科學月刊2019-1月號 589期-啟動 心智秘境

589 01 回顧經典

專訪人物

由普悠瑪事件窺安全管理

從現在，回首揭密創刊號

掌舵藥物開發的航海家─周慧泉

︽啟動 心智秘境︾

焦點評論

/ 2019 NT249

ISSN: 0250-331X 01

9

770250

331001

社團參與、生意往來或政治行為等活動， 是人類展現價值判斷與自由意志的遊樂場， 也是於腦神經間鼓鼓竄動的訊息

Contents

2019 JANUARY

589

36 乘著意識的魔毯 飛越神經叢林 Cover Story

38 從神經網路走進人類心靈—

洪裕宏專訪 郭家銘

42 發現世界運作的真相

哲學與科學的跨域新革命 嚴如玉

46 你，曾為團隊妥協嗎？

社會互動導致的生心理反應 蘇韋列

50 人客你是要買還是不買？

作決定時腦袋有點忙啊！ 吳仕煒

56 親愛的，我們活在平行世界

搞政治也能扯上神經科學？ 洪子偉

Vol.50 No. 1

1

Contents-2

填問卷．拿新書

4 顯影

只 要 於 2019 年 1 月 31 日 前 完

非關科學

整回答讀者問卷調查內容請至

8 徘徊琴場大小事 鋼琴家與他們的腦袋／郭家銘

bit.ly/2UQmncH 填寫，或掃描 QR code，就有機會獲得時報出

News Focus

版的新書《怪奇事物所：你知道

10 利用視訊電話解決年長者的憂鬱傾向／大型強子對撞機將暫停運轉 2 年

嗎？其實我們都很怪！》。數量

11 負質量流體 全新理論解釋暗能量與暗物質／

有限，敬請把握！獲獎名單將於

災難新聞造成學童心理健康問題

2019 年 2 月 5 日前公布在科學

12 探訪險惡地表下的環境驚奇／原行星盤為行星形成的線索？

月刊臉書與部落格上。資料煩請

13 集各式優點於一身的新型鋰電池／以常見金屬打造更具效率的碳捕手

詳實填寫，以便贈書寄送。

思辨之評

14 從海恩法則談臺鐵普悠瑪失事的結構性問題／馬士元 16 如何拿捏科研中的那把道德尺 ? 談 CRISPR ／ Cas9 技術用於人體的適當性／林翰佐 專 欄

18 數不勝數：浪子回頭與不歸路／游森棚 20 前瞻未來：5G 前瞻通訊原理與應用／曲建仲 24 生生不息：便利的塑膠年代、反撲的海廢危機／陳美琪、陳德豪 28 潛移默化：從畜牧廢水處理 找出友善環境的可能／葉琮裕 32 物換星移：從火星衝到金星凌日—天體間的連線奧秘／ Easy 天文地科小站 動行研討會

60 動物在哪，他們就在哪 62 走過沒有學會的 30 個年頭—動物行為與生態研討會／張景淞 64 備受矚目的五大物種／編輯部 精選文章

70 相對論投影在詩人波心—看徐志摩寫相對論／簡宗奇 專 訪

74 從「意外」中實現初衷—周慧泉專訪／陳其暐 追憶年華

76 來自半世紀前的數學預言／劉柏宏 書 摘

78 《怪奇事物所：你知道嗎？其實我們都很怪！》

2

SCIENCE MONTHLY 2019.1

bit.ly/2UQmncH

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 秘 書：李金穗 出版者：科學月刊社

大腦的哲學科學 「到臥室去，臥室有個放著藍色檯燈的梳妝台，打開第一個抽屜，抽屜裡有個藥 瓶，寫著用水服藥片。瓶裡有很多藥片，記得一定要全部服下，然後躺下來，去 睡覺，且別告訴任何人。」這是電影《我想念我自己》（Still Alice）的其中一幕，

理事會

諷刺的是，當愛麗絲（茱莉安摩爾飾）走到臥室時，卻已忘記為何而來，最後也

理事長：曾耀寰

因旁人一句話的打斷，隨即忘卻當初目的。

理 事：曲建仲 邱韻如 林翰佐 紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修 執行總監：趙軒翎

另一部當今熱播的日劇《大戀愛∼和忘記我的你》（大恋愛∼僕を忘れる君と）也 是如此，同樣罹患早發性阿茲海默症（Early-onset Alzheimer's disease）的女主角 北澤尚（戶田惠梨香飾）同樣錄製視頻告訴自己，當有一天無法回答當初所設定的 3 項問題時，將選擇自我了結生命。

編輯部 總編輯：林翰佐 副總編輯：陳妙嫻 趙軒翎 蔡政修 編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲

這是阿茲海默症患者隨病情加劇、最後的心情寫照。不只是逐漸忘卻身旁的人事

江建勳 李武炎 李志昌

物，更會忘記吃飯、如廁等，無法自主打理生活起居。因此，片中才會呈現如此

李精益 林秀玉 林宮玄

殘忍卻悲傷的場景。縱使現有許多研究團隊努力找出其病因並致力發相關藥物，然

黃正球 黃向文 黃相輔 周鑑恆 邱韻如 金升光

而，至今人類仍無法完全解開大腦中錯綜複雜的迴路迷宮。

金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟

從解剖學角度看大腦，其結構複雜的驚人，更不用說當中各種不同神經元的交錯。

陳彥榮 陳鎮東 景鴻鑫

對神經科學家而言，要如何從這堆盤根錯節的神經細胞梳理出一套系統，便考驗著

曾耀寰 程一駿 程樹德

各項假設與實驗的設計。而另一與大腦息息相關的是心靈哲學，特別的是它不與生

單維彰 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕 劉宗平

理上的大腦有直接影響，卻與其心理層面的意識形態有所關聯。

鄭宇君 鄭運鴻 蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 蘇逸平 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗

兩者看似天差地遠，不過，實際上卻是隔層紗一般的相近，原因在於人類大腦的運 作並不單是生理或心理的單一活動。因此，神經科學家試圖透過各種影像技術，而

吳明進 吳家誠 周延鑫

心靈哲學家則期望藉由概念、理論，共同嘗試從跨領域的研究中解釋、解答人類各

周榮泉 洪萬生 洪裕宏

項決策背後的意義。

胡進錕 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 孫維新 張 復 張勝祺 楊玉齡

話題回到前頭，儘管最近臺灣的研究團隊把薑黃素視為茫茫大海中那塊遺落零片的

劉仲康 駱尚廉 魏耀揮

解答，國外也有許多相關的研究與新藥開發想完整這張拼圖，但身處 21 世紀的現

蘇益仁 蘇振隆 主 編：李依庭

在，對於阿茲海默症科學家仍力有未逮，更遑論其他的腦部疾病。不過，深信在不

編 輯：郭家銘 謝育哲

久的將來，或許能透過神經科學家與心靈哲學家的攜手，釐清其細節與運作，完整

美術編輯：黃琳琇

這張名為大腦的航海圖。

業務部 經 理：李金穗

（編輯部）

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

本期為第五十卷第一期 第 589 期 發行於 2019 年 1 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

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話：(02)2363-4910 傳真：(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址：www.scimonth.com.tw 電郵：scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部，廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有，非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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宮古腹鏈蛇與牠賴以棲息的 水 域 環 境

4

SCIENCE MONTHLY 2019.1

。

宮古 腹鏈蛇 圖／文 游崇瑋

宮古腹鏈蛇是琉球宮古島（みや こじま）的特有物種，但因為長 久以來棲息地被開發破壞，生存 空間已經受到嚴重壓迫。宮古腹 鏈蛇需棲息在近水、潮濕的環境， 這樣的環境條件在宮古島幾乎已 經完全消失，取而代之的除了城 鎮房屋外，更多的是種植甘蔗的 旱田。這一趟宮古島探索期間， 我見到 4 條活體以及 1 條被路殺 的宮古腹鏈蛇，但全都集中在小 小的、包含一點水域的範圍之中。 其中一條我見到的宮古腹鏈蛇， 當時是泡在水裡游泳，但水中居 然也漂浮著不少垃圾，真的令人 心疼啊！從生物地理來推斷，宮 古腹鏈蛇可能也是和臺灣未發表 的排灣腹鏈蛇相當近緣的物種。

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5

蛇體前段有較大型

的白

色橫

紋， 中後

段則

完

全

消

失

。

宮古腹

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SCIENCE MONTHLY 2019.1

鏈蛇斜側面。

腹鏈

蛇之

名的由來就是腹側

的

2道

虛

線

狀 花

紋 。

古腹 另一條宮

鏈蛇，顏

色較淺。

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非關

科學

科學抖雷咪

徘徊琴場大小事 鋼琴家與他們的腦袋

郭家銘

因為手指太長反而造成彈琴時容易有手

指打結的困擾，通常是蝴蝶結，本刊編輯。

回想小時候學鋼琴的經驗，許多人應該都是笑著哭吧，除 非非常喜歡或天生就擅長音樂。即使是現在，許多家長也 會花大把銀子讓孩子去學鋼琴，並稱這對孩子的精細動作 與腦部發育有所助益。對於喜歡彈鋼琴的孩子來說，這的 確不失為一個好選擇，但如果真的興致缺缺，那最好還是 別太過苛刻，因為彈鋼琴這項任務實在是複雜得有點殘忍 吶（抖）。近年，與鋼琴（或音樂）有關的腦科學研究日益 興盛，其中就發現鋼琴家的腦袋與一般人有著極大的差 異，且彈鋼琴需要驅動的腦功能也比想像中複雜。這裡， 我們就從「彈鋼琴」與「鋼琴家」本身開始說起。

媽媽沒說但你看得出來的事：彈琴手很忙啊！

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SCIENCE MONTHLY 2019.1

（Flickr-Pedro Ribeiro Simões, https://flic.kr/p/26GSnCC）

鋼琴可以說是在技能需求上相當極致的樂器，彈奏者必須 使用僅有的 10 隻手指頭，更何況有些人還沒有 10 隻。在 88 個琴鍵上做變化，意味著彈奏者能按壓琴鍵、同時製 造出 10 種不同的聲音，當然還有更絕的，會用 1 隻手指 頭壓 2 個琴鍵（有時候是不小心的啦……）。此外，與聲音 相關聯的動作協調，也是鋼琴家用以操弄音符的利器，他 們優秀的預測性動作控制（predictive motor control）能即 時將對的音符擺在對的時間軸上。在客觀的條件下，其他 樂器如鼓，在一開始學習時便沒有音高、和弦的選擇問題 （除非你已經成為一個對聲音相當挑剔的鼓手），即使是 的吉他，彈奏者最多也就是關注 6 條弦上的位置變化。 鋼琴的彈奏無論對哪一隻手而言，要求都是相當平均的， 而且還呈現鏡像的對稱。也就是說，彈鋼琴的人要克服的 重要問題之一，就是慣用手（handedness）；在琴場上， 不分左右、誰都有機會支配某一首歌的重點。至於一個人 慣用的是哪一隻手，得看大腦的中央溝（central sulcus） 是左邊還是右邊比較深。有科學家曾針對鋼琴家的大腦進 行掃描，發現即便他們也有發展出慣用手，兩側中央溝的 深度卻是相當對稱的，大腦幾乎沒有登錄（register）慣用 的是哪一隻手，且鋼琴家較弱的那一隻手也比一般人容易 強化、更接近其慣用手。

肢體發達，腦袋也靈光 根據彈奏者偏好的風格，大腦各區的連結也不太一樣。葡 萄牙科英布拉大學（University of Coimbra）實驗生物與

非關

生物醫學博士頻霍（Ana Luísa Pinho）曾針對古典與爵士 鋼琴家的大腦進行研究，發現即興演奏時大腦兩側的背 外側前額葉皮質（dorsolateral prefrontal cortices）、背 側前運動皮質（dorsal premotor cortices）及運動輔助區 （presupplementary areas）間的活動有關聯。目前已知， 前額葉的存在使人能在做決定時整合大量資訊，對於問題 解決、語言及社交行為也多有貢獻，這意味著即興的演奏 訓練能有效強化大腦的功能性連結，透過其網路使各種訊 息被連結，進而擴大創造力。 由於彈鋼琴對大腦而言真的是蠻複雜的，因此在經過一 段時間的練習後，大腦便會窮盡所能地讓這一切以更簡 單的方式完成，以有效地分配並節約能源。德國神經科 學 家 克 靈（Timo Krings）於 2000 年《 神 經 科 學 通 訊 》 （Neuroscience Letters）中一則研究指出，鋼琴家與精細 動作技巧相關的腦區血流較一般人來得少，也就是說這些 專業的演奏者其實不用耗費太大的心思在手指頭上，雖說 對於所有善長細活兒的工作者來說好像都是這樣，但鋼琴 家特別的地方在於，這些效能的展現是源自那均勻的中央 溝及被強化後的前額葉功能。這也是專業鋼琴演奏者與普 羅大眾之間最不一樣的地方，至少他們可以專心致志地好 好想想如何展現個人風格。

剛剛有人講話嗎？彈琴的人語言腦區其實很活絡 不知道哪冒出來的名言：「藝術家是孤獨的。」某方面來 說或許如此，因為鋼琴家在做即興演奏時，一方面也在用 樂句（syntax）做「溝通」這件事。加州大學舊金山分校 （UC San Francisco）耳鼻喉科教授林姆（Charles Limb）， 不僅是這方面研究的專家，同時也是個會彈吉他與貝斯的 樂手，他曾研究發現鋼琴家獨奏的過程中，語言區域仍處 活化狀態，並會專注於「措辭」和「語法結構」的形塑 而非特定的單詞或短句。換言之，與其說這些樂句代表 著什麼，不如說他們其實是在描述情境、交代某個劇情的 始末。容我任性發言，認為藝術家孤獨的人，其實只是聽

科學

不懂他們在說什麼而 已，人家也是有自己 的圈圈的。

一份樂譜兩樣情： 滿頭問號還是完美 演出？ 除了彈奏本身外，識譜 （sight-reading）的訓 （Flickr-Gandalf's Gallery, https://flic.kr/p/8egWw6） 練某種程度上也讓鋼 琴家或音樂學習者有 著不平凡的經驗。事實上，大多數的學生甚至專業的鋼琴 家，都可能在這個環節卡關，雖說樂譜的訊息相當簡單， 但也體現了音樂本身的複雜程度（別小看那幾個點點，它 們的空間關係與變化認真說起來也是很可怕）。彈奏者大 腦內的 4 個皮質葉需會形成錯綜複雜的神經網路系統，並 在彈琴的過程中同時處理聲音與音符。 欲演繹樂譜上的某段旋律，人們必須有初見樂譜即可做出 視唱、視奏（a prima vista）的能力，如果沒有任何相關 的記憶地圖提供線索，弱讀者（weak reader）很難有足夠 的運動反應來感知音符。巨大的挑戰不只音符的識讀，還 包括音高與節奏處理、保持樂句結構連貫、發展樂譜的音 樂聽受〔註一〕，更不用說他們還得面對高層次精神喚醒 （mental arousal）所帶來的莫大壓力。

結語 彈鋼琴與這世上大部分的美好事物一樣，所涉及的感官、 動作與大腦系統層面之廣，彼此間的協調不足，便可能成 為舞台上（或心裡面）的慘案一樁。不過，都有人能十年 磨一劍了，在這個各式訓練應用程式（app）多到滿出來 的時代裡，不妨花個 2、3 年磨磨 10 隻手指頭，運氣好 的話能磨出幾首不錯的歌，或許還可以在生活中激發出大 腦更多的可能性。 〔註一〕內在聽力（inner hearing），看到樂譜時就要在心裡轉化為音樂。

延伸閱讀

1.Claudia Lappe, Markus Lappe and Peter E. Keller, The influence of pitch feedback on learning of motor -timing and sequencing: A piano study with novices, Plos One, 2018.

2.Ana Luísa Pinho et al. , Connecting to Create: Expertise in Musical Improvisation Is Associated with Increased Functional Connectivity between Premotor and Prefrontal Areas, The Journal of Neuroscience, 2014.

3.Mónica López-González and Charles Limb, Musical Creativity and the Brain, Cerebrum, 2012. （Flickr-Giuseppe Milo, https://flic.kr/p/LjMdz2）

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NEWS FOCUS

利用視訊電話解決年長者的憂鬱傾向 （Oregon Health & Science

即時通訊軟體及社群網站的年長者，與

《美國老年精神病學》

不使用任何網路通訊技術的年長者罹患

（ American

Journal of Geriatric Psychiatry）發表

憂鬱症的比例相近；相反地，使用 Skype

的最新研究表示，在目前

一半的比例會擁有憂鬱傾向。

常見的通訊方式中，透過 「視訊電話」與親友聯繫 是能避免年長者罹患憂鬱 症的最佳辦法。研究人員 （Pixabay）

現代社會之中，年長者逐漸遭受社會孤立 及憂鬱症所困擾。根據一項 2015 年的統

計數據顯示，50 歲以上的年長者有近 5％ 患有重度憂鬱症。而現在，此問題或許可 以利用視訊電話解決。

近期，一項由美國奧勒岡健康與科學大學

憂鬱症的風險較低。而使用電子郵件、

University）研 究 團 隊 於

針 對 1424 名 60 歲 以 上

的年長者進行為期 2 年的

調查，比較 4 種不同的通訊媒介，分別

或 FaceTime 等視訊電話的受試者則只有

研究人員表示，其實此研究結果並不令人 感到驚訝，畢竟視訊電話的原意就是為了 讓人們可以進行面對面的交談，增加親朋 好友之間的互動模式，而並非如同社群網 站或即時通訊，例如臉書及 Line，只單 純透過指尖的滑動與人進行交流。

是視訊電話、電子郵件、社群網站及即 時通訊，並衡量受試者的憂鬱傾向。 研究人員表示，視訊電話是其中最佳的 通訊方式。調查顯示，年長者利用 Skype 等視訊通訊軟體與親友互動後，其罹患

Alan R. Teo, Sheila Markwardt and Ladson Hinton, Using Skype to Beat the Blues: Longitudinal Data from a National Representative Sample, The American Journal of Geriatric Psychiatry, 2018.

大型強子對撞機 將暫停運轉 2 年 世界上最強大的粒子加速器即將暫停運 轉，進行為期 2 年的保養及升級作業。科

學家表示，大型強子對撞機（Large Hadron

年以來大型強子 對撞機在低能量

Collider, LHC）已 在 去（2018）年 12 月 3

的運轉情況下，

日進行最後一次的運轉作業。

最成功例子便是

坐落於瑞士日內瓦的歐洲核子研究組織

幫助研究人員發 （Wikipedia）

Organization for Nuclear Research, CERN）大型強子對撞機自 2015 年以來，已經大約撞擊 1.6×1016 個質子， 達到 13 兆電子伏特（TeV）的能量；用於 較重離子的能量則為 5.02 兆電子伏特。

現難以捉摸的

而在這次的升級作業部分，團隊預計於

研究人員表示，這次的升級作業會同步建

2021 年春季重新啟動加速器，並能達到最

造名為「高亮度大型強子對撞機（HighLuminosity LHC）」。這項升級預計在 2026

（ European

初設計時所預期的能量：14 兆電子伏特。

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回顧 2009~2013

SCIENCE MONTHLY 2019.1

「上帝粒子」： 希格斯玻色子（Higgs

boson）。而在去

年 10 月份時，科學界也在 LHC 的實驗當 中發現全新的粒子。

年完成，並號稱能增加至少 5 倍的粒子碰 撞率。這將能增加 LHC 探索新粒子的能

力，後續也能再更加深入研究希格斯玻色 子等粒子的物理特性。 E. Conover, The Large Hadron Collider is getting an upgrade, Science News Online, 2018.

NEWS FOCUS

負質量流體 全新理論解釋暗能量與暗物質 （Pixabay）

宇宙之中充滿著各式各樣的物質。但根 據一種稱為 Lambda-CDM 的宇宙模型表 示，宇宙之中只有 5 ％的物質是可觀測

的，另外的 95％為暗物質與暗能量，則 無法直接透過觀測所察覺。一直以來，這

2 種組成的物理性質仍舊是個謎，然而近 日英國牛津大學（University of Oxford） 研究員法內斯（Jamie Farnes）提出全新 理論，並說明暗物質與暗能量可視作同一 種的物質：擁有負質量的流體，這或許能 夠詮釋暗物質與暗能量的存在。 法內斯表示，暗物質及暗能量是一種具

有負重力（negative

gravity）的流體，其

能夠排斥周遭所有的物質。縱使對大眾來 說難以理解，卻也代表著宇宙對於正質量 與負質量是具有對稱性的。過去，人們普 遍認為負物質不存在；就算存在，因宇 宙持續膨脹，會導致負物質的密度降低。

宇宙膨脹而變得稀薄。 另外，該理論也提供關於暗物質暈（dark

matter halo）的第一個準確預測。大部分 的星系旋轉速度極快，這樣的速度有可能 造成星系物質遭撕裂，而暗物質暈則提 供這些星系物質彼此之間能夠穩定運行。

但這卻與實際觀測背道而馳，觀測結果 顯示暗能量並不會因時間流逝而變稀薄。 法內斯的理論導入一種稱為「創造張量 （creation

tensor）」的 概 念， 能 夠 允 許

負質量不斷地被創造。該理論顯示，當負 質量流體物質不斷地出現時，其不會受到

J.S. Farnes, A unifying theory of dark energy and dark matter: Negative masses and matter creation within a modified ΛCDM framework, Astronomy & Astrophysics, 2018.

災難新聞造成學童心理健康問題 近期，美國地區的孩童不斷接收許多災難

研究團隊調查 42 名老師在處理媒體報導

相關的新聞報導，例如加州野火的蔓延、

災難新聞時的準備情況，並詢問需要哪些

颶風襲擊佛州等地區及層出不窮的校園槍

技術或方式來幫助學生解決自身的恐懼及

擊事件等。據美國密蘇里大學（University

of Missouri）研究人員表示，這些與災難

相關的新聞議題會對孩童的心理健康造成 影響，建議師長在面臨災難期間能給予學 童良好且正確的回應。 來自密蘇里大學災難及社區危機中心（MU

Disaster and Community Crisis Center）

的研究人員發現，當災難新聞產生時，許 多師長並未準備好回答孩童詢問相關事件 的問題。研究人員表示，在上學的日子當

焦慮。研究團隊發現許多學童會詢問師長 為何會發生災難，及該如何阻止這些問題 的產生。有鑑於此災難及社區危機中心提 供關於面對災難議題時，該如何幫助孩童 面對負面新聞消息的相關方針（詳細方針 讀者可參考：https://goo.gl/fJJrvW）。 研究人員表示，團隊的方針能夠協助師長 處理學童在面對災難新聞時所產生的負面 情緒。畢竟在這個年代，學童能輕易取得

中，老師是最直接與學童相處的群體，他

任何消息，研究團隊希望能確保孩童感到

們通常會在第一時間面臨孩童詢問相關的

不安及困惑之時，能夠適時地給予關懷及

事件。但研究發現，老師通常不知道該如

協助。

何回答這些問題。

（Pixabay）

J. Brian Houston, Jennifer First and Laura M. Danforth, Student Coping with the Effects of Disaster Media Coverage: A Qualitative Study of School Staff Perceptions, School Mental Health, 2018.

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專欄文章

5G 前瞻通訊原理與應用 第五代行動通訊（5th Generation, 5G）無疑是近來最

曲建仲

熱門的話題之一，大家對它的印象不外乎是上網的速

臺灣大學電機工程學系博士，政治大學科技管理與

度更快，到底什麼是 5G 呢？上網速度更快又是如何辦 到的呢？

智慧財產研究所兼任助理教授。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讀者了 解艱深困難的科技原理。

電磁波頻譜

將圖一（a）下方用來通訊的紅外光、微波與無線電波部

電磁波的波長與頻率的關係如圖一（a）所示稱為電磁

分放大檢視，得到如圖一（b）所示的通訊電磁波頻譜，

波頻譜（spectrum），由圖中可以看出，光波主要是指

由上到下依序為紅外光、微波和無線電波等，圖中列出

紅外光（infrared, IR）、可見光及紫外光（ultraviolet,

相對應的波長、頻率及電磁波的應用，其中電磁波頻率

UV）等 3 個部分，其實就是所有電磁波頻譜的中央部分， 所以光是一種電磁波。

大約 10~100 吉赫（GHz）的電磁波波長大約 1~100 毫 米（mm），因此稱為毫米波（mm wave）。

頻寬與資料傳輸率 資料傳輸率的單位是每秒位元數（bit per second, bps）， 代表每秒可以傳送幾個位元，也就是每秒可傳送幾個 0 或 1，例如：1Gbps（1G ＝ 10 億）代表每秒可以傳送

10 億個位元（10 億個 0 或 1），目前大部分通訊系統都 屬於數位通訊，因此使用「資料傳輸率」描述更恰當。 資料傳輸率的大小是由傳輸介質與傳輸設備共同決定， 頻寬愈寬通常可提供更高的資料傳輸率。 頻寬（bandwidth）與資料傳輸率（data rate）的意義 很類似，容易混淆，有時甚至積非成是被誤用，在此簡 單說明之間差別： （一）頻寬是類比訊號使用的名詞：電磁波是一種連續 的波動能量，既然是連續的必定是類比訊號，因 此頻寬和它的單位赫茲指的都是電磁波在有線通 訊介質（同軸電纜、雙絞銅線）或無線通訊（無 介質）的物理特性。 （二）資料傳輸率是數位訊號使用的名詞：當類比訊號 轉換為數位訊號時，所有資料都會變成 0 與 1 兩 圖一：（ a ）電磁波頻譜，（ b ）通訊電磁波頻譜。

20

SCIENCE MONTHLY 2019.1

種不連續的訊號。因此資料傳輸率和它的單位每

前瞻未來 Technology

秒位元數指的都是數位通訊實際傳送每個位元資 料的速率，重點是：數位訊號可利用不同的調變 與多工技術使相同頻寬的介質具有更高的資料傳 輸率，這就是目前許多新的通訊技術，如第三代 （3G）的 WCDMA、第四代（4G）的 OFDM 等。

頻譜效率 由於無線通訊的傳輸介質是人眼可見的空間，而空間是大 家共同使用，當所有訊號都丟往同一個空間時，這代表相 同頻率只能使用一次，造成無線通訊的頻譜非常珍貴，導 致在有限的頻寬裡，利用不同的調變與多工技術讓相同頻 寬的電磁波具有更高的資料傳輸率，單位頻寬具有多少資 料傳輸率稱為頻譜效率（spectrum efficiency）。單位頻 寬的資料傳輸率愈高，則稱為頻譜效率高，如 LTE 可提供 上傳 2.5 bps∕Hz，下載 5 bps∕Hz；LTE-A 可以提供上 傳 5 bps∕Hz，下載 10 bps∕Hz，顯然 LTE-A 的頻譜效 率較 LTE 高。特別注意的是，表中的頻譜效率是直接以 資料傳輸率除以通道頻寬，但不同的多工技術並沒有考 慮進去，因此不同的多工技術應分開比較才有意義。

圖二：第五代行動通訊新無線電（5G NR）分為非獨立與獨立兩個 系統。

通訊系統下載的資料傳輸率，由第二代（2G）的 GSM

訊標準，也就是後來被稱為第四代行動通訊的「長期演

系統 14.4 Kbps、到第三代的 UMTS 系統的 2 Mbps、

進技術（Long Term Evolution, LTE）」，其實它是從

第四代的 LTE 系統的 100 Mbps，一直發展到未來的第

3G 演進到 4G 行動電話的意思。

五代（5G）可達到 10 Gbps。值得注意的是，此速度是 指基地臺系統的總資料傳輸率，還必須分配給所有人使

商業上宣傳的 4G LTE 其實是由 HSPA＋邁向 4G 的過渡

用，因此每個人能夠分配到的資料傳輸率需視人數而定，

版本，真正的 4G 應該是 2011 年由 3GPP 所制定的「長

這就是為什麼 4G LTE∕LTE-A 下載速度雖然已經達到

期演進技術升級版（LTE-Advanced, LTE-ALTE）」，

1 Gbps，但大家上班時在捷運上用智慧型手機上網仍會

相容於原來的 GSM ∕ EDGE 和 UMTS 技術。

卡頓的原因，畢竟車廂內的人都在做相同的事。

第五代行動通訊新無線電 第三代合作夥伴計畫

（5th Generation New Radio, 5G NR）

（3rd Generation Partnership Project, 3GPP）

2015 年國際電信聯盟（ITU）召開工作伙伴 5D（Working

第三代合作夥伴計畫成立於 1998 年 12 月。成員包括歐

Party 5D）小組會議，公布 5G 發展規劃，並且延續 3G

洲的電信標準協會（ETSI）、日本的情報通訊技術委員

的「IMT-2000」、4G 的「IMT-Advanced」，定名 5G

會（TTC）、中國的通信標準化協會（CCSA）、韓國

為「IMT-2020」，開始制定 5G 的規範。

的通訊技術協會（TTA）、北美洲的電信業解決方案聯 盟（ATIS）及印度的電信標準開發協會等，主要的任務

同時第三代合作伙伴計劃標準組織自 Release-14 版開始

是制定 3G 的標準。3G 上線後開始規劃下一代的無線通

進行技術研究與制定，主要針對 3 大類應用需求發展全

Vol.50 No. 1

21

專欄文章

便利的塑膠年代、 反撲的海廢危機

圖一：海邊大量的廢棄物。 （作者提供）

隨著影像記錄技術與工具的發達，影像成為

洋環境者」，包括人們製造的物品及故意丟

人們接收知識的重要管道，搭配網路傳播的

棄或意外遺失在海洋環境中的物品，例如塑

便利性，越來越多海洋污染的議題與現況開

膠、木材、金屬、玻璃、橡膠、衣服和紙張

始被人們注意，因而引發全球性的討論，而

等物品。而從已發表的研究當中不難發現塑

淨灘也就成為全民運動。荒野保護協會曾提

膠類的廢棄物一直是數量最多的，成為近年

到：「淨灘不是停止垃圾汙染的終點，卻是

來全球關注之重大海洋保育議題。

每個人親海、愛海與守護海洋的最佳起點。」 只要親自參與過一次，就能實際了解塑膠垃

海洋廢棄物其來源可分為陸地來源性及海洋

陳美琪

圾氾濫而恐怖的現實情況，大多數民眾沒有

來源性，其中陸源性約佔 80 ％，以人口密集

東華大學海洋生物研究所

意識到這些問題主要來自你我的生活習慣。

度高地區或工業化區域為主要來源。根據調

物；擅長規劃海洋科普教

人們該如何認清海廢的問題？希望以下文章

查，大多數漂浮和擱淺的塑膠垃圾皆來自於

案與生態教育推廣。

能幫助到更多民眾認識海洋廢棄物污染，改

當地陸上的散播及沿海的休閒活動，另一陸

變大家既有的行為與習慣，加入減塑行列進

源性塑膠垃圾還包括廢水的排放，塑膠通過

而改善海洋廢棄物的問題。

河川流入海洋環境。海洋塑膠垃圾則主要來

碩 士， 喜 歡 海 和 海 洋 生

自漁業活動，包括商業捕魚，船隻作業和海

24

海洋廢棄物的定義

上其他漁業活動，每年流入海洋的廢棄漁具

海洋廢棄物（marine litter，圖一）被聯合國

（圖二），約佔海洋廢棄物總數的 10％。

陳德豪

環境規劃署（United Nations Environment

國立海洋生物博物館副 館長、國立東華大學海

Programme, UNEP）定義為「遭人為丟棄、

海洋廢棄物的危害

洋生物研究所教授。

處置或不慎遺棄之任何物體，進入海岸或海

海洋廢棄物會對海洋生物、生態系、人類健

SCIENCE MONTHLY 2019.1

生生不息 Biology

圖二：海邊大型廢棄魚網。 （作者提供）

圖三：被漁網糾纏的海龜。 （作者提供）

康與經濟等方面造成危害。越來越多的科學研究顯示海

容易生病甚至死亡。以海龜為例：海龜為了防止食物外

洋廢棄物對海洋生物和生態系統造成威脅，其影響大致

流食道上具有角質皮刺，也因此食物或垃圾一旦入口，

分為纏繞、攝入及塑膠物品釋放或吸附累積有毒物質，

往往只能往下吞嚥而難以吐出，加上海龜容易誤判塑膠

透過食物鏈所造成的生物累積和生物放大。海洋廢棄物

袋為水母，所以誤食塑膠對海龜造成重大威脅。不止海

可能會限制海洋生物動作，也可能導致割傷、潰瘍甚至

洋動物受影響，海鳥也會將垃圾吃下肚，甚至當成築巢

死亡（圖三）。

材料。另外，海洋垃圾漂浮在海面上，加上海流傳送（圖 四），也使得它們成為載運外來物種的途徑之一 。

以海洋哺乳類動物、海龜為例，一旦在海裡失去行動能 力，可能會造成牠們無法捕食甚至無法換氣致死。透過

海洋垃圾也會影響經濟。以恆春半島的海灘為例，因其

影像記錄也可看到年幼海獅或海豹誤套塑膠，卻因身上

清澈的海水和豐富的生物多樣性而成為度假勝地。遊客

的皮毛難以使塑膠脫落，隨著生物體形的增長，身上的

量增加，也可能導致海灘和水域垃圾數量增加，危及海

塑膠卻無法延展，進而切斷動脈甚至是勒死，活動範圍

洋生物多樣性。沙灘上的塑膠微粒也與旅遊活動相關，

大多於海面上的海鳥也難避免遭受影響。影響物種不侷

墨西哥瓦圖爾科（Huatulco）

限於動物，無法自由移動的生物也受到影響，像是珊瑚

的海灘在旅遊旺季期間比在

可能會遭受垃圾、漁網覆蓋影響其光合作用，也可能導

旅遊淡季期間的塑膠微粒密

致牠們破損或感染，甚至限制其生長。

度更高。一旦海岸垃圾數量過 多，會降低民眾前往遊玩的意

海洋生物經常誤食海洋垃圾造成嚴重傷害，特別是塑膠 種類的垃圾 。攝入塑膠垃圾會造成生物營養攝取不良，

願，同時也會減少當地觀光收 入影響經濟發展。

圖四：從國外飄來臺灣的垃圾。 （作者提供）

Vol.50 No. 1

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36

SCIENCE MONTHLY 2019.1

乘著意識的魔毯 飛越神經叢林

「 我 是 誰？ 我 從 哪 裡 來？ 我 該

何去何從？」

堪稱生命意義的終極三大問。

從 人 工 智 慧 到 大 腦 運 作、 認 知

行為到意識，

多年來神經科學家不斷挑戰心

智領域的極限，

試 圖 在 社 群、 個 體 或 細 胞 等 層

次定義與人類有關的種種。

科學與哲學如何探究心靈？

處 在 人 群 之 中 的 你， 早 已 不 自

主地被左右？

消 費 者 作 出 決 定 的 背 後， 蘊 藏

何種生物機制？

主 觀 價 值、 道 德 與 政 治 意 見，

又與大腦何干？

神經就像一棵棵樹木，

在紛亂交錯中孕育多種生命的

熱帶雨林。

唯有展開飛行，

才能系統性地綜覽全局 ⋯⋯

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Vol.50 No. 1

哲學好抽象、科學好複 誰說的才是真理？

COVER STORY

雜，

發現世界運作的真相

哲學與科學的跨域新革命

嚴如玉

域的疆界，做出破壞性的重構，以便

哲學家以什麼樣的研究視角與方法學

釋放出更多的學術創造力。

來產出此問題。首先，心靈哲學家，

國立陽明大學心智哲學研究所助

是在一個非常高度抽象的概念與語言

理教授，專長為神經科學實作的知識論、形

此篇文章中，會概略地舉 2 個例子來

層次，對心靈進行探究。什麼叫高度

說明 2 件事情。第一、利用心靈哲學

抽 象 的 概 念 與 語 言 層 次？ 心 靈 哲 學

（philosophy of mind）中如何討論

家，就如同其他哲學家，在思考問題

近 年 來， 國 際 上 頂 尖 大 學 間 相 互 競

心理因果（mental causation）為例

時，習慣於將其認為不重要或不相干

爭的焦點之一是神經科學與哲學的

說明，心靈哲學用以研究此議題的方

的脈絡細節去除，例如實驗設計的原

跨 領 域（interdisciplinary）或超域

法學，既無法與神經科學的研究方法

理與限制、不同學科間因果推理模式

（transdisciplinary）研究。不少國內

學產生有用的對話，更無法進一步發

的差異等。他們依靠直覺，試圖找出

外大學皆相繼成立與心身腦（Mind,

展為可與之互補的方法學。第二、用

「心理」、「因果」這些概念或語詞

Body, and Brain） 相 關 的 科 學 與 哲

科學實作哲學家如何分析神經科學家

所指涉到的最終極意涵為何。例如，

學跨域研究中心，以便培育下一代的

的因果推理為例說明，科學實作哲學

關於心理性質或存在是什麼的討論，

研究人才。近期再加上人工智慧又重

家有潛力可以和神經科學的研究方法

哲學家從直覺出發，有人提出它是一

新成為話題中心，構思如何將心身腦

學產生有用的對話，並進一步創造出

種可被觀察的行為、一種功能、一種

與人工智慧的熱潮連結，也成為下一

互補、甚至共同的研究方法學。

腦狀態或一種非物理的性質等。這些

上學與社群演變研究。

起點的提出，也常常預設，不論在哪

波研究重點。跨域研究中心的成立，

42

就組織制度的硬性結構而言，是非常

心靈哲學 vs 神經科學

個實驗脈絡下使用相關的「心理」與

重要的突破。但要往下一階段邁進，

心靈哲學家所關注的心理因果問題可

「因果」的概念或語詞，其最終極的

筆者認為還是應著力於思想面的軟實

被簡述如下：心理性質或存在，如意

意 涵 就 該 是 代 數 X。 會 有 這 樣 的 想

力。 其 中 最 急 迫 的， 便 是 發 展 不 同

識、自由意志等，是否具有因果影響

法，是因為心靈哲學家多數預設一套

領域之間可共用或可互補的研究方法

力？如果心理性質或存在具有因果影

做哲學的方法學。這套方法學是關於

學。無此研究方法學上的創新，跨領

響力，如何不與物理性質或存在的因

如何從概念或語詞分析出事物的「最

域的研究容易停滯在第一階段的表層

果影響力產生衝突。要掌握為何心靈

終極」或「最根本」的存在樣態。就

對話，而無法繼續深入對既有研究領

哲學家關心此問題，就得先掌握心靈

因為是「最終極」與「最根本」，所

SCIENCE MONTHLY 2019.1

以不論在哪個脈絡下看，這些「最終

（experimental paradigm） 的 設 計

實驗典範的相關活動來進行描述與分

極」、「最根本」的存在樣態是一樣

與優化、收集資料、分析資料、提出

析，而非以直覺或概念（語詞）作為

的，是不變的。這是其中一種做形上

假說、再收集資料和再分析資料等種

分析單位。

學的方法，也是最常被哲學家使用的

種步驟，直到達他們認為可接受的程

方法，但卻不是唯一一種。

度。這當然是一個簡化版與理想化的

所以，雖然神經科學家嘴巴上也會使

描述，實際上發生在神經科學研究活

用與哲學家一樣的語詞，但是他們的

讓我們想像，當心靈哲學家遇上神經

動的結構與型態，是遠比上述還要複

概 念 是 不 同 的。 例 如， 當 哲 學 家 說

科 學 家 時， 會 產 生 什 麼 樣 的 對 話。

雜還要動態。但我們先以簡化版來想

「知覺」這個語詞，哲學家有哲學家

神 經 科 學 家 在 進 行 研 究 時， 往 往 是

像一個心靈哲學家與一個神經科學家

的概念；而當神經科學家說了「知覺」

奠基於領域內的背景知識與既有文

會產生什麼樣的對話。神經科學家也

這個語詞，神經科學家則有其科學概

獻 出 發， 並 要 搭 配 能 夠 使 用 相 關 實

在研究各種心理現象，但他們對於所

念，而要了解這些概念的意涵，就必

驗 技 術 的 技 能， 爾 後 進 行 實 驗 典 範

欲研究的心理現象，必須得透過設計

須進入實驗的實作細節去分析，才能 夠掌握這個概念的意義。但在跨領域 對話的脈絡，往往因為兩方用的是同 一個語詞，導致說者與聽者容易誤以 為彼此好像在討論同一個現象與使用 同一個概念，但事實上不然。神經科 學家能講的是經由實驗而定義描述出 來的現象，神經科學家的科學概念所 談論到的對象是實驗的實作細節。哲 學家談論的現象通常是指一般日常生 活脈絡中的現象，而哲學家所分析出 來的哲學概念，往往是要用來描述現 象的「最終極」或「最根本」的存在 樣態為何。因此，哲學家的概念與神 經科學家的科學概念是不一樣的。

哲學與科學的衝突 或許，有人會想，哲學家可以用神經 科學家的科學概念來發展出哲學家的 哲學概念或理論，這樣不就可以避免 上述的問題。事實上，也有不少跨領 域的心靈哲學家以此方法進行研究。 （Shutterstock）

但這個方法也有許多問題，舉其中 3 個問題為例。首先，哲學家根據科學

Vol.50 No. 1

43

要跟新同學聊天嗎？觀望一下好了。

大家都在拍手欸，

COVER STORY

趕快跟著拍才不會顯得我好奇怪⋯⋯

你，曾為團隊妥協嗎？

社會互動導致的生心理反應

蘇韋列

遭現象所需的基礎科學和人文藝術。

速度會比自己單獨騎乘快，因而提出

進到高中、高職和大學，開始學習更

了社會促進效應（social facilitation

深入專精的知識和技能，為未來投入

effect）。此效應可以在奧運選手在

職場建立需具備的初步態度、知識和

比賽時，屢屢打破自己先前所締造的

技能。

紀錄，而得到驗證。

學習除了受到天生稟賦的影響外，個

然而，在社會情境中並非總能誘發社

體在所處的社會環境也扮演著頗為關

會促進效應。1913 年，法國心理學

鍵的角色。孔子在《倫語》〈學而篇〉

家航奇蒙（Max Ringelmann）進行

獨處、團體和學習

第一章便提到：「學而時習之，不亦

的拔河拉繩研究中發現，當他要求一

人類的生活扣除睡眠和獨處，剩下的

說乎？有朋自遠方來，不亦樂乎？人

群人一起拉繩子時，他們並不如個別

時間都在與人相處和互動。如果說一

不知而不慍，不亦君子乎？」意指學

拉繩那麼盡力，隨著拉繩人數遞增，

生中，睡眠的時間佔最多，那麼第二

習需要反覆地練習，和同儕分享、切

每個人付出的努力卻遞減，1974 年英

多的無非是與人互動，除非你是一個

磋和討論，即使在學習的歷程遭遇困

格翰（Alan Ingham）等人重複航奇

離群索居的人。人們從呱呱墜地的嬰

境， 要 傳 達 給 他 人 的 想 法 未 受 到 認

蒙的實驗也得到相同的結果。此外，

兒開始，便需透過嗅覺、觸覺和視覺

可，也不因此氣餒，反倒需保持一顆

在比較個別拍手和集體拍手、個別尖

等感官刺激建立與母親和照顧者的連

學習向上的心。

叫和集體尖叫的實驗中也得到類似的

高雄醫學大學職能治療學系講師，

高雄醫學大學附設中和紀念醫院精神科兼 任職能治療師。

結， 啟 動 動 作 控 制 和 口 語 表 達 的 學

46

結果，尖叫實驗方式為要求每個成員

習。進入學齡階段後，必須在校園裡

社會環境對學習的影響

儘可能發出最大的尖叫聲，並記錄每

和同儕一同在團體的情境下學習；完

早在 16 世紀，人們便對社會環境如

個人個別發出的音量，接著請成員兩

成學業投入職場後，又需要開啟另一

何影響學習感到興趣，「個體的表現

兩配對，並儘可能一起發出最大的尖

段職場的團體學習歷程。

是否因其他人在場而產生改變？」是

叫聲，記錄下配對後所產生的音量。

經常被提出來探討的問題。1898 年，

經過統計分析後發現，兩兩配對所產

學齡前的孩子在家人的呵護下，透過

美國印地安那州州立大學心理學家崔

生的音量僅能達到 2 人個別音量總和

觀察和模仿，學會了基本的動作、語

普雷特（Norman Triplett）分析美

的 66 ％，當 6 個人一起尖叫時，此

言、認知和社會技能。進入小學和中

國自行車競速委員會的紀錄，發現自

效應更加的明顯，僅能記錄到個別音

學後進一步學習文字、數學和理解周

行車選手經常在團體或雙人競賽時，

量總和的音量總和的 36％。此一現象

SCIENCE MONTHLY 2019.1

與社會促進截然對立，被稱為社會怠

競爭、溝通、衝突管理、決策、領導、

用學習原則，可協助個案維持或改善

惰效應（social loafing effect）。

問題解決、創造力、個別差異、組織

既有功能。其他如金錢管理、交通和

文化及虛擬團體等均是團體動力學關

通訊能力、社交技巧、求職和工作技

注和探討的議題。

巧、健康促進等團體，均有助於改善

團體動力學的創立

1930年代，勒溫（Kurt Zadek Lewin）

患者的生活獨立性和生活品質。

倡議團體動力研究，便是將團體如何

團體動力學在團體治療的運用

影響成員表現和團體間差異視為研究

在臨床治療中，為了符合成本效益並

團體治療可透過團體成員間的相互影

焦點的學問。勒溫不但發展了團體動

運用人際互動因子，不論在心理治療

響，來誘發個案的社會參與動機。亞

力理論；並運用實驗法來研究團體動

或職能治療，均嘗試運用以團體的方

隆（Irvin Yalom） 將 這 些 因 素 稱 為

力；堅持理論和研究應落實在社會實

式來進行治療，尤其在身心內科團體

團體治療因子（curative factors），

踐上。目前普遍為教育實踐研究和人

的運用最普遍。過程中，治療師會根

包括：利他行為（altruism）、人際

類行為研究運用的行動研究法，便是

據個案的需求，擬定團體治療活動，

間學習（interpersonal learning）、

由勒溫所創。

如針對日常生活功能退化的個案，設

宣 洩（ catharsis ）、團體的凝聚力

計日常生活功能訓練團體。許多慢性

（ cohesiveness ）、模仿他人行為

在團體動力學中，舉凡影響團體發展

精神病患，在生活自理方面，缺乏技

（imitative behavior）、 獲 得 資 訊

的因素，如團體的基本歷程、合作與

巧或為養成習慣，透過團體活動、善

（imparting information）、 灌 注

（Shutterstock）

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動物行為與生態研討會 30 周年特輯

動物在哪， 他們就在哪 一個沒有學會在背後支撐的學術研討會，每年都在尋找下一 個願意在忙碌的學術研究、教學和行政工作間抽出時間，義 無反顧扛起舉辦研討會重任的那個勇士。一開始只是少數實 驗室相互交流，走到 30 年的今天，它已是年年有約 1000 名 研究者參與的「動物行為與生態研討會」。 這群研究者在臺灣這座小島上，追尋動物的芳蹤。30 年來， 他們發表了無數的研究成果，讓我們對共同生存在臺灣這塊 土地上的「室友」多一些認識……

策畫編輯：趙軒翎、李依庭、郭家銘、謝育哲

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走過沒有學會的 30 個年頭— 動物行為與生態研討會

張景淞

願將知識的可愛善美，結緣世人。

「你動行的投稿交出去了嗎？」「快

論研究主題，若能得到青睞或建議，

漸熟悉，產生凝聚力和互相交流的想

了快了，老師改完就可以交了！」每

也能增進成就感和確立研究方向。不

法。不過，此時還尚未有以動物行為

到 12 月，走進大專院校的生物相關

僅 如 此， 在 這 個 一 年 一 度 的 研 討 會

做主題自辦研討會的想法，而是以實

科系都可聽到類似的對話，原來是許

中，除科研外，也可和在相同領域一

驗室的聯合報告與分享為主。

多師生為了即將於寒假舉辦的「動物

起打拚的老朋友、好同學敘敘舊。 當時，以臺大動物系林曜松老師實驗

行為與生態研討會」，努力燃燒青春、

62

室為首，與在動物系兼課的莫顯蕎老

追趕實驗分析進度。在國內同類型會

一個研討會能歷久不衰、年年舉辦，

議中，此研討會為規模最大、參與人

甚至參加人數越來越多，是很不容易

數最多，歷史也相對悠久，因此也常

的。因此，趁著研討會即將邁入 30 周

被暱稱為「大拜拜」。從第 1 屆開始，

年之即，循著當年創立研討會的元老

每屆都由不同的學校單位負責，而由

級老師敘述，與目前所能蒐集的資料，

臺灣大學主辦的今（2019）年，則已

整理出從無到有的歷程，並記錄老師

堂堂邁入第 30 屆了呢！

們對於其未來發展的期許和祝福。

動物行為與生態研討會，主要聚焦在

第 1 屆開始之前

討論動物行為、動物與環境的交互關

正式的第 1 屆動行研討會於 1990 年

的中國心理學會（現臺灣心理學會）

係（生態），還有其他與生物學相關

舉辦。在之前幾年，1980 年代的臺

年會，為動物行為開設一個組別，讓

的大小議題。研討會期間，學生與老

灣學界，以動物行為當作觀察與研究

原本近似於讀書會與分享會的形式，

師透過演講、口頭報告和張貼海報等

主題的學者不多，與生態保育有關的

有了比較正式的發表場合。

方式呈現研究成果，也可得到聽眾的

民間行動也才剛起步（當時的臺北鳥

即時回饋或討論。觀摩他人的研究成

會大概只有 100 人左右），參加相關

由畜產界發起的第 1 屆研討會

果，可能就會激起自身靈感；相互討

活動的成員們較固定，久而久之便逐

第 1 屆動物行為與生態研討會，其實

SCIENCE MONTHLY 2019.1

師、森林系郭寶章老師和臺師大呂光 洋、王穎老師等實驗室成員輪流報告 自身研究。劉小如老師回憶道：「那 個時候在一個樓梯下面，很小很小的 教室。林曜松老師很大方，出錢買了 一堆便當，大家就報告自己的研究。」 此外，因當時心理系也有研究有關行 為的主題，所以在臺大心理系徐嘉宏 老師的邀請與促成下，1984、86 年

動物行為與生態研討會 30 周年特輯

不是由剛剛提到的幾位老師主辦的，

投稿篇數，更在 2002 年突破百篇，

助。去（2018）年清大主辦的動物行

也並非由任何學校單位主辦，而是當

且在 2010~2017 年間，都維持在每

為研討會中，將中國生物學會改名為

時任職於臺灣養豬科學研究所（現財

年 300 篇左右。

臺灣生物學會，接任會長的焦傳金老 師正有由臺灣生物學會負責此研討會

團法人臺灣動物科技研究所）的夏良 宙老師所發起。夏老師於留學期間，

一個研討會有如此盛大且持續成長中

的想法，並 1 年找 1 間學校合作舉辦，

研究動物行為與環境和營養的交互作

的規模，很難想像背後竟沒有學會運

歷史保存與其他事務則由學會負責，

用，回到臺灣後，仍想繼續行為方面

作，而是靠著單純的上下屆交接而辦

或許可以解決當前的問題。

的研究，並和相關的學界人士交流，

成的，這都歸功於各實驗室主持人間

於是聯絡當時任臺北市立動物園技正

深厚的感情與強烈的凝聚力：當年的

從夏良宙老師憑著熱情與求知慾發起

（後來成為動物園長）的陳寶忠先生

林曜松、莫顯蕎、王穎、呂光洋和劉

的第 1 屆研討會開始，之後每屆的承

與王穎老師，籌措經費後召集動物行

小如等老師為第一代；從幾位老師實

辦學校（實驗室）也傳承了對動物行

為研究相關的老師與畜產界研究人

驗室畢業的學生，如周蓮香、李玲玲、

為與生態的熱情，讓每年研討會能順

員，於 1990 年 2 月 10~11 日，在竹

于宏燦、袁孝維、杜明章、裴家騏和

利進行，每位與會者都能優游於學術

南的養豬科學研究所召開「動物行為

吳聲海等老師為第二代，接續上一代

世界。某些老師可能從學生時代就開

暨生態研究人員討論會」，是動物行

作育英才的使命與對動物行為研究的

始參加這個「大拜拜」，登上杏壇後，

為領域第一次正式的研討會。為期 2

熱忱，也聯合更多研究者，將此研討

肩上更揹著傳承的擔子，帶著學生繼

天 1 夜的研討會，仍讓當時參與的老

會越辦越大。聽聞研討會近年來的成

續投入打拚。「有時候覺得自己好像

師津津樂道，許多人更是聊研究聊到

長，莫顯蕎老師十分開心：「我高興

快迷失了，去想想學生時代對於動物

三更半夜呢！

的就是學生很喜歡去參加這個會，而

行為學那種單純的感動，然後就可以

且越來越多人。」

繼續走下去。」周蓮香老師感性地說。

何在研討會名稱上，要加上生態呢？

動物行為研討會背後沒有學會運作，

或許，老師們在會中看到在相同領域

「當你的動物行為和環境連在一起的

卻因為每屆越辦越大，反而成了許多

打拼的師長、老朋友和在大會中進步

時候，就變成生態了。」夏老師如是

與生物有關學會成員集結的好時機，

的學生，都是維繫熱情的要素吧！對

說。從第 1 屆開始，每次都由該次主

趁研討會期間召開會員大會，也是一

學生而言，動物行為研討會不只是一

辦學校尋找下一屆願意主辦的學校接

個有趣的現象。

個發表海報或口頭報告的場合，這次

夏老師當時的研究興趣是行為，但為

棒，直至今日，已經走到第 30 個年頭。

訪問的好幾位老師皆不約而同地期

而立之後，邁步致遠

許：「多聽、多看、多交流，好好享

沒有自己的學會，

沒有學會支撐的研討會，每屆辦起來

受！」或許可以在這邊交到志同道合

卻吸引許多學會參與

固 然 有 讓 人 耳 目 一 新 的 多 樣 性， 但

的好朋友、發現有趣的研究主題，甚

動物行為與生態研討會在許多學校的

上、下屆的交接過程，可能因此重複

至找到研究的突破口，才是研討會綿

薪火相傳下，已從當初的點點星火，

做了許多瑣碎的事務，有些資料也可

延不絕的魅力之一。

蛻變為足以照亮學界的明亮火炬。從

能會不小心漏失，像是第 1~3 屆的大

2015 年開始，每年的報名人數都突

會手冊已佚失，對於歷史的保存與傳

2019 年第 30 屆動物行為與生態研討

破千人；從 1993 年開始，累積的投

承而言實在可惜；許多老師也提及此

會，敬請大家期待！

稿文章數量已超過 4000 篇；每年的

問題，希望能有專責的幹部或學會協

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備受矚目的五大物種 動物行為與生態研討會整理出 30 年以來所有有記錄的 投稿題目，並統計了各篇文章中主要研究的物種，你猜 猜看哪個物種出現的次數最多呢？

生態習性

1. 體色： 利用長時間攝影進行行為觀察，發現 黃色人面蜘蛛所捕捉到的獵物顯著多 於黑色人面蜘蛛。若將黃色人面蜘蛛

5

的背部塗黑後，則會降低獵物的捕捉 量。進一步使用模型進行驗證，黑黃 條紋相間的模型為控制組，實驗組則 有體色全為黃色與黑藍條紋相間的模

Nephila pilipes

人面蜘蛛

型，經觀察發現，黑藍條紋相間的模

小檔案 科別：人面蜘蛛科 棲息地：分布於臺灣、日本、新加坡、

型無法吸引獵物，而全黃模型雖可吸 引許多獵物，但由於其明顯鮮豔的體 色，也招來許多掠食者的襲擊。不僅 如此，研究人員認為人面蜘蛛體色之

緬甸、泰國、菲律賓、斯里蘭卡、印

64

雖然人面蜘蛛分布甚廣，在世界各地

度、澳大利亞北部等地。

都可看見其蹤跡，但由於在臺灣十分

特徵：有毒，雄蛛與雌蛛的體型差異

普遍且數量多，因此成為一吸引臺灣

甚大，雌蛛雙腳之間闊 15 公分、體

學者研究的物種。多年來，學者在其

長有 5 公分，且會結直徑約 1~3 公尺

體色、體型、蜘蛛絲組成與族群親源

大小的網用來捕捉昆蟲。而雄蛛較為

等研究皆有所斬獲，已逐漸揭開人面

細小，體色呈橙色，體長大約只有雌

蜘蛛的神秘面紗。

蜘蛛的 1 ∕ 5；幼蛛則身體細小呈楬色。

SCIENCE MONTHLY 2019.1

圖一：人面蜘蛛與所結的蜘蛛網。（卓逸民 提供）

動物行為與生態研討會 30 周年特輯

圖三：人面蜘蛛所結的蜘蛛網和蜘蛛絲成分 會因捕食昆蟲不同而改變。（卓逸民提供）

所以能吸引昆蟲是因黃色光波長與花 朵的訊號相似，更與大多數花粉顏色 不謀而合，因此能成功吸引昆蟲。所

圖二：雌蛛（右）與雄蛛（左）的體型差異

以，人面蜘蛛身上的體色不只是有吸

極大。

引獵物的功能，所演化出的黑黃條紋

昆蟲時則需高強度、密度的蜘蛛網， 除防止昆蟲脫落外，也有使震動訊號 較敏感以感應獵物存在的作用。

相間更是其在捕捉效率與被捕食風險

3. 蜘蛛絲：

4. 夜行性：

之間的平衡。

典型蜘蛛網一般分為縱絲（輻射狀）

利用紅外線攝影機在不干擾的情況下

與橫絲（同心圓狀），透過全臺人面

觀察人面蜘蛛在白天與夜晚的捕食數

蜘蛛的採集，發現在不同地區的人面

量，發現其在夜間的捕食量比白天更

蜘蛛，其蜘蛛絲的組成胺基酸有所差

多，證明其夜行的特性。

異，而此差異性為因應當地獵物組成 的不同所致。 在餵食總重量相同的蟋蟀（大）與蒼 蠅（小）實驗中，發現兩者蜘蛛絲的 圖一：人面蜘蛛的特色之一為其黑黃條紋相 間的體色。（葉昊然攝影）

組成不同，餵食蟋蟀的蜘蛛絲中富含 具彈性性質的麩醯胺酸（glutamine）

與脯胺酸（proline）、結晶結構較多，

2. 體型：

且蜘蛛網較稀疏，代表人面蜘蛛在野

雄、雌體型差異大，原因在於兩者不

外捕食體型較大的昆蟲時，需要彈性

同的生長與生殖策略。雌蛛體型大，

較好的蜘蛛網，防止因蜘蛛網過硬使

交配後能產下許多卵，以質取勝。而

體型大的獵物彈落。

雄蛛體型小、但快速性成熟，透過大

而餵食蒼蠅的蜘蛛絲則有較多的丙胺

量與雌蛛交配後，來繁衍下一代，是

酸（alanine）以增加蜘蛛絲的強度，

圖四：在黑夜中，人面蜘蛛的捕食狀況。

一種以量取勝的方式。

且蜘蛛網較密，代表捕食體型較小的

（卓逸民提供）

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精選 文章

相對論投影在詩人波心─ 看徐志摩寫相對論

簡宗奇

桃園市立南崁高中物理科教師。

文學之筆寫物理

的文學作品。就在詩人即將開啟他文

1920 年，詩人徐志摩在其內兄張君

學創作生涯之時，寫出這麼一篇別出

勱的介紹之下看了一本關於相對論

心裁的科學性文章。

的書，自己又參考了一些文獻後寫下

70

一 篇 名 為〈 安 斯 坦 相 對 主 義（ 物 理

在那個年代裡，愛因斯坦的狹義相對

界大革命）〉的文章，並在 1921 年

論（special relativity） 與 廣 義 相 對

4 月 15 日刊登在梁啟超主編的《改

論（general relativity）相 繼 橫 空 出

造》雜誌上。作家梁錫華在 1980 年

世，不僅解決水星進動偏差值的問題

出 版 的《 徐 志 摩 詩 文 補 遺 》一 書 將

外，天文學家愛丁頓（Arthur Stanley

此 文 編 入 書 中「 文 集 類 」 的 首 篇。

Eddington）的日蝕觀測也證實相對

〈安斯坦相對主義〉就是指愛因斯

論預測 重 力 偏 折 星 光 的 現 象，相 對

一代文人的物理情懷，一時間化身為

坦 的 相 對 論， 此 文 洋 洋 灑 灑 有 1 萬

論在當時的知識界應是熱門話題。除

科普作家，在中國推廣相對論時也躬

餘 字， 可 說 是 1 篇 科 普 文 章。 當 時

《改造》雜誌外，另外 2 份期刊《少

逢其盛，折射出另一種文字能量，傳

詩 人 剛 完 成 美 國 的 學 業 來 到 英 國，

年中國》與《東方雜誌》也有專刊專

播科學新知。

先後在倫敦政經學院（The London

文報導，這都對相對論在中國的傳播

School of Economics and Political

有重要 的 影 響。本 文 中 詩 人 筆 下 的

這個年代也正是胡適等人推展新文

Science）與劍橋大學（University of

「奈端（牛頓，Isaac Newton）」、

化運動後的 3、4 年，也是五四運動

Cambridge）求學。在英倫的 2 年期

「安斯坦」、「相對主義」、「伊太（乙

後 2 年；當時知識份子從文學革命、

間深受西方文化薰陶與浪漫主義影

太，aether 或 ether ）」等名詞縱橫

整理國故到中西文化的討論，熱切渴

響，1922 年回國後即陸續發表大量

其間，以其熱情而專注的筆觸刻畫出

望地想要突破晚清「中學為體、西學

SCIENCE MONTHLY 2019.1

圖一：詩人徐志摩。（Wikipedia）

精選 文章

人、拋磚引玉，所以「連我吃奶的力 都使出來……用最平淺最直率的話來 寫。」「不管範圍不範圍，想試講講 那面目可憎的相對學說來引起非自然 科學家的注意。」由此可知，它並非 一篇物理講義或學術論文，而是一篇 饒富情意的科普文章。

內文中有一段導言式的科學史，談到 哥白尼（Nicolaus Copernicus）、牛頓 與達爾文（Charles Robert Darwin） 等人先後建立科學典範的故事。例如 圖二：一篇別出心裁的科普文章就收錄在此

圖三：本文是中國最早推廣相對論的科普文章

書之中。（作者提供）

之一。（作者提供）

他如此描述加利略（Galileo Galilei， 〔註一〕 ）的貢獻：「從這千里鏡（望

遠鏡）裏東張西望，爽性連天象的變 為用」，但卻方向未定、遲滯沉寂的

念引導之下，藉由傳播新知識以啟迪

遷、實際的情形，全寫了出來……將

舊格局。胡適的出現恰好帶動一股新

民智、普及科學的努力就蔚為風潮。

從前的老式的古星學完全推翻，憑著 科學的方法，起造了近來天文學的基

思潮，他在 1917 年從美國學成回國 後一躍成為學術界與思想界的領導人

文學之筆寫物理

礎。又哪裡知道一班神父們，又大發

物。在提倡發展民主的「德先生」與

這一篇文章篇幅長達 22 頁，詩人從

其威，逼得加老先生對天發誓，否認

科學的「賽先生」同時，在方法論的

「撰文的動機」開始，接著分別就「相

自己的發明……。」看得出詩人筆下

層次上則引進美國哲學家杜威（John

對論的相對性」、「四維時空的意義」

的人物躍然紙上、神氣活現，寫得相

Dewey）的實驗主義，其主張「科學

與「相對論的哲學觀」3 大主題論述。

當逗趣。這是說當時響應哥白尼日心

本身只是一個方法，一個態度，一種

內容偏重在愛因斯坦的狹義相對論，

說的加利略觸犯天主教教廷思想，接

精神。」「民主的真意義只是一種生

僅在內文中第 19 頁的 1 段文字裡談

受無情審判的一段事蹟。詩人認為經

活方式。」這對當時「思想界的方向

到廣義相對論中彎曲時空的概念。

由理性的批判思維，應該樂觀地審視 新知識的價值，並且適度地認同接納

轉變」起了很大的影響。如此文化氛 圍從徐志摩在文中所述「……身在國

詩人自謙地說：「我唯一的目的只要

與發揚光大。接著，詩人就運用相當

外，有書報看；國內的人就使很想學，

因這一篇爛話，引起大家的興趣，隨

的篇幅論述相對性與四維時空的基本

也許買不到書報……」、「再則新文

後買書來自己研究，我就滿意得很，

觀念。

化運動以來，大家起勁搶買搶看搶講

眾位要知宇宙的玄妙，並非讀自然科

搶寫搶翻譯的東西……」、「要不枉

學 的 人 的 專 利。」「 再 者 我 這 篇 文

旁徵博引談相對時空

為 20 世紀的人，總得利用這個時期，

字，本來不是讓科學家看的，我意思

狹 義 相 對 論 奠 基 在 2 大 基 本 假定 之

來領略這點兒洩漏的天機。」可見一

只要引起普通人對於科學常識的興趣

上，一是「相對性假設」，即物理定

斑；因此，有志之士在科學救國的理

罷了。」詩人立意甚佳，希望推己及

律對於在任何慣性坐標系的觀察者而

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人物專訪

從「意外」中實現初衷－ 周慧泉專訪 採訪 林翰佐 撰稿

陳其暐

周慧泉心底曾有一個夢，她想要作為

時過境遷，她旅美至今已近 30 年，

一名醫師，治癒許許多多的病人。特

卻 沒 有 洗 去 她 的 初 心。 這 段 路， 她

別是於臺大就讀期間，是否進入學士

歷 經 亞 培、 惠 氏（Wyeth）、 瑞 輝

後醫學系的煩惱，一直在她的心中縈

（Pfizer）等公司，職位從經理、副

繞不去。

總逐漸爬升。現在的她，已是德國拜 耳（Bayer）製藥公司全球生物科技

（周慧泉提供）

學 歷 1988 臺灣大學醫學院學士 1998 美國耶魯大學生化與細胞生物 博士學位

經 歷 1998 德國馬克斯普朗克生物物理化 學研究所博士後研究員 1999 美國哈佛醫學院研究教授

後來，她思考，若藉由厚實自身的科

營運總裁。

學 基 礎， 或 許 未 來 能 對 醫 療有 所 幫 助，於是她遠赴美國耶魯大學（Yale

學界與業界差異

University） 取 得 生 化 與 細 胞 生 物

當 周 慧 泉 出 外 演 講， 出 席 各 種 場 合

博 士 學 位， 不 久 後 前 往 哈 佛 醫學 院

時，常常會被詢問，學術圈跟業界有

（Harvard Medical School）擔任研

什麼不同。如同她當年一樣，這個問

究教職。

題至今仍困擾著生技領域的畢業生。 但她認為，「對於做研究本身，比起

偶然進入生技製藥產業

在業界或學界，說實在沒有什麼太大

然而，不到 2 年的時間，她離開了這

差別。都一樣得做得紮實，一樣得經

個令人稱羨的職位。

過很多檢視跟批評，並且常常需要調 整方向。」

1999 美國亞培公司資深科學家

當時，周慧泉應亞培（Abbott）公司

2001 美國輝瑞公司首席科學家

邀請前去演講。結束後，受到對方大

若真要說有什麼不同，「在業界比較

2006 美國基因泰克公司資深經理

力邀請加入，也就此轉變她的生涯，

重視階層，老闆與你的所屬部門必須

2010 美國泰福公司研發與製造

因而進入生技製藥產業。她想著，這

達成一致的方向，你不能去做完全個

或許是一個契機，讓她能夠回到最初

人色彩的事。」她也指出，「在學術

救人濟世的初衷。只是這次不是作為

界所受到的訓練，讓我們很會唱獨角

醫生，而是從製造藥物著手。

戲。」學術研究主題迫使研究生樣樣

副總裁 2014 美國麥迪韋遜公司製藥與技術 運營副總裁

都要會，最終才得以完成一篇論文。

2016 美國輝瑞公司製藥與運營 副總裁 2017 德國拜耳製藥全球生物科技營 運總裁

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SCIENCE MONTHLY 2019.1

「 也 許 這 是 一 個 機 會， 能 夠 回 到 原 點。」周慧泉在心頭許下願望，「進

「只是業界非常強調團隊，所以走上

到業界後，我告訴自己，不要一廂情

這條路的人，就是要了解所屬團隊，

願地只是重複以前做的事情。」她懷

知道如何利用隊友長處，一起做出成

著開放的心態，從公司的環境中再次

果。」周慧泉說，當初亞培之所以邀

出發。

請她進入公司，是因為她具備某些專

精技術，然而實際在公司要執行的研

過去只有基因泰克（Genentech）公

擇性發展某些領域，也能夠走出一條

究主題，卻和她以往的專長並不完全

司能自行研發大部分產品。可是在今

道路。周慧泉舉例，麥迪韋遜所研發

一致。

天，也必須與他人合作。」

的攝護腺癌藥，是目前治療該症的最 好藥品，上市至今每年可達 20 億美

進入業界的必備能力

產學合作的方式可以是投注資金或提

當時，相當器重周慧泉的亞培，為她

供專家參與，甚至是兩者結合。產業

安排 2 位助理。雖然過去周慧泉在學

界除了注意頂尖的科學研究發展，而

臺灣生技醫療產業的未來

界做出成果，但在嶄新的領域上，助

主動接觸研究者洽談合作外，更多的

2010 年，周慧泉因緣際會來到臺灣

理們卻懂得更多。這一段她稱為「痛

合作模式可能是在研究初期甚至是提

建立實驗室，自此她便時常抽空回臺

苦」的路途，在她重新調整心態，放

案階段，研究者與公司就會互相了解

舉行演講，探訪各地並給予臺灣生技

下過去學術研究的光環，開始從頭學

彼此需求。

圈建議。雖然目前臺灣的生技產業並

起後，一切將有所不同。

金的淨收入。

未如預期順利發展，但經過這些年的 公司會對研究者提議感興趣的研究領

觀察，她認為，「臺灣在生化與分子

「進到不同環境重新學習，對我其實

域，研究者則提供技術與成果。有時

生物方面的訓練很紮實，只要是訓練

是 很 大 的 幫 助。」 周 慧 泉 也 因 此 接

可能是一個有趣的點子，就會吸引公

紮實的地方，基本上都有發展空間。」

觸 更 多 不 同 領 域， 讓 她 在 後 來 的 路

司嘗試投資，雖然失敗率高，但卻有

當訓練越紮實，就能越快向上爬。

途上，有信心帶領團隊或制定公司方

機會從嶄新角度做出成功的藥品。這

向。這些學習歷程讓周慧泉覺得自己

種雙贏的合作模式，可使學界在執行

然而面對世界趨勢，臺灣生技界仍需

不單只是一個特殊領域的專家，而是

計畫的時候，用更務實的眼光切入。

持續追趕，而周慧泉認為未來發展需 朝向「務實」與「聚焦」2 大重點。

有全面了解，「幸運的是有走過像這

大船與小船的生存策略

業界必須從國際上了解發展方向，並

目前，周慧泉所屬的拜耳有能力能夠

找尋有實務經驗的人來帶領，而不只

此外，如果一個人剛從學校或研究單

執 行 許 多 大 型 計 畫， 不 過， 她 先 前

是從理論著手；且臺灣是相對較小的

位離開，進入陌生的公司時，不只是

也曾在泰福（ Tanvex ）與麥迪韋遜

國家，必須聚焦在某些方向，專精且

要保持開放的心，也要能加緊腳步做

（Medivation）等新創公司任職。在

長期發展。

出成果，「因為公司訓練需要有成效，

那裡，她常鼓勵組員，「在海上，大

除了願意學新的東西之外，自己也要

船 有 大 船 的 好 處， 小 船 有 小 船 的 好

另外，政府也需展現政策魄力，訂定

能夠做出貢獻。」抱持願意學習的企

處。大船平穩，可以航越大洋，但卻

方向，讓大家能夠放手一搏。但周慧

圖心外，她也強調，無論在學術或業

需要拖船才能入港，不是很容易調整

泉也說，所謂的魄力，除了方向要專

界， 同 樣 都 需 要 紮 實 訓 練 與 思 考 能

方向。小船則非常靈活，要轉就轉，

精，更要有能夠從失敗中調適的胸襟，

力，也就是能夠順利完成實驗並推動

但 不 適 合 在 大 洋 上 面 對 大 風 大 浪。

「其實就像在公司一樣，不可能百分

研究領域升級。

2 種船都需要才能順利在全球運送貨

之百成功。」計畫要能達成目標，除

物。基本上生技製藥業也是像這樣，

了需要定期檢視、適度調整。最重要

2 個都有生存優勢。」

的，還是要找到對的「人」，才能夠

樣的路，反倒讓我的視野更寬廣。」

學術與產業彼此合作

確實完成每一步，並作出適當的決策。

縱使周慧泉歷經大、小公司的磨練， 但其實仍與學界有著頻繁來往。她告

大公司的經費相對充足，但小公司也

訴我們，在美國，生技製藥界的產學

有很多空間與方向能夠靈活運用。臺

合作非常普遍，因為公司無法自行開

灣的生技公司雖然無法與歐美大廠比

發所有產品，「以蛋白質藥物來說，

擬，假使能夠集中資源妥善利用，選

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的 前 紀 世 半 來自 數學預言

追憶年華

劉柏宏

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勤益科技大學基礎通識教育中心教授。

半世紀前，《科學月刊》創刊號收錄

還要早 10 年提出，而且更居上位。

說法。文中並沒有說明此 4 項是如何

王九逵教授〈數學探津兼論數學的形

1900 年希爾伯特（David Hilbert）

在諸多待解問題中選擇，不過，歷經

式主義〉一文（以下簡稱探津），是

在巴黎舉行的第二屆國際數學家大會

50 年後 4 個問題至今都已經獲得重

本刊物的第一篇科普文章，有其歷史

中提出 23 個待解的指標性問題，簡

大進展，甚至已經解決。

意義。該文一開始便以反喻的方式奉

稱希爾伯特問題。經過 1 世紀後，克

勸哲學家、科學家和文學家們不要閱

雷數學研究所（ Clay Mathematics

哥德巴赫猜想〔註一〕已長懸 276 年，

讀本文，這和達文西曾言：「如果你

Institute, CMI）一樣選在巴黎宣布

最接近的成果是 1973 年由陳景潤提

不是數學家，不要讀我的著作。」一

21 世紀需要解決的 7 大數學難題，並

出的「任 1 個夠大的偶數都可以表示

樣吊足讀者胃口，引人好奇。透過這

為每個問題提供 100 萬美元的破解獎

成 2 個質數的和，或表示成 1 個質數

段楔子，王教授實際上是開宗明義指

金，稱為千禧大獎難題（Millennium

及 1 個不超過 2 個質數乘積值的和」。

出，數學不僅是科學，更是哲學和文

Prize Problems）。目前，希爾伯特

1976 年 阿 佩 爾（Kenneth Appel）

學。文章千古事，歷經半世紀之後拜

問 題 已 有 8 個 被 解 決， 千 禧 大 獎 難

和哈肯（Wolfgang Haken）提出四

讀這篇文章，不得不佩服王教授的前

題中的龐加萊猜想也已被破解，這些

色問題〔註二〕的電腦版本證明。即使

瞻慧眼。為何這麼說呢？且請讀者繼

都標誌著數學的重大進展，因此不管

尚缺乏數學演繹式證明，但四色定理

續看下去。

是「靈魂說」還是「心臟說」，問題

已獲學界廣泛認可。費馬最後問題〔註

為數學前進的驅動力這點是毋庸置疑

三〕 已於

問題是數學的靈魂

的。而王教授在文章中挑出 4 個當時

Wiles）扶正為費馬最後定理。至於孿

王教授認為「問題是數學的靈魂」，

尚未解決的知名數學問題：費馬最後

生質數問題〔註四〕 則於 2013 年被張

這 觀 點 不 僅 比 已 故 的 哈 默 斯（Paul

問題、孿生質數問題、哥德巴赫猜想

益唐所證明的結果：「差距小於 7000

Halmos）所說「問題是數學的心臟」

和四色問題做闡述，讓讀者了解他的

萬的質數數對有無限多組」逼近一大

SCIENCE MONTHLY 2019.1

1995 年被懷爾斯（Andrew

步，目前最新的結果是：「差距小於

Tymoczko）倡議數學哲學的新方向

前瞻 50 年

246 的質數數對有無限多組」。誠如

應 開 始 關 注「 職 業 數 學 家 的 工 作 哲

前面提到，王教授這篇 50 年前文章

探津一文所說：「源源而來的新問題，

學」，因為它可反映數學知識的本質，

的前瞻慧眼令人佩服，怎麼說？一來

維持了數學的生機與發展，使數學永

至少是經驗而非先驗的本質，某種程

是他所選擇的 4 個問題在這 50 年來

保茁壯。」更重要的是，雖然有些問

度上也可作為數學教育的哲學。數學

均有重大進展，二來因為王教授文末

題還沒有解決，但其過程「比問題的

家波利亞（George Polya）主張數學

勉勵華人數學家能在數學這塊園地多

解決，恐怕還要有意義」。

不僅是一門演繹的科學，更是一門實

加耕耘，使開花結果，碰巧在此 4 個

驗的科學，並指出數學有 2 個面向：

問題中就有 2 個是由華人數學家所做

數學的主義、本質和教育

一是系統化歐幾里得演繹式的科學，

出令人驚豔的貢獻。

王教授在文章後段談到數學形式主義

但若從發展過程來看，另一面則是經

的缺失，並論及對數學教育的影響。

驗性歸納式的科學。數學史作家克萊

本文除回顧王教授的文章外也免不了

關心數學本質和數學基礎的數學家或

因（Morris Kline）在《數學：確定

做個前瞻期許，希望在下個 50 年，

哲學家，一直致力於將整個數學知識

性的失落》（Mathematics: The loss

也就是當《科學月刊》創刊 1 世紀時，

收納於一套遵守一致性準則的體系之

of certainty）一書中就直陳數學的發

四色定理是否能由數學來著色，而不

中。尤其自 19 世紀數學知識發展逐

展歷程其實很不邏輯，以現代標準而

必借助電腦？每個大於 2 的偶數是否

漸抽象化之後，主張數學是宇宙真理

言，不僅證明方法不嚴謹，許多數學

都能找到 2 個質數好夥伴？孿生質數

的柏拉圖主義開始受到挑戰，三大數

概念的產生並非理性推理的結果，而

是否能無限繁衍下去，讓它們不再孤

學基礎學派於焉誕生。希爾伯特提出

是迫於現實需求，且戰且走，甚至有

獨？或許本文的讀者們能親眼見證，

形式主義，認為數學不過是一種紙上

時還會因數學家固守個人信念傾向而

甚至親身參與這些問題的解答。

的符號遊戲而已；弗雷格（Friedrich

妨礙數學發展。

Frege） 和 羅 素（Bertrand Russel） 的邏輯主義主張數學的結構就是邏

既 然 如 此， 數 學 為 什 麼 仍 然 這 麼 有

輯；提倡直覺主義的布勞爾（Luitzen

用？那是因為數學本身有一套校正機

Brouwer）堅持數學概念的存在必須

制，避免因前述非理性或主觀性因素

是可被建構出來的。但是邏輯主義被

的影響而產生可能的謬誤。拉卡托斯

自身的邏輯悖論打敗，直覺主義遭受

（Imre Lakatos）在《證明與反駁》

主流數學所冷落，而最不沾鍋的形式

（Proofs and Refutations）中以數

主義最後也被哥德爾不完備定理〔註

學史為借鏡，透過虛擬師生的交叉詰

五〕所推翻。至此，3

辯與對話，呈現出「觀察特例 → 猜想

只用 4 種顏色就可將平面上任一有限區域鄰接的

學派全面撤退，數學似乎進入一個沒

規律 → 建構反例 → 修正猜想 → 提出證

圖形著色，使每兩個鄰接區域顏色都不一樣。

有主義的時代。

明」數學概念琢磨的歷程，顯現出思

大數學基礎主義

〔註一〕哥德巴赫猜想： 任一個大於 2 的偶數都可表示成 2 個質數之和。 〔註二〕四色問題：

〔註三〕費馬最後問題： 當 n 大於等於 3 時，xn ＋ yn ＝ zn 沒有整數解。

想實驗在數學中的重要性。數學問題

〔註四〕孿生質數問題：

只是，身為人類最古老知識學科之一，

源自於數學猜想，而臆測與論證的動

差距為 2 的質數數對有無限多組。

數學可以沒有哲學基礎嗎？ 1980 年

態數學哲學觀，不也非常適合做為數

代，數學哲學家提莫茲科（Thomas

學教育的一種哲學？

〔註五〕哥德爾不完備定理： 簡單地說，一個算術公理化系統無法同時保有自 給自足的完備性與內部不衝突的一致性。

Vol.50 No. 1 （shutterstock）

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