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牛頓的非主流學術研究:左手是聖經、右手是煉金術,那科學呢?--《科學大歷史》

PanSci_96
・2017/08/04 ・6140字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

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  • 【科科愛讀書】人類花了數百萬年學習和思考,才從那個連「科學」怎麼寫都還沒一撇的古早時代,到今天能夠運用科技超越肉身的限制,探索小粒子的無窮和大宇宙的廣袤。但是人類的璀璨成就絕非是一蹴可幾,而是建立在無數先人的跌跌撞撞之上,這過程其中也不乏許多學校沒教、卻相當有趣的故事。就讓《科學大歷史》帶你坐上時光機重回科學史萌芽的年代,來一趟精彩的發現之旅吧!
煉金術師的實驗室。圖/Lau Svensson@Flickr

一六七O年代中期,牛頓對數學感到厭煩,也因為光學研究遭到批評而憤怒不已。這時才三十出頭的牛頓開始冒出白髮,而且經常蓬頭亂髮,他幾乎已經完全抽離了科學圈,接下來十年也一樣。

不過,厭惡衝突不是導致他幾乎完全陷入孤立的唯一原因。在之前的那幾年間,即使他在研究數學和光學,他也開始把每週上百小時的研究時數轉移到兩個新的興趣上。他不急著跟任何人討論那兩項興趣,那是他後來經常遭到批評的「瘋狂」研究專案。事實上,那兩項興趣顯然是在主流學術之外:對聖經進行數學和文本分析,以及煉金術

牛頓。圖/wikimedia commons

用數學和虔誠的心來探究聖經

對後代的學者來說,牛頓決定潛心研究神學和煉金術往往令他們費解,那種行徑就好像他決定不再投稿《自然》,開始為山達基教撰寫文宣一樣。不過,那樣評斷牛頓,就忽略了科學主體的真正範疇,因為牛頓之所以辛勤地投入物理學、神學和煉金術的研究,其實可以用一個共同的目標一言以蔽之:為了探究世界的真相。

稍微思考一下牛頓的辛勤探索其實很有趣--不是因為那些探索證明是對的,也不是因為那些探索證明牛頓有時候很瘋狂,而是因為它們突顯出科學探索最後究竟是成果豐碩、還是徒勞無功,往往只是一線之隔。

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牛頓實驗室著火圖。圖/wikimedia commons

聖經承諾上天會對虔誠的人揭示真相,雖然單純閱讀文本時,某些元素不是那麼顯而易見,不過牛頓依然相信聖經的承諾。他也相信,以前的虔誠信徒,包括瑞士醫生帕拉賽瑟斯(Paracelsus)之類的卓越煉金術士,已經推測出重要的見解,並以暗碼的形式把那些見解寫在他們的作品中,以避免不虔誠的人知道。牛頓推演出萬有引力定律以後,他甚至開始相信摩西、畢達哥拉斯、柏拉圖都比他早知道那個定律。

由於牛頓天賦過人,他想以數學來分析聖經其實是可以理解的。他的研究促使他算出創世、諾亞方舟,以及其他聖經事件的確切日期。此外,他也根據聖經預測了世界末日,並持續修正他的算法。最後幾次預測中,他有一次預測世界末日是介於 2060 年到 2344 年之間。(不知道那會不會證實是真的,但怪的是,那確實和全球氣候變遷的一些情境非常吻合。)

牛頓預測世界末日是介於2060年到2344年之間。圖/wikipedia

此外,牛頓也開始懷疑一些聖經段落的真實性,並深信有一樁龐大的騙局為了支持耶穌是上帝的概念,而破壞了早期教會的傳承,他覺得那個概念是一種偶像崇拜。總之,他不相信三位一體,這實在有點諷刺,畢竟他是三一學院的教授。他抱持這樣的觀念也很危險,因為萬一有心人士得知他的觀點,他肯定會因此失去教職,或許還會失去更多的東西。不過,儘管牛頓投入很多心血去重新詮釋基督教,他對於公開自己的研究極其小心謹慎。(但牛頓認為,他最重要的研究其實是宗教研究,而不是科學方面的革新。)

金星綠獅與巴比倫的龍:牛頓的煉金術研究

那幾年,牛頓的另一項興趣是煉金術。煉金術也占用了他很多的時間和精力,而且他持續研究了三十年,遠比他投入物理學的時間還多。研究煉金術也很花錢,因為他還為此設立了煉金術實驗室和圖書館。如果我們直接把牛頓對煉金術的投入視為不科學,那也是誤會大了。因為他探索煉金術時,就像探索其他的學術一樣,非常仔細小心,而且非常理性。不過,由於他的推理是以我們完全不熟悉的脈絡為基礎,我們很難瞭解他得出來的煉金術結論。

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現在我們對煉金術士的刻板印象是:穿著長袍、留著鬍子、唸著咒語,試圖把肉荳蔻煉成黃金。事實上,目前已知最早的煉金術士是一個埃及人,名叫曼底斯的波洛斯(Bolos of Mendes),活在公元前兩百年左右。每次做完「實驗」時,他都會唸以下的咒語:「一物配一物,一物剋一物,一物治一物。 」聽起來好像在講兩人結婚後可能發生的多種不同狀況。但是波洛斯所說的物質是化學物質,他確實對化學反應有一些瞭解。牛頓認為:在古代,波洛斯之類的學者已經發現了深奧的真相,只是後來失傳了,但是分析希臘神話可以重新發掘真相,他深信希臘神話是以暗碼形式撰寫的煉金祕訣。

畫中為不知名之煉金術師,牛頓用利用此畫來寫他的書。圖/ David Lees/Corbis@NOVA

牛頓在探索煉金術時,也是採用一絲不茍的科學研究方法,做了無數細膩的實驗,寫下大量的筆記。所以這位後來寫出《原理》的作者(《原理》常被譽為科學史上最偉大作品),也花了好幾年在筆記中寫下許多類似下面的實驗觀察:

「在金星的中央鹽裡溶解揮發性的綠獅, 加以蒸餾提煉。提煉出來的靈氣是金星綠獅的血。綠獅亦即巴比倫的龍,它可以用其毒素毒死一切,但是被女神戴安娜的鴿子(亦即水星環)所祭出的安撫降服了。」

(譯註:綠獅是煉金術的術語,代表硫酸。金、銀、水銀、銅、鐵、錫、鉛分別對應太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星。)

牛頓煉金手稿。圖/ R. D. Flavin @Neatorama

牛頓心底的秘密

我剛踏入科學這一行時,崇拜每一位備受大眾肯定的大師,例如牛頓和愛因斯坦之類的先哲,以及費曼之類的當代天才。對年輕的科學家來說,踏入這種大師輩出的領域可能是壓力很大的事。我剛獲得加州理工學院的教職時,也感受到那樣的壓力,感覺就像升中學的前一晚,我擔心上體育課,尤其是必須跟其他的男學生一起洗澡,和大家裸裎相見 。因為在理論物理學界,你也是在袒露自己,只不過不是裸身,而是坦露智識,而且其他人不只會旁觀,還會下評斷。

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很少人談過那種不安感,或分享自己的感受,但這種現象其實很常見。每位物理學家都必須找到自己的方式去因應那種壓力。不過,想要成功因應壓力的話,就要盡可能避免擔心自己是錯的。據傳,愛迪生常提出一項建議:「想要獲得絕佳的點子,要先想出許多點子。」確實,創新者走過的死胡同比康莊大道還多,所以你老是擔心轉錯彎的話,就永遠到不了有趣的地方。因此,我真心希望當初入行時就知道牛頓想過的所有錯誤點子,以及他徒勞無功的那段歲月。

對我這種人來說,知道那些極其出色的人偶爾也會搞錯,總是讓我放心不少。知道連牛頓那種天才都可能錯得離譜,就令人格外安心。他也許想出「熱是微小粒子移動的結果」,也認為所有物質都是由微小粒子組成的,但是他覺得自己感染肺結核時,還是喝了松節油、玫瑰水、蜜蠟、橄欖油調配的偏方。(據傳那個偏方也可以治胸痛和瘋狗咬傷。)沒錯,他發明了微積分,但他也覺得耶路撒冷所羅門神殿的平面圖裡,蘊藏著世界末日的數學線索。

為什麼牛頓會偏離本行那麼遠呢?仔細探究當時的情況,會看到一個原因最顯而易見:與世隔絕。就像知識隔離導致壞科學在中世紀的阿拉伯世界裡大幅擴散一樣,同樣的情況似乎也導致牛頓逐漸走偏。不過,與世隔絕是他自願的,因為他始終沒讓任何人知道他在研究宗教和煉金術。他不想冒著遭到取笑的風險,或甚至因為開放學術討論而遭到抨擊。牛津大學的哲學家 W.H.紐頓 – 史密斯(W. H. Newton-Smith)寫道,沒有所謂的「好牛頓」和「壞牛頓」,理性和非理性的牛頓;牛頓之所以走偏了,是因為他沒把概念提出來,讓大家公開討論與質疑。「公開論壇」是「科學體系中最重要的常態之一」。

牛頓煉金手稿。圖/SRI BHAGAWAN MAHAVEER JAIN COLLEGE

牛頓不僅厭惡批評,在瘟疫肆虐期間,也不願分享他在運動物理學方面的革新研究。他擔任盧卡斯教授十五年後,那些概念依然是尚未發表的未成品。所以,一六八四年,牛頓四十一歲時,這個極其認真的前神童只留下一堆有關煉金術和宗教的混亂筆記和論文、多篇未完成的數學論文,以及依舊令人困惑不解、也不完整的運動理論。牛頓在好幾個領域裡都做了詳盡的探究,留下一些數學和物理學的概念,但那些概念就像過飽和食鹽水:濃度極高,但沒有結晶。

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牛頓當時的職涯狀態就是如此,史學家韋斯福(Westfall)指出:「牛頓要是在一六八四年過世,並留下那些論文,我們會從那些論文知道這世上曾出現一個天才。不過,我們不會把他尊稱為開創現代智慧的先哲,頂多只會以簡短的段落提到他,並感嘆他無法完成未竟之志。 」

牛頓的命運沒有落入那樣的下場,並不是因為他決心完成研究內容並加以公開,而是因為一六八四年一個近乎偶然的事件改變了科學史的發展,牛頓和一位同僚的互動提供了他所需的概念和刺激。要不是因為那次偶然,科學史--乃至全世界--都將會截然不同,而且不是變得更好。

一個賭注,促成牛頓最偉大的科學論文

那一顆促成史上最大科學躍進的種子,是在牛頓遇到一位同僚之後萌芽的。那位同事在當年的夏末碰巧經過劍橋。

那年一月,天文學家愛德蒙.哈雷(Edmond Halley)參加了倫敦的英國皇家學會所舉行的會議,並在會中和兩位同仁討論了當時的熱門議題。英國皇家學會是致力於科學的學術團體,有很大的影響力。

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數十年前,克卜勒引用丹麥貴族第谷.布拉赫(Tycho Brahe, 一五四六~一六O一年)所收集、準確性前所未見的行星資料,發現有三個定律似乎可用來描述行星的軌道。他宣稱,行星的軌道是橢圓形的,太陽是其中的一個中心點。他也找出那些軌道依循的某些規則,例如,行星繞軌道一圈的時間平方,和它距離太陽平均距離的三次方成比例。就某方面來說,他提出來的定律很簡潔優美,精簡地描述了行星在太空中的運轉。但另一方面,那只是空泛的看法,特定的說詞,並未說明為什麼軌道會依循那種定律。

愛德蒙.哈雷(Edmond Halley)。圖/wikimedia commons

哈雷和兩位同僚臆測,克卜勒的定律反映了某些更深層的意涵。尤其,他們推測,假設太陽對每顆行星的拉力大小,跟著行星和太陽的距離平方成反比(亦即所謂的「反平方定律」),克卜勒的定律依然成立。

遠端物體(例如太陽)對四面八方的施力大小跟距離平方成反比,這個道理其實可以用幾何學來主張。想像一個極大的球體,那個球體大到讓太陽看起來像其中心的一小點。球體表面的每一點到球心的距離都一樣,太陽的影響力(亦即「力場」)應該是同樣分布在球體的表面。

現在,再想像一個球體是剛剛那個球體的兩倍大。幾何定律告訴我們,球體的半徑加倍時,表面積會變成原來的四倍,所以這時太陽引力是分布在四倍的表面積上。如此可以推斷,在那個四倍大的表面積上的任一點,太陽的引力是之前那個球體的四分之一。反平方定律就是這樣運作的:離得愈遠,施力跟著距離平方成反比。

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克卜勒完成了《新天文學》的手稿:他運用幾何速率法則,假定軌道是蛋形軌道,開始計算火星的整體軌道。圖/wikipedia

哈雷和同仁懷疑克卜勒定律的背後存在著反平方定律,但是他們怎麼證明呢?其中一人說他可以證明,那個人就是虎克。另一人是克里斯多佛.雷恩(Christopher Wren),如今最為人知的身分是建築師,但他也是知名的天文學家。他跟虎克打賭,要是虎克能證明出來,他就給他獎金。但虎克婉拒了,他向來以個性反骨著稱,不過他婉拒的理由令人懷疑:他說,他暫時不想揭露證明,他想讓大家先去嘗試,嘗試失敗後才會知道那個證明有多難。或許虎克真的已經解開問題了,或許他也設計出可以飛往金星的飛船了,但總之他從未揭露證明。

那場會議結束七個月後,哈雷正巧來到劍橋,他決定去探望孤僻的牛頓教授。牛頓就像虎克一樣,宣稱他也做了研究,可以證明哈雷的上述臆測。但牛頓也跟虎克一樣,其實沒有證明出來。他故意翻箱倒篋找了一下文件,就是找不到他的證明,但他承諾會好好找一下,之後再寄給哈雷。過了幾個月,哈雷沒收到任何東西,你可以想見哈雷當時作何感想。他問了兩位頗具聲望的成年人,能不能解開一個問題,其中一人說:「我知道答案,但我不要講出來!」另一人的回應彷彿是說:「狗吃掉了我的作業!」所以雷恩的獎金始終發不出去。

牛頓後來確實找到證明了,但他又仔細看了一遍,發現那個證明有誤。他並未放棄,而是著手重新研究,最後成功了。那年十一月,他寄給哈雷九頁的論文,以顯示克卜勒的三個定律其實都是「引力的反平方定律」的數學推論。他把那篇短文稱為〈論天體的軌道運動〉(De Motu Corporum in Gyrum)。

〈論天體的軌道運動〉(De Motu Corporum in Gyrum)手稿。圖/UCI

哈雷非常興奮,他看出牛頓的論證充滿了革命性,希望英國皇家學會能把它發表出來,但牛頓反對,他說:「既然我開始研究這個議題了,我想徹底探究以後再發表論文。 」由於後來牛頓投注了極大的心力,發表的成果稱得上是史上最重大的學術論著,他那句話聽起來可謂史上最輕描淡寫的回應。牛頓後來「徹底探究」的結果,是證明行星軌道的根本原理,就是可以套用在一切物體上(包括天體和地球上的物體)的運動定律和力學定律。

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後續的十八個月,牛頓撇開一切雜務,專注地延伸那篇論文,把它擴增成後來的《原理》。他就像物理學機器一樣,一旦投入一項主題,就廢寢忘食,這是他從以前就養成的習慣。據說,他的貓變得很胖,因為他直接把飼料堆在牠的盤子裡。他以前的大學室友說過,他早上看到牛頓時,通常會發現他依然在昨晚的位置上努力解著同一個問題。不過,這一次,牛頓又變得更極端了,他幾乎完全不跟任何人接觸,足不出戶。偶爾幾次出門,是去大學的食堂,站著吃一兩口東西,就立刻趕回家繼續奮戰。

圖/Dan Perry@Flickr

最後牛頓關閉了煉金術實驗室,也擱下了神學探索。他還是繼續按照規定講課,但講課內容艱澀難懂,後來大家才知道原因:牛頓每堂課都是拿《原理》的草稿來授課。


 

 

本文摘自《科學大歷史:人類從走出叢林到探索宇宙, 從學會問「為什麼」到破解自然定律的心智大躍進》漫遊者文化出版。

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肺癌不只是抽菸惹禍!PM2.5、油煙、腸道菌失衡全都中,TW01 益生菌提升肺部保護力!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/07 ・2808字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文與 江欣樺營養師 合作,泛科學企劃執行。

肺癌連四冠 成為台灣十大癌症之首的背後原因

根據衛福部國民健康署於 2024 年 12 月公布的最新數據,肺癌已穩居台灣十大癌症榜首。這不只是發生人數最高,更同時擁有死亡率最高、晚期發現比例最高、醫療費用最高等三項不名譽的紀錄,可說是名副其實的「癌症四冠王」。

肺癌不只是台灣十大癌症榜首,更同時是發生人數最高、死亡率最高、晚期發現比例最高、醫療費用最高的疾病。圖 / unsplash

肺癌新確診人數在過去十年中持續上升,尤其在 2022 年 7 月政府推動肺癌篩檢政策後,越來越多過去未被發現的病例被篩檢出來。這項針對高風險族群的篩檢措施,有助於提高早期發現的比例,但也凸顯出台灣肺癌潛藏病例數量之大。

過去,大腸直腸癌曾長期穩居癌症發生率第一位,如今退居第二位,仍值得高度關注。不過,肺癌的快速上升與普及化趨勢,則反映出不僅吸菸者受影響,越來越多不吸菸卻罹患肺癌的人也在增加,使得肺癌防治策略面臨新的挑戰。

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基因變異遇上空污 PM2.5:台灣肺癌高發生率的雙重危機

在肺癌逐年升溫的背後,科學家持續探究其背後的成因。其中,一篇刊登於《Cell》2020 年 7 月號的研究引起了國際關注。這項研究由中央研究院團隊主導,聯合臺灣大學、臺北醫學大學及臺中榮總等單位共同完成,發現一種名為「APOBEC 變異」的基因特徵,可能與臺灣女性罹患肺癌發生率偏高有關。該變異會影響細胞內 DNA 的穩定性,使其更容易累積損傷並進一步發展為癌症,這項研究也讓人們開始重新思考肺癌與遺傳體質之間的關聯性。

除了基因之外,環境因素依然是不可忽視的關鍵。2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事則指出,空氣污染對肺癌的影響,可能不是直接造成新的 DNA 突變,而是透過誘發「慢性發炎」的機制,促使原本已帶有變異的細胞被「喚醒」並增殖形成腫瘤。這如同將原本處於沉睡狀態的壞細胞,因長期的空氣污染刺激而被激活。

由此可見,預防癌症的策略或許不應僅著重於防止癌細胞的「產生」,更重要的是避免讓它們「活化」。這也代表預防策略的重點,正從過去單純的「避免基因突變」,轉向同時「減少發炎反應」。而導致這些發炎與突變的因素,其實仍然是我們熟悉的環境污染源,例如 PM2.5、香菸二手煙、油煙與室內空氣品質等。

值得注意的是,這種風險機制並不只侷限於肺癌。大腸直腸癌的發生同樣與基因變異及環境因子的交互作用密切相關,顯示癌症成因不再是單一來源,而是多層次、需整合多面向來防範的健康議題。

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遠離肺部發炎:從廚房油煙到腸道保健的肺癌預防關鍵

在空氣品質頻頻亮紅燈的臺灣,要保護肺部健康,關鍵就在於避開引發發炎反應的因子。國民健康署明確指出,「吸菸」仍是肺癌最主要的危險因子,佔所有患者的七至八成。然而,非吸菸者也絕不能掉以輕心,二手菸、交通廢氣、PM2.5 等空氣污染物,同樣是導致肺部慢性發炎的重要元凶。

肺癌元凶不只有吸菸,空污也是一大原因。圖 / unsplash

此外,有一項常被忽略卻與肺癌風險高度相關的危險因子,來自我們每天的廚房——烹飪油煙。國民健康署指出,臺灣女性長期暴露於烹飪油煙中,罹患肺癌的風險不容忽視,尤其是在長時間未使用抽油煙機的情況下。國民健康署指出,未使用抽油煙機的非吸菸女性,其肺癌風險竟比有使用者高出約8.3倍。這項數據提醒我們,日常看似平常的行為,可能正是健康風險的關鍵所在。

除了遠離風險因子,江欣樺營養師也提出,從「腸道」著手是提升免疫力、降低全身發炎反應的新方向。維持腸道健康不僅能調節整體免疫系統,更與肺部的發炎反應息息相關。以益生菌株 TW01 為例,研究指出它能有效抵達腸道內的免疫關鍵區域——貝爾斑(Peyer’s patch),調節 T 細胞中 TH1 與 TH2 的平衡,有助於緩解過度的免疫反應或過敏現象。

此外,TW01 菌株也能促進B細胞分泌 IgA 免疫球蛋白,強化腸道黏膜層的保護力,減少「腸漏」的發生,進而間接保護其他器官免受炎症的侵擾。更令人關注的是,該菌株亦在研究中展現抑制大腸癌細胞的潛力,對於目前台灣排名第二的大腸直腸癌,可能提供另一層預防上的助力。

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國民健康署指出,未使用抽油煙機的非吸菸女性,其肺癌風險竟比有使用者高出約8.3倍。圖 / shutterstock

TW01 益生菌對抗肺癌:從腸-肺軸線降低空污引發的肺損傷

腸道與肺部之間存在一條重要的生理連結,稱為「腸-肺軸線」。今年初發表於《Nutrients》期刊的一項臺灣研究指出,TW01 益生菌能透過腸-肺軸線機制,從腸道出發,間接守護我們的肺部健康。研究結果顯示,TW01 益生菌有三大關鍵作用:首先,有助於減輕空污 PM2.5 所造成的肺損傷;其次,可降低肺部發炎物質(如 TNF-α、IL-6、IL-10 等);第三,降低肺纖維化,主要透過調節 TGF-β1/Smad 信號傳導來達成。

其實,腸道與其他器官之間也存在類似的「軸線」關係,例如腸-腦軸線影響情緒與睡眠,腸-皮膚軸線與皮膚狀況密切相關。這些軸線代表著腸道菌叢的健康與代謝活動,很容易影響到其他器官。反過來,器官之間的影響同樣是雙向的——空污中的 PM2.5 不只損害肺部,也會擾亂腸道菌相,甚至引發「腸漏症」,讓體內毒素再次回到肺部,進一步惡化發炎反應。

預防肺癌、對抗 PM2.5,從 TW01 益生菌構築更健康的防線

面對癌症這個複雜的敵人,我們或許無法改變基因,但我們可以從每天的選擇中,建立更堅固的健康防線。越來越多研究顯示,身體各個器官並非獨立運作,而是彼此緊密串聯——肺與腸的關聯,正是一個明顯的例子。從腸道微生物的平衡,到肺部的免疫狀態,生活中的每一項小習慣,其實都可能悄悄影響著我們罹癌的風險。

空氣品質意識、健康飲食內容、規律運動習慣、定期健康檢查,這些看似平凡的日常行為,正是最切實且有效的預防行動。特別在台灣,肺癌與大腸癌長期高居發生率前兩名,更提醒我們——預防不能等到症狀出現才開始,而應該從日常做起。

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毒藥的歷史:死亡、救贖與科學的交匯點——《毒藥的滋味》
PanSci_96
・2024/09/03 ・2429字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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奪命計劃的冷酷藝術

在犯罪史上,謀殺是特別令人髮指的罪行;而在各種殺人手法之中,只有寥寥幾種會像毒藥那樣,令人有如此奇特的病態迷戀。與一時腦熱的衝動謀殺相比,毒殺所涉及的事前規劃與冷酷的算計,完全符合法律術語中的「惡意預謀」(malice aforethought)定義。毒殺需要預先籌畫並了解受害者的習慣,也必須考慮如何下毒。有些毒藥只要幾分鐘就能奪人性命,其他則可以長期慢性下毒,逐漸在體內積累,最終導致受害者必然的死亡。

這本書沒有要列出下毒者及受害者的清單,而是要探討毒物的性質,以及它們如何在分子、細胞和生理層面影響人體。每種毒藥都有獨特的致死機制,受害者所經歷的各種症狀往往都是線索,有助於抽絲剝繭找出他們被下了什麼毒。在少數情況下,這些知識有助於給予適當的治療,讓受害者能完全康復。但在大多數情況下,就算知道是什麼毒物對於治療也沒有幫助,因為根本沒有解藥。

毒殺因冷酷計劃與預謀惡意而特別令人髮指。 圖/envato

雖然毒物(poison)和毒素(toxin)這兩個詞經常互換使用,但嚴格來說它們並不相同。「毒物」是任何會對身體造成傷害的化學物質,可以是天然的,也可以是人造的,而「毒素」通常是指生物所製造的致命化學物質。不過如果你是被下毒的一方,那麼兩者的差異就只是學術討論了。

毒物的兩面性:從致命陷阱到救命藥

toxikon 這個字源自古希臘文,意思是「箭頭浸泡的毒物」,指的是塗抹在箭頭上以導致敵人死亡的植物萃取物。當 toxikon 這個字與希臘文的「研究」logia 相結合,就成為我們現在的「毒理學」或「毒素研究」(toxicology)這個詞。毒物一詞源自拉丁語的 potio,意思是「喝」,之後慢慢演變成古法語中的 puison 或 poison。「毒物」這個字在一二○○年首次出現在英語中,意思是「致命的藥水或物質」。

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從生物體中獲得的毒物通常是許多化學物質的混合物。例如,致命的茄科植物(也稱為顛茄)的粗萃物相當危險,從這些萃取物中也可以純化出化學物質阿托品(atropine)。同樣的,毛地黃花(foxglove)的植物本身也有毒,還能從中萃取出單一的化學物質毛地黃(digoxin)。

有一些歷史悠久的毒藥是混合幾種不同的毒物製作而成,例如「托法娜仙液」(Aqua tofana)就是混合了鉛、砷和顛茄的毒藥。

在瓶子裡人畜無害的化學物質最後怎麼會變成屍體裡發現的毒?無論是哪一種毒藥,在死亡發生之前都會有三個不同階段:下毒、行動和效果。

下毒有四種途徑:消化、呼吸、吸收或注射。也就是說,它們可能是被吃掉或喝掉,透過腸道進入體內;吸入肺部;直接透過皮膚吸收;或是透過注射到肌肉或血液中進入體內。兇手選擇何種方式讓毒物進入受害者體內,取決於毒物的性質。儘管有毒氣體已被用於殺戮,但這涉及一定程度的技術難度,因此並不實用,而且這種手法通常難以針對特定個人。

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透過眼睛和嘴巴的皮膚或黏膜吸收可能非常有效:兇手不必與受害者有任何接觸,甚至在中毒當下還能留在附近。光是將毒藥塗抹在受害者即將接觸的物品上就足以導致死亡。混合在食物或飲料中為大多數毒物提供了一條簡單的途徑,特別適用於固體結晶毒物,因為它們可以簡單灑在飯菜上或溶解在飲料中就好。

不過有一些毒物必須注射到體內才能發揮作用,有時候這是因為毒藥是一種蛋白質,如果加入食物攝取,就很容易被腸胃分解。此外,兇手一定要離受害者夠近才能注射毒物。

毒藥可透過皮膚、食物、或注射進入體內,兇手無需直接接觸即可致命。 圖/envato

毒藥如何摧毀人體機制?

現在我們來看毒物的核心:它們如何破壞身體的內部運作?

毒物確切的作用方式五花八門,而它們的效果則揭曉了許多人類生理學的奧秘。許多毒物會攻擊神經系統,破壞控制身體正常功能且高度複雜的電子訊號:如果阻斷的是心臟各部分之間的交流,可以視為毒物使心臟停止跳動並導致死亡;如果破壞控制呼吸的橫隔膜肌肉調節,同樣也會使呼吸停止,導致窒息而亡。

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也有些毒物會偽裝,隱藏真實身分後進入身體細胞,這些毒物的外型與細胞的重要成分極為相似,但不完全相同,因此可以進入細胞的新陳代謝過程,但無法執行正確的生化功能。毒物會假冒體內的細胞分子,使得細胞的化學作用緩慢停止,最終死亡。當死亡的細胞夠多,整個身體就會跟著死去。

如果不同的毒物以不同的方式發揮作用,不難想像受害者所經歷的症狀也會不同。以大多數消化型的毒物而言,無論作用方式為何,人體的第一反應通常是嘔吐和腹瀉,試圖藉此從體內清除毒物;影響心臟神經和電流訊號的毒物則會導致心悸,最終導致心跳停止;影響細胞化學性質的毒物通常會引起噁心、頭痛和嗜睡的症狀。毒物的作用及可怕後果的故事在本書中比比皆是。

雖然大多數人認為毒物是致命的藥物,但科學家也已經使用與毒物完全相同的化學物質來梳理細胞和器官內部的分子和細胞機制,利用這些資訊開發能夠治療和治癒多種疾病的新藥。舉例來說,科學家透過研究毛地黃植物中的毒物如何影響身體,成功研發出了治療充血性心臟衰竭的藥物。

現代外科手術時使用的常規藥物,同樣也是透過了解顛茄如何影響人體運作後問世,這種藥物除了能預防術後併發症,甚至還能治療在化學戰中受害的士兵。由此可知,化學物質的本質沒有好壞之分,它只是一種化學物質。造成差異的是使用這種化學物質的意圖:是要保護生命,或是奪去生命。

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——本文摘自《毒藥的滋味:11種致命分子與使用它們的凶手》,2024 年 7 月,方舟文化,未經同意請勿轉載。

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民眾黨是未來台灣政治的樞紐?
林澤民_96
・2024/01/30 ・3382字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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一、前言

選後的立法院三黨不過半,但民眾黨有八席不分區立委,足以與民進黨或國民黨結成多數聯盟,勢將在國會居於樞紐地位。無獨有偶的是:民眾黨主席柯文哲在總統大選得到 26.5% 的選票,屈居第三,但因其獲得部分藍、綠選民的支持,在選民偏好順序組態的基礎上,它卻也同樣地居於樞紐地位。這個地位,將足以讓柯文哲及民眾黨在選後的台灣政壇持續激盪。

二、柯文哲是「孔多塞贏家」?

這次總統大選,誰能脫穎而出並不是一個特別令人殷盼的問題,更值得關心的問題是藍白綠「三跤㧣」在選民偏好順序組態中的消長。台灣總統大選採多數決選制,多數決選制英文叫 first-past-the-post(FPTP),簡單來講就是票多的贏,票少的輸。在 10 月中藍白合破局之後,賴蕭配會贏已經沒有懸念,但這只是選制定規之下的結果,換了另一個選制,同樣的選情可能就會險象環生。

從另一個角度想:選制是人為的,而選情反映的是社會現實。政治學者都知道天下沒有十全十美的選制;既定的選制推出了一位總統,並不代表選情的張力就會成為過眼雲煙。當三股社會勢力在制度的帷幕後繼續激盪,台灣政治將無法因新總統的誕生而趨於穩定。

圖/作者自製

如果在「三跤㧣」選舉之下,選情的激盪從候選人的得票多少看不出來,那要從哪裡看?政治學提供的一個方法是把候選人配對 PK,看是否有一位候選人能在所有的 PK 中取勝。這樣的候選人並不一定存在,如果不存在,那代表有 A 與 B 配對 A 勝,B 與 C 配對 B 勝,C 與 A 配對 C 勝的 A>B>C>A 的情形。這種情形,一般叫做「循環多數」(cyclical majorities),是 18 世紀法國學者孔多塞(Nicolas de Condorcet)首先提出。循環多數的存在意涵選舉結果隱藏了政治動盪。

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另一方面,如果有一位候選人能在配對 PK 時擊敗所有的其他候選人,這樣的候選人稱作「孔多塞贏家」(Condorcet winner),而在配對 PK 時均被擊敗的候選人則稱作「孔多塞輸家」(Condorcet loser)。三角嘟的選舉若無循環多數,則一定會有孔多塞贏家和孔多塞輸家,然而孔多塞贏家不一定即是多數決選制中贏得選舉的候選人,而多數決選制中贏得選舉的候選人卻可能是孔多塞輸家。

如果多數決選制中贏得選舉的候選人不是孔多塞贏家,那與循環多數一樣,意涵選後政治將不會穩定。

那麼,台灣這次總統大選,有沒有孔多塞贏家?如果有,是多數決選制之下當選的賴清德嗎?我根據戴立安先生調查規劃的《美麗島電子報》追蹤民調第 109 波(1 月 11 日至 12 日),也是選前最後民調的估計,得到的結果令人驚訝:得票墊後的柯文哲很可能是孔多塞贏家,而得票最多的賴清德很可能是孔多塞輸家。果然如此,那白色力量將會持續地激盪台灣政治!

我之前根據美麗島封關前第 101 波估計,侯友宜可能是孔多塞贏家,而賴清德是孔多塞輸家。現在得到不同的結果,顯示了封關期間的三股政治力量的消長。本來藍營期望的棄保不但沒有發生,而且柯文哲選前之夜在凱道浩大的造勢活動,還震驚了藍綠陣營。民調樣本估計出的孔多塞贏家本來就不準確,但短期內的改變,很可能反映了選情的激盪,甚至可能反映了循環多數的存在。

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三、如何從民調樣本估計孔多塞贏家

根據這波民調,總樣本 N=1001 位受訪者中,如果當時投票,會支持賴清德的受訪者共 355 人,佔 35.4%;支持侯友宜的受訪者共 247 人,佔 24.7%。支持柯文哲的受訪者共 200 人,佔 19.9%。

美麗島民調續問「最不希望誰當總統,也絕對不會投給他的候選人」,在會投票給三組候選人的 802 位支持者中,一共有 572 位對這個問題給予了明確的回答。《美麗島電子報》在其網站提供了交叉表如圖:

根據這個交叉表,我們可以估計每一位明確回答了續問的受訪者對三組候選人的偏好順序,然後再依這 572 人的偏好順序組態來判定在兩兩 PK 的情形下,候選人之間的輸贏如何。我得到的結果是:

  • 柯文哲 PK 賴清德:311 > 261(54.4% v. 45.6%)
  • 柯文哲 PK 侯友宜:287 > 285(50.2% v. 49.8%)
  • 侯友宜 PK 賴清德:293 > 279(51.2% v. 48.8%)

所以柯文哲是孔多塞贏家,賴清德是孔多塞輸家。當然我們如果考慮抽樣誤差(4.1%),除了柯文哲勝出賴清德具有統計顯著性之外,其他兩組配對可說難分難解。但在這 N=572 的小樣本中,三位候選人的得票率分別是:賴清德 40%,侯友宜 33%,柯文哲 27%,與選舉實際結果幾乎一模一樣。至少在這個反映了選舉結果的樣本中,柯文哲是孔多塞贏家。依多數決選制,孔多塞輸家賴清德當選。

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不過以上的分析有一個問題:各陣營的支持者中,有不少人無法明確回答「最不希望看到誰當總統,也絕對不會投給他做總統」的候選人。最嚴重的是賴清德的支持者,其「無反應率」(nonresponse rate)高達 34.5%。相對而言,侯友宜、柯文哲的支持者則分別只有 24.1%、23.8% 無法明確回答。為什麼賴的支持者有較多人無法指認最討厭的候選人?一個假設是因為藍、白性質相近,對許多綠營選民而言,其候選人的討厭程度可能難分軒輊。反過來說,藍、白陣營的選民大多數會最討厭綠營候選人,因此指認較無困難。無論如何,把無法明確回答偏好順序的受訪者歸為「遺失值」(missing value)而棄置不用總不是很恰當的做法,在這裡尤其可能會造成賴清德支持者數目的低估。

補救的辦法之一是在「無法明確回答等於無法區別」的假設下,把「遺失值」平分給投票對象之外的其他兩位候選人,也就是假設他們各有 1/2 的機會是無反應受訪者最討厭的候選人。這樣處理的結果,得到

  • 柯文哲 PK 賴清德:389 > 413(48.5% v. 51.5%)
  • 柯文哲 PK 侯友宜:396 > 406(49.4% v. 50.6%)
  • 侯友宜 PK 賴清德:376 > 426(46.9% v. 53.1%)

此時賴清德是孔多塞贏家,而柯文哲是孔多塞輸家。在這 N=802 的樣本中,三位候選人的得票率分別是:賴清德 44%,侯友宜 31%,柯文哲 25%。雖然依多數決選制,孔多塞贏家賴清德當選,但賴的得票率超過實際選舉結果(40%)。用無實證的假設來填補遺失值,反而造成賴清德支持者數目的高估。

如果擔心「無法明確回答等於無法區別」的假設太勉強,補救的辦法之二是把「遺失值」依有反應受訪者選擇最討厭對象的同樣比例,分給投票對象之外的其他兩位候選人。這樣處理的結果,得到

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  • 柯文哲 PK 賴清德:409 > 393(51.0% v. 49.0%)
  • 柯文哲 PK 侯友宜:407 > 395(50.8% v. 49.2%)
  • 侯友宜 PK 賴清德:417 > 385(52.0% v. 48.0%)

此時柯文哲又是孔多塞贏家,而賴清德又是孔多塞輸家了。這個樣本也是 N=802,三位候選人的得票率分別是:賴清德 44%,侯友宜 31%,柯文哲 25%,與上面的結果一樣。

以上三種無反應處理方法都不盡完美。第一種把無反應直接當遺失值丟棄,看似最不可取。然而縮小的樣本裡,三位候選人的支持度與實際選舉結果幾乎完全一致。後兩種以不同的假設補足了遺失值,但卻過度膨脹了賴清德的支持度。如果以樣本中候選人支持度與實際結果的比較來判斷遺失值處理方法的效度,我們不能排斥第一種方法及其結果。

無論如何,在缺乏完全資訊的情況下,我們發現的確有可能多數決輸家柯文哲是孔多塞贏家,而多數決贏家賴清德是孔多塞輸家。因為配對 PK 結果缺乏統計顯著性,我們甚至不能排除循環多數的存在。此後四年,多數決選制產生的總統能否在三角嘟力量的激盪下有效維持政治穩定,值得我們持續觀察。

四、結語

柯文哲之所以可以是孔多塞贏家,是因為藍綠選民傾向於最不希望對方的候選人當總統。而白營的中間偏藍位置,讓柯文哲與賴清德 PK 時,能夠得到大多數藍營選民的奧援而勝出。同樣的,當他與侯友宜 PK 時,他也能夠得到一部份綠營選民的奧援。只要他的支持者足夠,他也能夠勝出。反過來看,當賴清德與侯友宜 PK 時,除非他的基本盤夠大,否則從白營得到的奧援不一定足夠讓他勝出。民調 N=572 的樣本中,賴清德得 40%,侯友宜得 33%,柯文哲得 27%。由於柯的支持者討厭賴清德(52.5%)遠遠超過討厭侯友宜(23.7%),賴雖然基本盤較大,能夠從白營得到的奧援卻不多。而侯雖基本盤較小,卻有足夠的奧援。柯文哲之所以成為孔多塞贏家,賴清德之所以成為孔多塞輸家,都是這些因素的數學結果。

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資料來源

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林澤民_96
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台大電機系畢業,美國明尼蘇達大學政治學博士, 現任教於美國德州大學奧斯汀校區政府系。 林教授每年均參與中央研究院政治學研究所及政大選研中心 「政治學計量方法研習營」(Institute for Political Methodology)的教學工作, 並每兩年5-6月在台大政治系開授「理性行為分析專論」密集課程。 林教授的中文部落格多為文學、藝術、政治、社會、及文化評論。