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「TED 不讓你/妳看的兩個演講」到底在爭議什麼?兼論 TED 的社會位置

洪靖 Ching Hung
・2014/07/21 ・5880字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 548 ・八年級
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在寫完〈TED 到底該不該讓你/妳看那兩個演講?〉,回應兩位網路高人的爭論──王大師〈TED 死都不想讓你看的兩個演講!〉與 Gene Ng〈TED 死都不該讓你看的兩個演講?〉──之後,本以為爭議大致已經收尾,但沒想到討論越演越烈:Gene Ng 於隔天(2014-07-16)再回應一文〈為什麼那兩個 TEDx 演講最好寫成科幻小說?〉,強調孔恩的的典範理論仍然是一個不錯的而且足以用來區辨真科學與偽科學的根據,而被刪除的那兩個演講屬於偽科學,所以被 TED(x) 排除也沒什麼好抱怨的,不如好好發展成為科幻小說,說不定讀者更多、影響力更大;再隔一天(2014-07-17),王大師再出一文〈他 X 的,管他 TED 要你看什麼!〉, 宣示「大開書戒」並引用從古至今幾位哲學家的論點,強調科學一直處於變化當中,所以用「現在」認為的科學來排除其他觀念的傳播,無異故步自封、劃地自限。 顯然,這個討論已經變成一個「系列」。雖然作為科普或哲普爭議,論點與立場大致都已經清楚(雙方不太相容似乎也很清楚…),但若沒有人把系列接下去似乎也頗奇怪,所以我決定再發一文。不過,到底還有什麼可以寫的?

開始之前,我想先說的是,雖然不知道過去是否曾有類似的爭論方式,但這個爭議應該頗有意義:來自不同領域的作者,用彼此可以溝通的半學術語言,討論重要媒體(TED)對於科學傳播的作為、以及到底怎樣算是科學,除了有一定的讀者數量之外也發展成系列回應,這樣的討論型式與內容本身,也算是一種科學──不論是自然科學或是社會科學──普及與傳播行動吧!不過,截至目前為止,如果我們注意一下前述幾篇文章的讀者回應(在作者們的臉書、粉絲頁、或者轉登文章的泛科學臉書與網站),大概不難發現,讀者已經開始覺得走到「迷霧森林」了。當哲學家越來越多、讀者就越來越少。當然這不是說哲學論點都惹人厭煩,而是吊書袋本來就不容易「讀者友善」(reader-friendly),不然科普、哲普、社普、陰謀論普…等就不會是這麼令學者頭痛的工作了。有鑑於此,我決定在這篇文章盡可能放下那些哲學家(雖然我也只是半路出家)、放下書袋(雖然我也沒幾包),聚焦於一個工作:重新釐清這個爭議的原委,以及現階段我們能夠如何改善或推進這個爭議。

如果回到爭議的起點,在我看來,這個爭議可以分為三個層面

  1. TED 到底是否可以──被允許(be allowed)、或有權利──篩選演講內容?
  2. 如果 TED 「可以」篩選演講內容,那麼「科不科學」應該成為「值得與否」的判準嗎?
  3. 如果 TED 應該用科不科學來判斷演講內容是否值得傳播,那麼那兩個演講到底科不科學(所以應該被保留或刪除)?
TED 的理想傳播(Photo credit: Lawrence Wang, CC BY 2.0)
TED 的理想傳播(Photo credit: Lawrence Wang, CC BY 2.0)

這三個層面其實是有順序的:從 1 到 3 而不是從 3 到 1。如果 TED 不可以──不被允許、沒有權利──篩選演講內容,那麼後面兩個問題都是白搭,因為不管演講是否科學,或者只是外星人講外星話,TED 都不能刪除它們,所以我們也沒有必要用「主流論述排斥邊緣意見」來指責 TED。再者,即使第一層問題解決,但假如科學與否「不應該」成為篩選標準,那麼同樣地,就算是外星人講外星話,TED 也不能用「不科學的」的理由來刪除它(但或許可以用「一定要講英文」作為理由)。換句話說,只有回答第一層與第二層問題,或者至少取得共識之後,才比較適合進入第三層問題。但,回顧過去的幾篇文章,幾乎都把篇幅花在第三層問題,對前兩層問題甚少著墨,或者,更精確地說,是「逆向」作答──從第三層問題開始回答起。

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逆向作答導致一個問題,就是出現兩種截然不同的推論結果:在 Gene Ng 一方來看,因為科學就是要 OO 和 XX 作為標準,所以兩個演講當然不科學,而不科學就不應該傳播,所以 TED 當然要認真篩選;而從王大師一方出發,因為科學沒有標準可言,所以兩個演講也可以算是科學,既然算是科學當然不能被刪掉,所以 TED 充當論述守門人簡直邪惡。雖然第三層問題涉及「怎樣算是科學」的議題,意義十分重大,但是當前的順序似乎會導致一種「無解的對立」:只要解決第三層問題、決定怎麼樣算是科學,那麼要嘛 TED 繼續存在、依舊篩選,要嘛 TED 最好倒掉、或者改過向善。換句話說,在目前的討論模式裡,TED 的角色只能被結論所決定,而這就是為何,雖然至今幾乎每篇文章的標題都含有「TED」,但實際對於 TED 的討論卻寥寥可數。我們似乎忘記這不只是一個哲學議題,也是一個社會議題。

試著從頭來過,看看能不能理出一個比較好的頭緒。首先,第一層問題:TED 到底是否「可以」篩選演講內容?在我來看,TED 當然有權利這麼做,只要法律沒有明訂禁止之事,任何真人或法人都可以自由行事,這是基本上大家都同意的(西方)民主自由基本原則。不過,我想更進一步強調的是,「篩選」不可能不存在。TED 作為一個組織、一個機構,人力與物力皆有限,不可能讓所有想要講話的人都登上 TED 舞台,因此勢必要決定誰能上台以及誰先上台。換句話說,即使我們強力要求、甚至命令 TED 不應該篩選,這也是一個不可能的企圖,我們不得不接受 TED 以及必須篩選的事實。所以,第一層問題的答案是:TED「可以」篩選演講內容,不只是因為它有這個權利,更是因為它不得不篩選。如果篩選是必然,那麼緊接著的問題就是:TED 要怎麼篩選?依據什麼篩選?

誰能通過 TED 的篩選?(Photo credit: Gisela Giardino, CC BY-SA 2.0)
誰能通過 TED 的篩選?(Photo credit: Gisela Giardino, CC BY-SA 2.0)

我們可以試想,如果我們作為主事者,在我們知道一些科學、知道一些藝術、知道一些 XX,但都並非精通的狀況下,讓什麼人上台講話最保險、最不會讓人質疑?答案相當簡單,就是那些已經被社會認可──不管是透過建制化的認證(例如學歷)或者非建制化的人氣(例如銷售量)──的講者。這就是為什麼大部分的 TED 講者會是教授、作家、明星…等具有一定程度社會地位的人,而不是城市遊民或是隔壁老陳(本來要寫老王,但不好和王大師搞混)。也就是說,TED 的篩選機制其實建立在社會的篩選機制上,TED 只是加強重覆社會篩選的標準。邀請那些已經經過認證或受人矚目的講者是最安全的作法。這就扣連到我們的第二層問題:「科不科學」應該成為 TED 判斷「是否值得」播出的標準嗎?很顯然,答案是:科學與否勢必會成為 TED 的判準之一,因為它早就已經是這個社會最重要的判準之一。

正是因為 TED 的判準只是社會判準的延伸,所以一旦發現當初的判斷失誤──播出的演講引起軒然大波或者招來嚴重抗議──TED 的反應就是將它刪除或撤掉。TED 的判準必須和社會的判準一致──講白一點,就是不可能背離主流意見太遠。尤有甚者,如同其他媒體,不管營利或非營利,TED 的目標都是閱聽大眾、存續也依靠閱聽大眾,因此更不會也不願去招惹閱聽大眾。如果瞭解 TED 的這個「位置」,那麼我們應該可以這麼說:TED 將那兩個演講下架不是因為 TED 認為那兩個演講不科學,而因為大眾不滿意那兩個演講── 真正做出判斷的是這個社會(至少西方社會)、而不是 TED。所以,我們可以看到,一個演講──例如我看過一個主題是禪坐──即使不符合 Gene Ng 所言的「科學」,它也並未被下架,原因就在於它是大眾認可與接受的觀點(這或許是一種「大眾可以接受的」科學吧)。就這一點來說,我想王大師可能有些失準,因為 TED 並沒有「守門」,守門的其實是 TED 賴以維生的社會與大眾。

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如果 TED 「一定」要篩選(第一層問題),而且它的篩選標準「一定」會跟著社會走(第二層問題),那麼我們可以發現,在原來問題的脈絡裡,第三層問題或許沒有出現的必要,因為科不科學對於 TED 來說並不重要。就算 Gene Ng 成功證明「符合 OO 與 XX 才是真科學」,但如果大眾依舊喜歡那些不符合 OO 和 XX 的觀點,那麼 TED 還會是照播不誤,因為實際上這些觀點並沒有被社會當成偽科學;同樣地,即使王大師成功證明「根本沒有什麼真假科學的分別」,但如果大眾特別厭惡某些觀點和 看法,那麼 TED 還會是下架刪除,因為實際上那些觀點不被當成「常態」的一部分。在這裡,我們可以看到一個有趣的現象:在理論上(in theory)認定「應該」如何,和在實作上( in practice) 發生的「實際」狀況,兩者幾乎相關。這種「應該怎樣」和「實際怎樣」的斷裂,其實正是孔恩科學哲學最惱人之處。

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TED 是演講啦!不是這隻熊…(Photo credit: MIKI Yoshihito, CC BY 2.0)

孔恩的科學哲學始於科學歷史。整個典範理論其實是在「描述」過去科學的發展狀況。問題在於、這個描述能不能變成準則,用來規定科學應該如何發展?有的人認為可以,有的人認為不行。認為可以的人,通常看到的是典範作為助力的面向;認為不可以的人,看到的則是典範作為阻力的作用。這就是早期孔恩著作在社會科學領域掀起的波瀾:一派認為正是因為社會科學沒有典範(或多典範併行),所以沒有辦法累積案例、發現異例、然後科學革命,反而都把時間和經歷花在爭論哪個理論比較好,導致社會科學不如自然科學那麼進步,所以這派人大力倡導訂立社會科學的典範,讓大家都在這個典範下工作;另一派則認為,沒有單一典範正是社會科學的長處所在,因為典範其實正在壓抑和框限研究創意與理論創生,對於這派人而言,自然科學是一種權力的展現,它規定人們該做什麼、不該做什麼,所以社會科學最好各自為政,不要「典範化」比較好。對於支持常態科學的人來說,典範理論是科學如何成功以及變得更成功的教戰守則;對於反對常態科學的人而言,典範理論則是戳破科學作為理性事業的歷史明證。

這或許就是孔恩典範理論大受歡迎的原因:每個人都可以在孔恩的觀點裡找到他/她想看到和使用的論點。孔恩學說的曖昧和尷尬,在這個事件中最 為清楚:孔恩在 1980 年代拿下(當年)非常強調「社會建構論」──科學裡面沒有真理,而是充滿社會原因──的美國 STS 的年度大獎,但孔恩卻在致詞的時候指稱社會建構論「解構到發狂」、根本走得太遠了。社會學家/哲學家 Steve Fuller 寫了關於孔恩數本著作,認為孔恩的成功正是因為他「一直很模糊」,從來不講清楚到他到底認為科學應該如何發展。Fuller 批評,相較於 Karl Popper,孔恩對自己的理論簡直就是不負責任(見〈孔恩vs.波普︰爭奪科學之魂〉)。當人問起孔恩「您是認為科學應該依照典範學說來發展嗎?」,他會回答「典範理論只是在說明科學在歷史上的發展模式」;當你問「所以科學發展可以不需要典範嗎?」,孔恩大概又會說「正是因為有典範所以科學這麼成功。」確實很模糊,但很成功。留下來的問題仍是:科學需不需要典範?能不能說過去有典範(實際如何),所以未來也要有典範(應該如何)?

我可以停科學家的車位嗎?(Photo credit: evan p. cordes, CC BY 2.0)
我可以停科學家的車位嗎?(Photo credit: evan p. cordes, CC BY 2.0)

對於這個問題,我想,我們只能說「『應該』發展典範之下的常態科學」,但沒辦法因此就說「『不應該』有非常態科學的觀點」,或者,我們只能說「典範『不應該』限制另類觀點的發展」,卻沒辦法因此就說「『應該』廢掉與抵抗任何典範」。因此,我同意王大師認為 TED 代表主流意見正在過濾非主流意見的看法,因為我們確實見到這個篩選的動作,但卻不能完全接受「什麼都該被當代科學所接納,不然就是排除異己」的暗示,因為 那兩個演講確實與當代科學有所差距;我也承認 Gene Ng 說那兩個演講寫成科幻小說或許可以發揮最大效力,因為很多時候科幻小說其實導引了科學的方向(想想日本機器人工業和機器人漫畫的關係、美國航太工業和太空 小說與電影的關係),但卻不能完全認同「那兩個演講都不該被當成科學」的論斷,因為我們頂多能說它們是「偽常態科學」而無法說是「偽科學」。

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至於科學劃界──什麼是科學、什麼不是科學──的問題,根據我的瞭解,科學哲學界仍然沒有定論,雖然多數時候相安無事,但仍時不時會拿出來吵一下。有人因此認為科學根本不需要科學哲學,因為反正不管科學哲學怎麼說,科學家反正依照自己的步調在做自己的事情──科學家做科學研究不需要科學哲學,就像鳥類飛行不需要流體力學。但,人類不是鳥類,我覺得要必要幫科學哲學說些好話:哲學家對於科學的研究──科學哲學──可以透過語言反饋到科學家,讓科學家理解到自身的狀態。這有一個好處,就是當科學家發現研究的困難時,可以開始思考「思考的框架」在哪裡、是哪些預設在導引研究的進行, 進而跳出盒外思考(to think outside of box),但卻不需要為了置身盒外(to be outside of box)而真的退出科學社群。而突破界線與限制,不正是科學的目標之一嗎?如果鳥類發展出自己的流體力學而且可以相互溝通的話,說不定牠們可能會因此飛得更快更高更遠更省力,甚至發展出協同飛行的方法。至於有人說哲學家沒有受過科學訓練,不瞭解科學才會大發議論,這個說法其實完全不符合事實,不少重要的科學哲學家都是帶著理工的博士學位跨入哲學領域,孔恩本身就是其中一位,要說他們不瞭解科學未免也太空穴來風。

科學哲學的著作一定有這麼多…(Photo credit: Alan Morgan, CC BY-NC-ND 2.0)
科學哲學的著作一定有這麼多…(Photo credit: Alan Morgan, CC BY-NC-ND 2.0)

本來想寫得簡單一點,但好像越寫越複雜(汗)。我試著簡單總結一下。TED 刪去那兩個演講的事件,或許是哲學議題,但其實更是社會議題。 直接跳到最後一個層面──到底演講科不科學──來作答,讓我們忽略了對於 TED 社會位置與行動的討論。我們已經看到現在情況多麼複雜:TED 無論如何都會也要篩選演講,而且它的篩選標準要不跟著專業認定(科學家認定的常態),要不跟著大眾喜好(大眾接受的常態),而科學到底是什麼根本眾說紛紜、莫衷一是。在這樣的情況下,與其各執一詞來指導或指定 TED 對於那兩個演講的作為,我們不如好好深入理解 TED 的運作方式、挖掘有哪些篩選標準在運作。一方面,我們──作為閱聽大眾──必須認知到 TED 不是中立的平台(任何平台都不是!),因此無論如何都不能無條件信任 TED 演講的全部內容,或者覺得演講內容「可是經過 TED 認證的」所以有道理、不會講錯。另一面,對於 TED 判準的理解其實也對於我們自身判準的理解,因此只有當我們意識到思考的界線──篩選的標準──的時候,我們才可能找到「問題意識」要往那邊轉換的方向。總 的來說,我們無法立即說那些挑戰當代科學邊界的觀點是對是錯,但若沒有這些挑戰,我們就不會知道邊界在哪裡,也不會有機會改變邊界的範圍。

延伸觀賞(只有英文字幕):
這位科學史家在 TED 的演講,告訴我們雖然科學真的很像孔恩說的那樣,但不代表我們應該就此不信任科學家、或者認為他們專愛打壓異己。

原刊載於HOT PoT,作者投稿後刊載。

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洪靖 Ching Hung
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從原子科學轉向歷史學再跑到社會學最終棲身哲學但始終很關心技術與科學的假研究者真部落客,現職〔社技哲學〕部落格站長順便擔任荷蘭 University of Twente 技術哲學博士候選人。

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傳統開胸手術太風險?微創支架手術不用開胸也能修補血管
careonline_96
・2025/07/16 ・2818字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖 / 照護線上

「六年前,有位八十多歲的老先生因為突發性劇烈胸痛被送到急診室,檢查發現急性主動脈剝離,於是接受緊急全開胸的胸主動脈置換手術。」林口長庚心臟血管外科主任陳紹緯教授表示,「雖然胸口留下了一道三十公分的傷口,但是也挽回寶貴的生命,如今患者已高齡近九十歲。」

這次住院的原因是患者主動脈弓的血管瘤快速擴大至 6 公分,需要再次手術。陳紹緯教授解釋,傳統的手術方式需要再次打開胸骨三十公分的傷口,搭配體外心肺循環機,在手術過程中須讓心跳停止,並將體溫降至攝氏二十度以保護腦部才能完成手術。過去替代的主動脈支架手術包括煙囪或開窗手術,滲漏風險及手術失敗比例都相當高。

所幸林口長庚心臟血管外科團隊引進新型一體成型胸主動脈分支支架,是近期美國 FDA 核准可臨床應用的胸主動脈分支支架,可在維持患者腦部動脈血流的狀況下,以微創方式處理主動脈弓血管瘤,避免傳統開胸及心臟停止,降低手術風險與恢復時間,為台灣心臟血管外科治療開創嶄新里程碑。

微創胸主動脈分支支架手術不開胸、心臟不停跳
圖 / 照護線上

「病患術後影像顯示支架位置良好,雙側頸動脈血流順暢,主動脈瘤已完全被支架隔絕。」主刀醫師陳紹緯教授表示,「林口長庚醫院是目前台灣少數有能力進行分支支架手術的醫學中心,特別是針對複雜性主動脈弓血管瘤零區病人,手術經驗已領先亞洲一流醫學中心,整個手術過程不需要 30 公分的開胸傷口,僅需經由腹股溝、頸動脈、腋下的小切口,在複合式混成手術房完成,手術時間及出血量都顯著減少。對高齡、高風險病人而言,可顯著降低手術風險。」

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微創胸主動脈分支支架手術 提升成功率、漸少併發症

主動脈是人體最大的血管,長時間承受血流的衝擊。陳紹緯教授說,當主動脈壁老化、發生病變之後,主動脈可能像氣球一般逐漸膨大,形成主動脈瘤(aortic aneurysm)。隨著主動脈瘤逐漸膨大,破裂風險也越來越高。

主動脈瘤的危險因子包括年長、男性、抽菸及家族病史等。陳紹緯教授說,主動脈瘤大多沒有症狀,讓患者毫不自覺,但是當主動脈瘤破裂時,可能導致突發性劇烈胸痛、腹痛,並因為大量內出血而休克,危及性命。

主動脈瘤可能出現在升主動脈、主動脈弓、降主動脈、腹主動脈。由於主動脈弓的構造較複雜,以往大多要採用傳統開胸手術來處理位於主動脈弓的主動脈瘤。陳紹緯教授說,手術過程中必須使用體外心肺循環機,讓心跳停止,並將體溫降至攝氏二十度以保護腦部。

如果要採用主動脈支架手術,便得利用人工血管進行外科繞道手術,或利用小血管支架進行血管內「煙囪支架手術」。陳紹緯教授說,若採外科繞道手術,便需經由額外刀口進行;若採「煙囪支架手術」,則會增加主動脈支架滲漏的風險。

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胸主動脈分支支架手術提升成功率
圖 / 照護線上

新式胸主動脈分支支架具有內建的分支設計,帶來革命性的突破,能夠在維持患者腦部動脈血流的同時,以微創方式治療複雜主動脈弓疾病,避免傳統開胸及心臟停止!陳紹緯教授解釋,在置放主動脈支架後,可利用內建的導絲引導小支架,以維持血流。由於採用一體成型設計的新技術,能夠降低滲漏和移位的風險,且不需額外手術刀口,可顯著縮短手術時間、減少術後疼痛、降低手術風險、減少併發症、縮短恢復期。

陳紹緯教授說,「胸主動脈分支支架手術會在複合式混成手術房進行,這種一站式手術環境,配備先進影像導引系統,可以即時進行 3D 影像重組,利用術中即時的高解析度影像導引,達到精準定位,整體手術成功關鍵在於詳細的術前規劃及團隊成員在手術中的精準操作。」

微創胸主動脈分支支架手術開創治療新紀元
圖 / 照護線上

林口長庚醫院心臟血管外科團隊成功引進胸主動脈分支支架系統,標誌台灣在主動脈疾病治療領域的重大突破。陳紹緯教授表示,這項技術對於解剖結構適合的患者而言,是微創、高效且長期可靠的治療方式,尤其適合外科手術高風險患者,為他們提供了過去難以想像的治療可能性。

微創胸主動脈分支支架手術為複雜主動脈弓病變提供了全新治療選擇,其微創特性大幅降低了患者的手術風險,也代表台灣的心臟血管治療邁入新紀元!

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筆記重點整理

  • 當主動脈壁老化、發生病變之後,主動脈可能像氣球一般逐漸膨大,形成主動脈瘤。危險因子包括年長、男性、抽菸及家族病史等。主動脈瘤大多沒有症狀,讓患者毫不自覺,但是當主動脈瘤破裂時,可能導致突發性劇烈胸痛、腹痛,並因為大量內出血而休克,危及性命。
  • 由於主動脈弓的構造較複雜,以往大多要採用傳統開胸手術來處理位於主動脈弓的主動脈瘤。手術過程中必須使用體外心肺循環機,讓心跳停止,並將體溫降至攝氏二十度以保護腦部。
  • 新式胸主動脈分支支架具有內建的分支設計,帶來革命性的突破。在置放主動脈支架後,可利用內建的導絲引導小支架,以維持血流。由於採用一體成型設計的新技術,能夠降低滲漏和移位的風險,且不需額外手術刀口,可顯著縮短手術時間、減少術後疼痛、降低手術風險、減少併發症、縮短恢復期。
  • 微創胸主動脈分支支架手術是微創、高效且長期可靠的治療方式,為複雜主動脈弓病變提供了全新選擇。尤其適合外科手術高風險患者,為他們提供了過去難以想像的治療可能性。
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量子電腦的計算是怎麼一回事?
賴昭正_96
・2025/07/15 ・6405字 ・閱讀時間約 13 分鐘

  • 作者 / 賴昭正 前清大化學系教授、系主任、所長,IBM 研究顧問化學家;合創科學月刊

因為我們確信量子系統一般無法在傳統電腦上有效模擬,量子運算未來最重要的應用可能是量子系統的電腦模擬。——David Deutsch「量子計算之父」

量子革命啟航,2025 年迎來國際量子年。圖 / unsplash

量子物理學誕生於 1900 年初期,源自普朗克(Max Planck)及愛因斯坦(Albert Einstein)等人為了解釋古典物理學無法解釋的黑體輻射和光電效應,提出能量「量化」的奇怪觀念。1920 年代,玻爾(Niels Bohr)、薛定諤 (Erwin Schrödinger)、海森堡( Werner Heisenberg)、玻恩(Max Born)和狄拉克(Paul Dirac)等物理學家為量子力學建立了更完整的數學框架,從而形成了微觀世界的物理理論。最近由於以它為基礎的計算技術不斷有「突破」性的進展,聯合國便迫不及待宣布 2025 年為國際量子科學技術
年。

筆者在芝加哥大學攻讀的是量子化學,博士班資格考試選的是物理化學、無機化學、及物理系的物理數學,論文用的理論工具是「量子」物理,實驗工具是「計算機」,因此應該是位「量子計算機」專家了,但慚愧的是:儘管市面上已經出現許多有關量子計算機的報導,但筆者除了知道其所用的物理原理(參看「延伸閱讀」)外,卻完全不知所云!

查了一下台灣兩大科普雜誌,發現《科學月刊》與《泛科學》都沒報導過!顯然這不是一篇容易寫的科普文章。但因其重要性,及對科普的喜好,在猛 K 一個月後,筆者謹在此先野人獻曝,報導點心得,望能拋磚引玉將來有專家為我們寫一篇更詳細及深入的介紹。在進入本文之前,得預先警告:筆者深深了解數學公式會嚇跑讀者,但是幾經考慮後,覺得不用點數學顯然不能點出量子計算機的骨髓。對數學不感興趣的讀者事實上不需要深入了解:只要從那些數學中看出量子計算機的運算不是確定性的「加減乘除」、而是操縱或然率的「量子物質狀態」改變(「量子位元」一節)即可。如果真的不想看到數學公式,可以跳過「量子閘」及「量子計算機」二節。

量子計算機的起源

20 世紀 80 年代初,美國阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)貝尼奧夫(Paul Benioff)發表四篇量子計算基礎的開創性論文,證明計算機可以按照量子力學定律運行;費曼(Richard Feynman)獨立提出了量子計算的想法,認為基於量子原理的計算機可以高效地模擬量子系統,克服對於一般電腦來說難度呈指數級增長的計算任務。1985 年牛津大學物理學家德意志(David Deutsch)以費曼和貝尼奧夫的思想為基礎,提出了通用量子計算的概念,並設計出一個適用於量子計算機的演算法。

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要了解這些量子計算想法之前,我們得先了解一下現行的(傳統)計算機。

傳統計算機

人類因為有 10 個指頭,所以採用十位元的運算方法,即 0,1,…9;9 再加 1 就進位成 10(借用別人的手指)。當初設計計算機的人也許因為只有兩根手指的關係,卻採用「二位元」(bit)的運算方法,即 0 與 1;1 再加 1 就進位成 10(= 十位元的 2)。事實上這樣的計算法在電路設計上是比較容易的:接近 0 伏特的電壓(通常稱為「低」)表示邏輯 0,而較高的電壓(通常稱為「高」)表示邏輯 1。計算機就是靠這樣的線路及所謂「邏輯閘」(logic gate)來達成計算的任務,如圖一:2 個「二位元」數 A2A1 及 B2B1 相加的計算機線路圖。

圖 / 作者提供

「邏輯閘」的目的是將輸入(input)依照所設計的邏輯改成單一的輸出(output)。例如將(0,1)輸入「AND 閘」,圖一的邏輯表告訴我們它將輸出 0;(1,1)將輸出 1,…。又如將(0,1)輸入「XOR 閘」,它將輸出 1;(1,1)將輸出 0,…。讀者應該不難用圖一的線路計算出 10+11=101(O3O2O1);10+01=011;11+11=110;…。

如果要增加「二位元」的數目[如 3 個「二位元」、4 個「二位元」…,或 8 個「二位元」的「位元組」(byte)],只要重複複製圖一 a 及 a′ 之間的線路,將它連在最後一個 a′ 上即可。所以(傳統)計算機的設計是透過「邏輯閘」操縱「二位元」來達到計算的目的。

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所以要使用傳統計算機來「解決問題」如微積分方程式或製定更好投資策略時,必須先將它們「改寫成」加減乘除及簡單邏輯(如 x 則 y)的「運算問題」。

量子位元

量子計算機也是採用「二位元」的運作,但其「二位元」非常不同於上面所提到之「二位元」:

(1)它的 0 與 1 不是電壓的不同,而是物質狀態的不同,稱為 |0> 與 |1>;

(2)它可以有同時存在於 |0> 與 |1> 的「量子疊加」狀態(quantum superposition state,註一),例如 |x>=α|0>+β|1>(|α|2+|β|2=1);

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(3)當你去測量時,因「波函數坍縮」(wave function collapse)只能得到或然率分別為 |α|2 及 |β|2 的 |0>或 |1> 狀態而已,不能有中間的混合態!

這樣的「二位元」因為具有量子物理的特性,因此稱之為「量子位元」(qubit)。原子的自旋(spin)就是具有這樣的特性,因此可作為量子計算機的「量子位元」。

等一等,電壓不是也可以模擬(1)及(2)嗎?例如 0 代表 0 伏特電壓,1 代表 5 伏特電壓,那麼 0.8(4伏特電壓)不是代表由 80% 的 5 伏特電壓和 20% 的 0 伏特電壓組成的嗎?原則上不錯,但就出現了一個實際設計上的問題:電壓一定要很穩定(註二)。這事實上正也是量子計算機設計上的最大挑戰之一:如何保持「量子位元」的穩定?設計高品質的「量子位元」極具挑戰性:如果「量子位元」與其環境沒有充分隔離,它就會遭受「量子退相干擾」(quantum decoherence),在計算中引入雜訊、錯誤、或崩潰。當然,電壓是沒辦法模擬(3)的:如果允許「疊加」態,測量電壓只能得到「疊加」電壓 4 伏特,不可能量到 0 伏特或 5 伏特。但事實上更嚴重的問題是:電壓沒辦法模仿兩個「量子位元」的「量子糾纏」(quantum entanglement)態:

χ>=12(00>+11>)

這狀態是由兩個「量子位元」組成的,而每個「量子位元」是由兩個狀態組成,因此理論上應該共有四個狀態(00, 01, 10, 11)才對;但上式中卻缺少了 |01> 及 |10> 兩個狀態!

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量子(邏輯)

量子計算機的設計與傳統計算機類似,不同的是它用「量子邏輯閘」(quantum logic gate)來操縱「量子位元」。在量子電路模型中,「量子邏輯閘」(或簡稱「量子閘」)是在某些量子位元上運行的基本量子電路,它們是量子電路的組成部分,就像傳統邏輯閘是傳統數位電路的組成部分一樣。在介紹「量子閘」之前,因為「量子位元」可以同時存在於 |0> 與 |1> 之間的狀態,因此用向量(vector)及矩陣(matrix)來表示將比較方便。例如以 |0> 及 |1> 為基底向量(basis vector,可以想成傳統上的 XY 座標軸),「量子位元」|0>、|1>、|x>=α|0>+β|1>將分別為:

如果用向量來表示量子位元,那麼「量子閘」將是一矩陣。

傳統計算機中的「NOT 閘」將 1 改成 0 輸出、0 改成 1 輸出,量子計算機中也有類似的「NOT 量子閘」能將 |0> 改成 |1> 輸出、|1> 改成 |0> 輸出、上面的 |x> 改成:

1α2+β2[βα]

輸出。

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「阿達瑪閘」(Hadamard gate) 是一基本量子閘,它能將量子位元從單一的確定狀態(|0⟩ 或 |1⟩)轉換為測量任一結果均為 50% 機率的量子疊加態(參見圖二)。「CNOT 閘」是一雙量子位元操作閘:

[1000010000010010]

作用於 H|0> 及另一 |0> 結合的雙量子位元可以得到一量子糾纏態,其電路圖為

圖 / 作者提供

量子計算機

在結論前讓我們在此以一實際的例子來說明量子計算機可能提供的優勢。為了避免難懂的數學,我們在這裡只能用一最簡單的、不實用、但在開發量子演算法技術上佔有很重要歷史地位的例子:1985 年「量子計算之父」所提出的德意志演算法。德意志演算法用量子計算機解決了一個簡單的問題:給一只能輸入 0 或 1、只能傳回 0 或 1 的函數 f(x),我們如何知道 f(0) 是否等於 f(1)?

圖 / 作者提供

圖三告訴我們如果用傳統的計算機,我們必須用 0 及 1 分別詢問這個函數兩次才可能得到答案:0 表示 f(0)=f(1);1 表示 f(0)≠f(1)。但因為量子位元可以有疊加狀態,我們可以先透過「阿達瑪閘」將 |0> 轉變成 |0> 及 |1> 疊加態後再詢問

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Q f : [ ( 1 ) f ( 0 ) 0 0 ( 1 ) f ( 1 ) ]

得到答案後再透過一次「阿達瑪閘」,我們就可以測量結果:如果測得 |0> 則表示 f(0)=f(1); 測得 |1> 則表示 f(0)≠f(1)。有興趣的讀者不妨親自演算一下,驗證筆者沒有算錯(註三)。

德意志演算法利用了量子力學的疊加性及波函數的干涉性,成功地只詢問一次就得到了答案,所以我們可以在這裡吹噓:量子計算機只要用傳統計算機一半的時間就可以解決問題。事實上 Lov Grover 1996 年提出一個搜尋(註四)演算法證明了:當傳統計算機需要使用 ~N 次詢問才能得到答案,量子計算卻只要使用 次求值,就能以高機率找到產生特定輸出值之黑盒函數的唯一輸入(註五):也就是說如果傳統計算機需要 100 年,量子計算機只需要 10 年!所以量子計算機將全面改變我們的…(請讀者填空)。但這不是好像看到一隻黑烏鴉,就說全世界烏鴉都是黑的一樣嗎?

結論

希望在瞰完本文後,讀者對量子計算機有初步的了解,不再只是個空洞的名詞而已。像其它新興科技一樣,我們將時常看到充滿著樂觀、承諾、與「突破」的報導,如去年底谷歌(Google)宣稱「(新的量子晶片)在不到五分鐘的時間內完成了一個「標準基準計算」(standard benchmark computation),而當今最快的超級電腦則需要 1025 年―這個數字遠遠超過了宇宙的年齡」,及最近微軟(Microsoft)發布了全球首款採用拓撲核心架構的量子晶片,謂創建了更穩定、可擴展的量子位元,「有望」讓量子計算機「更接近」解決複雜問題。

但我們都知道量子物理已經有百年的歷史,這知識為我們創造了空前的社會繁榮,因此我們不免要問:以它為基礎的量子計算機科技,為什麼經過了 40 年還是只停留在完成「標準基準計算」、「有望」、更接近」、…等等「空談」的階段,交不出一張實用的成績單(註六)?…什麼時候它才能真正為我們解決一有「突破」就被提到的複雜問題,如增強網路安全,徹底改變材料科學、新藥、和醫學的研發,優化財務模型、製定更好的投資策略等等承諾?

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量子計算之父德意志說:「因為我們確信量子系統一般無法在傳統電腦上有效模擬,量子運算未來最重要的應用可能是量子系統的電腦模擬。」諾貝爾物理獎得主費曼也持相同的看法。現在報章雜誌的報導都是渉及量子計算機所面臨的硬件設計挑戰;但翻閱證明其可行性的演算法後,筆者覺得如何將上面所提到之巨觀世界的實用問題,「改寫成」能利用量子運算獨特功能來解決之微觀世界的量子系統,可能才是一項更重大千萬倍的挑戰!

圖 / US National Weather Service

這使筆者想起了核融發電的問題。第一顆使用核子分裂的原子彈於 1945 年 8 月在日本廣島爆炸,6 年後年美國愛達荷州的實驗增殖反應器用核分裂產生可用電力,又三年後蘇聯的奧布寧斯克核電廠將核能所產生的電連結到電網。1952 年 11 月 1 日美國在馬紹爾群島引爆了第一顆氫彈。氫同位素核融反應除了比核分裂釋放更多的能量外,不會產生有害的長期放射性廢物;加上氫或氘在自然界中既便宜又豐富,為一種長期、可持續、經濟和安全的發電能源燃料,因此核融發電成為 1950 年代後期全世界先進國家追求的目標;報張雜誌三不五時便有「突破」的報導;但 1960 年到現在,65 年過去了,我們還是「祇聞樓梯響,不見人下來」,甭說看不到一座實用的核融發電廠,能勉強收支平衡的實驗就算是「突破」了。筆者認為量子計算機很可能將步其後塵:雷聲大雨點小、或根本不下雨(註七)!

註解:

  • (註一)許多科普文章多用「丟擲硬幣來比喻」,謂在空中旋轉之硬幣就是同時存在於正、反兩面的狀態。這顯然完全不懂量子物理:在空中旋轉之硬幣從來沒有同時存在於兩種狀態,它只是很快地在兩種狀態中轉來轉去而已!
  • (註二)正是因為要避免這一問題,所以傳統計算機設計採用「有」與「沒有」的二元電壓。不只如此,早期的計算機為了偵測錯誤,8 位元的位元組還多加了一位冗餘位元(詳閱「錯誤訊息的偵測與修正」,科學月刊 2009 年 3 月號或《我愛科學》)。
  • (註三)先謝了。但請注意:筆者忽略了要求或然率等於 1 的常數如 1/2。
  • (註四)在未以任何特定方式排序或組織的N項資料庫中尋找特定項目。
  • (註五)因為傳統計算機每次只能問一項,所以大約要問 N 次才能得到答案;量子計算機可以「疊加」態一次詢問所有的項目,但因天下沒有白吃的飯,所以每次詢問只能得到或然率的答案,需要重複詢問 ~N 才能將或然率提高到相當肯定的地步。
  • (註六)寫到這裡筆者突然了解為什麼一直對量子計算機「突破」的報導不感興趣:一則沒有新理論,再則好像全是空談,沒有解決實際問題的內容。
  • (註七)2023 年 5 月,領導微軟量子運算工作的副總裁、「技術院士」 Matthias Troyer 在《ACM 通訊》上撰寫了一篇題為「擺脫炒作與實用性:切實實現量子優勢」(Disentangling Hype from Practicality: On Realistically Achieving Quantum Advantage)的論文,指出量子電腦能夠提供有意義優勢的應用數量比某些人認為的要有限;謂量子電腦只有在解決小數據問題時才能真正發揮其指數級加速的作用。他補充說:「其餘的都是美麗的理論,但不會付諸實踐」。

延伸閱讀:

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此獲有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪,IBM顧問研究化學家退休 。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲它轉載我的科學月刊上的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」。

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害怕做胃鏡?膠囊內視鏡提供無痛新選擇
careonline_96
・2025/07/11 ・2215字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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提問:請問何時會建議接受胃鏡檢查?

李青長醫師:因為胃鏡的檢查,我們是從喉嚨進去,經過食道、到胃、到十二指腸的一個完整的影像檢查。所以當病人他如果有一些吞嚥困難、喉嚨不適、有異物感,或是長期有一些溢酸水、火燒心的狀況,或是上腹痛,或是說他有解黑便的現象、體重減輕,或是他長期、或是這段時間有在使用止痛藥的病人,都是做胃鏡的適應症。

提問:如果沒有任何症狀,需不需要做胃鏡?

李青長醫師:其實胃癌、食道癌的初期,病人是沒有什麼症狀的。所以你以症狀來區分說要不要做胃鏡,其實是有些風險。所以我會建議說,有胃癌、有食道癌的家族史,或者是說本身你有抽菸、喝酒,或長期使用一些止痛藥物的病人,其實你是可以定期的接受胃鏡的檢查,以期能早期發現病灶,做早期的治療。

提問:請問胃鏡檢查的方式有哪些?

李青長醫師:傳統的胃鏡是 0.8 公分的直徑,經鼻的胃鏡是 0.4 公分的直徑。 另外一個就是可以做膠囊內視鏡,它可以清楚地呈現食道、胃、十二指腸的影像診斷。

提問:請問傳統胃鏡的禁忌症為何?

李青長醫師:第一個,有不穩定的心肺功能的狀況,譬如說最近有心肌梗塞,或者是說他是慢性阻塞性肺病的病人、有睡眠呼吸中止症,或是肥胖的病人,其實這些都是做傳統內視鏡相對的禁忌症。另外一種病人就是說有出血傾向的病人,比如說他有在吃一些抗凝劑、沒辦法停藥的病人。第三類的病人來講的話,高麻醉風險的病人,或者他對麻醉鎮靜劑過敏的病人來講,其實他都是接受傳統胃鏡檢查的禁忌。

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提問:請問什麼是膠囊內視鏡?

李青長醫師:膠囊內視鏡就是把傳統的一公尺長的內視鏡,縮小成五塊錢硬幣大小的一個膠囊,就跟魚肝油膠囊一樣,一個那麼小的膠囊,吞服上可以讓病人降低他的不適感。所以做膠囊內視鏡,它不需要麻醉,而且它是一次使用性,不會有交叉感染的風險。對病人來講的話,在吞服以後,它不像傳統胃鏡檢查,你沒辦法說話。膠囊內視鏡的檢查過程當中,病人是可以自由跟醫生溝通,可以看著影像跟醫生對話,所以這是一個很好的醫病互動的檢查過程。

提問:請問哪些狀況適合使用膠囊內視鏡?

李青長醫師:第一個,年紀比較大的病人來講的話,他們對於做檢查的耐受度比較低的。第二個,從來沒有接受過胃鏡檢查、很焦慮的,尤其是年輕人,其實是適合做膠囊內視鏡的檢查。還有就是說,他是高危險麻醉風險的病人,像肥胖的、或者做過胃繞道手術的,或是近期有心肌梗塞過的病人,或是說有睡眠呼吸中止症的病人,這些都是麻醉風險比較高的族群,他就適合做清醒的膠囊內視鏡的檢查。

提問:請問膠囊內視鏡的檢查流程?

李青長醫師:為了確保影像的清晰,所以我們會請病人在檢查前空腹六到八個小時。來以後,我們就讓他配水吞服膠囊內視鏡。在這個過程當中,我們就可以立即地做影像的呈現。因為施作當中,病人是清楚的,而且他因為沒有傳統胃鏡的束縛,所以醫病之間是互相溝通,看著影像討論。原則上它會完整的呈現從食道、胃、到十二指腸的影像,整個檢查過程,大概10到15分鐘。

提問:請問膠囊內視鏡的使用有何限制?

李青長醫師:因為膠囊內視鏡最主要還是要靠病人吞嚥下去,所以有吞嚥障礙的病人,或者有一類病人,就是他有裝心律調整器的病人,是沒辦法接受膠囊內視鏡的檢查。不然其他的只要能夠接受傳統內視鏡檢查的病人,都是可以做膠囊內視鏡。

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李青長醫師:有一個大概五十幾歲的病人,他是因為食道覺得有一點點異物感,可是他又很怕做胃鏡。後來知道我們有膠囊內視鏡的檢查以後,他來做了膠囊內視鏡。做了膠囊內視鏡以後,發現他在上消化道的地方有一個大概 0.5 公分的小小瘜肉。我們後來,請他去做了切片檢查以後,發現他是一個早期的食道癌。也因為他有早期接受膠囊內視鏡的檢查,沒有延遲治療的機會。所以說,瘜肉切除後,整個食道癌就治療結束,不需要再做任何的化療跟放射治療。

李青長醫師:現在有新的檢查工具,希望大家不要因為害怕做胃鏡,而耽誤到自己疾病治療的先機。您可以藉由這樣一個簡單的檢查,讓自己知道食道、消化道的健康狀況。有疾病,我們早點治療,沒疾病,我們要做好保養。我想這樣才能永保安康!

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