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公設化集合論的奧秘 (1) —純粹理念世界的萬有理論

翁 昌黎
・2014/11/25 ・2627字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 554 ・八年級
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credit: CC by Nancy Regan@flickr

文 / 翁昌黎(《孔恩vs.波普》中文譯者)

「無名,天地之始也。有名,萬物之母。」- 老子

當物理學家全心全意追尋能夠統合宇宙四種基本力量(電磁力、強力、弱力和重力)的聖杯時,這個在遠方招手的虛擬理論被賦予「萬有理論」的稱號。如果這個理論真的被找到或「製造」出來的話,那宇宙間的一切物理現象就都能從它推導出來,這是關於經驗世界的萬有理論。

但以物理學為主導的科學都建立在數學之上,也就是說數學是科學的基礎,那麼現代數學又建立在什麼上面呢?美國數學家庫能(Kenneth Kunen) 算是現代集合論的行家,他就認為現代數學的絕大部分都可以從最為人所熟知的徹美洛—法蘭寇系統(Zermelo—Frankel System),即所謂的ZF集合論中推導出來。所以我們可以合理地推論,既然集合論是數學的基礎而數學又是物理學的基礎,那麼集合論就應該是一切科學的基礎。這就是為何庫能稱集合論為純粹理念世界的萬有理論(the theory of everything)。

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現代集合論除了充當科學建築物的隱形地基之外,它本身也是20世紀發展最快速的數學分支之一,幾乎絕大部分的現代數學都建立在這套理論上面。此外,19世紀末到20世紀初的許多超酷數學發現都跟集合論有關。

公設化集合論(axiomatic set theory)誕生於徹美洛1908年的一篇論文《集合論基礎研究第一部》(Investigations in the foundations of set theory I)。在此論文中徹美洛提出了七個基本公設(axioms),隨後經由法蘭寇和史柯倫(Skolem)在1922年和電腦之父馮紐曼(von Neumann)在1925年的改進和修定,完善了當今ZF集合論的基本架構。這套理論原來的目的是企圖用精確化的形式語言和公設化方法來重建康托集合論(Cantorian set theory),因為康托在他的集合論裡製造出一個以前的數學理論中都不存在的龐大怪獸家族—那就是無限大。更糟的是,無限大居然不只一種,這就是所謂的康托超限集合(Transfinite Sets)。

康托之前的數學家大多認為一個數不管多大總是有限的,所以無限大根本就不是一個數,只是一種潛在狀態。也就是說你可以把一個有限數目不斷往上加,因此無限大只是一種持續過程,一個永不完結的努力,但它本身絕不會是一個已完成的物件。可是康托卻違反當時的數學行規,認為無限大不只是一種潛在狀態而是一種現成的存在,無限大可以構成集合,它就在那裡,並非只是有限數的持續累加過程。

康托的這種觀點激怒了許多當道的主流數學家,他們痛恨康托這種離經叛道的荒唐「邪說」,必欲除之而後快,而歷史的悲劇往往就是真理確實只掌握在少數人手裡。康托沒有因被打壓而停手,他發現無限大不只有一種而是有許多等級,意思就是說有一種無限大比另一種無限大還要大。這下可頭痛了,既然都說是無限大了,怎麼還能夠比大小?更糟的是,這種大小等級不只一級而是許許多多,事實上有無限多種無限大。康托的目光望向遠方,他要把無限大的等級推到理性的極致…

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明白了吧,現代集合論是為了處理這種超級大怪獸才應運而生的,所以沒有談及無限大的集合論只不過是哄小孩的把戲。在一般人的理解裡,集合常被比喻成一種群聚,像是牧場的圍欄一樣將它的牲口圈在裡面。比如八隻羊、七頭牛、兩隻鴨都可以構成一個集合,這些動物就是這個集合裡的元素。這種隱喻又可以簡化成把集合看作一個麻袋,裡面裝的東西稱為元素,比如2個蘋果3支鉛筆之類。

多麼簡單明白的比喻,原來所謂高深的現代集合論就那麼回事!弄兩個圍欄,抓5個麻袋就能懂了,沒上過學的老農夫都能理解。但這種常用的比喻卻是錯的,而且大錯特錯!舉個最簡單的例子,一個蘋果可以分屬於不同的集合,但如果說集合就是裝有這顆蘋果的麻袋的話,那這顆蘋果如何同時放在不同的麻袋中呢?你可能會說不要同時放就行啦,但當我們要表述兩個集合的交集(intersection) 時,用麻袋作比喻問題就來啦。

比如麻袋集合A放了一個蘋果和兩根芹菜,麻袋集合B放了三根香蕉、兩顆草莓和那個蘋果,所以兩個麻袋集合的交集正好是那個蘋果。如果採用麻袋作比喻,那這顆蘋果如何既放在A麻袋又放在B麻袋中呢?你會爭辯說集合中的元素是抽象地歸屬於一個集合,所以那顆蘋果既不是真的放在A袋中也不是放在B袋中,我們只是在想像中將其裝入袋中而已。

乍聽之下似乎言之成理,但這樣解釋不就等於承認將元素與集合的關係看成麻袋與袋中物件的比喻是不恰當的,因為這個比喻連交集都解釋不了,就更別提處理其他更複雜的問題了。所以不管是麻袋或牧場圍欄,或其他類似的將東西圈在一個範圍之內的比喻通通沒有掌握到集合的根本性質。那怎麼樣理解才是正確的呢?什麼樣的比喻才更貼切呢?我們先來看看公設化集合論中的基本假設是什麼。

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公設化集合論只允許兩個未定義概念,一個是集合(set) ,另一個是成員(is an element of),用符號∈來表達。集合論中的所有事物都是集合,意思是在集合的宇宙中除了集合之外沒有其他東西。而這些集合之間也只有一種關係存在,那就是∈,對任何兩個事物a、b而言,如果關係a∈b成立,那我們就說a是b的成員或a是b的元素。除了這種成員關係之外集合之間沒有任何其他的關係存在。這就是集合論的宇宙純淨簡潔優美之處,在其中只有一種事物,只有一種關係,其他的一切都是從這裡衍生出來的。

在a∈b成立的情況下,一般教科書會說b是個含有a元素的集合。這樣說原本也沒大錯,但容易讓人誤以為a和b是兩種不同的東西,包含在集合b之下的a叫做元素,包含有a元素的b叫集合,於是就有了我們以上所說的麻袋比喻,麻袋裡的東西(蘋果、麵包、葡萄等)叫做元素,包含元素的整個麻袋叫做集合。

但事實上a和b都是集合,因為剛剛說過在集合論的世界裡所有的東西都是集合,並沒有也不需要集合之外的東西。為什麼會有這種誤導存在呢? 因為所謂成員或元素並不是與集合有別或比集合低一個等級的其他事物,只有當我們用來指稱兩個集合之間的關係時才有所謂成員或元素的稱呼,並非有兩類事物,大的叫集合小的叫元素。

麻袋比喻產生的誤導因此更加突顯,因為麻袋裡裝的往往不是麻袋而是其他不具裝載功能的事物(水果和麵包等),這就容易讓人產生不當聯想,以為集合與其成員之間有著根本差異。公設化集合論厲害之處正在於光憑這兩個基本概念就建立起所需要的一切。

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到目前為止我們還未說明什麼才是集合的正確類比,但有一點可以說明的是,公設化集合論將集合和成員都當成未定義名詞,也就是它們本身不具有意義,我們不能問集合是什麼,因為集合本身就是最基本的東西了。集合唯一的意義來源於公設對它們所作的規定和限制。那麼正確的類比到底是什麼?那就等下回再分解了!

文章難易度
翁 昌黎
18 篇文章 ・ 4 位粉絲
中央大學哲學研究所碩士,曾籌劃本土第一場「認知科學與佛教禪修系統」對話之大型研討會,於1995年6月在法光佛教研究所舉行,並發表文章。後隱居紐西蘭,至今已20載。 長年關注「意識轉變狀態的科學」和「意識本質的科學與哲學」問題,曾與大寶法王辯經教授師拿旺桑結堪布成立「大乘佛教禪修研究中心」。其他研究興趣為「唯識學」、「超個人心理學」、「數理邏輯」、「公設化集合論」和「後設數學」等等。

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【suno AI】五音不全也沒關係,讓 AI 幫你唱歌!這些 AI 是怎麼做到音樂生成的?
泛科學院_96
・2024/04/18 ・459字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

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不知道大家有沒有被傳說中的OO緊縮術攻擊,總之小編是中招了。

有時候一個人上網也是挺無助的,手足無措的我就想了解一下歌曲生成的魔法是怎麼出現的。

今天就讓我們來評測一下線上歌曲生成的服務,順便說說這些聲音生成是怎麼做出來的。

廢話不多說,讓我們開始吧!

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你有用過什麼更好笑,更好用的 AI 音樂生成工具呢?

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想看剪片的打+1,想看女友的打 <3

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泛科學院_96
29 篇文章 ・ 38 位粉絲
我是泛科學院的AJ,有15年的軟體測試與電腦教育經驗,善於協助偏鄉NPO提升資訊能力,以Maker角度用發明解決身邊大小問題。與你分享人工智慧相關應用,每週更新兩集,讓我們帶你進入科技與創新的奇妙世界,為未來開啟無限可能!

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降低罹癌風險這樣做!肝癌預防、晚期治療一把罩
careonline_96
・2024/04/17 ・2301字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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罹癌就得放棄工作?晚期肝癌口服標靶藥助彈性兼顧工作與生活!晚期肝癌治療圖文懶人包

台灣肝癌每年約有上萬名新確診的肝癌個案,其中又以 45 歲以上、具備勞動生產力的族群佔多數 。而肝癌因早期症狀不明顯,直到腫瘤較大才可能出現腹脹、腹痛、黃疸等症狀,等到確診肝癌時已有約三成患者為不適合手術治療的晚期〔1〕,且疾病惡化速度快〔2〕。臺大醫院癌症微創中心黃凱文主任指出,根據最新的癌症登記報告,110 年新增的罹病數中 45 歲以上男性近七成〔1〕。可見對於勞動階級的威脅之大,罹病後可能嚴重他們的生活與生計。

發現時為時已晚的肝癌

晚期肝癌新藥藏自費風險,健保申請成功率不到五成

針對早期肝癌,一般會先評估進行手術治療。黃凱文醫師說明,中晚期肝癌除了使用手術局部治療外,若病人的狀況許可,還可進行全身性藥物治療,包括標靶藥物、免疫藥物等。晚期肝癌的健保用藥中,目前有一線藥物三種藥物,病人只要符合相關條件,醫師便會協助申請使用,其中有一項是新通過的標靶加免疫藥物的免疫治療組合〔3〕

然而最新的藥物並不一定對病患就是最好的藥物。黃凱文醫師提醒:「目前健保規定三種藥物中只能擇一給付,倘若治療效果不明顯想改用其他藥物,接下來病人有可能要自費使用。」而新藥標靶加免疫的治療組合,相對於另外兩款藥物,健保給付條件較嚴格,如果半年內腫瘤沒有持續縮小,健保便不再給付〔4〕。若要自費繼續使用,經濟負擔就相當沉重。

「就我個人的經驗而言,第一次申請新藥大約只有四成晚期病人可以滿足健保給付條件,而後續第二、三次申請中,目前僅有一半病人能夠續用新藥。」對於健保續用狀況,黃凱文醫師如此分享。

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晚期肝癌治療解析

選擇適合的治療方式,穩定用藥維持生活品質

健保通過新藥後,肝癌治療選擇增加,黃凱文醫師指出,標靶加免疫的治療組合與口服標靶藥物的反應率、治療成效相近,不過標靶加免疫的治療組合採用針劑注射,病人需要每三週回診接受治療;而口服標靶藥,只要在家服藥每日一到兩次,病人無需每月來回跑醫院,回診次數相對少很多,對生活及工作影響也較小。

現階段晚期肝癌的治療,標靶藥物與免疫藥物都能發揮治療成效。在這些治療選項中並沒有絕對較好的選擇,重點在於適不適合。黃凱文醫師說明,醫師都會與家屬、病人詳細討論。綜合考量,每個人的健康狀況、家庭環境、經濟考量後,共同決策選擇合適的藥物。

由於肝癌早期沒有症狀,具有危險因子的民眾一定要定期追蹤檢查,早期發現、早期治療能夠達到較佳的預後。黃凱文醫師提醒,B 型肝炎或 C 型肝炎帶原者應該及早接受治療,現在已有成效卓越的抗病毒藥物,能夠避免肝臟持續發炎,降低罹癌風險。若確診中晚期肝癌,請不要灰心。黃凱文醫師說,肝癌的治療藥物持續在進步,治療選擇也越來越多。病人只要和醫療團隊密切配合,按部就班接受治療,便有機會達到長期存活!

降低肝癌風險

筆記重點整理

一、 肝癌初期大多沒有症狀,在台灣,新增的肝癌個案中約三成肝癌患者在確定診斷時便是中晚期肝癌,不適合接受手術治療。肝癌的危險因子有很多,包括病毒性肝炎(如 B 型肝炎、C 型肝炎)、肝硬化、脂肪肝、體重過重、酒精性肝炎、抽菸、黃麴毒素、家族病史等。

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二、 針對早期肝癌,一般會先評估進行手術或消融治療。而中晚期肝癌,除了使用手術局部治療外,若病人的狀況許可,還可進行全身性藥物治療,包括標靶藥物、免疫藥物等。

三、 標靶加免疫的治療組合與口服標靶藥物的反應率、治療成效相近,不過標靶加免疫的治療組合採用針劑注射,病人需要每三周回診接受治療,而口服標靶藥,只要在家服藥每日一到兩次,有助減少回診次數,對生活與工作的影響較小。

四、 新藥的健保給付條件相對較嚴苛,如果半年內腫瘤沒有持續縮小,健保便不再給付,患者需要自費使用藥物。

五、 現階段晚期肝癌的治療,標靶藥物與免疫藥物都能發揮治療成效。在這些治療選項中並沒有絕對較好的選擇,重點在於適合患者個人的狀況。

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參考資料

  1. 衛生福利部 110 年癌症登記報告
  2. Nathani, P., Gopal, P., Rich, N., Yopp, A., Yokoo, T., John, B., Marrero, J., Parikh, N., & Singal, A. G. (2021). Hepatocellular carcinoma tumour volume doubling time: a systematic review and meta-analysis. Gut, 70(2), 401–407. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-321040
  3. 衛生福利部 全民健康保險藥物給付項目及支付標準共同擬訂會議藥品部分第 62 次會議紀錄
  4. 衛生福利部 藥品給付規定

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careonline_96
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少了目鏡的數位顯微鏡
顯微觀點_96
・2024/04/16 ・1996字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

顯微鏡在觀察微小物體上發揮非常重要的作用,但傳統光學顯微鏡通常愈將倍率放大,景深就愈淺,在觀察立體的生物標本或是組織切片,觀察者無論怎樣調焦,依然無法獲得完全清晰的圖片。數位顯微鏡便能解決這樣的問題。

數位顯微鏡和光學顯微鏡最大的差異在於觀察方式。數位顯微鏡不像傳統顯微鏡透過目鏡來觀察,而是使用數位相機獲取畫面,再將即時畫面投影到連接的電腦螢幕。

三要件組成數位顯微鏡

數位顯微鏡結合了傳統光學顯微鏡、數位多媒體和數位處理技術,其成像系統通常包括三個模組:顯微鏡光學模組、資料擷取模組、數位影像處理和軟體控制模組。

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顯微鏡光學模組執行顯微成像的功能,將欲觀察的樣本影像聚焦。一旦聚焦,資料擷取模組就會將影像以數位格式儲存在感光元件,如 CCD(電荷耦合裝置‍)或 CMOS‍(互補式金氧半導體),再透過 USB 或其他介面傳輸到電腦儲存裝置。

軟體控制模組則是整個數位顯微鏡系統的核心,可即時控制、優化擷取的影像,並加以處理、分析測量。尤其隨著功能更強大的電腦出現,數位顯微影像可以得到更有效和高效的處理,例如可以取代手動計數功能,或是快速推疊或拼接影像。

公式

Dtot 表示景深,λ 是照明光的波長,n 是物鏡至觀察物體間介質的折射率,NA 是物鏡的數值孔徑

e 是放置在顯微鏡物鏡圖像中,可分辨的最小距離,M 是橫向總放大倍率

從公式可以看到,景深和總放大倍率幾乎成反比。而以過去難以同時兼備的高倍率和大景深來說,使用顯微鏡調整焦點,搜尋並到達分佈在不同深度的樣本後,再以數位成像設備捕捉分佈在這些深度的所有清晰影像,傳輸到電腦就能產生高品質、清晰的影像。

另外,也可結合雷射和共軛焦顯微鏡觀察不同深度的橫斷切面影像,再利用電腦影像處理和 3D 重建演算法,便能可以獲得高解析度的立體輪廓,進而觀察複雜的細胞骨架、染色體、細胞器和細胞膜。

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數位顯微鏡的電腦即時處理也常應用在動態或活體(in vivo)檢測的研究中,例如細胞膜潛在變化、藥物進入組織或細胞膜的過程等。

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數位顯微鏡的倍率計算

傳統顯微鏡的總放大倍率為目鏡倍率 x 物鏡倍率,既然數位顯微鏡拿掉了目鏡改以數位相機、電腦取代,該如何計算總放大倍率呢?

數位顯微鏡除了光學放大倍率,還必須考慮數位放大倍率,因此總放大倍率=光學放大倍率 x 數位放大倍率

  • 光學放大倍率:物鏡放大倍率 x C 型轉接環放大倍率

由於連接顯微鏡和相機通常有一個 C 型轉接環(C-mount),且內建鏡頭。因此必須先將物鏡放大倍率乘以轉接環的放大倍率。

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  • 數位放大倍率=螢幕(顯示器)尺寸/感光元件尺寸

數位放大倍率必須考慮的元素有螢幕和感光元件。通常螢幕的對角線尺寸以英吋為單位,因此必須先將測量值轉換為毫米(mm);以 19 吋顯示器為例,其對角線測量值則為 19 吋 x 25.4=482.6 (mm)。

感光元件尺寸同樣以對角線的測量值來計算。以 1” 的晶片來說,其對角線測量值為 16(mm)。

感光元件規格(英吋)對角線
1″12.89.316
2/3″8.86.611
1/1.8″7.25.49
1/2″6.44.88
1/2.5″5.84.37
1/3″4.83.66
1/4″3.22.44

因此若以 10X 的物鏡搭配 0.67X 的 C 型轉接環,變焦 5X 後使用 2/3”CMOS 攝錄器拍攝並投影在 24 吋螢幕上。此時總放大倍率為:10 X 0.67 X 5 X 24 X 25.4 / 11 = 1856.5 (倍)

不過,隨著技術的不斷進步,數位顯微鏡和光學顯微鏡間的界限變得越來越模糊,有些數位顯微鏡採用更多光學元件,光學顯微鏡也採用了數位相機技術;相信打破藩籬的那一天指日可待。

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參考資料

  1. Digital vs. Optical Microscopes: An In-Depth Comparison
  2. How to Calculate Microscope On-Screen Magnification
  3. Chen, X., Zheng, B., & Liu, H. (2011). Optical and digital microscopic imaging techniques and applications in pathology. Analytical cellular pathology (Amsterdam)34(1-2), 5–18.

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。