Contents
607
2020 JULY
p 10
5G 行不行？ 1
p 12
除了＋ 1，
5G 比 4G 多了些什麼？ 張宏鉦、陳志成
2
p 16
生活中的食衣住行育樂， 因為有了 5G 而很不同？ 鄭江宇
4
p 24
不一定存在銀行裡的 5G 金融服務 曲建仲
封面 說 說 話
3
p 20
5G 技術大補帖 曲建仲
5
p 26
改寫醫療未來的
〈進入 5G 新篇章〉
5G 新世代
歡迎來到 5G 世界，搭上無人車
曾意儒、廖耕億、陳昱仁
開始我們的 5G 導覽之旅…… 這期封面描繪 5G 的生活情境， 帶讀者了解 5G 在新世代扮演的 關鍵角色。
6
p 30
5G 出現後，
無人機將怎麼飛？ 葉泳蘭
SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
1
Contents-2
填問卷．拿新書
News Focus
只 要 於 2020 年 7 月 31 日 前，
4 海平面上升影響紅樹林存亡／懷孕期間腸內菌的重要性？／
完整填寫讀者問卷調查，就有機
地球與太陽的攣生兄弟？位於適居帶的系外行星
會獲得大是文化的新書《有趣到
5 疫苗可以像樂高一樣組裝出來？／
讓你不想睡的病理學通識》。
你感到寂寞嗎？各國文化、年齡與性別之間的孤獨感差異
問卷內容請至 bit.ly/30YbHyy 或
思辨之評
掃 描 QR code， 並 詳 實 填 寫，
6 面對新冠病毒疫情風暴—頁岩油能浴火重生嗎？／翁榮南
否則將喪失抽獎資格。
8 燒毀基地台防堵新冠疫情？科學素養當道下的省思／廖英凱
獲獎名單將於 2020 年 8 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站
科學•出走
32 5G 出現後的未來生活樣貌 從影視作品看端倪／謝育哲
（www.scimonth.com.tw）。
34 顯影 1：科摩多巨蜥／游崇瑋 專 欄
38 數不勝數：葫蘆裡賣的是什麼機率？ 臺灣古早桌遊趣—葫蘆問／林家妤 Shark Lin 42 生生不息：達爾文你來—用演化觀點改變癌症治療策略／李岳倫 46 潛移默化：吃胃藥顧胃？ 從胃酸與酸鹼中和談起／法米藥學教育 Pharmixperience、余博雯 50 物換星移：登陸火星的第一年，洞察號找到了什麼？／黃子權 54 前瞻未來：什麼是電腦？古典電腦的計算與架構／鍾 豪 58 顯影 2：日環食／莊孟哲、邵思齊、黃翊展
bit.ly/30YbHyy
精選文章
62 籠罩數學家拉馬努金的那些陰影／李國偉 66 誰說酶有你的事？關於酶的科學小故事／范博勛 專 訪
70 2020 跨領域神經科學研討會初登場— 匯集 16 個學會的熱血神經科學家陳志成專訪／李依庭、趙軒翎 科技大補帖
74 後 COVID-19 時代 回顧新型流行病發生之時／林翰佐 書 摘
78 《有趣到讓你不想睡的病理學通識》
《科學月刊》勘誤 《科學月刊》606 期第 56 頁圖一的「本 圖中的茶園之茶樹高度在 110~130 公 分左右」更正為「本圖中的茶樹高度在
1.1~1.3 公尺左右」。 第 58 頁圖二的「R2=C6H3(OH)3CO 則為
EGCG」更正為「R2=C6H2(OH)3CO 則為 EGCG」。 以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上
2
科學月刊 2020.7
臺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 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書：李金穗 出版者：科學月刊社 理事會 理事長：曾耀寰
數位沒有終點？ 今（2020）年，籠罩在一片新冠病毒低壓中，日子也默默走過了一半。除了疫 情，近期在臺灣新聞佔得一席版面的科技亮點，是 5G 的到來。 說到 5G，高速、低延遲是人們對它的第一印象。除此之外呢？還想像它能帶給
理 事：曲建仲 林翰佐 邱韻如
你我什麼樣的生活？在編輯這期雜誌的過程中，我很喜歡封面故事一中作者對
紀延平 張敏娟 程一駿
5G 所下的註解：歷代行動通訊技術只專注「人」與「人」之間的服務，5G 則
蔡孟利 蔡政修
著重在「機器」與「機器」的連結。
執行總監：趙軒翎
還記得小時候，從媽媽那兒繼承一台黑金剛，為的是放學時方便連絡、接送，
編輯部 總編輯：林翰佐 副總編輯：趙軒翎 蔡政修 編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌 李精益 周鑑恆 林秀玉 林宮玄 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平
而當時的手機功能只有通話和簡訊。後來升上國中，第一次擁有屬於自己的手 機，雖然螢幕畫面不再是黑白，但面板下方一個個整齊排列的按鈕，是與朋友 之間的聯絡仍停留在按秒計費通話與一封封錙銖必較的簡訊，哪怕少打一字覺 得可惜、多打一字就得被收取第二封簡訊費用的浪費。所以，當時的生活，還 是以在家中與好友煲「有線」電話粥為主，手機則是出門在外的輔助。
范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東
再後來，上大學的日子裡，漸漸的各大手機業者新推出的手機移除了一顆顆凹
單維彰 景鴻鑫 曾耀寰
凸而起的鍵盤，取而代之的是觸控螢幕中的虛擬鍵盤，月租費用也從原本單純
程一駿 程樹德 黃正球 黃相輔 楊正澤 葉李華
計算通話費、簡訊費變成行動網路使用費。手機，逐漸取代家中的有線電話，
廖達珊 管永恕 劉宗平
開始佔據人們生活的通訊重心，而行動網路，更成為使用手機的核心價值。
蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 鄭宇君 鄭運鴻 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平 編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 孫維新 張 復 張勝祺 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 楊玉齡
行動網路的興起，也加速 google maps、GPS 普及，帶上一支手機來趟說走就走 的旅行不再是天方夜譚，擁有手機就如同擁有全世界。再加上臉書、line 等大量 通訊軟體出現，隨手拍照、打卡上傳，就能讓朋友知道你在哪，而隨意的一個字、 一張貼圖，就能是一次問候。行動通訊技術縮短了人與人之間時間距離，然而， 無形之中卻改變了人與人之間的情感距離。
劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 編：李依庭 編 輯：謝育哲 美術編輯：黃琳琇
現在的我們，或許仍不曉得未來 5G 會帶來什麼，但顯然「人」與「人」之間的 服務將暫告段落。「機器」與「機器」相互連結之後，人類的生活將會走向何 種模樣？是更便利、更 fancy，還是更加孤寂，就有待時間告訴我們。
業務部 經 理：李金穗
主編 李依庭
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
本期為第五十一卷第七期 第 607 期 發行於 2020 年 7 月
地址：10646 臺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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SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
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（Photo by Maxwell Ridgeway on Unsplash）
海平面上升影 響紅樹林存亡 紅樹林（mangrove）是生態系中不可 或缺的一環，對於近岸地帶（littoral zone）的保護及海水和空氣淨化等方 面功不可沒。紅樹林甚至能吸收大氣 中的二氧化碳，減少溫室氣體。但由 於全球暖化造成海平面上升，紅樹林 的存亡也因此飽受威脅。近期一篇發 表在 Science 的研究發現，當海平面的 上升速度過快，將會造成紅樹林生態 系統面臨崩潰。 為了找出海平面上升如何影響紅樹林 的生態，研究團隊分析全球 78 個地區 的沉積物岩芯（sediment core），藉 此找出過去紅樹林生長的相關數據資 料。距今約 7000~10000 年前，由於 冰川融化使海平面上升，當時的上升 的幅度更甚今日，因此研究人員進一 步藉由歷史資料，分析、評估未來紅 樹林面臨氣候環境變動可能的衝擊與 發展。結果發現，當每年海平面平均 的上升高度大於 7 毫米（mm），紅樹 林的生態系統將無法跟上環境變化， 最終可能導致紅樹林消失。 為了保護紅樹林的生態系統，研究人 員建議各國政府需盡快找出解決全球 暖化的方案，例如減少化石燃料的使 用及降低溫室氣體的排放量。希望能 以此減緩海平面上升速度，給紅樹林 更多的時間及空間，適應不斷變化的 氣候環境。 N. Saintilan et al., Thresholds of mangrove survival under rapid sea level rise, Science, 2020.
4
科學月刊 2020.7
NEWS FOCUS
懷孕期間腸內菌的重要性？ 體內微生物菌群可能存在於皮膚、口腔、呼吸道、腸道及泌尿道等部位，當壞菌 多於好菌時，可能造成菌相失衡引發感染風險。但其實，人體大部份的微生物菌 群集中在體內腸道，與營養吸收和免疫系統息息相關。 近期，瑞士伯恩大學（University of Bern）的研究指出，孕婦的腸道菌群在懷孕期 間會影響胎兒的免疫系統發育，甚至是出生後的生長。研究發現雖然孕婦的子宮 提供無菌的環境讓胚胎及胎兒生長，但胎盤卻僅具保護作用，胎兒無法抵抗來自 母體腸道菌群的代謝物，進而影響胎兒免疫系統的發展。 此外，孕婦攝取植物性食品對胎兒帶來的影響也不容小覷，例如懷孕期間使用如 枸杞、奇亞籽等草藥產品。雖然這些產品列為天然食材，但是對於母體還是屬於 外來物質，當大量攝取此類型的植物食材，可能會改變孕婦腸道菌的代謝產物， 進而使胎兒暴露在風險之中。 專家建議，懷孕期間除了均衡飲食之外，更要謹慎使用醫師所開立藥物及瞭解用 藥的目的，部分藥物是可能穿過胎盤並且干擾胚胎發育。此外，也需考量攝取天 然食材及個人腸道菌群的差異性是否會影響胎兒發育。 Stephanie C et al., Microbial–host molecular exchange and its functional consequences in early mammalian life, Science, Vol. 368 (6491): 604, 2020.
地球與太陽的攣生兄弟？ 位於適居帶的系外行星 系外行星又有新發現。近期德國馬克斯普朗克太陽系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research），發現距離地球約 3140 光年外的恆星 Kepler-160， 周遭可能有與地球相似的行星。此行星位於適居帶（circumstellar habitable zone, CHZ）中，且與主星的距離非常接近地球與太陽的運行距離。 研究團隊利用演算法對 Kepler-160 的行星系統進行分析，除了原本已知的兩顆行 星之外，發現另外兩顆可能存在的行星，其中一顆名為 KOI-456.04 的行星在各 方面的條件都與地球十分類似。首先，由於 Kepler-160 的半徑為太陽的 1.1 倍， 表面溫度為 5200℃，接近太陽的 5500℃；而位於適居帶的 KOI-456.04，行星半 徑約為地球的 1.9 倍，表面接收的光線是地球接收太陽光的 93％，軌道週期則為 378 日，表面溫度則可能為 5℃，與過去發現的其他超級地球相比，Kepler-160 與 KOI-456.04 儼然是太陽與地球的翻版。 不過團隊指出，KOI-456.04 不排除是計算誤差的結果，因此還需累積更多的觀測 數據才能確認 KOI-456.04 是否為行星。未來由歐洲太空總署（ESA）規劃尋找系外 行星的柏拉圖計畫（Planetary Transits and Oscillations of stars, PLATO），將有機 會解開謎團。 René Heller et al., Transit least-squares survey III. A 1.9 R ⊕ transit candidate in the habitable zone of Kepler-160 and a nontransiting planet characterized by transit-timing variations, Astronomy & Astrophysics, 2020.
NEWS FOCUS
疫苗可以像樂高一樣組裝出來？ 最早的疫苗接種可回溯至 18 世紀，詹納（Edward Jenner）利用接種牛痘 病毒抵抗天花疾病，使人們開始瞭解施打疫苗可以作為降低傳染病傳播的 方式之一，藉此活化身體的免疫反應進而抵抗外來的感染源。 季節交替期間，嬰幼兒與老年人等免疫力較低下的族群，常會感染呼吸道 融合病毒（Respiratory syncytial virus, RSV）。它屬於 RNA 病毒，多藉由 飛沫或接觸傳染，造成患者肺部嚴重感染，儘管經過數十年研究，仍然沒 有疫苗能提供完善保護。 有鑑於此，瑞士的洛桑聯邦理工學院（École polytechnique fédérale de Lausanne）研究團隊研發一種稱為「TopoBuilder」的蛋白質設計技術， 可以像堆疊樂高積木般的組裝出所需的人工蛋白質（de novo protein）。 研究人員進一步利用此技術組裝出能對抗呼吸道融合病毒的疫苗，在動物 試驗中發現能成功觸發體內免疫系統，產生對抗 RSV 的專一性抗體（RSVneutralizing antibodies, nAb）。 （Photo by Samuel Ramos on Unsplash）
Fabian Sesterhenn, De novo protein design enables the precise induction of RSV-neutralizing antibodies, Science, Vol. 368 (6492): eaay5051, 2020.
研究團隊認為，利用此方式來產生抗體並製作疫苗，仍相當複雜且具挑戰 性，因為創造出的蛋白質結構多不規則、不連續，且不具任何生理功能。 研究人員也期待未來能建立資料庫，將此方法應用在研發藥物和生物技 術，製造出更多、有效或精準的疫苗與藥物以供治療。
你感到寂寞嗎？ 各國文化、年齡與性別之間的孤獨感差異 在現今資訊流通快速的世代，科技雖 然看似拉近人與人之間的距離，但與 過去的人們相比，現代人更感孤獨。 由英國國家廣播公司（BBC）與各大 學共同推出的 BBC 孤獨感實驗（BBC Loneliness Experiment），試圖找出孤 獨感與各國文化、年齡分布及性別差 異等的關聯性。 團隊調查來自全球 237 個國家及地區， 年齡介於 16~99 歲，總共 46054 名受 試者自身的孤獨感差異。研究表示， 根據文化的不同，來自強調個人主義 的西方國家民眾，孤獨感較推崇集體
主義國家的人民強烈。 年齡方面，過去普遍認為年長者較感 孤獨，但本次的研究卻發現，年輕人 比起年長者更容易感到孤獨，原因可 能在於兩族群對於社交關係的期待及 想法差異。舉例來說，青少年重視同 儕間的連結，但成長過程中須建立獨 立自主能力，兩者的衝突下導致青少 年的孤獨感加劇。兩性方面，過去認 為女性較男性更容易感到孤單，但本 次研究卻發現男性其實較女性孤獨， 且由於性別刻板印象，男性較不願意 表達內心感受。
至於該如何排解孤獨感？此研究有給 予幾項建議，例如培養新的興趣、做 其他事分散注意力、加入新的社交群 體、找家人朋友聊天或正向思考等。 有興趣的讀者可參閱 https://reurl. cc/3D9EvX，找尋適合自己排解孤獨 感的方法。
Manuela Barreto et al., Loneliness around the world: Age, gender, and cultural differences in loneliness, Personality and Individual Differences, 2020.
SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7 （Photo by Gabriel on Unsplash）
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科學月刊 2020.7
除了高速、低延遲，
對於 5G，你∕妳還有哪些期待？
SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
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除了＋ 1， 5G 比 4G 多了些什麼？ 陳志成
張宏鉦
美國紐約州立大學水牛城分校博士，現為
交通大學資訊工程學系博士，現為交大通
交通大學資訊工程學系講座教授及通訊服
訊服務與軟體研究中心研究員，專長為快
務與軟體研究中心主任，專長為通訊網路、
閃記憶體、嵌入式系統及 5G 核心網路。
5G 核心網路、5G 人工智慧及車載系統。
Take Home Message 5G，也就是第五代行動通訊技術，即將走進人們的生活中。與歷代行動通訊技
術只專注「人」與「人」之間的通訊不同，它將能夠讓更多「機器」連接，如 物聯網、車載系統及穿戴式等裝置，產生更多元、新興的網路服務。然而，更 多的裝置連接也意味著資訊安全將面臨更大的挑戰，布建成本也將大幅增加。
什麼是 5G ？
設備或裝置，都是遵循著 3GPP 所制定的標準去設計
無線連網的方式有許多種，除了常聽到的 WiFi、藍芽
製造。而之所以會有「第三代」這個名稱，是因為組
另外就是行動通訊（mobile communications）了。
織最初目的就是致力於推動第三代通訊網路的產生，
行動通訊即是使用電信業者的「行動網路」，設有基
即使後續的通訊網路標準仍然是由該組織所制定，但
地台與核心網路以供用戶無線上網。這種網路有分世
「第三代」這個名稱依舊保留了下來。
代，5G 表示為第五代行動通訊技術（5th generation
mobile networks）。現今的商業系統到第四代，第五
3GPP 每發布一個涵蓋完整議題的標準稱為一個「釋出
代仍於商業化初期，臺灣目前行動通訊的使用以第四代
（release）」，而一個世代（generation）會由連續幾
為主，第二代之前則已經消失。
個釋出組成。以 4G 來說，其標準就涵蓋 release 8（R8） 到 R14 等多個版本。而現在的第五代行動通訊技術則
為求一致與規範，全球在行動通訊上也整合出第三代
是從 R15 開始定義且持續更新中。
rd
合作夥伴計畫（3 Generation Partnership Project,
12
3GPP），此組織於 1998 年成立，專職於制定通訊網
5G 與 4G 的差異所帶來的變革
路的各項標準。成員包含各國的電信業者及通訊設備
行動通訊網路每一世代的變動都會帶來傳輸速率的提升
製造商，舉凡現在所用的手機、基地台和核心網路等
及網路延遲的降低。以 5G 來說，10 Gbit∕s 的速率是
科學月刊 2020.7
封面故事
COVER STORY
01
4G 理論值上限 80~90 Mbit∕s 的約 100 倍；低於 1 毫
行人之間也能透過 5G 瞭解彼此的位置及距離，在事故
秒的網路延遲也優於 4G 的 30~70 毫秒。換句話說，使
發生之前發出警告。甚至，家裡的電燈、電冰箱、烤箱、
用者將能享受更快的網路速度，需要大量傳送資料的服
智慧電表、虛擬實境（virtual reality, VR）和擴增實境
務，如高畫質網路影音播放及視訊會議等將會蓬勃發展。
（augmented reality, AR）裝置等，或現在非常熱門的 自動駕駛車等都能運用到 5G。
然而，5G 所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延 遲降低，其最大的特色在於 5G 的應用將不再只是連結
由於這些新應用的興起，以往接在基地台後方並負責資
「人」，還提供給許多「機器」使用。舉例來說，更多
料傳輸、安全認證、行動漫遊等服務的「核心網路」將
的物聯網、車載通訊和穿戴式裝置將被加入到 5G 網路：
有著巨大的變化。除了更多的應用支援必須加入「核心
想像一個街道上，一個交通號誌可以透過 5G 網路告知
網路」外，有著高彈性、高靈活性能夠隨時增加核心網
同樣連至 5G 網路的車輛或行人身上的裝置如項鍊、手
路功能的「軟體化」及「虛擬化」技術將成為 5G 核心
錶等，這個區域的路況或所發生的交通事故；而車輛或
網路的發展主流，取代傳統不易變更功能、需要專屬硬
5G 應用將無所不在
SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
13
生活中的食衣住行育樂， 因為有了 5G 而很不同？ 鄭江宇 中央大學資訊管理博士，現任東吳大學巨 量資料管理學院助理教授，專長為大數據 與人工智慧研發。
Take Home Message 臺灣預計於今（2020）年 7 月開啟 5G 網路世代，人類生
活中將布滿「高傳輸速度」與「低延遲性」的無線傳輸 訊號。未來，5G 生活將會是什麼樣貌？人們的食、衣、 住、行、育、樂將因 5G 的到來，產生巨大的連鎖效應。
人類社會歷經十餘年的 4G 行動網路榮景之後，自今年
前述所言，5G 網路世界的理想就是在人類生活中布滿
起將迎來全新 5G 行動網路世代。什麼是 5G ？為何各
「高傳輸速度」與「低延遲性」的無線傳輸訊號，而
行各業都這麼重視 5G ？它又能夠為人類帶來什麼樣的
這個理想正以現在進行式的姿態快速實現。
生活改變？
5G 的世代
為何各行業高度重視 5G ？ 以資料流動的角度而言，5G 實現除了仰賴基地台建置
5G， 指 的 是 第 五 代 行 動 通 訊 技 術（5th generation
之外，尚需要在各個資料傳輸環節部署各式的感測器
mobile networks），相較於 4G，5G 擁有更快的資料
（sensor，右上圖），如此才有辦法讓真實世界中的
傳輸速度與較低的資料傳遞延遲性。以傳輸速度來說，
網路訊號與資料傳遞能夠無縫接軌。也正因為如此，
同樣是下載一部 2 小時 4K 高畫質的影片，4G 行動傳
只要是會接觸到 5G 信號的資料傳輸點，該端點的製造
輸所需的耗時約為 7 分鐘，而 5G 行動傳輸卻不超過 5
商或服務提供者就能夠從中探尋過去未有的商機。
秒鐘就能夠下載完畢。 舉個例子，讀者若有機會可以觀察近期各大網際網路服
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會有如此大的傳輸速度差距主要是受惠於 5G 採用較
務提供商（internet service provider, ISP）的文宣廣
高的 300 GHz 訊號頻段，速度可達 10 Gbps，這是慣
告，像是中華電信、台灣大哥大、遠傳、亞太電信和台
用 10 Ghz 低頻段、速度僅 1 Gbps 的 4G 所無法達到
灣之星等，皆不約而同地推廣具備 5G 訊號傳輸功能的
的高速傳輸效果。換句話說，5G 比 4G 的傳輸速度快
新手機，期盼用戶在續約或新購門號時能夠事先準備好
上十倍。至於在資料傳遞延遲性方面，4G 的回應時間
所需的上網裝置，待日後 5G 門號開通便能夠直接享用
約為 0.01 秒，而 5G 的回應時間則是 0.001 秒，表示
高速無線網路。ISP 業者與手機製造商無疑都會是日後
5G 用戶能夠以近乎零等待的方式享受高速網路。綜合
涉入 5G 世代的重要角色之一，也因如此，他們無不積
科學月刊 2020.7
COVER STORY
封面故事
02
（1）食
5G 基地台訊號與物聯網資料傳遞
前些日子國外爆發萵苣蔬菜大 腸桿菌（Escherichia coli）超 標事件，新聞一出嚇壞許多健 康飲食的愛好者。農業的產銷 流程任何一個環節出了差錯， 便有可能導致農產品的新鮮程 度受到影響。
有鑑於此，目前已有農業出口 大國試圖在農業生產端、物流 端和銷售端等環節部署物聯網 感 測 器， 如 溫 度、 濕 度 感 測 等，搭配 5G 的高速且低延遲 的傳輸特性來實現農產品即時 把關的目標。例如在農業生產 端部署感測器就能夠收集農業 極參與 5G 相關業務。
大數據，進而透過 5G 高速網 路傳輸來計算最大供應量、預測未來可穩定供貨量等， 藉此縮短產銷失衡的問題。
讀者如果有注意近期的冷氣機廣告，不難發現當下各廠 牌機種幾乎不約而同地強調，能夠透過手機來控制冷氣
而若是在農業物流端部署感測器，同樣可以透過 5G 高速
運作的功能。沒錯！智能家居的實現也是拜無線訊號傳
傳輸掌握農產品運送情況，像是溫度超標便即時招回可
輸及感測器所賜。所以從最細微的硬體零件製造商到軟
能受影響的農產品，如此便能避免大腸桿菌孳生的機會。
體服務提供者，幾乎每一個環節的參與廠商都不敢輕視
又或是透過智能數據運算出物流車的最佳行走路徑，同
5G 所能夠帶來的龐大市場規模。值得一提的是，此處所
時兼顧節能減碳與提升農產品抵達銷售通路的時效。
提到 5G 參與者皆扮演相關軟硬體應用服務的供應端角 色，那麼需求端的角色勢必就屬 5G 服務的使用者或消 費者。消費者們期盼透過 5G 的使用帶來更高工作效率、 更佳生活品質，甚至是更多前所未有的生活型態改變。
5G 為生活帶來哪些改變？
5G 行動通訊技術所能夠帶來的生活改變項目不勝枚舉， 舉凡食、衣、住、行、育、樂，處處可以觀察到 5G 帶來 的巨大影響。
（Shutterstock）
SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
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科學
出走
5G 出現後的未來生活樣貌 從影視作品看端倪 謝育哲
嘿 Siri，可以不要讓我的家電爆炸嗎，本刊熊編。
第五代行動通訊技術（5th generation mobile networks, 5G）的時代即將來 臨。與過往 1G~4G 不同的是，5G 的 傳輸速度與訊號傳遞的延遲時間都有 大幅的改進。5G 的傳輸速度將是 4G 的 100 倍， 而 訊 號 的 延 遲 時 間 只 有 4G 的 1 ∕ 10 左右，也就是說，資料的 傳遞不只更快速，裝置的反應時間也 相對及時。因此，科技生活的未來願 景除了快速的網路，更重要的創新是 物聯網（internet of things, IoT）及人 工智慧等高科技將藉由 5G 走進大眾 的日常。 但這些高科技實際進入人們的生活之 前，不知道讀者們是否曾想像過未來 的科技生活是什麼樣貌？當然， 5G 布建完成後，日常生活 也不會瞬間就多了 上述的科技，
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科學月刊 2020.7
至少也需要一段時間才會出現相關的 科技產品。在那之前大家也只能藉由 想像勾勒出未來世界的樣貌。在此就 以幾個電影及遊戲為例，看看 5G 出 現後可能的風情。
智慧型個人助理的終極樣貌？ 在人手一支智慧型手機的時代，大家 的口袋中都有一個小小助理， 不論是安卓手機裡面的 Google 助理，或是 蘋果 iPhone
的 Siri，只須對著手機呼喊一聲，智慧 助理就會協助使用者對手機發號施令。 另外，近年出現的智慧音箱（smart speaker）也同樣可藉由無線傳輸進行 控制，例如蘋果的 HomePod、亞馬 遜公司（Amazon）的 Alexa 與微軟的 Cortana 等。上述的裝置與家中的智 慧家具連結後，智慧助理儼然就是個 小小管家。 其實在好多年前，就 已有影視作
科學
品或小說文學以當代的想像提及類似 的構想。舉例來說，由知名科幻作家 艾西莫夫（Isaac Asimov）的小說《正 子人》（The Positronic Man）改編的 電影《變人》（Bicentennial Man）， 題材就是圍繞在未來的智慧型居家管 家。故事講述由已故演員羅賓威廉斯 （Robin McLaurin Williams）飾 演 的 機器人馬汀與主角一家人互動的感人 故事。雖然後面的情節涉及機器人與 人類之間的道德界線及未來人工智慧 的發展等議題，但片中出現的機器人 管家也可以說是目前智慧型助理的終 極形貌。試想能有個活跳跳的機器人 打點家務，感覺就是比放在櫃子上的 那台智慧音箱更有「智慧」呢。 不過，艾西莫夫筆下的機器人似乎還 要一段時間才可能問世，至於比較接 近目前智慧助理的故事，應該就是克 拉克（Sir Arthur Charles Clarke）的同 名小說電影《2001 太空漫遊》（2001: A Space Odyssey）。片中的超級電腦 哈兒（HAL 9000）起初是協助太空船 上協助主角的人工智慧，但後來因為 發生了某些事（在此就不爆雷啦）， 導致哈兒做出許多脫序的行為。假如 今天大家手機的語音助理開始爆走不 受控，明明使用者想播放音樂卻被助 理惡搞而開啟其他程式，想必會想摔 手機吧。所幸熊編的 Siri 還不夠聰明， 不然哪天她出現自我意識而罷工不做 事，還要求比照勞基法要加 班費和放年假，那
還真是不堪設想呢……。
被駭客胡搞瞎搞的智慧城市？
5G 出現之後，藉由物聯網串聯萬物 將不再是科幻情節，不論是都市內的 交通、產業、經濟、居民及管理等層 面將會被整合在單一的系統裡面。看 似美好的烏托邦生活，但在細想過 後，會發現其中可能出現許多問題。
2014 年由遊戲開發商育碧軟體（Ubisoft Entertainment SA）出 品 的 動 作 遊 戲 《看門狗》（Watch Dogs）就是以智慧 城市為舞台的故事。遊戲裡的芝加哥設 置一個名為 ctOS （Central Operating System）的中央監控系統。市民的個 人資料與城市中的各項系統等都統一 由 ctOS 控制。而玩家所扮演的駭客 主角，可以駭入系統進行通關。 舉例來說，玩家如果需要錢，就可以 駭入旁人的手機，進入由 ctOS 控制 的 ATM 盜領對方的存款（好孩子不要 學）；被警察追緝時，控制 ctOS 將路 面上的路障升起，阻擋警車前進；而 在執行任務過程中，如果要進入某棟 大樓，也能利用 ctOS 駭入大樓內部 的監控系統，找出敵人的所在位置， 方便玩家設規劃路線；又或是遇到麻 煩時，駭入都市的捷運系統，讓玩家 可隨時上下車，躲避敵人的追殺等。 如果未來現實生活真的如遊戲所呈 現，熊編認為以後上下班搭捷運肯定 經常誤點，苦不堪言。畢竟任何人都 可輕易操控電車前進或停駛，或許， 騎機車通勤還是不錯的選擇啦……。
出走
造成各種爆炸的物聯網？
2018 年上映的日本動畫《名偵探柯 南：零的執行人》則是以物聯網為架 構，訴說各種高科技的犯罪手法。片 中的犯人在駭入物聯網後發起攻擊， 例如引爆家電及造成衛星墜毀等。天 馬行空的犯罪手法想必讓閱聽大眾對 物聯網感到害怕，深怕哪天得罪了鄰 居，對方就會駭入家中的烤箱使其爆 炸等。 不過現實中要讓家電爆炸似乎不太會 發生，反而是資安等議題出現漏洞。 所以比較可能被攻擊方式，應該是癱 瘓某些裝置或變更內部密碼及竊取資 訊等。況且讓討厭的人家裡的電器爆 炸似乎過於明目張膽，還不如讓對方 家裡的電鍋故障比較實際，造成對方 餓肚子不也是件泯滅人性的殘忍報復 手段嗎？
科技無好壞，人性才有 雖然上述的作品都展示出智慧科技不 好的一面，但故事終究是故事，真實 世界中的系統可不會如此萬能，利用 一支手機就把整座城市搞得翻天覆 地，或是物聯網造成家電爆炸等情節 也只是天馬行空的想像。 科技始終來自人性，因此科技的本身 並無好壞之分，只有人性才能決定科 技的使用。因此藉由影視與文學作品 的呈現，也能讓大眾反思科技產品的 使用，畢竟立意良善的發明也有可能 淪為壞人手上的凶器。與其擔心科技 帶來的衝擊，不如想想該怎麼應用才 能面對充滿變數的未來生活。
（Photo by Paul Frenzel on Unsplash）
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科摩多 Varanus komodoensis
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多巨蜥 圖．文／游崇瑋
海邊沙灘也是科摩多龍曬太陽的好去處。
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顯 影
科摩多龍爬上小山丘曬太陽。
科摩多巨蜥，俗稱科摩多龍，是現存世界上最大的蜥蜴，只分布在印尼，也是
我 超
愛❤ 可
目前唯一被科學證實「有毒」的巨蜥。最初科學家認為被科摩多龍咬傷死亡的 動物，是死於牠們唾液中會引發敗血症的細菌。但是，後來科學家證實科摩多 龍是可以自行產生毒液的動物，也是世界最大的有毒動物。 目前，科摩多龍的野外族群量僅有 4000 隻左右，且僅分布在五個島中，分別是 科摩多島（Komodo）、林卡島（Rinca）、弗洛勒斯島（Flores）、莫堂島（Gili
科摩多龍的正面看起來憨厚可 愛，但別忘記牠們仍是有 攻擊的可能。
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Motang）和達薩米島（Gili Dasami）。其中，科摩多島及林卡島為主要兩個供遊 客探訪科摩多龍的地區。在這兩座島上除了可以觀察科摩多龍之外，也可以觀察 到科摩多龍賴以維生的獵物，如野豬、鹿和水牛等野生動物。
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上圖：吐信是科摩多龍感測氣味 的行為。 中圖：午後的科摩多龍通常都是 懶洋洋地曬著太陽。 下圖：科摩多龍爭食印尼野豬。
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專欄文章
葫蘆裡賣的是什麼機率？ 臺灣古早桌遊趣—葫蘆問 林家妤 Shark Lin 因為數學成為斜槓青年，進行數學藝 術創作、策展、採訪、寫作與創意教 學，特別喜愛跨領域的題材與合作。
Take Home Message 跟著本文，一起從臺灣古早的桌遊中，找出葫蘆 問遊戲的機率，並取得勝利吧！
葫蘆問為臺灣早期流行的桌 遊，尤其盛行於農曆春節期間 的萬華、鹿港與安平地區。原 本名稱是「河洛文」，由於遊 戲以河洛文發音，後來口傳為 葫蘆問，也稱為葫蘆運。 在葫蘆問的圖紙上有 23 組成 對 的 圖 案， 加 上 終 點 共 有 47 個 圖 案， 大 多 與 八 仙、 動 物 或 吉 祥 符 號 有 關。 玩 家 必 須 擲 骰 子 在 圖 紙 上 前 進， 遊 戲 規 則 類 似 蛇 梯 棋（Snakes &
Ladders，〔 註 一 〕）， 會 在 圖 紙上前進後退，先走到終點的 人就獲勝。
與蛇梯棋不同的是，葫蘆問成 對圖案的距離越接近終點會越 小，使得玩家在遊戲後期差距 縮小。因此，學者認為相對於 適合知識階級玩的陞官圖，葫 蘆問則老少咸宜。 （畫作提供：角斯角斯）
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數不勝數
了解葫蘆問的歷史以後，接著就來瞧瞧這款古早遊戲的
從遊戲中分析機率
規則吧！
看完圖紙與規則，發現手氣夠好的話第二回合就可以到 達終點。只要擲出 9 鍾漢離（阿肥），便可以跳躍到對應
葫蘆問的規則
的 37 位置，再來對手沒有擲出相同點數把自己頂回 9，
以不同的棋子或小物表示不同玩家，再將所有棋子放在起
下一回再前進 10 步便可到達終點，擲出之前很可能會聽
點外，玩家人數 2~5 人。遊戲過程使用兩顆骰子，依據
到對手喊「肥九漏屎」，希望擲出 9 點只到第 46 格銅錢，
擲出的骰子決定下一回的位置，先走到終點（47）就算獲
跳躍至第 25 格掉出內圈。
勝，詳細的規則如下： 兩回就幸運獲勝的機率高不高呢？根據兩顆骰子的點數和
規則一：先走後跳
分布情況，可以算出玩家第二回合就獲勝的機率：
1/9×(1-1/9)×5/36=1.37％
擲完點數後，先前進到所擲的位置，再跳到所擲位置的對 應圖案。例如說玩家 1 擲出 2 點，先走到第 2 格驢的位置，
兩擊必殺的機率並不算高。
再跳到同樣是驢的第 14 格位置。玩家 2 擲出 3 點，先走 到第 3 格葫蘆，再跳到對應的第 12 格葫蘆。
除了最快獲勝的機率，玩家先走或後走有差嗎？容易和局 嗎？玩幾回會結束，每一格被踩到的機率為何？
規則二：頂位 若四個人玩，這時候玩家 3 也擲出 3 點，先走到第 3 格葫
回答這些問題之前，得來分析一下葫蘆問遊戲的特性。若
蘆，再跳到第 12 格葫蘆，則玩家 3 會把玩家 2 從第 12 格
是在擲賽遊戲（race game）中， 玩家下一回合的位置只
葫蘆，擠回對應的第 3 格葫蘆，稱為「頂位」。要注意的是， 頂位發生的位置在於跳躍處，而非擲出點數的位置。
和前一回的位置有關，與玩家如何到達前一回的位置無 關，便可以藉由馬可夫鏈（Markov Chain）進行分析。 馬可夫鏈的轉移矩陣（stochastic matrix）描述各個狀態
規則三：三打不成
轉移之間的機率，也被稱為機率矩陣，在一個時間步長內
如果玩家 4 也擲出 3 點，三個人踩在同一位置上，就稱為
從 i 狀態到 j 狀態移動的機率為 pi,j，可從兩顆骰子點數和
「三打不成」，只能和局重新開始。
機率搭配圖案跳躍的特性算出：
p1,1 p1,2 … p1,j …
進階規則
…
…
…
…
…
pi,1 pi,2 … pi,j …
…
度與趣味。
…
格花再跳到第 39 格花，反而離終點更遠，增加遊戲的難
…
則必須從終點第 47 格南極仙翁往後走 3 步，走到第 44
P=
…
走，例如說位於離終點只有兩步的第 45 格龍，擲出 5 點，
p2,1 p1,2 … p1,j …
…
如果擲出超過距離終點的點數，那麼就必須從終點往回
從 i 狀態出發的所有機率和為 1。葫蘆問 47 個圖樣加上 起點共有 48 種狀態，若是只有一位玩家，可以用一個
以前人們發展出許多口訣，帶有吉祥、詼諧和俚俗的意 義，例如第一輪口訣「二驢 ‧ 三矸仔 ‧ 四乞食 ‧ 五雞 ‧
48×48 的矩陣描述各狀態的轉移機率：
六貓 ‧ 七賓 ‧ 八鯉 ‧ 九肥 ‧ 十浸 ‧ 十一吉（孽）‧
π0 P=π1
十二葫蘆」代表了骰子擲出不同點數，下一步移動對應到
只要將初始位置向量 π0 乘上轉移矩陣 P，那麼就可以得
的圖案。
到第一回合所有圖樣的機率分布 π1；同樣地，第二回合則
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專欄文章
吃胃藥顧胃？ 從胃酸與酸鹼中和談起 Take Home Message 隨著精緻飲食文化的盛行，再加上長期處在 壓力大或作息不正常之下，許多人經常受胃 痛所困擾。當腸胃不適時，人們習慣到藥房 買胃藥來吃。而坊間的胃藥主要分為中和胃 酸、減少胃酸分泌和保護胃黏膜三種，進而 減緩胃痛。
隨著現代人生活壓力及飲食習慣改變，胃食道逆流（gastroesophageal
reflux disease, GERD）及消化性潰瘍（peptic ulcer disease, PUD）越 來越普及，腸胃不適更成為現代人常見的病痛之一。當肚子感覺不適時， 胃藥就成為最佳良伴。相信讀者或多或少在生活中都有接觸過，對胃藥 一定不陌生。不過，你∕妳是否想過或好奇這些藥物是如何作用的？
法米藥學教育 Pharmixperience 致力提供學生和社會新鮮人醫 藥領域職涯經驗與學術知識的 新媒體。 余博雯 法米藥學教育合作醫院藥師。
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認識胃與胃酸 在談胃藥作用之前，不得不先提及胃和其中的主要消化液──胃酸。胃 是人體內消化系統的一部分，主要為貯藏和消化食物。它在人體中約位 於左上腹，上接食道，下接十二指腸。當人體吸收食物後，它能將大塊 食物研磨成小塊，並將大分子降解成較小的分子，以便進一步吸收。
潛移默化
說明胃藥的功效之前，首先得了解為什麼會胃痛，才能 對症下藥。身體會產生痛覺，常是因為組織受到傷害或 發炎所導致，胃痛也是一樣的概念。人們可能因為長期 酗酒、抽菸、處在壓力大、作息不正常環境，或是在飲 食上的習慣不佳、吃到過敏、刺激性的食物或藥物，例 如咖啡、辣椒或阿斯匹靈等。另外還有病毒與幽門螺旋 桿菌感染等因素，刺激壁細胞分泌過多的胃酸，使胃黏 膜容易受傷、發炎，造成潰瘍，引起胃痛。
胃藥如何在人體中作用？ 在了解胃中環境後，現在就來談談胃藥與它的功效。所 謂的胃藥，其實只是一種通稱，而根據不同的機轉及功 效，能夠簡單分成三類：中和胃酸、減少胃酸分泌及保 護胃黏膜。
一、中和胃酸 1. 制酸劑（antacids） 這是一般大眾最熟悉也常使用的胃藥，通常為弱鹼性， 常 見 為 碳 酸 氫 鈉（sodium bicarbonate，NaHCO3）、 氫氧化鋁（aluminium hydroxide，Al(OH) 3）、氧化 （Shutterstock）
鎂（magnesium oxide， MgO） 及 碳 酸 鈣（ calcium
carbonate，CaCO3）等，可以藉由中和胃酸，減少胃酸 對胃黏膜的侵蝕。但是無法治療消化性潰瘍，特色是服 而 胃 酸， 則 是 充 斥 在 胃 中、 幫 助 食 物 分 解 和 消 化 的 消
用後可以及時緩解症狀但是時效短，一般建議每餐飯後
化液，主要成分為鹽酸與少部分的氯化鉀（potassium
一小時或腸胃不適時使用。
chloride，KCl）和氯化鈉（sodium chloride，NaCl）， 可 以 幫 助 人 類 消 化 蛋 白 質 並 吸 收 鈣、 鐵、 維 生 素 B12
一般來說，大部分的制酸劑胃藥，孕婦及哺乳婦女都可
（Vitamin B12）及抑制細菌生長與預防腸道感染。而
以服用，除了含有碳酸氫鈉和三矽酸鎂（dimagnesium
胃 酸 的 分 泌， 主 要 就 是 透 過 壁 細 胞（ parietal cells ）
dioxido-bis[(oxido-oxosilyl)oxy]silane，
從 胃 腺 排 出。 另 外， 組 織 胺（ histamine ）、 胃 泌 素
Mg2Si3O8‧5H2O） 成 分 的 制 酸 劑。 至 於 服 用 後 的
（gastrin） 與 乙 醯 膽 鹼（acetylcholine, ACh， 分 子 式
不 良 反 應， 含 鎂 的 制 酸 劑 可 能 會 出 現 腹 瀉、 高 血 鎂
CH3COOCH2CH2N+(CH3)3）等都會刺激壁細胞分泌
（hypermagnesemia，通常出現在腎衰竭病人），含鋁
胃酸。而這些的胃酸，也是胃內的 pH 值環境始終保持在
的制酸劑可能會出現便秘的情況，所以市售產品有時會
小於 3 的原因。
將兩者結合或搭配使用。另外，碳酸氫鈉與胃酸反應會
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顯 影
直擊「上帝的金戒指」—
臺灣日環食
圖片提供／莊孟哲、邵思齊、黃翊展
被稱作「上帝的金戒指」的日環食，於今（2020）年 6 月 21 日登場。位於環食帶上的雲林、 嘉義、臺南、臺東、花蓮、澎湖及金門等地的部分區域，都可以順利捕捉到日環食的風采， 至於臺灣的其他地區則可見到日偏食的景象。以嘉義市為例，本次日環食從下午 2：49 起初虧， 4：14 食甚，並於 5：25 復圓，歷時近兩個半小時，難得的天文奇景讓大家一飽眼福。
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顯 影
於嘉義縣國立新港藝術高中所拍攝的環食特寫。 （黃翊展攝影）
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初虧 14:49:04
食甚 16:14:02
復圓 17:25:47
太陽軌跡與地景的記錄，拍攝地點同樣位於國立新港藝術高中。 （小資訊：當天日落時間是 18：48）（黃翊展攝影）
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初虧
食既
食甚
生光
南
西
復圓
北
於嘉義市北香湖公園拍攝的日環食軌跡。（莊孟哲攝影）
於雲林四湖所拍攝的日環食過程。（邵思齊攝影） SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 7
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精選 文章
籠罩數學家拉馬努金的 那些陰影 Take Home Message 今（2020）年是數學家拉馬努金（Srinivasa Ramanujan） 逝世百周年，這位不世出的天才所留下的數學遺產深深影
李國偉
響著後世。但天才也是凡人，拉馬努金在缺乏關愛及自我
學研究所兼任研究員。
中央研究院數
照顧的情況下，僅 32 歲便離開人世，令人不勝唏噓。
今年 4 月 26 日是數學史上最神奇的天才拉馬努金的百年忌日，他雖然 給世界留下極為豐富的知識遺產，但令人惋惜的是他的生命只有短暫 的 32 年。拉馬努金創造出許多超越同時期數學家的成果，但是因為他 的方法顯得比較古老，因此在他身後有一段歲月裡，他的名聲只在專 家的圈子裡流傳。
1976 年，安德魯斯（George Andrews）在劍橋圖書館發現了拉馬努 金遺留的手稿，就像先前公開過的兩大本筆記，這本「遺失的筆記」 中寫滿神秘的數學式子卻沒有證明細節，重新引起數學界研究拉馬努 金的熱潮。時至今日，拉馬努金的思想甚至花開葉散到統計力學、粒 子物理、弦論、電腦代數、密碼學及圖論等領域。對於拉馬努金這種 絕世天才的學術成就，常人也許只能膜拜而無力理解，但是做為血肉 影響後世深遠的數學家拉馬努金。（creofire.com, public
domain, Wikipedia）
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之軀，天才的人生也難免有各式各樣的陰影，倒讓人們有機會將心比 心加以貼近。
精選 文章
來自印度不世出的奇才 數學及英語卻成陰影 印度東南部的商業與行政中心清奈（Chennai），在 1996 年以前名為馬德拉斯（Madras），是由英國殖民者於 17 世紀所建立。1913 年 1 月 16 日，馬德拉斯的一位小職員 給英國劍橋大學著名數學家哈代（Godfrey H. Hardy） 寄出一封信，首尾分別是這麼寫的：
「請容我自薦如次，在下為馬德拉斯港務信託處會計室職 員，年薪僅 20 英鎊。今年約 23 歲，未受大學教育，但 曾就讀一般學校。自畢業之後，利用公餘閒暇鑽研數學。 雖未按部就班學習大學正規課程，卻能自闢蹊徑。特別是 廣泛研究發散級數，本地數學家咸認所得結果『出人意 表』……懇請您審閱所附論文。倘若您確信其中有任何價 值，因我貧窮，請助我將定理予以發表。我雖未提供研究 詳情與完整結果，然已勾勒出探索的輪廓。又因我缺乏經 驗，您能給的任何建議，均將萬分珍惜。」 寫信者拉馬努金出生於 1887 年 12 月 22 日，其實當時他 已 25 歲。這封長達 11 頁的來信包含約 120 條公式，哈
拉馬努金的故居現狀。（Adiswini, public domain, Wikipedia）
代與好友李特伍德（John E. Littlewood）徹夜研讀了拉 馬努金的結果，從那些奇妙而不知何處導來的式子裡，
得哈代在 3 月 26 日的回信裡，甚至做出如下的辯解：
窺見一位不世奇才的降臨。哈代甚至向羅素（Bertrand
Russell）炫耀自己發現了第二個牛頓。
「李特伍德先生提醒我，你不願意提供證明的理由，可能 是顧忌我會如何使用你的成果。讓我很坦率向你表白，你
哈代在 2 月 8 日回覆拉馬努金的信中，催促他趕快寄來
手中已經掌握三封我給你的長信〔註一〕，其中我明確地說
完整的證明。拉馬努金在 2 月 27 日寄給哈代的第二封信
到你已證明，或者宣稱有能力證明的結果……很顯然如果
中說：
我企圖不當使用你的成果，你將十分容易揭發我。我相信 你會包涵我如此直率地表態：如果我不是真實而迫切地想
「在目前階段，只希望求得像您如此有聲望的教授，肯定
看到如何協助你謀求更好的機會，使得你能夠一展明顯的
我確有一些價值。我已經是食不果腹的人了，如要保持頭
數學天賦，我就不會做這一切了。」
腦存活，我需要食物，也正是目前的首要考慮。您鼓勵我 的片語隻字，都有助於我獲得此地大學或政府的獎學金。」
拉馬努金對於得出精彩結果的興致，顯然高過記錄推算的 步驟。拉馬努金在印度只自學過五本數學書，最主要的
這回拉馬努金又增加一些公式，但仍然沒有提供證明。使
是卡爾（George S. Carr）所編寫的《純粹數學初等結果
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精選 文章
誰說酶有你的事？ 關於酶的科學小故事 Take Home Message 食物吃下肚後是如何被代謝的呢？在經過眾多科學家的努 力，酶的真面目也逐漸明朗，世人也更加理解這個催化劑
范博勛
於臺灣大學取得化學學
士，目前是美國德州大學奧斯丁
的作用原理及各種特性。不過關於酶的研究，時至今日還
分校博士研究生，研究結構非典
有許多細節仍須釐清，需藉由現代的科技輔助，更多與酶
型醣的生物合成及反應機理。
有關的知識將等著被挖掘。
為什麼生物必須進食才能維持生命？吃下肚的食物是怎麼
堆積的氣體膨脹後會讓麵包變得蓬鬆又好吃。
被代謝？代謝，實際上是一系列化學反應串聯而成的，不 過這些化學反應本身的反應速率可能太慢了，所以大自然
起司製作的歷史也挺有趣，大約在西元前 8000 年左右，
創造了酶這個生物催化劑的蛋白質，透過降低反應的活
前人經常使用動物的臟器，例如牛的胃袋，作為儲存水或
化能加速反應的進行。酶催化的對象稱為反應物，反應
食物的容器，結果不經意地發現存放在牛胃裡的牛奶竟然
過後生成的物質為產物，針對酶的科學研究統稱為酶學
結成塊。另外，在古希臘哲學家亞里斯多德所留下的文獻
（enzymology），酶學到底有趣在哪，這就必須從歷史
中也記載，只有在未斷奶的小牛胃裡才看得到結塊的奶，
的觀點開始聊起。
於是，起司就誕生了。而這凝結現象背後的原理，其實和 凝乳酶（rennet）有密切的關係（右圖）。
食物與酶的關係
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酒精、醋、麵包及起司等都是日常生活中常見的生活原
食物怎麼消化？酵素一詞的誕生
料。仔細瞭解這些東西的製作過程，會發現它們都和酶
人類對於酶進行系統性研究是從 17、18 世紀左右才開始。
脫 不 了 關 係。 舉 例 來 說， 麵 包 蓬 鬆 的 秘 訣 就 是 酵 母 菌
消化系統是當時高度關注的課題，科學家想了解食物在胃
（yeast），酵母菌發酵（fermentation）過程中產生的
裡是如何被消化。那時主要以鳥類作為實驗對象，法國化
二氧化碳會堆積在麵糰內（圖一），一旦送入烤箱加熱，
學家列奧米爾（René-Antoine Ferchault de Réaumur）
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精選 文章
麵糰發酵示意圖
圖一：葡萄糖在發酵反應過程中被酵母菌給轉化為乙醇與二氧化碳，發酵後的麵團體積明顯增大。
認為禿鷹在沒有砂囊的情況下也能夠消化食物。 為了驗證此假設，他製備放有肉塊的金屬管並讓 禿鷹吞下，有了金屬管的保護，砂囊便無法提供 物理性消化，如磨碎食物。實驗結果顯示，生肉
牛有四個胃，分別為瘤胃（rumen）、蜂巢胃（reticulum）、重瓣 胃（omasum）及皺胃（abomasum），據說只有幼牛的皺胃中分泌 的凝乳酶等活性物質，能將食入的牛奶轉化為易儲存的乳酪。
僅須接觸胃液便可消化，證明消化是化學現象， 砂囊提供的物理消化僅是輔助。義大利化學家斯 帕蘭札尼（Lazzaro Spallanzani）之後更將列奧 米爾的實驗擴大應用到其他生物體，據說斯帕蘭 札尼也曾用自己的胃液進行體外（in vitro）的 消化實驗。另外，對胃液的定性研究也發現，胃 液中的酶活性和溫度有關。
19 世紀中葉，法國里爾（Lille）地區的一個釀 酒廠曾向法國科學家巴斯德（Louis Pasteur）請 教紅酒酸化的原理，並希望能藉此改善並提升釀 酒技術。當時主流思想認為，紅酒酸化是由一系 列「自然」發生的化學反應組成的發酵反應，觸
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2020 跨領域神經科學研討會初登場—
匯集 16 個學會的熱血神經科學家 陳志成專訪 李依庭
本刊主編。
趙軒翎
本刊副總編輯。
人體中貫穿各處的神經系統，是身體
究員陳志成博士，一個起心動念，讓
的指揮，它讓我們能感知這個世界，
他開啟了本身基礎神經科學研究工作
將接收到的訊息傳遞到大腦整合和判
外，一個充滿重重挑戰的支線任務。
斷，讓我們作出適當的反應；或是當
然而， 在 他 的 熱 情 感 召 和 擁 有 同 樣
我們遇到危險或壓力時，也能在意識
信念夥伴的共同推動下，第一屆跨領
控制之外自動為身體調整狀態來因應。
域神經科學國際學術研討會（TSfN
神經管轄的範圍太大，也讓神經科學
2020）由臺灣 16 個與神經科學相關
領域百花齊放，不僅僅是研究神經系
基礎研究、臨床研究及醫學工程等相
統本身的結構與功能，連同延伸出去
關學會組成聯盟，即將在今（2020）
的認知心理學、精神醫學和計算神經
年九月於中研院大會師。
科學等，若要將相關領域全數寫下， 這張清單可能很長，且持續會更新。
天馬行空的跨領域合作 在採訪的一開始，陳志成開門見山地
在臺灣有許多神經科學與其相關領域
說，開啟他籌備跨領域聯盟的契機，
的 研 究 人 員， 及 他 們各自組成的學
來自於十年前一個意外但有趣的研究
會，每年也有學會內部的研究交流。
合作。
那麼有沒有機會讓這些神經科學相關
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看痛覺神經如何去接收外界力的刺激，
的研究人員，跨領域交流和促成更多
致力於痠痛、疼痛感覺神經研究的陳
然而對方則是運用機械力去影響細胞
合作呢？
志成，因緣際會接待美國卡內基美隆
骨架，看似不相干的兩個研究卻不經
大學機械系、研究生物力學的學者勒
意找到合作模式。陳志成說當時感覺
「如果能將這些相關的人匯聚起來，
杜克（Philip LeDuc）。「一開始感
神經研究中，並沒有適當的方法可以
共同參與一個神經科學研討會，是不
覺像是雞同鴨講」陳志成笑說兩人一
機械力刺激單一痛覺神經（特別是神
是可以激盪出更多不一樣的火花？」
開始聊起彼此的研究，很明顯可以感
經纖維末梢），並量測其細胞電生理
中央研究院生物醫學科學研究所的研
受到領域間的差異。他自己的研究是
反應，然而機械系卻有能力可以設計
科學月刊 2020.7
專訪
（李依庭攝影）
器材來刺激單一細胞。在聊天的過程
現跨領域合作並不容易，因為隔行如
拋磚引玉獲得各界好評
中，勒杜克的學生（鄭兆珉，現任清
隔山，不同的研究領域的思維與思考
其實學術界並不是完全沒有跨領域的
華大學教授）因此決定留下來協助設
角度不盡相同，需要雙方不斷溝通、
研討會，生物醫學聯合學術年會大概
計，最終試出能以彈性介質的形變來
討論，並打破各自原先思維，新的可
就是整個生醫領域最大規模的集會，
拉扯並刺激神經纖維，因此就能用來
能性才有可能被激盪出來。「儘管困
集結相關領域的老師與學生共同參
模擬神經纖維末梢受到刺激的狀況。
難，但在研究的道路上跨領域的合作
加。長年在神經科學領域深耕的陳志
是重要的。」這個想法自此在陳志成
成坦言自己每年都會參加生醫年會，
腦中生根。
卻也因此有些感觸，「長久以來，在
這次的合作令陳志成印象很深刻，發
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後COVID-19時代 回顧新型流行病發生之時
（Photo by Victor He on Unsplash）
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科學月刊 2020.7
廣 編專題
林翰佐
銘傳大學生物科技
學系副教授，本刊總編輯。
（People vector created by freepik）
這個世界，有時日升日落運作如常，然而有時卻瞬息萬
於疾病的本身，還衝擊著整個社會乃至於人跟人之間的互
變，滄海桑田。回想在年初之際，大家恐怕難以料想，這
動與信任。
個世界即將面臨重大的巨變。時至 6 月，全球 2019 冠狀 病毒疾病（COVID-19）確診人數已超過 910 萬人，死亡
科學能解決疫病問題
人數也來到 47 萬人，全球計有超過 220 個國家∕地區受
流行病學（Epidemiology）是探討人類族群健康與疾病發
到影響。
生的學問。在 1854 年英國倫敦爆發的霍亂大流行中，斯 諾（John Snow）醫師憑藉著觀察與調查能力，成功發現
流行病帶來的不只是疾病
受到病原體汙染的水源，化解了危機，同時也破解了當時
COVID-19 這樣的流行性疾病，在本質上跟其他疾病有
普遍認為霍亂能透過空氣傳染的迷思。他用行動成功的演
著很大的不同。若是癌症等疾病，發病的原因多半歸因為
示，透過科學方法可以對抗流行病，從此發展出了流行病
個人因素，多半也僅涉及個人與其家庭的運命。但流行病
學調查。
則有相當大的不同，往往透過不明或不經意的接觸患病， 而造成流行，影響的範圍也不只有關係親密的家人，甚至
透過流行病學調查，收集資料進而形成策略圍堵疾病流行
擴大至整體城鎮與國家。正因為新型流行性疾病的發生往
的例子很多，最著名的，便是人類讓天花在地球上完全消
往猝不及防，相關訊息呈現紛亂而不明確，使得大眾也忐
失。天花具有相當高的傳染性與致死率（整體死亡率約在
忑不安，就會出現一些非理性行為。在人類的歷史當中，
30％），在歷史當中，天花流行的紀錄不可勝數，南美洲
使用獻祭、獵巫的方式祈求神明寬慰，或者將患者以超乎
古文明阿茲特克（Aztec）的覆亡、中國清朝初期康熙皇帝
必要的方式非人道隔離的情況屢不見鮮。從歷史的層面上
的登基，都跟天花有些關聯。天花是病毒性疾病，由一種
來看，疫病發生對人類社會所造成的衝擊，顯然並不只限
大型、具一條雙螺旋去氧核醣核酸基因組的病毒引起，其
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