年
透過在土星附近發現的蟲洞去尋找
代。在《你的名字》裡，時間線上相
適 合 人 類 殖 民 的 星 球。 男 女 主 角 一
差 3 歲的男女主角立花瀧與宮水三葉
行 人 透 過 蟲 洞， 拜 訪 了 繞 著「 巨 人
會在睡夢中不自覺的交換身體，而瀧
（Gargantua）」黑洞公轉的「米勒
在喝了三葉的口嚼酒後，就穿越回到
行星（Miller's Planet）」。劇情中
她的家鄉被彗星毀滅之前，去阻止這
多次呈現了巨人黑洞令時間大幅度變
場浩劫。
慢的現象。首先是在組員的對話中， 提到米勒行星上的 1 小時是地球上的
欒丕綱
中央 大學光電 系
副 教 授。畢 業 於 成 功 大 學 物理系與清華大學物理所，
不過，有越來越多的時空電影開始注
7 年。雖然探勘米勒行星的組員只在
重物理機制與邏輯一致性，希望能夠
該星球上待了 3 個多小時，回到太空
在盡可能不違反物理定律的條件下，
船永續號（Endurance）上卻發現已
達到劇情需要的神奇的效果。
過了 23 年，而留守在船艙內的組員羅 米利（Romilly）已變成一位老先生。
2002 年 起 任 教 於 中 央 光
超穎材料、變換光學、拓樸
（Contact） 1997 年的電影《接觸未來》
最後當男主角再度被送回到地球時，
光子學。
是根據著名天文學家與科普作家卡
發現自己的女兒已是高齡婦人，而他
爾．薩根（Carl Edward Sagan）的同
自己卻沒比當初出發時老多少。
電。研 究興趣：光 子晶體、
名科幻小說《接觸》改寫。劇中，艾
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麗．愛若威（Ellie Arroway）博士發
瞭解相對論才能穿越時空
現了來自織女星的一系列強烈信號，
要理解前述電影中「黑洞」與「蟲洞」
經過解碼後可以製造某種機器，將人
的時空效應，得先介紹一點廣義相對
《星際效應》的學術論文 有趣的是，在《接觸未來》裡飾演男主角帕爾默．喬斯（Palmer Joss）的馬修．麥康納（Matthew Mc Conaughey），在《星 際效應》裡繼續扮演男主角庫珀（Joseph Cooper），而索恩教授不但是《星際效應》的最初構思者之一，還在此片中擔任 執行製片人，協助選擇黑洞與蟲洞的適當參數，並推導通過這些天體的光線軌跡方程式，以提供電腦模擬團隊製造出導演想 要的視覺效果。索恩教授甚至在這個過程中發現了過去他所不知道的黑洞外貌細節，並將成果發表在重要的學術期刊上。
圖一（左）：調整不同的參數所呈現的蟲洞視覺效果（由米勒行星回看土星）。（Pro. Kip
Thorne 授權） 圖二（右）：電影《星際效應》團隊為了盡可能呈現黑洞的真實樣貌，特效團隊 Double
Negative 與索恩教授合作，發展出一套稱為「Double Negative Gravitational Renderer, DNGR」的演算公式，進而模擬出黑洞可能的模樣。（Oliver James et al., CC BY 3.0） 論。愛因斯坦的廣義相對論討論的是
規（metric）」，這是決定時空度量
得慢一點。更極端的比較，是一個黑
重力（萬有引力），是現代宇宙學與
的一組量，它們影響時鐘的快慢以及
洞附近的時鐘會比地球上的時鐘慢得
天體物理學的基礎。這理論經歷了許
一把直尺受重力影響的伸縮。牛頓重
多，而這就是《星際效應》電影中黑
多的實驗觀測檢驗，其中最經典的包
力場或重力加速度（單位質量所受的
洞旁的米勒行星上的 1 小時是地球上
括： 水 星 繞 太 陽 公 轉 軌 道 的 進 動、
重力）大致對應度規隨空間位置或時
的 7 年的理由。另外，黑洞附近的時
遠方星光的傳播路徑被太陽重力場彎
間的變化率，在廣義相對論與微分幾
空曲率很大，意味著那裏有強大的潮
曲、重力場使時鐘變慢，以及光線逃
何中被稱為「克氏符號（Christoffel
汐場，這就使得在它附近的米勒行星
離重力 場 造 成 頻 率 紅 移等。最近幾
symbols）」。牛頓理論中的潮汐場
上很容易出現超大海嘯。
年，幾次有關重力波的觀測結果（分
（tidal fields）——也就是重力加速
別來自黑洞與中子星）更確認了廣義
度隨位置的變化率，則對應時空曲率
掉入黑洞會怎麼樣？
相對論對重力波的預測是正確的。
（spacetime curvature）。這些對應
黑洞本身是巨大恆星演化的一種可能
並不是完整與精確的，但是已足以說
結局。當這個恆星在核融合反應的燃
明問題。
料用盡後，如果它所能用以抵抗重力
這個理論並不把重力視為一種力，而 是時空彎曲的表現。如果要在牛頓重
塌 縮 的 一 切 物 理 機 制 都 無 效（ 恆 星
力理論的術語中，找到它們與廣義相
根據這些對應，可以知道一個放在地
質量超過某一個「臨界質量」就會發
對論術語的對應，那麼「重力勢（單
面的時鐘（重力勢較低）會比一個靜
生），它就會無限的塌縮下去，形成
位質量的重力位能）」約略對應「度
止在鐵塔上的時鐘（重力勢較高）走
黑洞。自此之後，一切原先有關此恆
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精選 文章
亞洲造山運動三部曲
范賢娟
科普寫作者。
圖二：著名的聖安地列斯斷層。（Flickr-Doc Searls, https:
2018 年 7 月，中研院舉辦第 33 屆院 士會議，在會議前後期間，中研院也 邀請新科院士對社會大眾公開演講。 然而本屆的新院士還沒選出，此處演 講的「新院士」指的是 2 年前、上一 屆新選出的院士，這裡就來介紹數理 科學組的鍾孫霖院士的演講內容 —— 「亞洲造山研究：絲路計畫與東南亞 實驗」。
造山運動方面的板塊構造學說 仍有不足 「板塊運動」是現在大家所熟知的 地 質 學 理 論， 它 告 訴 我 們， 全 球 地 圖一：鍾孫霖的 CREATE 計畫橫跨的研究範圍。（鍾孫霖提供，科技部研究計畫）
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表 不 是 一 個 完 整 的 陸 地， 而 是 分 裂 成 不 同 的 板 塊。 板 塊 底 下 有 軟 流 圈
討論範疇，主要是透過海洋下板塊觀 察所建立起來的，其可解釋板塊的水 平移動，但沒有解釋陸地怎麼碰撞變 形、 隆 起， 形 成 像 西 藏 那 樣 的 大 高 原。而莫納兒與塔波尼兒的研究範圍 主要就在亞洲，這裡的地質相對於全 球其他地方而言比較年輕，許多地質 過程還在進行，這也吸引著鍾孫霖來 這裡尋找研究題目。1995 年，鍾孫 霖先從越南開始進行研究並有了突破 性的發現，他認為這裡是印度板塊北 移 撞 上 歐 亞 大 陸 板 塊 後， 部 分 質 量 往中南半島延伸出的「新大陸」，並 將 此 稱 為「 脫 逸 作 用（ continental
extrusion）」。不過有些論點跟莫納 兒與塔波尼兒的解釋不一樣，因此在 論文審查的過程受到許多刁難，幸好 最後仍能發表。至今雙方仍會對此繼 續辯駁，卻也各留空間給對方揮灑。 目前國內仍有學者繼續研究中南半 島，但 1997 年後鍾孫霖的興趣則開
://flic.kr/p/2mTFW）
始移到西藏，想以第一手研究的方式
（asthenosphere）進行熱對流，相鄰
澤（Dan McKenzie）年輕時在加州
兩處的移動方向不同時，兩者的相互
野外考察的照片來說，當時他雙腳跨
作用使各板塊發生相對運動。有的地
站 在 一 個 排 水 溝 的 兩 側， 根 據 地 質
從西藏出發探索亞洲造山運動
方如中洋脊（ mid-ocean ridge ），
研究，那正是聖安地列斯斷層（San
鍾孫霖於 1997 年參與臺灣地質學者
持續張裂讓內部的岩漿源源不斷地流 出，形成新的海洋地殼；有的地方如 板塊交界處會碰撞擠壓，密度比較高 的部分就下沉隱沒到地函（mantle）。 經過幾十年的發展，目前板塊構造學 說已從最初籠統的樣貌演進到今天越 來越清楚的輪廓，並劃分出全球 50
Andreas Fault ，圖二）通過之處， 因此他非常霸氣地站在兩個板塊的交 界上。 雖說板塊構造學說已是顯學，然而早 在 1975 年，麻省理工學院 2 位年輕 學者莫納兒（Peter Molnar）與塔波 尼兒（Paul Tapponnier）就根據他
了解世界屋脊的成因。
所領銜的國際研究團隊，以申請國科 會（現科技部）「東亞地體構造演化 整 合 型 研 究 計 畫（Comprehensive
Research on East Asia Tectonic Evolution, CREATE）」。此計畫每 3 年審查一次，目前 21 年已經完成 7 期，進入第 8 期。他的研究主題是亞
們在亞洲大陸的研究大聲宣告：即便
洲造山演化與大陸的板塊構造，從印
多塊的大小板塊。板塊的邊界是跨越
板塊運動的學說不錯，但在我們研究
度板塊與歐亞大陸板塊碰撞造山的地
國界的，而且還與地表的山、海和河
的範圍並不適用。
方——西藏出發，然後向西進到 CIA （Caucasus-Iran-Anatolia， 即 高 加
流等自然界線沒有直接的關係。鍾孫 霖特別拿著英國地球物理學家麥克肯
他們挑戰的關鍵在於，板塊構造學說
索 — 伊 朗 — 安 那 托 利 亞， 是 阿 拉 伯
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月
期
成就現今的精釀藝術？
是如何一步步的演進與發展，
坐擁著數千年的啤酒工業，
伴隨在人類歷史流動中，
釀造技術便不曾在人類文明中缺席。
蘇美人製作出第一瓶啤酒後，
早至西元前6000年，
科學
87 刊5
預 精采
告