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酵母的身世之謎:不要問我從哪裡來,我的故鄉在遠方—《酒的科學》

商周出版_96
・2016/12/12 ・4602字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
  • 自有了文明以來,人類花了一萬年的歲月,欲罷不能地提煉著一種「元素」,那是儀式及慶典中不可或缺的一部分。人類與酒精的關係,在發酵、蒸餾、熟陳和品嘗的過程中不斷不斷循環。認識了酒製作過程,像是重新認識了人類歷史上的一個環節。在這篇文章中,將從酒的靈魂——酵母談起,人類終於發現將糖份變成酒精的背後有這樣的一群肉眼看不見的生物催化……

了解酵母菌是促成發酵的幕後推手後,思考的方向開始有所改變,也引起了不同的疑問:為什麼發酵的結果有好有壞? 哪種酵母最好用?到了 1880 年初期,酵母引發的爭論已然接近尾聲,但尚未結束。

此時,羅伯.科霍(Robert Koch)正專注於細菌的研究。他率先使用大量創新的實驗方式,並以瓊脂做為培養基液,讓細菌在培養皿中繁殖生長。這個作法在今天的業界習以為常,在當時卻是非常先進的技術,而科霍更藉此締造了包括分離出炭疽菌和肺結核菌等許多偉大的成就。接著,科霍進一步制定了一系列沿襲至今的推論法則,用來驗證各種疾病的致病微生物。

啤酒發酵過程中產生的氣泡。為什麼發酵的結果有好有壞? 哪種酵母最好用?圖 / By Ildar Sagdejev, GFDL, wikimedia commons
啤酒發酵過程中產生的氣泡。為什麼發酵的結果有好有壞? 哪種酵母最好用?圖 / By Ildar Sagdejev, GFDL, wikimedia commons

愛彌兒克里斯提安韓森(Emil Christian Hansen)是丹麥的微生物學家,他在 1882 年秋天拜訪了科霍的實驗室。韓森當時任職於嘉士伯釀酒廠(Carlsberg Brewery),這是一家經典拉格啤酒(lager,淡啤酒)的供應商,可是生產的啤酒不但口感太苦而且還有異味。

韓森認為科霍的方法可以用來處理啤酒中的微生物,於是著手進行研究,最後得以運用科霍的技術分別培養出酒廠釀造中使用的四種不同酵母菌種。韓森逐一檢驗並排除每個菌種,終於找到問題的癥結;事實上,他發現只有「嘉士伯一號底層酵母」可以用來釀造出優良的啤酒。於是,酒廠開始使用此單一菌種來釀造啤酒;韓森並在 1908 年將該菌種命名為「嘉士伯釀酒酵母菌種」(S. carlsbergensis。(生物學家格外在乎命名;早在基因定序法出現之前,生物分類學者們便為每一種真菌的細微特徵及行為爭論其歸屬。韓森認為自己發現的不是一個相似菌株,而是一種完全不同的酵母菌種,所以必須與懸浮於釀液表面、比較像是用來製造濃稠愛爾啤酒的釀酒酵母有所區別。)嘉士伯菌株,或是乾脆認同韓森的分類,稱之為「菌種」,是一種拉格啤酒的釀造酵母,在釀製過程中會沉積於釀液底部。

為什麼釀造過程有些酵母菌會懸浮,有些會沉積?

某些酵母在釀造過程中會凝結並下沉──稱為「絮凝作用」,其實這在今天仍然是釀酒商與研究人員面對的問題之一。愛爾啤酒的酵母不太容易凝聚,所以會懸浮於發酵物的頂層;而拉格啤酒的酵母凝聚性很強,往往會凝結並沉積於底部。當使用酵母來研究癌症或人體新陳代謝時,絮凝作用會是令人頭痛的問題。高黏度的酵母使用起來並不方便,但是在釀造特別口味的啤酒,或打算釀造完成後回收酵母,你便會希望能夠掌握這些凝聚物的位置。

我們知道,頂層發酵的酵母菌細胞壁是水分難以穿透的,理論上比較容易附著於二氧化碳氣泡而隨之浮起。底層發酵的酵母菌表面會形成糖蛋白複合物的枝芽,使得它們能夠發揮「魔鬼氈」一般的效果彼此沾黏。酵母菌經過攪拌器處理後,表面的髮狀枝芽(業界稱為「菌毛」〔fimbriae〕)會被剝離,如此一來,原本的絮凝體也就不再絮凝了。

釀造拉格啤酒使用的底層發酵酵母,例如韓森的嘉士伯釀酒酵母菌種(目前又稱為巴氏酵母〔S. pastorianus〕,在命名上更加混亂了),已經成為全球釀酒業使用的主要酵母菌種。然而,啤酒及葡萄酒的釀酒師們並不在意絮凝作用,因為酵母將糖全部分解後,保持絮凝狀態比較容易移除。這或許可以說明,為何經過幾個世紀的菌種篩選,釀造者使用的菌種會產生絮凝作用,野生菌種則往往不會。不過,巴氏酵母是靠著人類才能長存茁壯,它只存在於釀酒的世界。沒人知道它從何而來,也沒人真正曉得任何一種酵母是如何來到人類的世界──它們的原生起源為何?另外,人類又是怎麼發現這些可以用來做出可口麵包和啤酒的酵母菌呢?

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人類是怎麼發現這些可以用來做出可口麵包和啤酒的酵母菌呢?圖 / By Katrin Gilger @ flickr, CC BY-SA 2.0

我們馴化了酵母菌?

這些問題引起了遺傳學家賈斯汀費伊(Justin Fay)的興趣。他從 2000 年初便開始向人們收集各種酵母菌樣本,在轉任至華盛頓大學進行研究工作後,他發現可以利用基因定序技術來找到一些答案。

「儘管來自實驗室有關釀酒酵母的資訊多到目不暇給,我們卻真的不太清楚酵母菌是從哪兒來的,」費伊說,「而人們取得的樣本,大多來自麵包店、釀酒廠與葡萄酒莊。所以,當時的想法是,酵母菌有點像是人類飼育的狗或牛,是一種經過馴化的物種。」不過後來人們開始送來更多的樣本,或將它們存放在如英國酵母菌種中心這類活體資料庫中;在這些樣本的採集地,酵母菌都沒有為人類服務過,其中有許多來自樹木或醫院。「問題是,」費伊說道,「它們是否跟流浪狗一樣,是從葡萄酒莊逃出來的?還是確實擁有野生菌種祖先的身分呢?」

酵母菌:不要問我從哪裡來(我自己也不知道......。圖/By Bob Blaylock - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11456513
酵母菌:不要問我從哪裡來(我自己也不知道……)。圖/By Bob Blaylock – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

費伊所謂的馴化,指的是將某個野生物種馴服的過程。其實,費伊還提出一個更恰當的說法:「按照我們的需要,對一個物種進行特別的改造,使它可以替我們從事特定的工作。」這就不僅是訓練一隻動物那麼簡單了。馴化代表要在馴服過程中,從基因上做出改變、培育產生某些特性,以便能夠世代相傳下去。舉例來說,牛就是經過馴化的物種,人類食用牠的肉、飲用牠的乳汁,但是從來沒人見過野生的乳牛。農場上的母豬是生不出野豬的(差別在野豬的獠牙及凶暴的個性)。

對於某些物種,科學家們就比較清楚,或至少能夠判斷牠/它們被馴服的時點,這要歸功於基因定序技術。如同費伊想用在酵母菌上的方法,科學家們能夠從馴化的物種和它們現存野生遠親的基因中找到差異。由於基因隨著時間發生變異的速率是可以推算的,差異愈大就代表兩者發生分歧的年代愈久遠。

為了說明野生物種與其馴化品種之間的差異,可以用一個經典實驗來描述,而且會比任何其他方法都來得清楚。1958 年,西伯利亞前蘇聯細胞及遺傳學研究中心的生物學家狄米崔貝爾耶夫(Dimitry Belyaev)做了一個研究,探討狼如何在 15,000 年前演化成狗。他帶著他的學生與同事,從附近的獸皮養殖場中收集了 130 隻銀狐,然後選擇那些最友善的──那些在餵食的時候不會畏縮在籠中,而會主動接近飼養員的(也包括那些不會咬人的)來進行繁殖培育。貝爾耶夫選來培育的銀狐只經過九代就成為溫馴的小狗。牠們看起來已像是狗──毛色多樣、耳朵鬆軟,如幼犬般下垂。這些狐狸在外觀上,其外顯型(phenotype)的生物特徵,都和所有馴化的動物雷同,而且牠們性好嬉戲,非常親人。

銀狐。圖/By Zefram - Own work (own photography), CC BY 2.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4377035
銀狐。圖/By Zefram – Own work (own photography), CC BY 2.0 de, wikimedia commons.

貝爾耶夫的實驗仍在繼續進行著。為了用於對照,實驗室同時在一個像是平行空間的區域裡,放養一批刻意未經馴化的狐狸,牠們露出利牙、咆哮嗥叫,野性似乎比其野生遠親還強。多年以來,西伯利亞的研究者還對貂類與鼠類做了類似實驗,結果也大同小異,而就在最近,遺傳學家已開始對這些狐狸採樣,嘗試將其表現型別連結到基因型別(genotype)──這是一種難以掌握的生物特徵比對,面對擁有複雜行為的生物則更加艱鉅。

從這些實驗,我們「只能」看到在人類主導下刻意造成的馴化,並無法說明人類與微生物長久以來微妙共存的關係,一種偶然之間形成的合作關係。不過,已有其他研究者付出心力。幾位匈牙利的生物學家在 2003 年發表了文獻,描述他們所做的一個類似貝爾耶夫的實驗。他們將一些剛出生的幼狼與幼犬放在一起親手餵養,長大後的狼與狗一般乖巧、同樣聰明。接著,他們在試探這些動物的群體合作表現時發現,狗兒們會向飼養者求助,狼則堅定的獨立作業。研究者宣稱,那些狗兒並非本能地認為已與人類成為群體,不過牠們就是會指望人類伸出援手。

當狼第一次脫離狼群,加入當時以狩獵採集維生的人類,以及開始試著打滾裝可愛討好人類,並了解到只要不吃人類孩童,便可睡在火邊取暖、不勞而獲吃到人類贈予的食物時,是不是已經成為《黑奴籲天錄》中的「狼科(Canis lupus)版湯姆叔叔」?說不定牠們還更加精明?當人們以為自己正在馴服牠們,其實牠們正在馴服人類

對微生物也可以進行同樣的實驗,而且實際上更為簡單。費伊手上有種稱為「奇異酵母」(S. paradoxus)的活樣本,是與啤酒酵母相近的菌種,尚未用於釀酒或實驗。奇異酵母生長在橡樹上,通常存活於樹皮或「分泌物」,即樹的汁液。它和釀酒酵母一樣也吃糖,排放乙醇。

費伊協同另一位研究者,約瑟夫班那維第斯(Joseph Benavides),盡可能地收集他們可以找到的各種酵母樣本──總共 81 種。大部分樣本來自葡萄酒莊,但是費伊及班那維第斯也取得了一些製造清酒(日本米酒)的酵母,以及蒸餾後的燒酒。樣本中還包括非洲棕櫚酒(棕櫚樹汁製成)、印尼發糕(ragi,一種發酵米糕),以及一種蘋果酒。其中共有十九件菌株來自橡樹,或是免疫系統受到破壞的醫院患者。

費伊從中隨意揀選五種基因,結果出現大約 180 種基因多形現象,亦即同種菌株的基因組出現的微小差異。經過比對之後,他發現這些菌株中最接近奇異酵母的(也就是最接近原始性狀的),是那些源於非洲及北美洲橡樹汁液中的菌株,以及來自診所的樣本。而在那些用來釀酒的菌株中,則以採自非洲的樣本最原始,接下來是葡萄酒莊和清酒用的酵母菌株,變異程度也低於其他樣本。

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大約 180 種基因多形現象,亦即同種菌株的基因組出現的微小差異。葡萄酒莊和清酒用的酵母菌株,變異程度低於其他樣本。圖 / By Denise Mattox @ flickr, CC BY-ND 2.0

費伊認為,這些結果顯示以下論點:大約在 11,900 年前,人類將非洲酵母馴化為釀酒酵母;清酒麴系出同源,出現在3,800年前;2,700 年前又衍生出葡萄酒莊使用的菌株。然而,費伊覺得自己的推斷仍欠理想,因為在計算過程中,他無法掌握一個酵母世代存續(從出生到繁衍)的確切時間,而人們在估算時動輒便以十年為單位。不過大致上,費伊推敲的數字與考古學家標註在人類最早的釀酒、清酒古物上的時間表吻合

「我們可以從中確定的是,酵母的族譜相當龐大,就像很多其他馴化的微生物與物種一樣,」費伊表示,「用來釀造葡萄酒的酵母菌形成一個族群;用來釀製清酒的酵母菌也構成一個基因相近的家族。每種不同用途的酵母,都各自對應到自己的基因模式。」


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本文摘自《酒的科學:從發酵、蒸餾、熟練至品酩的醉人之旅》,商周出版。


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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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