0

6
1

文字

分享

0
6
1

「世界是怎麼來的?」古希臘哲學家向科學邁出的第一步

寫點科普,請給指教
・2017/06/09 ・8675字 ・閱讀時間約 18 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

好啦,針對「顛覆世界的「電腦」是怎麼誕生的呢?」這個問題,讓我們從最源頭的地方開始討論起吧。關於電腦這個概念的出現,要先從西方的哲學思維,與歷史上三次的數學危機講起。所以我們今天就要來先介紹西方重要的古希臘哲學思想基礎啦!

哲學從哪來的呢?一天到晚聽到的「形上學」是什麼意思?

聽到畢達哥拉斯只知道勾股定理嗎?你知道他還是希臘影響力和傳播度最深遠的學派之一嗎?

你知道阿基里斯追烏龜的芝諾悖論嗎?芝諾說:世間萬物的運動都是假的。為什麼呢?

蘇格拉底、柏拉圖和亞里斯多德的思想到底是什麼呢?

古希臘文化是西方文明的驕傲。西方哲學、政治學,甚至是數學、物理、生物學… 等科學的思想根源,沒有一項智力活動不是從古希臘流傳下來。因此我們不能不清楚被稱為「西方文化之源」的古希臘哲學。

哲學家問:世界是怎麼來的?

你曾好奇過:「萬物是怎麼來的」這個問題嗎?世界是怎麼形成的呢?

這個問題好像很蠢,你一定在想:為什麼沒事要探究這個問題呢,明天還有考試、哪家餐廳好吃的不得了、該買新衣服了……之類的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但還是讓我們來思考一下:如果晚上和朋友聚餐時,朋友是用「飛」的進了餐廳,你會有什麼反應?

你可能會尖叫著把叉子摔在腳上。因為我們已經習慣了「人不會飛」的這件事,因此看到了不同於習慣的場景、我們會驚慌失措。

但對一個孩子而言,「人會飛」或許和「人坐在一個大鐵盒裡就能飛在天上」的新奇感是一樣的。

這世界的變動不斷發生,世上的種種都是新奇的、變幻莫測的。哲學家便是懷抱著好奇心,探究著:世界是怎麼來的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
太陽神阿波羅

關於這個問題,神話告訴我們:太陽神駕著馬車橫過世界帶來光明,或是年獸吃人、雷公打雷。希臘的主神宙斯、中國的玉皇大帝、印度的梵天……。

數千年來,人類慣於用我們的想像解釋這個世界,直到哲學家們提出疑問為止。希臘哲學家企圖證明:這些解釋是不可信賴的。

西元前六百年左右,希臘人透過航海貿易和殖民擴張,在希臘本土、小亞細亞與義大利南部建立起了一個個作為貿易樞紐的城邦。由於希臘土地貧脊,城邦居民無論是必需品、還是手工業產品,都要透過進出口貿易。

商業活動與奴隸制的興盛,也讓契約關係與法律規範的重要性,逐漸取代了傳統農業民族的血緣宗法制,比如財產法、遺產法、債務法等維護個人私有財的法律。各城邦採取的政治形態不一,然而無論是君主制還是民主制,都必須遵從法律規範。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
希臘人正用口頭宣告律法

當所有的勞力工作皆轉嫁到奴隸身上,市民們也開始有了更多的閒暇時間投注在思考上。另外這種強調法律、規範與準則的普世價值,也啟發了希臘人:什麼是宇宙萬物的源頭與規範。

哲學一詞 Philosophia 即「愛智慧」,發掘離感官經驗最遠、包含著萬物最普遍原理的知識體系。

這種不以實用性為優先考量、而將知識本身作為終極目標的學術特點,我們現在稱之為「形上學」,便是從希臘哲學家開始的一種嶄新的思考方式。亞里斯多德也指出:智慧就是有關某些原理與原因的知識。

而最早的希臘哲學家被稱為「自然派哲學家」,觀察著大自然與其循環變化,包括了幾個學派:米利都、畢拉哥拉斯、伊利亞學派等。就這樣,哲學脫離了神話與宗教的範疇,朝向科學邁出了第一步。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
與米開朗基羅、達文西並稱「文藝復興三傑」的義大利藝術家拉斐爾,在其「雅典學院」這幅畫中,將古希臘、羅馬和文藝復興的義大利等不同時期的哲學家全集中在一個空間,表現對人類智慧的讚美。今天就是要來帶大家認識這幅畫裡面的人。

自然派哲學家:探討萬物從何而來

1. 米利都學派:有一種基本物質是萬物之原

米利都學派是西元前 600 年左右,由泰利斯(Thales)所創,他出生於小亞細亞的希臘殖民地米利都,對於數學和哲學具有卓越的貢獻。

如何推算出金字塔高度?如何測量海面上的一艘船到自己的距離?準確預測日蝕?泰利斯不但一一成功解答,還率先提出了「證明」這個在數學上重要的核心方法,使古代數學開始發展成嚴密的體系。因此他也被稱為「數學之父」。

然而泰利斯之所以能成為哲學之父,只說了一句話:「水是萬物之原」。

這個說法對於現代的我們可能看起來很可笑,但要注意的是,在此之前希臘人對於宇宙起源的理解都是來自於神話傳說。泰利斯是第一個思考「什麼是萬物之原」的哲學家。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

首先,泰利斯使用自然物質來解釋自然界;相較於傳統用超自然的神話理由來解釋自然萬物,這是人類理性思維的一個發端。再來是他以「一」來解釋「多」,用一個簡單的原理來說明複雜的現象,可以說是尋找一個系統性的真理,將萬物歸因於單一元素。

至於泰利斯為什麼會認為萬物之原是「水」這個元素,他並沒有說明。由於四大古文明傍水而生,不僅希臘、埃及等神話中皆視水為重要命脈,希臘本身亦以海洋貿易作為經濟來源,可能都對於泰利斯提出水本原說有一定的影響。

然而比起認為「萬物是由單一元素組成」,泰利斯的學生阿納克西曼德(Anaximander)顯然不認同他的老師。

在畫中找到阿納克西曼德了嗎?

阿納克西曼德想,水、土、礦石……等等都是自然界中已存在的元素,既然如此,你要怎麼能讓「具體的」自然物質生成其他「具體的」物質呢? (難道砂石也是由水組成的嗎)所以本原應當是混沌的、無限的,阿納克西曼德稱之為「Apeiron」,認為這才是真正的萬物本原。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在被稱為「Apeiron」的混沌中,具體的物質生成、殞滅,最後回歸混沌。

雖然對於「Apeiron」究竟是什麼東西,阿納克西曼德並沒有解釋;他只說:總之這東西不是任何具體有型的物質。

但這仍然是一個重大突破——相較於泰利斯認為自然元素的背後是自然元素、兩者同樣都是具體之物,阿納克西曼德使用抽象的概念去描述具體的自然元素。這已經是形上學的開端,革新了哲學思維。

但這個「Apeiron」到底是什麼?不講清楚的話大家還是不懂啊!別擔心。你的心聲,畢達哥拉斯聽到了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2. 畢達哥拉斯學派:數本原說(拜數教)

一般人對於畢達哥拉斯(Pythagoras)這個名字,可能唯一的印象就是國中學過的畢氏定理(直角三角形的兩邊長平方和等於斜邊平方)。還有多邊形內角和為 (n-2) π 、發現了無理數的存在(由於撼動畢氏學派的信念,被視為機密)。

然而畢氏在哲學上的貢獻,與後續對巴門尼德、柏拉圖等哲學家,與基督教教義的影響之深遠,近乎傳奇。在當時,畢氏學派也是規模最大、影響最廣的學派。

尋找畢達哥拉斯吧!

畢達哥拉斯是阿克納西曼德的學生,也受到了米利都學派與「Apeiron 本原說」的影響。畢達哥拉斯與其學派門人信奉:「萬物皆數」(All is number),認為萬物本原是「數字」。

你可能會想:「數本原」聽起來還是跟「水本原」聽起來很像啊?

不不,他們的思想有著根本上的差異。

水、土、氣、火……,都是自然界中具體的物質形態。但你能在自然界中找到一個「數」嗎?比如說 2 ?

2 是一個抽象的符號,在自然界中並不存在 。我們無法透過感官聞到、觸摸到「2」,但它仍能在抽象中存在在我們的思維中。

萬物間彼此都有數量關係,然而能夠抽象出一個數字來表達這樣的關係,卻耗費了人類相當長的時間。數學家羅素曾說:「『2』隻雞和『2』天的 2 是一樣的,人類卻花了數千萬年才理解。」

當泰利斯提出了「水本原」,他的學生阿納克西曼德說:「一項具體的物質怎麼能產生其他物質呢?本原應當是不存在在自然界的混沌!」

但因為阿納克西曼德又沒有清楚到底這個抽象的「Apeiron」到底是什麼,畢達哥拉斯的「數本原說」,可以說是對此加以改進的結果。雖然數是抽象的概念,但它在抽象思維中又是具體的、有規律、有架構的。

從具體的自然之物(水)、到不具體的自然之物(Apeiron),最後到了具體的抽象之物(數),我們終於成功超脫感官的蒙蔽,找到一種解釋世界與人生本質的方式。這也是真正的形上學——用抽象的架構說明實在的世間萬物。

由於最原始也最容易被感知到的數是「正整數」,因此正整數也被稱為「自然數」。畢達哥拉斯的數學研究也是正整數與正整數之比。

他認為:自然界是被合理的安排好了的。一切現象都是按一個精密的的規律進行的,而這個規律就是數學,世界即是建立在數學原理之上。比如:能生成萬數的「1」是萬物之母、「4」和「9」平方數代表公正、「8」是愛情(因為音樂有八度音)。

看起來又有點宗教的意味在了?畢達哥拉斯事實上就是一位哲學家、數學家、神秘學家,繼承了義大利南部的神秘教派俄耳甫斯教關於「靈魂」、「輪迴轉世」的教義。

傳說中有次畢達哥拉斯遇到一隻被打的狗時,叫道「不要打它,它是我一個朋友的靈魂,我能從吠聲中認出他」。不過在此之前,希臘人並沒有「靈魂」與「肉體」不同、還能分離的概念。後來柏拉圖繼承了這個概念、後續又融入到了基督教教義中。

3. 伊利亞學派:變化的日常世界是不真實的

揭開感官幻象、真理實際為抽象的這個努力,還有一個學派。西元前 500 年,希臘在義大利南部的殖民地伊利亞 (Elea)。還記得同樣位於南義大利的畢氏學派嗎?這個地方充滿了宗教和神秘學的色彩。

巴門尼德在哪呢?

伊利亞學派學者巴門尼德(Parmenides)曾和畢氏學派學者頻繁往來,也非常瞭解米利都等學派的看法。在這樣的基礎下他寫了一首詩,描述他遇見了一位女神、而這位女神為他指點了兩條道路,一條叫「意見之路」、一條則是「真理之路」。

  • 「意見之路」:存在不存在,非存在存在。
  • 「真理之路」:存在存在,非存在不存在。

巴門尼德認為,唯有永恆、唯一、不變化不運動的東西才是存在的。世間萬物都是處於變化之中,只要是變化流動的事物也都是轉瞬即逝的,因此這些東西都是「非存在」。

既然水、氣等等,都包含在我們經驗的世界,故也都是非存在。然而米利都學派將非存在(水)當作萬物的本原、也就是將「非存在」視為存在,因此是意見之路,而非真理。

巴門尼德認為:能被思考、被表述的,比如思想和語言必定是存在,因為我們無法把非存在的事物放進心靈,唯一能思考的只有存在。(如:數學的永恆性,數學定理必定為存在;巴門尼德同時也是位數學家)所以真理之路存在存在、非存在不存在。

但這個「存在」到底是什麼東西呢?存在既不在過去也不在未來,是一個單一的整體。因此它既不被產生、也不會被消滅,也就是完整且連續的「一」。

巴門尼德的論證,也被認為是史上第一個完整的哲學論證。

簡單來說,我們感官感覺不到的宇宙萬物真相,實乃「永恆唯一」且「不生不滅」、「不變不動」的存在。因此感官與肉體為假、思想與精神為真。

當然你可能正忍不住想:你怎麼能說我們現在所感受到的東西通通是不存在呢?當時的人們正也是這樣想的,巴門尼德的思想受到不少嘲諷。

為了替他的老師辯論,巴門尼德的學生芝諾(Zeno)提出了一系列的悖論、欲從反面去證明:如果事物是「動」的、會比「靜」的荒謬;事物是「多」的、會比「一」荒謬。故變化的日常世界才是不真實的,存在是唯一且不動的。

其中知名的包括「箭矢悖論」與「阿基里斯悖論」:

  • 「箭矢悖論」:箭在飛行過程中的任何瞬間都有固定位置,則可知一枝動的箭是所有不動的集合,所以可導出:一根箭是不可能移動的。
  • 「阿基里斯悖論」:讓烏龜在阿基里斯前面 1000 米處開始,並且假定阿基里斯的速度是烏龜的 10 倍。當比賽開始后,若阿基里斯跑了 1000 米,設所用的時間為 t,此時烏龜便領先他 100 米;當阿基里斯跑完下一個 100 米時,他所用的時間為 t/10,烏龜仍然領先他 10 米。當阿基里斯跑完下一個 10 米時,他所用的時間為 t/100,烏龜仍然領先他 1 米…。

(歡迎參考 TED-Ed 製作的芝諾悖論介紹,記得開中文字幕)

關於阿基里斯悖論,芝諾解釋道:阿基里斯能夠繼續逼近烏龜,但絕不可能追上它。 直覺上,人一定跑得贏烏龜不是嗎?但芝諾問出了這個問題:你不能解釋人變化位置為什麼能比烏龜快。

芝諾悖論揭示了人們思維中一些似是而非、或似非而是的矛盾現象,對於無限的連續性和可分性的探索也非常深刻;然而要解決這個問題卻始終差了臨門一腳、遲至一千多年後的 17 世紀,才由萊布尼茨和牛頓發展出了微積分成功解釋。

上面我們大致介紹完了古希臘幾位著名的的自然派哲學家。除此之外還有其他眾多不同的思想包括:

  • 赫拉克利特的萬物變動觀:相較於伊利亞學派,赫拉克利特主張萬物都是變化的、流動的——「不可能在同一條河中踏入兩次」,第二次涉水時,我們已不處在原先的狀態、河水也不是本來流過我們腳下的河水了。
  • 恩培多克勒的四元素說:主張萬物是由風、氣、火、水四種元素構成
  • 德謨克里斯的原子說:相信每一種事物都是由最小單位(原子)所組成。由於西元前 470 年蘇格拉底的出現,開啟了一個思想上的新時代,故這些西元前 600-470 年的自然派哲學家又被稱為「前蘇格拉底時期哲學家」。

簡單來說,這些哲學家拒絕傳統神話對自然現象的解釋,依靠觀察和推理闡明自然界的真相,並嘗試回答:

  • 世上萬物從哪來?
  • 我們如何解釋萬物組成的本質?
  • 是否能用數學來描述它們?

接下來,讓我們進到雅典的三賢者時代。

雅典三聖賢:蘇格拉底、柏拉圖與亞里斯多德

1. 蘇格拉底:自知無知

大約西元前 450 年左右,哲學發展聚集到了古希臘最大的城市:雅典;之所以會如此,有一說是因為當時雅典的議會、法庭等民主制度成形的關係。

相較於自然派哲學家關切的是自然的本質,雅典哲學家關注的主題則是人與社會間的關係、人與人如何共同生活。

比如詭辯學派和蘇格拉底。詭辯學派是蘇格拉底時代最受歡迎的學說。由於詭辯學家們多四處遊歷、見識到各地不同的政治制度和價值觀,比如殺人在希臘違法,但對於其他地區而言可能則是一件稀鬆平常的事情。

該學派最有名的一句話即為:「人是萬物的尺度(Homo Mesura)。」 基本主張是:善良、真理、正義都與人本身的利益相關,所以沒有絕對的真理與是非標準。

再加上當時正值波斯對希臘戰爭,時局變動、人心惶惶,執政者只要能抓住演說技巧即能獲得群眾支持,使得辯士廣為流行。(當時還有許多人開班授課教人如何演說抓住人心,是否有點像現在的文案行銷課呢)

然而蘇格拉底則試圖證明:世間存在絕對的真理與道德。

蘇格拉底在圖中是穿著綠色衣服貌不驚人的胖子噢,不是回頭的小帥哥。

蘇格拉底早年在一些智者門下學習,之後生命中的絕大部分時間都用於和雅典城中每一個人談話辯論,內容包括美德、正義、平等。

蘇格拉底說:「我是個精神上的助產士,幫助別人產生他們自己的思想。」提倡人們應當認識做人的道理、過有道德的生活。他也很討厭詭辯學派用知識來賺錢的行為,因此把哲學家定義為「愛好智慧的人」(Philo-sopher)以劃清界線。

另外蘇格拉底也曾說:「鄉野的樹木不能教我任何事情」與「我只知道一件事情,就是我一無所知。」認為自然是哲學的目的不在於認識自然,而在於認識自己。

到後來,蘇格拉底卻因腐蝕雅典青年思想的罪名被判處死刑。其一生毫無著作,卻激勵了眾多門徒。而今我們透過柏拉圖的《對話錄》來了解這位啟發西方兩千五百年的偉大哲人。

2. 柏拉圖:理型的世界

自然學派哲學家關注「自然界的變動與不動」、詭辯學家與蘇格拉底關注「人類道德的變動與不動」,柏拉圖師事蘇格拉底、又受到自然派學家的影響,對於兩個問題都相當關心,因此他嘗試找到一個真理能掌握這世間。

左邊這個最高調最明顯的就是柏拉圖啦!手指天,代表著關注於理型的世界。 猜猜右邊的人是誰呢?

面對「唯一且不變不動」與「流動變化」的迥異學說,柏拉圖該怎麼處理呢?

他認為,我們所能感知到的物質世界,是由一個「理型的世界」所複製過來的,並用洞穴比喻來描述這個理論:有一群囚犯背對著被關在一個洞穴中。

在他們的面前有一堵牆,身後則燃燒著一堆火。由於囚犯們在牆上看到身後事物的影子,因此以為這些影子就是真實的事物的樣貌。比如我們見到的眾多不同樣貌的馬、只不過是「馬」的完美理型投射的殘影。太陽也只是「光明」這個理型的殘影。

當有個囚犯掙脫了束縛、轉身看到了真正美麗的世界,回過頭來想說服洞穴裡的人「牆上的影子不是事物真實的樣子」、只是單調無趣的殘影,卻被其他人認為是在說謊、希望能殺掉他(如果其他囚犯們的手能掙脫的話)。

這個故事闡述了哲學家如何試圖找到世間的真理、卻不被世人所接受,比如柏拉圖被判死刑的老師蘇格拉底。

而柏拉圖真正要說的,是利用這個故事來告訴我們:人類感官所能感受到的只是理型世界粗糙的複製品(牆上的影子),各種現象的背後有一個永恆不變、完美且至善的「理」。世間萬物都是對這個理型世界的拙劣模仿,因此理型才是人類所要追求的目標。

人類的靈魂原先是活在這個理型世界,然而一旦靈魂降生到了肉體上,卻忘記曾經處在這個完美的理型。

對於柏拉圖來說,最理想的生命歷程是:當我們透過感官、感受到這個不完美的世界時,靈魂會渴望著掙脫肉體的枷鎖、回到理型的世界。但大部分的人這輩子都受困於理型世界的倒影,無法真正的達到至善的境界。

3. 亞里斯多德:邏輯

亞里斯多德雖然是柏拉圖的學生,卻有著截然不同的哲學思想——他認為感官的世界是重要的,因此才有了一句名言:「吾愛吾師,吾更愛真理。」

和柏拉圖激烈爭辯的男子正是亞里斯多德。手指地,象徵他認為知識是透過經驗觀察所獲得的概念。

對柏拉圖而言,研究哲學是為了找到比感官世界更高層次的完美理型。然而亞里斯多德認為:理型、也就是事物的形式,只能與事物共同存在。

再來是,如果說世間的馬是對於「理型馬」的模仿,你要怎麼去證明這件事呢?說不定理型馬也是參考了另外一隻「更加理型的馬」才創造出來的。我們雖然試圖想要找到具體世界背後的真相,同時卻也在虛構了另一種世界。

也就是說,世界上的馬沒有更高一層次的「真正的馬」。人類不是因為靈魂中看過「真正的馬」才知道世間上的馬是「馬」。所謂的「馬」的概念,是從人類的感官中形成的觀念。

藉由馬的形式(長臉、蹄、鬃毛)、與雞的形式(尾羽、肉冠),也就是「特徵」,我們分辨出馬與雞的差異,也就是馬和雞屬於不同的種類。

亞里斯多德把自然當作科學研究的客觀對象、並進行科學分類,使得自然科學逐漸演變為許多獨立的學科。也因此,亞里斯多德創建了邏輯學,試圖找出事物的真理。最有名的方法莫過於三段論法:

  • 凡馬皆有馬蹄。(第一前提)
  • 蒙古馬是馬。(第二前提)
  • 蒙古馬有馬蹄。(結論)

亞里斯多德的一生堪稱是百科學書般的研究者,著作超過 170 種,涵蓋哲學、物理、生物學、心理學、天文學、邏輯學、政治學、美學……。其所奠定的形式邏輯以及建立科學體系的方法論,後續也影響了歐幾里德的數學研究與其名著《幾何原理》。

所以世界是怎麼來的?

關於古希臘哲學家的各大思想便到這邊告一段落。讓我們回到一開始的問題:世界是怎麼來的?自然是怎麼運作的?人與人之間該如何共處?

自然是怎麼來的,由泰利斯(水本原)、阿納克西曼德(Apeiron)、畢達哥拉斯(數本原)、伊利都學派(不變不動且唯一的存在)等自然派哲學家試圖解答。有說法認為自然萬物恆久不變、也有人認為萬物恆常變化(赫拉克利特),然而都是人類從神話時代到理性思維的所邁出的一大步。

人與人之間該如何共處,受到了雅典哲學家的關注,如:詭辯學派、蘇格拉底等人,探討美德是永恆不變、還是變動的。

最後,柏拉圖與亞里斯多德對於兩個問題皆相當重視,前者認為「萬物只是理型世界的倒影」,後者則反駁:「萬物的形式就是其具備的特徵」。

在探討哲學的過程中,我們可以發現幾乎每一位哲學家都是基於他的老師或前人的哲學思想上不斷的思辨、再去做改良革新。

泰利斯是阿納克西曼德的老師、阿納克西曼德是畢達哥拉斯的老師、畢氏學者和巴門尼德來往甚密、巴門尼德是芝諾的老師、蘇格拉底是柏拉圖的老師、柏拉圖是亞里斯多德的老師……,顯然他們提出的哲學理論,沒有一個是全盤接收老師的說法:都是參考了自己的老師、卻得出了和老師大相逕庭的結論。

當研究哲學時,務必瞭解當時的時代背景、與他們關注的課題,使用該哲學家的眼光看待世界。若一個人剛剛讀到一位哲學家便能宣布:「我不認同他的觀點」、或「他的觀點很荒謬」,只說明你還沒有看懂。

對一個初初接觸哲學的人來說,思維能力尚未成熟;而凡是能在史上留名的哲學家,都是該時代絕頂天才的人物。我們能做的只是站在巨人的肩膀上,知道當時他為什麼這麼想、知道後續哲學家對於此觀點的其他想法。然後藉此去理解、促進我們的理性思維。

理性思維最重要的特點就是把主觀和客觀分離、把握客觀規律,所以西方哲學在古希臘誕生的同時也就是西方科學精神的誕生,可以說哲學是所有學科之始。若無千年以前的古希臘哲學家,就沒有思辯精神、沒有現代科學,甚至不可能會出現電腦。

之後的文章開始,我們會為讀者介紹康托爾、希爾伯特、哥德爾等推動電腦科學的數學家。除了數學家的身分、他們同時也是哲學家,後續會再提起他們所依恃的古希臘哲學思想,瞭解他們是如何因此而發掘真理。

  • 註:有限於本次討論的主題圍繞在「電腦是怎麼出現的」,在這邊只介紹與我們接下來要討論的內容有所相關的哲學思想;另外由於篇幅限制,上述哲學家的學說介紹為簡化過的內容,尚不能涵蓋所有該哲學家的深厚理念,歡迎有興趣的讀者進一步研究。

本文轉載自寫點科普,請給指教。 ,原文標題:《世界是怎麼來的─西方文明與科學的起源:古希臘哲學》

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
寫點科普,請給指教
2 篇文章 ・ 3 位粉絲
我是Lynn,【寫點科普,請給指教】是一個針對各產業現況進行科普的寫作計畫, 期望能用淺顯易懂的文字,讓讀者瞭解各產業領域的運行規則,以培養思考與觀察力的敏銳。

0

2
1

文字

分享

0
2
1
「融合蛋白」如何全方位圍剿狡猾癌細胞
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/11/07 ・5944字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

我們知道癌症是台灣人健康的頭號公敵。 為此,我們花了很多時間介紹最新、最有效的抗癌方法之一:免疫療法

免疫療法中最重要的技術就是抗體藥物。科學家會人工製造一批抗體去標記癌細胞。它們就像戰場上的偵察無人機,能精準鎖定你體內的敵人——癌細胞,為它們打上標記,然後引導你的免疫系統展開攻擊。

這跟化療、放射線治療那種閉著眼睛拿機槍亂掃不同。免疫療法是重新叫醒你的免疫系統,為身體「上buff (增益) 」來抗癌,副作用較低,因此備受好評。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但尷尬的是,經過幾年的臨床考驗,科學家發現:光靠抗體對抗癌症,竟然已經不夠用了。

事情是這樣的,臨床上醫生與科學家逐漸發現:這個抗體標記,不是容易損壞,就是癌細胞同時設有多個陷阱關卡,只靠叫醒免疫細胞,還是難以發揮戰力。

但好消息是,我們的生技工程也大幅進步了。科學家開始思考:如果這台偵察無人機只有「標記」這一招不夠用,為什麼不幫它升級,讓它多學幾招呢?

這個能讓免疫藥物(偵察無人機)大進化的訓練器,就是今天的主角—融合蛋白(fusion protein)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
融合蛋白(fusion protein)/ 圖片來源:wikipedia

融合蛋白是什麼?

免疫療法遇到的問題,我們可以這樣理解:想像你的身體是一座國家,病毒、細菌、腫瘤就是入侵者;而抗體,就是我們派出的「偵察無人機」。

當我們透過注射放出這支無人機群進到體內,它能迅速辨識敵人、緊抓不放,並呼叫其他免疫單位(友軍)一同解決威脅。過去 20 年,最強的偵查機型叫做「單株抗體」。1998年,生技公司基因泰克(Genentech)推出的藥物赫賽汀(Herceptin),就是一款針對 HER2 蛋白的單株抗體,目標是治療乳癌。

這支無人機群為什麼能對抗癌症?這要歸功於它「Y」字形的小小抗體分子,構造看似簡單,卻蘊藏巧思:

  • 「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」。
  • 「Y」 字形的「尾巴」就是我們說的「標籤」,它能通知免疫系統啟動攻擊,稱為結晶區域片段「Fc 區域」。具體來說,當免疫細胞在體內巡邏,免疫細胞上的 Fc 受體 (FcR) 會和 Fc區域結合,進而認出病原體或感染細胞,接著展開清除。

更厲害的是,這個 Fc 區域標籤還能加裝不同功能。一般來說,人體內多餘的分子,會被定期清除。例如,細胞內會有溶酶體不斷分解多餘的物質,或是血液經過肝臟時會被代謝、分解。那麼,人造抗體對身體來說,屬於外來的東西,自然也會被清除。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而 Fc區域會與細胞內體上的Fc受體結合,告訴細胞「別分解我」的訊號,阻止溶酶體的作用。又或是單純把標籤做的超大,例如接上一段長長的蛋白質,或是聚乙二醇鏈,讓整個抗體分子的大小,大於腎臟過濾孔的大小,難以被腎臟過濾,進而延長抗體在體內的存活時間。

偵測器(Fab)加上標籤(Fc)的結構,使抗體成為最早、也最成功的「天然設計藥物」。然而,當抗體在臨床上逐漸普及,一個又一個的問題開始浮現。抗體的強項在於「精準鎖定」,但這同時也是它的限制。

「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」/ 圖片來源:shutterstock

第一個問題:抗體只能打「魔王」,無法毀掉「魔窟」。 

抗體一定要有一個明確的「標的物」才能發揮作用。這讓它在針對「腫瘤」或「癌細胞本身」時非常有效,因為敵人身上有明顯標記。但癌細胞的形成與惡化,是細胞在「生長、分裂、死亡、免疫逃脫」這些訊號通路上被長期誤導的結果。抗體雖然勇猛,卻只能針對已經帶有特定分子的癌細胞魔王,無法摧毀那個孕育魔王的系統魔窟。這時,我們真正欠缺的是能「調整」、「模擬」或「干擾」這些錯誤訊號的藥物。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

第二個問題:開發產線的限制。

抗體的開發,得經過複雜的細胞培養與純化程序。每次改變結構或目標,幾乎都要重新開發整個系統。這就像你無法要求一台偵測紅外線的無人機,明天立刻改去偵測核輻射。高昂的成本與漫長的開發時間,讓新產線難以靈活創新。

為了讓免疫藥物能走向多功能與容易快速製造、測試的道路,科學家急需一個更工業化的藥物設計方式。雖然我們追求的是工業化的設計,巧合的是,真正的突破靈感,仍然來自大自然。

在自然界中,基因有時會彼此「融合」成全新的組合,讓生物獲得額外功能。例如細菌,它們常仰賴一連串的酶來完成代謝,中間產物要在細胞裡來回傳遞。但後來,其中幾個酶的基因彼此融合,而且不只是基因層級的合併,產出的酶本身也變成同一條長長的蛋白質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

結果,反應效率大幅提升。因為中間產物不必再「跑出去找下一個酶」,而是直接在同一條生產線上完成。對細菌來說,能更快處理養分、用更少能量維持生存,自然形成適應上的優勢,這樣的融合基因也就被演化保留下來。

科學家從中得到關鍵啟發:如果我們也能把兩種有用的蛋白質,「人工融合」在一起,是否就能創造出更強大的新分子?於是,融合蛋白(fusion protein)就出現了。

以假亂真:融合蛋白的HIV反制戰

融合蛋白的概念其實很直覺:把兩種以上、功能不同的蛋白質,用基因工程的方式「接起來」,讓它們成為同一個分子。 

1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。

麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。

一旦成功結合,就會啟動一連串反應,讓病毒外殼與細胞膜融合。HIV 進入細胞內後會不斷複製並破壞免疫細胞,導致免疫系統逐漸崩潰。

為了逆轉這場悲劇,融合蛋白 CD4 免疫黏附素登場了。它的結構跟抗體類似,由由兩個不同段落所組成:一端是 CD4 假受體,另一端則是剛才提到、抗體上常見的 Fc 區域。當 CD4 免疫黏附素進入體內,它表面的 CD4 假受體會主動和 HIV 的 gp120 結合。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

厲害了吧。 病毒以為自己抓到了目標細胞,其實只是被騙去抓了一個假的 CD4。這樣 gp120 抓不到 CD4 淋巴球上的真 CD4,自然就無法傷害身體。

而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。

不過,這裡有個關鍵細節。

在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。

從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思

融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。

我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。

不過,如果你只是單純把兩段基因硬接起來,那失敗就是必然的。因為兩個蛋白會互相「打架」,導致摺疊錯亂、功能全毀。

這時就需要一個小幫手:連接子(linker)。它的作用就像中間的彈性膠帶,讓兩邊的蛋白質能自由轉動、互不干擾。最常見的設計,是用多個甘胺酸(G)和絲胺酸(S)組成的柔性小蛋白鏈。

設計好這段 DNA 之後,就能把它放進細胞裡,讓細胞幫忙「代工」製造出這個融合蛋白。接著,科學家會用層析、電泳等方法把它純化出來,再一一檢查它有沒有摺疊正確、功能是否完整。

如果一切順利,這個人工設計的融合分子,就能像自然界的蛋白一樣穩定運作,一個全新的「人造分子兵器」就此誕生。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一。而且現在的融合蛋白,早就不只是「假受體+Fc 區域」這麼單純。它已經跳脫模仿抗體,成為真正能自由組裝、自由設計的生物積木。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一 / 圖片來源:wikipedia

融合蛋白的強項,就在於它能「自由組裝」。

以抗體為骨架,科學家可以接上任何想要的功能模組,創造出全新的藥物型態。一般的抗體只能「抓」(標記特定靶點);但融合蛋白不只會抓,還能「阻斷」、「傳遞」、甚至「調控」訊號。在功能模組的加持下,它在藥物設計上,幾乎像是一個分子級的鋼鐵蜘蛛人裝甲。

一般來說,當我們選擇使用融合蛋白時,通常會期待它能發揮幾種關鍵效果:

  1. 療效協同: 一款藥上面就能同時針對多個靶點作用,有機會提升治療反應率與持續時間,達到「一藥多效」的臨床價值。
  2. 減少用藥: 原本需要兩到三種單株抗體聯合使用的療法,也許只要一種融合蛋白就能搞定。這不僅能減少給藥次數,對病人來說,也有機會因為用藥減少而降低治療成本。
  3. 降低毒性風險: 經過良好設計的融合蛋白,可以做到更精準的「局部活化」,讓藥物只在目標區域發揮作用,減少副作用。

到目前為止,我們了解了融合蛋白是如何製造的,也知道它的潛力有多大。

那麼,目前實際成效到底如何呢?

一箭雙鵰:拆解癌細胞的「偽裝」與「內奸」

2016 年,德國默克(Merck KGaA)展開了一項全新的臨床試驗。 主角是一款突破性的雙功能融合蛋白──Bintrafusp Alfa。這款藥物的厲害之處在於,它能同時封鎖 PD-L1 和 TGF-β 兩條免疫抑制路徑。等於一邊拆掉癌細胞的偽裝,一邊解除它的防護罩。

PD-L1,我們或許不陌生,它就像是癌細胞身上的「偽裝良民證」。當 PD-L1 和免疫細胞上的 PD-1 受體結合時,就會讓免疫系統誤以為「這細胞是自己人」,於是放過它。我們的策略,就是用一個抗體或抗體樣蛋白黏上去,把這張「偽裝良民證」封住,讓免疫系統能重新啟動。

但光拆掉偽裝還不夠,因為癌細胞還有另一位強大的盟友—一個起初是我軍,後來卻被癌細胞收買、滲透的「內奸」。它就是,轉化生長因子-β,縮寫 TGF-β。

先說清楚,TGF-β 原本是體內的秩序管理者,掌管著細胞的生長、分化、凋亡,還負責調節免疫反應。在正常細胞或癌症早期,它會和細胞表面的 TGFBR2 受體結合,啟動一連串訊號,抑制細胞分裂、減緩腫瘤生長。

但當癌症發展到後期,TGF-β 跟 TGFBR2 受體之間的合作開始出問題。癌細胞表面的 TGFBR2 受體可能突變或消失,導致 TGF-β 不但失去了原本的抑制作用,反而轉向幫癌細胞做事

它會讓細胞骨架(actin cytoskeleton)重新排列,讓細胞變長、變軟、更有彈性,還能長出像觸手的「偽足」(lamellipodia、filopodia),一步步往外移動、鑽進組織,甚至進入血管、展開全身轉移。

更糟的是,這時「黑化」的 TGF-β 還會壓抑免疫系統,讓 T 細胞和自然殺手細胞變得不再有攻擊力,同時刺激新血管生成,幫腫瘤打通營養補給線。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」。就像 1989 年的 CD4 免疫黏附素用「假受體」去騙 HIV 一樣,這個融合蛋白在體內循環時,會用它身上的「陷阱」去捕捉並中和游離的 TGF-β。這讓 TGF-β 無法再跟腫瘤細胞或免疫細胞表面的天然受體結合,從而鬆開了那副壓抑免疫系統的腳鐐。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」/ 情境圖來源:shutterstock

告別單一解方:融合蛋白的「全方位圍剿」戰

但,故事還沒完。我們之前提過,癌細胞之所以難纏,在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

而近年我們發現,癌細胞的「偽良民證」至少就有兩張:一張是 PD-L1;另一張是 CD-47。CD47 是癌細胞向巨噬細胞展示的「別吃我」訊號,當它與免疫細胞上的 SIRPα 結合時,就會抑制吞噬反應。

為此,總部位於台北的漢康生技,決定打造能同時對付 PD-L1、CD-47,乃至 TGF-β 的三功能生物藥 HCB301。

雖然三功能融合蛋白聽起來只是「再接一段蛋白」而已,但實際上極不簡單。截至目前,全球都還沒有任何三功能抗體或融合蛋白批准上市,在臨床階段的生物候選藥,也只佔了整個生物藥市場的 1.6%。

漢康生技透過自己開發的 FBDB 平台技術,製作出了三功能的生物藥 HCB301,目前第一期臨床試驗已經在美國、中國批准執行。

免疫療法絕對是幫我們突破癌症的關鍵。但我們也知道癌症非常頑強,還有好幾道關卡我們無法攻克。既然單株抗體在戰場上顯得單薄,我們就透過融合蛋白,創造出擁有多種功能模組的「升級版無人機」。

融合蛋白強的不是個別的偵查或阻敵能力,而是一組可以「客製化組裝」的平台,用以應付癌細胞所有的逃脫策略。

Catch Me If You Can?融合蛋白的回答是:「We Can.」

未來癌症的治療戰場,也將從尋找「唯一解」,轉變成如何「全方位圍剿」癌細胞,避免任何的逃脫。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
解密機器人如何學會思考、觸摸與變形
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/09/09 ・6820字 ・閱讀時間約 14 分鐘

本文與 Perplexity 合作,泛科學企劃執行

「Hello. I am… a robot.」

在我們的記憶裡,機器人的聲音就該是冰冷、單調,不帶一絲情感 。它們的動作僵硬,肢體不協調,像一個沒有靈魂的傀儡,甚至啟發我們創造了機械舞來模仿那獨特的笨拙可愛。但是,現今的機器人發展不再只會跳舞或模仿人聲,而是已經能獨立完成一場膽囊切除手術。

就在2025年,美國一間實驗室發表了一項成果:一台名為「SRT-H」的機器人(階層式手術機器人Transformer),在沒有人類醫師介入的情況下,成功自主完成了一場完整的豬膽囊切除手術。SRT-H 正是靠著從錯誤中學習的能力,最終在八個不同的離體膽囊上,達成了 100% 的自主手術成功率。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這項成就的意義重大,因為過去機器人手術的自動化,大多集中在像是縫合這樣的單一「任務」上。然而,這一場完整的手術,是一個包含數十個步驟、需要連貫策略與動態調整的複雜「程序」。這是機器人首次在包含 17 個步驟的完整膽囊切除術中,實現了「步驟層次的自主性」。

這就引出了一個讓我們既興奮又不安的核心問題:我們究竟錯過了什麼?機器人是如何在我們看不見的角落,悄悄完成了從「機械傀儡」到「外科醫生」的驚人演化?

這趟思想探險,將為你解密 SRT-H 以及其他五款同樣具備革命性突破的機器人。你將看到,它們正以前所未有的方式,發展出生物般的觸覺、理解複雜指令、學會團隊合作,甚至開始自我修復與演化,成為一種真正的「準生命體」 。

所以,你準備好迎接這個機器人的新紀元了嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

只靠模仿還不夠?手術機器人還需要學會「犯錯」與「糾正」

那麼,SRT-H 這位機器人的外科大腦,究竟藏著什麼秘密?答案就在它創新的「階層式框架」設計裡 。

你可以想像,SRT-H 的腦中,住著一個分工明確的兩人團隊,就像是漫畫界的傳奇師徒—黑傑克與皮諾可 。

  • 第一位,是動口不動手的總指揮「黑傑克」: 它不下達具體的動作指令,而是在更高維度的「語言空間」中進行策略規劃 。它發出的命令,是像「抓住膽管」或「放置止血夾」這樣的高層次任務指令 。
  • 第二位,是靈巧的助手「皮諾可」: 它負責接收黑傑克的語言指令,並將這些抽象的命令,轉化為機器手臂毫釐不差的精準運動軌跡 。

但最厲害的還不是這個分工,而是它們的學習方式。SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。但這還只是開始,研究人員在訓練過程中,會刻意讓它犯錯,並向它示範如何從抓取失敗、角度不佳等糟糕的狀態中恢復過來 。這種獨特的訓練方法,被稱為「糾正性示範」 。

SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。 / 圖片來源:shutterstock

這項訓練,讓 SRT-H 學會了一項外科手術中最關鍵的技能:當它發現執行搞砸了,它能即時識別偏差,並發出如「重試抓取」或「向左調整」等「糾正性指令」 。這套內建的錯誤恢復機制至關重要。當研究人員拿掉這個糾正能力後,機器人在遇到困難時,要不是完全失敗,就是陷入無效的重複行為中 。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

正是靠著這種從錯誤中學習、自我修正的能力,SRT-H 最終在八次不同的手術中,達成了 100% 的自主手術成功率 。

SRT-H 證明了機器人開始學會「思考」與「糾錯」。但一個聰明的大腦,足以應付更混亂、更無法預測的真實世界嗎?例如在亞馬遜的倉庫裡,機器人不只需要思考,更需要實際「會做事」。

要能精準地與環境互動,光靠視覺或聽覺是不夠的。為了讓機器人能直接接觸並處理日常生活中各式各樣的物體,它就必須擁有生物般的「觸覺」能力。

解密 Vulcan 如何學會「觸摸」

讓我們把場景切換到亞馬遜的物流中心。過去,這裡的倉儲機器人(如 Kiva 系統)就像放大版的掃地機器人,核心行動邏輯是極力「避免」與周遭環境發生任何物理接觸,只負責搬運整個貨架,再由人類員工挑出包裹。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但 2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan。在亞馬遜的物流中心裡,商品被存放在由彈性帶固定的織物儲物格中,而 Vulcan 的任務是必須主動接觸、甚至「撥開」彈性織網,再從堆放雜亂的儲物格中,精準取出單一包裹,且不能造成任何損壞。

2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan / 圖片引用:https://www.aboutamazon.com/news

Vulcan 的核心突破,就在於它在「拿取」這個動作上,學會了生物般的「觸覺」。它靈活的機械手臂末端工具(EOAT, End-Of-Arm Tool),不僅配備了攝影機,還搭載了能測量六個自由度的力與力矩感測器。六個自由度包含上下、左右、前後的推力,和三個維度的旋轉力矩。這就像你的手指,裡頭分布著非常多的受器,不只能感測壓力、還能感受物體橫向拉扯、運動等感觸。

EOAT 也擁有相同精確的「觸覺」,能夠在用力過大之前即時調整力道。這讓 Vulcan 能感知推動一個枕頭和一個硬紙盒所需的力量不同,從而動態調整行為,避免損壞貨物。

其實,這更接近我們人類與世界互動的真實方式。當你想拿起桌上的一枚硬幣時,你的大腦並不會先計算出精準的空間座標。實際上,你會先把手伸到大概的位置,讓指尖輕觸桌面,再沿著桌面滑動,直到「感覺」到硬幣的邊緣,最後才根據觸覺決定何時彎曲手指、要用多大的力量抓起這枚硬幣。Vulcan 正是在學習這種「視覺+觸覺」的混合策略,先用攝影機判斷大致的空間,再用觸覺回饋完成最後精細的操作。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

靠著這項能力,Vulcan 已經能處理亞馬遜倉庫中約 75% 的品項,並被優先部署來處理最高和最低層的貨架——這些位置是最容易導致人類員工職業傷害的位置。這也讓自動化的意義,從單純的「替代人力」,轉向了更具建設性的「增強人力」。

SRT-H 在手術室中展現了「專家級的腦」,Vulcan 在倉庫中演化出「專家級的手」。但你發現了嗎?它們都還是「專家」,一個只會開刀,一個只會揀貨。雖然這種「專家型」設計能有效規模化、解決痛點並降低成本,但機器人的終極目標,是像人類一樣成為「通才」,讓單一機器人,能在人類環境中執行多種不同任務。

如何教一台機器人「舉一反三」?

你問,機器人能成為像我們一樣的「通才」嗎?過去不行,但現在,這個目標可能很快就會實現了。這正是 NVIDIA 的 GR00T 和 Google DeepMind 的 RT-X 等專案的核心目標。

過去,我們教機器人只會一個指令、一個動作。但現在,科學家們換了一種全新的教學思路:停止教機器人完整的「任務」,而是開始教它們基礎的「技能基元」(skill primitives),這就像是動作的模組。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

例如,有負責走路的「移動」(Locomotion) 基元,和負責抓取的「操作」(Manipulation) 基元。AI 模型會透過強化學習 (Reinforcement Learning) 等方法,學習如何組合這些「技能基元」來達成新目標。

舉個例子,當 AI 接收到「從冰箱拿一罐汽水給我」這個新任務時,它會自動將其拆解為一系列已知技能的組合:首先「移動」到冰箱前、接著「操作」抓住把手、拉開門、掃描罐子、抓住罐子、取出罐子。AI T 正在學會如何將這些單一的技能「融合」在一起。有了這樣的基礎後,就可以開始來大量訓練。

當多重宇宙的機器人合體練功:通用 AI 的誕生

好,既然要學,那就要練習。但這些機器人要去哪裡獲得足夠的練習機會?總不能直接去你家廚房實習吧。答案是:它們在數位世界裡練習

NVIDIA 的 Isaac Sim 等平台,能創造出照片級真實感、物理上精確的模擬環境,讓 AI 可以在一天之內,進行相當於數千小時的練習,獨自刷副本升級。這種從「模擬到現實」(sim-to-real)的訓練管線,正是讓訓練這些複雜的通用模型變得可行的關鍵。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

DeepMind 的 RT-X 計畫還發現了一個驚人的現象:用來自多種「不同類型」機器人的數據,去訓練一個單一的 AI 模型,會讓這個模型在「所有」機器人上表現得更好。這被稱為「正向轉移」(positive transfer)。當 RT-1-X 模型用混合數據訓練後,它在任何單一機器人上的成功率,比只用該機器人自身數據訓練的模型平均提高了 50%。

這就像是多重宇宙的自己各自練功後,經驗值合併,讓本體瞬間變強了。這意味著 AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。

AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。/ 圖片來源:shutterstock

不再是工程師,而是「父母」: AI 的新學習模式

這也導向了一個科幻的未來:或許未來可能存在一個中央「機器人大腦」,它可以下載到各種不同的身體裡,並即時適應新硬體。

這種學習方式,也從根本上改變了我們與機器人的互動模式。我們不再是逐行編寫程式碼的工程師,而是更像透過「示範」與「糾正」來教導孩子的父母。

NVIDIA 的 GR00T 模型,正是透過一個「數據金字塔」來進行訓練的:

  • 金字塔底層: 是大量的人類影片。
  • 金字塔中層: 是海量的模擬數據(即我們提過的「數位世界」練習)。
  • 金字塔頂層: 才是最珍貴、真實的機器人操作數據。

這種模式,大大降低了「教導」機器人新技能的門檻,讓機器人技術變得更容易規模化與客製化。

當機器人不再是「一個」物體,而是「任何」物體?

我們一路看到了機器人如何學會思考、觸摸,甚至舉一反三。但這一切,都建立在一個前提上:它們的物理形態是固定的。

但,如果連這個前提都可以被打破呢?這代表機器人的定義不再是固定的形態,而是可變的功能:它能改變身體來適應任何挑戰,不再是一台單一的機器,而是一個能根據任務隨選變化的物理有機體。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院特別具有代表性,該學院的仿生機器人實驗室(Bioinspired Robotics Group, BIRG)2007 年就打造模組化自重構機器人 Roombots。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)特別具有代表性。該學院的仿生機器人實驗室(BIRG)在 2007 年就已打造出模組化自重構機器人 Roombots。而 2023 年,來自 EPFL 的另一個實驗室——可重組機器人工程實驗室(RRL),更進一步推出了 Mori3,這是一套把摺紙藝術和電腦圖學巧妙融合的模組化機器人系統。

2023 年來自 EPFL 的另一個實驗室—可重組機器人工程實驗室(RRL)推出了 Mori3 © 2023 Christoph Belke, EPFL RRL

Mori3 的核心,是一個個小小的三角形模組。別看它簡單,每個模組都是一個獨立的機器人,有自己的電源、馬達、感測器和處理器,能獨立行動,也能和其他模組合作。最厲害的是,它的三條邊可以自由伸縮,讓這個小模組本身就具備「變形」能力。

當許多 Mori3 模組連接在一起時,就能像一群活的拼圖一樣,從平面展開,組合成各種三維結構。研究團隊將這種設計稱為「物理多邊形網格化」。在電腦圖學裡,我們熟悉的 3D 模型,其實就是由許多多邊形(通常是三角形)拼湊成的網格。Mori3 的創新之處,就是把這種純粹的數位抽象,真正搬到了現實世界,讓模組們化身成能活動的「實體網格」。

這代表什麼?團隊已經展示了三種能力:

  • 移動:他們用十個模組能組合成一個四足結構,它能從平坦的二維狀態站立起來,並開始行走。這不只是結構變形,而是真正的協調運動。
  • 操縱: 五個模組組合成一條機械臂,撿起物體,甚至透過末端模組的伸縮來擴大工作範圍。
  • 互動: 模組們能形成一個可隨時變形的三維曲面,即時追蹤使用者的手勢,把手的動作轉換成實體表面的起伏,等於做出了一個會「活」的觸控介面。

這些展示,不只是實驗室裡的炫技,而是真實證明了「物理多邊形網格化」的潛力:它不僅能構建靜態的結構,還能創造具備複雜動作的動態系統。而且,同一批模組就能在不同情境下切換角色。

想像一個地震後的救援場景:救援隊帶來的不是一台笨重的挖土機,而是一群這樣的模組。它們首先組合成一條長長的「蛇」形機器人,鑽入瓦礫縫隙;一旦進入開闊地後,再重組成一隻多足的「蜘蛛」,以便在不平的地面上穩定行走;發現受困者時,一部分模組分離出來形成「支架」撐住搖搖欲墜的橫樑,另一部分則組合成「夾爪」遞送飲水。這就是以任務為導向的自我演化。

這項技術的終極願景,正是科幻中的概念:可程式化物質(Programmable Matter),或稱「黏土電子學」(Claytronics)。想像一桶「東西」,你可以命令它變成任何你需要的工具:一支扳手、一張椅子,或是一座臨時的橋樑。

未來,我們只需設計一個通用的、可重構的「系統」,它就能即時創造出任務所需的特定機器人。這將複雜性從實體硬體轉移到了規劃重構的軟體上,是一個從硬體定義的世界,走向軟體定義的物理世界的轉變。

更重要的是,因為模組可以隨意分開與聚集,損壞時也只要替換掉部分零件就好。足以展現出未來機器人的適應性、自我修復與集體行為。當一群模組協作時,它就像一個超個體,如同蟻群築橋。至此,「機器」與「有機體」的定義,也將開始動搖。

從「實體探索」到「數位代理」

我們一路見證了機器人如何從單一的傀儡,演化為學會思考的外科醫生 (SRT-H)、學會觸摸的倉儲專家 (Vulcan)、學會舉一反三的通才 (GR00T),甚至是能自我重構成任何形態的「可程式化物質」(Mori3)。

但隨著機器人技術的飛速發展,一個全新的挑戰也隨之而來:在一個 AI 也能生成影像的時代,我們如何分辨「真實的突破」與「虛假的奇觀」?

舉一個近期的案例:2025 年 2 月,一則影片在網路上流傳,顯示一台人形機器人與兩名人類選手進行羽毛球比賽,並且輕鬆擊敗了人類。我的第一反應是懷疑:這太誇張了,一定是 AI 合成的影片吧?但,該怎麼驗證呢?答案是:用魔法打敗魔法。

在眾多 AI 工具中,Perplexity 特別擅長資料驗證。例如這則羽球影片的內容貼給 Perplexity,它馬上就告訴我:該影片已被查證為數位合成或剪輯。但它並未就此打住,而是進一步提供了「真正」在羽球場上有所突破的機器人—來自瑞士 ETH Zurich 團隊的 ANYmal-D

接著,選擇「研究模式」,就能深入了解 ANYmal-D 的詳細原理。原來,真正的羽球機器人根本不是「人形」,而是一台具備三自由度關節的「四足」機器人。

如果你想更深入了解,Perplexity 的「實驗室」功能,還能直接生成一份包含圖表、照片與引用來源的完整圖文報告。它不只介紹了 ANYmal-D 在羽球上的應用,更詳細介紹了瑞士聯邦理工學院發展四足機器人的完整歷史:為何選擇四足?如何精進硬體與感測器結構?以及除了運動領域外,四足機器人如何在關鍵的工業領域中真正創造價值。

AI 代理人:數位世界的新物種

從開刀、揀貨、打球,到虛擬練功,這些都是機器人正在學習「幫我們做」的事。但接下來,機器人將獲得更強的「探索」能力,幫我們做那些我們自己做不到的事。

這就像是,傳統網路瀏覽器與 Perplexity 的 Comet 瀏覽器之間的差別。Comet 瀏覽器擁有自主探索跟決策能力,它就像是數位世界裡的機器人,能成為我們的「代理人」(Agent)

它的核心功能,就是拆解過去需要我們手動完成的多步驟工作流,提供「專業代工」,並直接交付成果。

例如,你可以直接對它說:「閱讀這封會議郵件,檢查我的行事曆跟代辦事項,然後草擬一封回信。」或是直接下達一個複雜的指令:「幫我訂 Blue Origin 的太空旅遊座位,記得要來回票。」

接著,你只要兩手一攤,Perplexity 就會接管你的瀏覽器,分析需求、執行步驟、最後給你結果。你再也不用自己一步步手動搜尋,或是在不同網站上重複操作。

AI 代理人正在幫我們探索險惡的數位網路,而實體機器人,則在幫我們前往真實的物理絕境。

立即點擊專屬連結 https://perplexity.sng.link/A6awk/k74… 試用 Perplexity吧! 現在申辦台灣大哥大月付 599(以上) 方案,還可以獲得 1 年免費 Perplexity Pro plan 喔!(價值 新台幣6,750)

◆Perplexity 使用實驗室功能對 ANYmal-D 與團隊的全面分析 https://drive.google.com/file/d/1NM97…

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
「科學」能有價值觀嗎?堅持「客觀」反而讓民眾失去信任?——《為何信任科學》
貓頭鷹出版社_96
・2024/05/26 ・3357字 ・閱讀時間約 6 分鐘

科學這門事業並非價值中立,個別科學家也不是。沒有任何人可以真正做到價值中立,當科學家這樣講自己,人們會覺得他們虛偽,因為那是不可能的。除非他們是白痴學者或超級天真,不然就是不誠實。然而誠實、開放和透明又被認為是科學研究的核心價值。科學家怎麼可能同時做到誠實,又說他們沒有自己的價值觀?如果科學家要堅守誠信,同時卻讓大眾誤解他們的角色(就算不是故意的),這會讓他們的事業出現根本的矛盾。

可能有人會反駁,科學家並不是說他們沒有自己的價值觀,只是不會允許這些價值觀影響到科學工作。這種論述不可能證明對或錯,但社會科學研究和一般常識都顯示這不太可能。這就把我們帶到下一個問題,不知為何長久以來都沒有人認真討論一件事,但它卻是許多美國人不信任科學的核心因素:要說科學是價值中立的,多少是在說它沒有價值,至少除了創造知識以外沒有其他價值,而這很容易就變成在說科學家沒有價值信念。當然不是這樣,但如果科學家不願意討論他們的價值觀,就會給人一種印象,認為他們的價值觀有問題,所以才需要遮遮掩掩,或認為他們根本就沒有價值信念。你會相信一個沒有價值信念的人嗎?

我在第二章提出了一個問題:忽視科學主張但最終發現它是對的,風險是什麼?相比之下,相信一個錯誤的科學主張,風險又是什麼?回答這個問題必須仰賴價值。我和康威合著的《販賣懷疑的人》提到,氣候科學所引起的爭辯,幾乎都是價值上的爭辯。很多有影響力的人物在一九八○和一九九○年代相信,政府干預市場的政治風險是如此之大,超越了氣候變遷的風險,因此他們懷疑、蔑視,甚至否認後者的科學證據。這些立場由自由主義智庫繼承,得到共和黨支持,演變成共和黨支持者很多都否認氣候變遷,只是有些積極、有些消極;然後再演變成很多質疑「大政府」的人都懷疑氣候變遷,包括商人、長者、福音派基督徒、住在美國鄉下的人。

即使氣候變遷的證據不斷累積,懷疑論者還是堅稱,就算氣候真的有在變遷,情況也不會太嚴重,或者不是「我們造成的」。因為如果事情真的很嚴重而且是我們造成的,那我們就應該採取行動,可能需要政府以某種方式管制。如此一來,否認氣候變遷逐漸變成美式生活的常態,先是否認證據,最終否認事實。這個問題非常嚴重,但是對於氣候變遷否認者秉持的價值,不能一網打盡說是錯的。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
共和黨支持者很多都否認氣候變遷。圖/giphy

我們可以討論大政府和小政府的優缺、市場管制不足或過度管制的風險,但任何這類討論都(至少在某種程度上)是從價值出發。如果要開誠布公討論這個話題,就必須討論我們的價值觀。不同的人面對同樣的風險,可能有不同的想法,不代表他們就是愚笨或腐敗。人為氣候變遷的科學證據很清楚,疫苗不會導致自閉症很清楚,使用牙線有益健康也很清楚。但價值觀導致許多人拒絕接受證據指出的事情。

回到剛才的問題:你會相信一個沒有價值信念的人嗎?答案當然是不會,這種人是反社會人格。你也不會相信那些擁抱你所厭惡的價值的人。但如果你認為,某個人的價值觀起碼部分與你相似,就算不盡相同,你可能就比較願意聽聽他的想法,接受他說法的一部分。因此,無論價值中立是否能讓一個主張在知識論上比較站得住腳,可以確定的是它在現實中沒有用,不能以此確保溝通、建立信任的連結

科學寫作的主流寫法不只試圖隱藏作者的價值觀,也把他們的人性一同抹煞了。價值觀隱藏、情緒不得伸張、避免使用形容詞,甚至連「我」這個字都無形中禁止了,即便論文只有單一作者也一樣。理想的科學論文寫得好像作者沒有價值觀或感覺,甚至好像作者根本不是人,這都是為了表現出客觀。

圖/envato

科學家可能覺得根本沒辦法讓否認氣候變遷和相信地球年紀是 6000 年的人相信他們。或許這是真的。我曾經公開表示對於要如何跟千禧世代交流感到非常絕望,他們之中有些人聽信末世論,認為世界就要毀滅了,幹麻還擔心氣候變遷?但當我陷入絕望,隔天幾位記者就告訴我怎樣才能透過基督教價值和教導打動這些人。他們建議我從價值觀下手,社會科學研究也支持這種想法。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

結論

科學家壓抑自己的價值觀,堅持科學是價值中立的,這是一條歧路。他們認為人們如果相信科學沒有價值觀,就會相信他們,但這是錯的。

墨頓顯然這樣想,但他可能是錯的,或許反過來才是對的。原因如下:

政治與社會觀念保守的基督徒、自由主義者、共和黨人拒絕相信演化論和人為氣候變遷,大部分分析都聚焦在科學家與這些人之間的價值衝突。但我相信,驅動大多數科學家的價值觀,還是和大多數美國人的價值觀有重疊之處,包括多數的保守派和宗教信徒。近來有一些科學家開始公開聲明他們的價值觀,我認為部分原因是,他們深信這些價值觀確實得到廣泛接納,可以作為信任連結的基礎。 我認為他們是對的。

我認識的大部分科學家都想要預防疾病、促進人類健康、透過創新和發現來強化經濟、保護美國與全世界美麗的大自然。前共和黨議員殷格利斯講得很有說服力,他談到他和海洋生物學家一同造訪大堡礁,他們肩並肩站著,欣賞珊瑚礁周邊生物撼人的美麗。殷格利斯了解到一件事:他看到「創造」,科學家看到「生物多樣性」,但他們實際上看到的、在意的、珍惜的,是同一件事。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我好喜歡這個故事,因為多數人至少都在某方面珍愛自然。不同背景的美國人都曾造訪國家公園和森林,去健行、釣魚、露營、開車、攝影、漫遊、抱怨,雖然從事不同活動,但美景與體驗帶來了共同的喜悅。儘管如此,我們對人類與自然世界的關係,確實有不一樣的想法。有些人想要在冬日的黃石公園騎雪上摩托車,有些人想要安靜休養。幾乎所有美國人都說他們相信自由,然而我們對這個詞的理解卻嚴重分歧,也很難同意該把哪一類自由看得最重要。柏林有句名言:狼的自由可能代表羊的死亡。同意「自由」這個詞意義並不大。

宗教歷史學家普羅特勞指出,猶太人、天主教徒和新教教徒都相信十誡,但是版本差距之大,令人吃驚。例如天主教放棄了不可崇拜偶像,而猶太教與新教徒堅守此道。天主教因此少了一條戒律,只剩九條很奇怪,於是他們把最後一條一分為二,變成第九條是不可貪圖鄰人之妻,第十條是不可貪圖其他東西。儘管如此,美國人中超過 70% 都信奉這三個宗教,他們都還是認同不可殺人、偷竊、通姦或做偽證,也相信我們應該崇拜唯一真神、不可妄稱神的名、守安息日、孝敬父母。伊斯蘭教也同意這些,只是比這三個宗教更加強調慈善:課(zakat),也就是施捨,是五大支柱之一。不過,看看 zakat 這個字和希伯來文中的 tzedakah 多麼相似,tzedakah 代表慈善施予,是猶太生活的道德義務。慈善也是基督教的核心價值,虔誠的摩門教徒會繳納什一奉獻。

在很多政治議題上我們意見相左,但我們的核心價值大部分都重疊。釐清這些我們都同意的部分,並解釋它們和科學研究的關聯,我們就有機會克服盛行的懷疑論與對科學的不信任,尤其是因價值受到衝擊而產生的不信任。

We have been authorized by Princeton University Press to use this conten. 該內容由普林斯頓大學出版社授權使用

——本文摘自《為何信任科學:科學的歷史、哲學、政治與社會學觀點》,2024 年 04 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

貓頭鷹出版社_96
65 篇文章 ・ 26 位粉絲
貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。