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發現安提基特拉儀│科學史上的今天:5/17

張瑞棋_96
・2015/05/17 ・1073字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

1900 年 10 月一場突如其來的暴風雨,迫使希臘幾位採收海綿的潛水夫將船駛到安提基特拉島避難。風雨過後,他們索性就地下海尋找海綿,不料赫然發現一艘裝滿古物的沈船。經過幾個月的打撈,一批批的古希臘文物與珠寶成了雅典國家考古博物館的典藏。其中一塊已嚴重鈣化的小木盒始終未引起注意,直到它不知何時已風乾裂開成三塊後,館長才於 1902 年 5 月 17 日發現上面竟嵌著結構複雜的齒輪,這個宛如穿越時空的「安提基特拉儀」(Antikythera mechanism)就這麼橫空出世。

安提基特拉儀於西元前二世紀左右製造,上面的銘文顯示應是某種天文儀器。雖然古文明如埃及、中國也都早已有天文儀器,但都尚未使用到齒輪;東漢張衡的渾天儀據說利用水力帶動齒輪轉動,也已是三百年後。更何況安提基特拉儀的齒輪多達數十個,輪齒只有1.5公釐長,環環相扣、繁複精密,歷史上再有類似的裝置已是十三世紀末期以後才發明的鐘錶,因此它的出現完全顛覆了科學史。

受限於二十世紀初的技術,加上兩次世界大戰的磨耗,要到五○年代以後才有科學家對它展開研究,但直到本世紀初,藉助於 X光三維造影技術以及來自電玩產業的表面紋理強化技術,安提基特拉儀內部嚴重鏽蝕的層層齒輪與模糊難辨的銘刻文字才終於現出原形。

經過科學家的還原,安提基特拉儀的大小為 34 × 18 × 9 公分,共有 30 個已知齒輪與至少 5 個佚失的齒輪。背面上下各一個轉盤,用以設定與指示年分與月份;正面是有著黃道帶刻度的大轉盤,其上有指針可以分別標示太陽、月亮與五大行星的位置。轉動側面的把手,帶動齒輪運轉,就能預測未來日蝕與月蝕的時間,並標示出屆時天體的位置。

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它的工作原理是基於每 223 個朔望月,太陽、地球與月亮的排列會近乎直線。但因為當時的宇宙觀仍是地心說,也不知道天體運行的軌道是橢圓形,所以為了彌補這個天體運行模型與實際觀測的誤差,安提基特拉儀的內部齒輪使用像遊樂園旋轉杯那樣的行星齒輪,還利用插銷的伸縮調整齒輪比。這些技術與精巧細密的工藝竟就這麼獨一無二的曇花一現,直到一千多年後才又被重新發明,實在難以想像古希臘人竟有如此超越時代的智慧。

也許它正是超越時代的天才──阿基米德──的心血結晶。史書記載阿基米德於西元前 212 年城陷被羅馬士兵當場殺死後,他所發明的一件天文儀器被羅馬將軍取走作為戰利品。如果它正是這部安提基特拉儀,不禁令人更加感嘆還有多少阿基米德的先進知識就此失傳,延宕了人類的科學進展。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 962 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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【成語科學】以管窺天:視野狹隘才看得清楚!「窺管」是怎麼幫助古人觀測星空的?
張之傑_96
・2023/09/29 ・1018字 ・閱讀時間約 2 分鐘

這個成語出自《莊子》秋水篇。戰國時,公孫龍自認學問、口才高人一等,可是聽到莊子的言論卻大惑不解。他的一位朋友說,是他眼界狹小,有如用管子看天,只能看到天空的一小部分,以為天空就這麼小。

後來「以管窺天」演變成一個成語,比喻見識淺薄狹窄。談到這裡,讓我們造兩個句吧。

沒讀幾本書,就說自己了解明史,猶如以管窺天,所知太有限了。

這篇討論新冠肺炎的論文,只是以管窺天,並沒看到問題的全貌。

成語「以管窺天」,常和「以蠡測海」並用。蠡,指用葫蘆做的瓢。用瓢測量海水,能測得完嗎?以蠡測海,也是比喻見識淺薄狹窄。

成語「以蠡測海」,純粹是個比喻,沒什麼科學意義。成語「以管窺天」則不然,原來用來窺天的「管」,是古人的天文觀測儀器啊!

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古時沒有望遠鏡,只能用肉眼觀看星空。用肉眼觀測大範圍的天象尚能應付,觀測細微的天象就不敷需要了,所以古人想出一個辦法,用竹管的管孔來縮小觀測範圍,這種觀測天象的管子,特稱「窺管」。

窺管。圖/Wikimedia

窺管能「窺」出什麼呢?首先,能夠消除側光的影響,一些較暗的星,看起來就變亮了。小朋友可以做個實驗,用手握出個孔洞,湊近一隻眼睛,望向遠處目標,是不是看得更清楚了。

窺管除了可以增加亮度,還可以觀測星星的經度和緯度,這就得談談古代的天文觀測儀器渾儀。大約西元前 1 世紀,古人發明了渾儀。渾儀由 1 至 3 重的金屬環構成,外重是固定的,內重可以轉動,窺管嵌於其中。後來環數加多,構造變得複雜,但基本原理是一樣的。

自古以來,天文學家就假想「天」是個球體——天球,做為觀察星空的依據。假想中的天球,是以地球為中心、向外擴充的無限大球面。地球的南北極,向外擴充,就成為天球南北極;地球的赤道,向外擴充,就成為天球赤道。地球有經緯度,天球也有經緯度,稱為赤經、赤緯。

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北京古觀象台的渾儀。圖/Wikimedia

根據《隋書.天文志》,當時渾儀上的窺管,長 8 尺,有直徑 1 寸的圓孔。觀測時,轉動內層的環,將窺管導向某一星星,經過微調,根據環上的刻度,就可以定出這顆星星在天球上的座標,也就是它的經緯度。

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張之傑_96
103 篇文章 ・ 224 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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張瑞棋:我想呈現科學家榮耀的背後,和常人無異的一面
梁晏慈
・2016/03/31 ・2235字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

「以古為鏡,可以知興替。」如果能在過去、現在兩點拉出一條直線的話,未來的趨勢也有機會在我們掌握之中;當我們遇到困難時可以透過過往的經驗,幫助我們下判斷。這就是歷史的重要性!同樣的,歷史的脈絡可以幫助我們學習科學,而且還有機會發現科學家並不是我們想像中的神聖不可侵。2015 年 12 月 22 日在胖地台北,泛科學的專欄作者張瑞棋帶著《科學史上的今天》,和我們分享科學家背後鮮為人知的小故事。

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「從小到大,科學家在我們心中非常偉大,無論是哥白尼的日心說,或者證明地心引力作用一樣的伽利略。這些科學家閃耀著光芒,直到越讀越多書後才發現,光芒的背後其實存在著陰影。這些科學家們的陰影來自信仰權威以及性別。」

信仰

普遍認為哥白尼的日心說之所以不被認可,是因為宗教的打壓。然而另一種觀點是由於哥白尼認為上帝創造的宇宙應該存在著完美對稱的幾何關係,也就是軌道應該是圓形的!但這會和他觀察到的天文現象不吻合,因此與其說日心說的發表示因為教會的壓力,其實哥白尼本身的執迷才是造成學說延宕的原因。又比如提出滅絕說的居唯葉,他認為物種會因為某些災難而滅絕,另一方面在創世後仍物種繼續被創造。由於他深信聖經的創世論,甚至抨擊達爾文的演化論,導致演化論的發展備受阻礙。

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讓我們一起來聽聽科學家背後鮮為人知的故事吧!

權威

除了信仰外,有時候科學家利用自身權威、堅持己見,抑制別派學說,亦會影響科學的發展。你能想像西元十六世紀,醫生們拿著的解剖經典是出自於西元二世紀的蓋倫,且內容漏洞百出嗎?蓋倫是根據其動物解剖的經驗來推斷人體的內部構造,當然和人體的構造有很大的出入。但許多人不改抵抗權威,使得錯誤流傳千年。直到維薩留斯的出現,人體的結構才終於被了解。維薩留斯憑藉著大量的人體解剖經驗,推翻了多年來的理論,加上他有美術的長才,得以將知識快速的更新、傳播。

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另一個為人所知的例子是牛頓萊布尼茲。在微積分發展上,英國推崇地位較高的牛頓提出的流數,而非萊布尼茲的微積分,這導致英國的數學研究落後其他歐陸國家。最後一個權威造成的悲劇,讓許多產婦賠上了性命。十九世紀,醫生塞默維斯發現由醫院接生的產婦死亡率遠遠高出了由助產士接生的。他推測原因是醫學系的學生在解剖完大體後沒有清潔,而將細菌帶給產婦。然而其他高傲的醫生們認為:醫生怎麼可能害人呢?而摒棄了塞默維斯的想法。

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性別

女性在科學界受到的打壓也不少:在代數領域有傑出成就的埃米諾特,竟因其性別而無法擔任大學教授;華生看了羅莎琳.佛蘭克林的 DNA  X 光繞射圖片,終於發現了 DNA 的雙螺旋結構,並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世,然而我們可以想像,在當時的社會氛圍下,即便她在世,女性科學家的得獎機率仍然很低;發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹,然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走;吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆,但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。

有些時候科學家對抗的不是來自外界的輿論、權威,反對的力量反而是來自科學界:牛頓打壓虎克及萊布尼茲;愛迪生堅持使用直流電系統,並利用交流電椅製造世人對交流電的恐懼,藉此反對特斯拉的交流電系統;發明氫彈的泰勒對前主管歐本海默落井下石,聲稱歐本海默對美國不忠……

我想呈現的不只是科學家的榮耀,還有其與常人無異的一面

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跟著《科學史上的今天》的腳步,我們可以發現科學家或許只在智力上比一般人高超,但其品性仍和常人一樣:他們也會忌妒、也會排擠別人、也會為了得到權力耍手段。如果大家能用平等的角度認識科學家,去了解理論後的時代背景,那學科學就不再只是背公式和定理,而是和一段段生命故事相遇的奇幻旅程。

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梁晏慈
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梁晏慈,台灣大學化學系研究所。 喜歡聽故事、說故事,還有貓。