牛頓提出三大運動定律與萬有引力定律，從物體運動到天體運行都可以解釋背後的原理，並做出正確的預測，成為古典力學的根基。然而，有個問題卻隱隱困擾著牛頓與當時的科學家。

按照牛頓第二運動定律，一個物體的質量可以根據它所受的外力與產生的加速度之間的比例，計算出它的質量；這稱為慣性質量。另外根據萬有引力定律，也可計算出物體的質量，這是重力質量。問題就在於一個物體的慣性質量等於重力質量嗎？

牛頓從惠更斯的單擺實驗得到靈感，做了兩個完全相同的單擺，除了擺錘是用不同材料。因為兩種擺錘的重量相同，所以重力質量相同，而擺動時則是取決於慣性質量，如果兩個單擺不同步，就表示慣性質量與重力質量有別；相反地，若維持同步，就代表兩者等同。牛頓用了九種物質當擺錘，結果都證明慣性質量就等同重力質量，誤差不到千分之一，這個問題從此拍板定案。

不過，千分之一的誤差範圍就算證據確鑿嗎？此後兩百年，就算有人感到懷疑，也想不出更好的驗證方法。直到今天生日的匈牙利物理學家厄圖渥許（Loránd Eötvös, 1848 –1919）出面，才終於能更精確地重新檢視這個問題。他改良了庫倫發明的扭秤（卡文迪許也是用庫倫扭秤，於 1798 年測出萬有引力常數與地球質量），於 1889 年再度證實牛頓的實驗結果，精確度是意義非凡的二千萬分之一！

「慣性質量等同重力質量」是廣義相對論中「等效原理」的基礎，雖然愛因斯坦提出廣義相對論時並不知道厄圖渥許的實驗，但是他的實驗結果還是為廣義相對論提供了堅實的支撐。

1891 年，厄圖渥許進一步發明了「厄圖渥許扭秤」，可以測量出重力的水平分力。因為地球並非正圓的球體，加上各地的地殼厚薄或地下的物質密度不同，因此重力場也因地而異，有可能地勢高的重力反而大於地勢低之處。有了厄圖渥許扭秤，就可以繪製出各地的重力梯度，以及測出各地的重力異常，因此它也成為油氣田與礦脈探勘的有力工具。

厄圖渥許並未為他發明的扭秤申請專利。他過世後，他任教並從事研究的布達佩斯大學為了紀念他在科學上的貢獻，於 1950 年改以他的姓名為名──

「Eötvös Loránd University 」。

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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為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％ 是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％ 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％ 的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％ 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

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