《驚奇隊長》裡的貓貓英雄：那些關於「呆頭鵝(Goose)」的科學小秘密！

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

＿＿＿＿＿ 防雷分隔線＿＿＿＿＿

＿＿＿＿＿ 再來一層防雷分隔線，復仇者要上場囉＿＿＿＿＿

我們都知道在《復仇者聯盟 3》中，薩諾斯大大一個彈指間，地球一半的生物灰飛煙滅。那麼問題來了：在《復仇者聯盟 4》（以下簡稱《復4》）裡頭，各路英雄究竟該怎麼把大家再給救回來呢？

電影用了個十分老派的方法：時空旅行。（以及一堆聽起來萬分浮誇的專有名詞，包括：量子物理、德意志悖論和莫比烏斯環……）

那麼，接下來就讓我們用科學的角度，看看這些花俏的名詞究竟要如何拯救世界。

想拯救被薩諾斯摧毀的世界，首先，來場時空旅行！

想要拯救那消失的 50% 的生物，首先就要談談那些不知道從哪裡來但反正就是超厲害的「無限寶石」們，就是因為有它們，薩諾斯才能轉眼毀滅半個世界。若是要救回那 50% 的生物，寶石可說是重要關鍵。可惜的是，毀完世界後，薩諾斯也順手把寶石們都毀光光了。因此，復仇者們必需回到過去各個時間點，尋回過去的寶石。

然而，時空旅行真的可行嗎？

若我們採用愛因斯坦在狹義相對論裡的說法，只要用接近光速的速度移動，理論上，我們都可以在短短的人生中，「往前」旅行數百萬乃至於數億年的光陰。但是、穿越「回去」則是相對而言十分困難的事。

許多人將時空旅行的希望寄託在「黑洞」上，在黑洞中心奇異點的位置，重力極大，造成時間空間破裂，因此將黑洞與白洞連結，兩者間將產生「蟲洞」，人們便可以此穿越時空。

• 想知道更多關於時空旅行的方法？讓動畫告訴你：

回到過去不容易，沒祖父就沒有你

回到過去的時空旅行會出現很明顯的邏輯悖論，就像是著名的「祖父悖論」。

「祖父悖論」的內容是：如果你穿越回去、殺死了年輕時的「你爺爺」，那麼照理說「你」根本就不會出生，但如果你從來就沒有被生出來，「你」又要如何回到過去把爺爺殺掉呢？

這樣牽一髮而動全身的時空旅行，發生在所謂的「封閉類時曲線」 (closed timelike curve，CTC)。有些理論認為，因為這樣的迴圈在物理上無法實現，因此，回到過去本身就是一件不可能發生的事。

此外，也有所謂的「希特勒悖論」：假設為了阻止希特勒造成生靈塗炭的第二次世界大戰，我們派出探員穿越時空回到二戰前，暗殺了希特勒，而後阻止了二戰爆發。那麼，問題來了：如果根本沒有所謂二戰，又幹嘛回到過去殺掉希特勒呢？在這次的時空旅行中，旅行本身就消除了一開始旅行的目的，讓這整趟旅程顯得無比弔詭。

• 覺得有聽沒有懂？看動畫更好理解喔：

展開吧！多重宇宙裡什麼都是有可能的！

那麼，在終局之戰中，復仇者們又是如何進行時空旅行的呢？

電影首先吐槽了《回到未來》等時空旅行經典電影（就說了不能用改變過去來干預未來了齁～）然後，復仇者們走了另一條路──替代宇宙 (alternative reality)。

替代宇宙的概念是，當你回到過去做了某些改變，就會因此製造出一個全新的宇宙，就像是將原本的一個世界分支出多重時間線。在物理上，我們稱之為「多世界詮釋」(the many-worlds interpretation)

而為了不要在拯救一個世界的同時創造出三百個新世界，復仇者們決定回到過去「借用」無限寶石，拯救完現在這個地球後，再把寶石們還回原本的世界，一樣的時間、一樣的位置，就像沒有借過一樣（！？）

聽起來很棒，但這能成功嗎？

所以…到底什麼是量子物理？

在《復4》中，我們會一直聽到量子物理，的確，現在有許多時空旅行的新理論都以量子物理為基礎，而其中有些理論，似乎解決了祖父悖論的問題。

恩……所以到底啥是量子物理？這其實是一種看待萬物的不同方式，在量子物理中，原子粒子更像是一種模糊不清的概率波。有多模糊不清呢？你永遠都不可能「同時」知道某個粒子現在在哪兒跟它要往哪裡移動。你只能知道它大概會有某些機率出現在某個特定地點。

一位英國物理學家大衛‧多伊奇 (David Deutsch) 便將這個概念結合了多重世界理論 (Many Worlds theory)，而後發現，只要你用概率的方式去表達一切(把概率推到極致)，你就可能可以解決祖父悖論。

怎麼說呢？就像是粒子充滿了無盡可能，回到過去的旅行者也只有部分機率會殺掉他的祖父，如此一來你也沒死、祖父也沒死，真是可喜可賀可喜可賀啊！如此一來，也就打破了前述的因果關係循環。事實上，這在模擬中，已經成功了。

這看起來或許有些奇怪（加上電影用了很浮誇的方式在敘述），不過，實際上的量子力學，可能比這個還要難懂。別擔心，你並不孤單，畢竟科學家們自己也都還沒有搞清楚。

關於量子力學，還有哪些名詞你該知道：

普朗克尺度 (Planck scale)：所謂的普朗克尺度呢，看的是非常非常非常小的東西，普朗克長度、普朗克時間、普朗克質量等等都是物理上用來敘述的最基本單位。而一個普朗克長度是 1.616 × 10⁻³⁵ 公尺，沒錯，就是這麼小。這個距離，便是光在一段普朗克時間（約為 5× 10⁻⁴⁴ 秒）內前進的距離。

反莫比烏斯環 (Inverted Möbius strip)：那麼東尼看著的那個看起來超級厲害的「反莫比烏斯環」又是個什麼東西？恩……查無資料。但我可以跟你說莫比烏斯環是什麼。

想要做出莫比烏斯環其實很簡單只要拿張紙，轉 180 度，再把它的兩端黏起來就可以了。不過，可別小看這個環，它藏有許多奇妙的性質，它沒有正反面的分別，而是僅有一面，也就是說，你在環上隨便找個點往前畫畫畫畫畫，最後都會回到原本的地方，而且會將各處都塗滿同一個顏色。

排除掉那些看起來漂亮但不知道在幹嘛的名詞，《復4》的劇情實在花了許多力氣試圖完整時空旅行的方法、解決時空旅行悖論。

於是，一天又平安地過去了，感謝復仇者們的努力。

參考資料：

• Avengers: Endgame exploits time travel and quantum mechanics as it tries to restore the universe [2019.04.24] The Conversation

《驚奇隊長》看完後根據泛科學編輯部不科學的統計，百分之 87 的人會想知道這兩件事：《復仇者聯盟4》何時上映，以及能不能告訴我關於呆頭鵝 (Goose) 更多的事！（最好XD）

關於《復仇者聯盟4》可能要問問隔壁棚的姐妹站「娛樂重擊 Punchline」（對了對了，順便附上隔壁棚的影評：《驚奇隊長》：發展潛力大於實際執行，在雙重壓力下的奮力翱翔，歡迎左轉再右轉去討論），但關於橘貓們，科學可以再來多談一點。

以下是這隻橘貓可能不想讓你知道的小秘密，關於貓主子若你害怕知道太多，或是還沒看電影怕劇透的話，請酌情閱讀。

＿＿＿＿＿這是防雷分隔線，咕嚕＿＿＿＿＿

橘貓這麼可愛，百分之 87 是男生？

虎斑、玳瑁、三花、黑的白的灰的橘的，這些形容不是針對貓咪的品種，而是指牠們的花色。但，貓咪的花色又是怎麼決定的呢？讓我們來看看下面這張表，保證你不會立馬看懂，但它會讓我們想起高中時有學到、有點令人懷念的「性聯遺傳」。

貓咪的毛色由 X性染色體上的「Orange基因」決定，其對偶基因表示為：顯性O/ 隱性o 。由於公貓的性染色體為 XY，因此他們只要在 X染色體上有顯性 O 的基因就會呈現橘色，而母貓則要在她的兩條 XX性染色體上都帶有顯性 O 的基因才能成為橘貓。

因此就機率來說，隨機遇到橘貓而他是男生的比例大約是 3/4，還不到百分之87 啦！但如果你遇到三花貓是男生那可就是不得了的幸運了。

三花貓的 X染色體上帶有決定黑色和橘色的基因，而白色基因則在體染色體上。X染色體在體細胞中其中一條會被去活化，因而在轉錄時受到限制，進而使其特性不被表現。如果被去活化的是黑色基因則表現橘色、是 Orange 基因的話則是黑色，所以能同時有黑色、橘色和白色的三花貓，才會大多都是有兩條 X染色體的母貓。僅有在很少數的情況下，因為嵌合體的情況多一條 X染色體的公貓，才有可能是三花公貓。

真的是十隻橘貓九隻胖，還有一隻特別胖嗎？

雖然呆頭鵝不太胖，但再次根據泛科學編輯部不科學的取樣偏差調查，似乎有許多橘貓僕人都在服侍著胖貓主子。所以，橘貓真的是生來就會特別容易胖嗎？

上一段我們提到了，毛色與 Orange基因有關，但其實目前並沒有相關研究證實 Orange基因和橘貓的體重無關。只能說……有可能橘貓的主人特別會餵，或者這其實是個取樣偏差造成的誤會，又或者「大橘為重」是這大宇宙中我們還沒找到的某個神秘的規律。

橘貓與體胖無關，但那心寬呢？有研究針對貓咪的毛色與個性和看獸醫時的反應做了調查（但填寫問卷的是僕人而不是主子本貓，有點可惜啊），研究統計發現與三花、玳瑁和虎斑這些與橘色性聯有關係的貓咪對人比較有攻擊性，然後黑白貓會把貓僕人的照顧視為騷擾，灰白貓容易在看獸醫的時候亂發脾氣等等。

但正如我們看書和看謎片如果只看封面就會被詐欺一樣，本研究僅供參考，貓貓的個性，最終還是得取決那隻貓貓啊。

掐住貓貓的脖子他就不會動了？

那一天，人類和史克魯爾人終於回想起了貓咪與 Flerken 的恐怖，和被他們囚禁於傲嬌和肚皮中的那份屈辱。

但沒關係，抓住貓主子的脖子，把牠們從後面拎起來就好了嘛？！不知各位僕人有沒有發現，貓主子跟巨人一樣後頸似乎有弱點：只要捏著貓咪脖子後面的肉，牠就乖乖的不會亂動，像被催眠一樣。

這樣的現象稱為「Clipnosis」，而之所以會有這樣的行為，研究者推論這是為了讓母貓能夠更容易的攜帶小貓；且不只有貓咪有這樣的現象，它同時也發生在狗狗、兔子、小鼠甚至是人類身上。

俄亥俄州立大學 (Ohio State University) 臨床獸醫學的教授 Tony Buffington 曾以此現象作為研究主題，他們用長尾夾夾住了貓咪的後頸，被夾住的貓咪便會拱起背脊、把尾巴收起來並且乖乖的不動。

此時貓咪的瞳孔並沒有放大，且心跳、呼吸速率也都是正常的，生理現象一切正常，因此推論貓咪之所以會有這樣的行為不是因為害怕或是疼痛。因此他們推論這是為了讓母貓能夠更容易的攜帶小貓；且不只有貓咪有這樣的現象，它同時也發生在狗狗、兔子、小鼠甚至是人類身上。

日本神經科學家也注意到抱著剛出生的嬰兒會有快速鎮靜的作用，於是利用了小鼠做研究，了解這樣的行爲其背後的生理機制為何。他們發現，當小鼠銜著小小鼠，和人類抱著嬰兒時，有三個反應會非常類似：停止哭泣、順從、以及心跳速率降低。

那麼面對貓皇，愚蠢的人類會有哪些神秘的行為呢？

請繼續閱讀下篇：《驚奇隊長》與貓貓英雄呆頭鵝：科學解析貓皇和人類的神秘關係！

參考資料：

• 為什麼橘子貓大多是男生？
• 果殼問答：花纹为三色的猫都是母猫？
• 果殼問答：为什么掐住猫脖子后面的肉,猫就动不了了？
• 以大橘为重！橘猫真的更容易发胖吗？
• 【寵物專欄】貓也不可貌相嗎？
• 玳瑁、虎斑、踏雪……是猫品种？人家明明是花色好吗！
• How Rocking a Baby Is Like Mouth-Carrying a Mouse Pup
• The Weird Science Behind Feline Clipnosis
• Is coat colour linked to aggression in cats?
• Pozza, M. E., Stella, J. L., Chappuis-Gagnon, A. C., Wagner, S. O., & Buffington, C. T. (2008). Pinch-induced behavioral inhibition (‘clipnosis’) in domestic cats. Journal of feline medicine and surgery, 10(1), 82-87.
  
• Esposito, G., Yoshida, S., Ohnishi, R., Tsuneoka, Y., del Carmen Rostagno, M., Yokota, S., … & Venuti, P. (2013). Infant calming responses during maternal carrying in humans and mice. Current Biology, 23(9), 739-745.
• Gammie, S. C. (2013). Mother–infant communication: carrying understanding to a new level. Current Biology, 23(9), R341-R343.
  
• Stelow, E. A., Bain, M. J., & Kass, P. H. (2016). The relationship between coat color and aggressive behaviors in the domestic cat. Journal of applied animal welfare science, 19(1), 1-15.

延伸閱讀：

• 《驚奇隊長》：發展潛力大於實際執行，在雙重壓力下的奮力翱翔
• 漫威電影宇宙第三階段的重要拼圖！關於《驚奇隊長》的 5 個幕後冷知識與設定

想認識更多電影中的科學，來泛知識節和我們一起聽泛科學專欄作者余海峯聊《科幻中的科學》吧！

閱讀此篇文章時，建議不要身處公共區域，要不然請確定旁邊的人正在忙。

隨著⟪復仇者聯盟4：終局之戰⟫的接近，網路上各種謠言和都市傳說滿天飛，包括誰會加入、誰會復活、平行宇宙會怎樣運作……等等，其中有一個最讓R編噴飯的說法，我相信許多流連網路的漫威粉絲一定也聽過，就是傳說中的「Thanus假說」。

什麼是「Thanus假說」呢？從英文字面來看，是薩諾斯 （Thanos ）加上 肛門 （anus）….. Thanus假說就是指復仇者聯盟在無計可施的情況下，唯一打敗薩諾斯的方法，是叫蟻人爬進薩諾斯的肛門裡，然後變大……R編把這招叫做量子菊花爆。

這派說法最早在2018年年中出現，一直到大概2月底在國外論壇中突然梗圖大量發生，把看Reddit當作日常生活的R編也在當時看到了這個充滿無限科學潛力的戰術（註1），腦袋很癢，覺得這實在是太母湯酷了。

但是身為一個空想科學作者，你一定要問…..這方法行得通嗎？

是誰厲害呢？蟻人的變大機制還是薩諾斯的肛門括約肌？薩諾斯會求饒嗎？還是一點感覺都沒有？

不管怎樣，這已經超出我們一般認知的矛盾對決一定要來討論一下啦！！

肛力招來…括約肌有多強呢？

只要是動物~基本上你全身上下、由內而外都有肌肉，心臟？不好意思全是肌肉；寒毛直豎？不好意思也是肌肉，不過我們這裡要談到的肌肉，你每天無時無刻都會用到，只是絕大部分的時候你不太會意識到，那就是括約肌。

括約肌是分布在人和動物體內某些管腔壁的一種環形肌肉，而人的肛門、尿道、連接腸胃的地方都有括約肌。比較不一樣的是…腸道內的括約肌例如幽門和賁門都是由平滑肌組成的，並不受意識控制，這很可以理解～畢竟這是防止食物逆流的重要器官，你沒事去控制它幹嘛？

但是肛門口的括約肌就比較不一樣了~作為一個和外界接觸的器官，為了能夠控制排尿和排泄能力以及保護不被異物入侵，所以肛門括約肌可以被我們控制。肛門擁有內與外括約肌，前者只有協助排便的功能而無法靠意識控制；後者是由骨骼肌構成，可以被控制。

既然要探討蟻人量子菊花開能不能成功，我們就絕對需要一個絕對重要的數據，就是薩諾斯的肛門括約肌力量（註2）。

不過首先我們得先了解人類的肛門括約肌，再來推斷薩諾斯的肛門括約肌有多強。

多虧了許多直腸方面的醫學技術和檢測，肛門括約肌內的壓力並不是最難找的資料，只是有一些出路，不過綜合找到的資料，我們可以知道在正常、沒有用力的狀況下，人類的肛門括約肌壓力測得壓力大概有50~70毫米汞柱，其中只有15%是來自外括約肌；但一旦我們用力想要緊閉肛門，外括約肌就會全力輸出，壓力會達到120~170毫米汞柱（註3），為了之後方便計算，我們分別採平均值60以及145毫米汞柱。

但是薩諾斯畢竟不是地球人，是壯碩、強大的泰坦人，都能跟整個宇宙對幹了，想必括約肌一定也不同凡響，我們需要找到他力量與一般人類的差距倍數，才能知道他的肛門有多強。

哈～這裡我有找到了偷吃步！來試試看吧~

連鑽石都壓得出來的超級肛門

國外有人作過有關薩諾斯力氣的研究，他從薩諾斯空手捏碎宇宙魔方（a.k.a 空間寶石）的場景推算，得到的結論是薩諾斯的力量比一般人類強了大概75萬倍（註4），我先借用這個數據來算算看，並假設薩諾斯的肛門也是比一般人類強750000倍的話，那麼他的紫色菊花在正常狀態下壓力就有4500萬毫米汞柱，用力時能夠達到1億875萬毫米汞柱，如果我們換算成一個更熟悉的單位的話，這差不多是60億和145億帕（Pa, N/M²）…..

這太高了……已經不是正常肌肉的範疇了啦！！

當薩諾斯什麼事都不做的時候，他的肛門自己會產生60億帕的壓力，這已經超過了馬里亞納海溝底部的水壓，還能夠把世界上絕大部分的物質壓碎，連最強的人造纖維Zylon也無法倖免，照樣擠成一團；而如果薩諾斯用力的話，連氧氣都能固化，甚至能夠擠出人工鑽石……所以當薩諾斯大便的時候，如果糞便還有碳的話，他只要用力一下就會掉出鑽石囉！！但是隨時隨地他的肛門括約肌都是60億帕的情況下，你要怎麼大便啊？？（註5）

這下子蟻人鑽進去根本是自殺啊……可能都被壓成蟻汁了……嗚呼哀哉……

可能大錯特錯的泰坦肛門推論

既然這樣，我們只好自己想辦法了～我們需要從薩諾斯的身高、體重來假想他的括約肌強度。

漫威的百科裡面有紀錄薩諾斯身高為6尺7吋，也就是剛好2公尺，但是在電影裡，鋼鐵人只到他的手肘而已，所以他絕對比2公尺還高，可能還多了60公分，既然我們討論的是電影宇宙，那就以2.3公尺當他的身高好了，另外~他的體重是447公斤。

這體格真的是壯的很誇張，舉個例子好了，知名的摔角選手約翰·希南（John Cena）身高是184公分，體重是114公斤，如果我們把他放大到跟薩諾斯一樣，身高會是1.25倍，而體重和身高的立方成正比，也就是我們需要把希南的體重乘以 1.25³倍才會是他放大之後的體重，也就是222公斤，但是薩諾斯的體重又比這個數字多了1倍。薩諾斯是很結實沒錯，但看起來也像一個摔角選手體型，看來他的肌肉密度可不是蓋的啊~（註6）

如果我們假設約翰希南的肛門括約肌力量是人類的高標，也就是70和170毫米汞柱好了，然後肌肉力量與體重成正比，這樣的話薩諾斯的括約肌力量都要乘以1.25³再乘以2，變成273和664毫米汞柱，也就是36,400和88,500帕 (N/M²)……ㄟ~還ok嗎~比1大氣壓還小喔。

蟻人與復仇者聯盟的B計畫

但是別忘了壓力與面積有關，所以我們需要更進一步知道薩諾斯的肛門數據，知道他會有多少面積的括約肌再用力，但這跟蟻人把薩諾斯的肛門撐多開、以及用什麼方式撐開有關。

正常人類的肛門括約肌厚度大概是3公分，因應薩諾斯的巨大體型，我們乘上他的身高倍數，我們得到厚度為3.75公分。

假設蟻人順利縮小到原子大小，進入薩諾斯的肛門口，而我們的泰坦人也完全沒有感覺。現在蟻人順利的變大，用雙手雙腳撐開了0.5公分…這差不多是作直腸檢測的時候管子的直徑…這當下壓力會是多少？

0.5*π*3.75*0.0001*(變平方公尺)*36,400=21.4 N (牛頓)

但是這只是薩諾斯的肛門提供的力而已，蟻人只靠他當下小小的雙手雙腳撐住而已，一般人的手掌腳掌面積取個平均值大概是0.017平方公尺(注7)，蟻人演員保羅魯德身高是178公分，面積的變化大概跟身高變化的平方成正比，所以變小蟻人的手掌腳掌面積變成超級迷你的1.34×10 ^-7 平方公尺，力量除以面積~我們可以得到在這當下蟻人單個手腳掌承受的壓力是16億帕。

等等！！怎麼又是這種數字啊！！16億帕雖然沒有之前的誇張，但是已經是能夠把強大的英高鎳合金折斷了，蟻人啊，你真慘……

寫到這裡，R編已經不想再摧殘蟻人了，但不代表復仇者聯盟會就此收手，誰規定打開這朵紫色菊花一定要把蟻人放進去？？

B計畫！！把美國隊長的盾牌縮小放進去，這技術上完全沒有問題，大家都看過電影中蟻人可以靠道具讓車子自由變大變小，而且隊長的盾牌既然是最強金屬打造的，應該就不需要擔心了吧～沒事幹嘛把人命浪費在屁股裡？

直接把盾牌變成原始大小有點太……太不闔家觀賞了，所以為了只是把薩諾斯用痛這個目的，我們就假設把盾牌放大成直徑21公分吧～（為什麼挑這數字？注8），而且理所當然薩諾斯會用力抗拒，所以要用上他的88,500帕這個數字，我們可以得到薩諾斯當下用力為：

21*π*3.75*0.0001* (變平方公尺)*88,500=2188 N (牛頓)

美國隊長的盾牌原本的直徑差不多是76公分，我們假設厚度是1公分，現在變成直徑只有21公分，厚度會只剩下0.28公分，所以這樣的話與薩諾斯肛門接觸的面積會有1.85*10 ^-3 平方公尺，所以……盾牌當下承受壓力是118萬帕。

喔喲！！這只比人類的咬合力強了一點點耶！！太棒了~所以只要撐過一開始連超合金都能壓碎、從四面八方包覆而來的壓力之後，薩諾斯的肛門就會卡著一個異物在地上痛得死去活來。

但是這個計畫絕對要進行的快狠準，放大要瞬間且抓準時間，因為別忘了薩諾斯已經收集完了全部的寶石。從薩諾斯的角度，他其實也有很多的解套方法……例如用力量寶石加強他的括約肌強度、用時間寶石回溯時間、用現實寶石讓肛門錯位….或是最直接的大絕招…用空間寶石把肛門變大，所以不能給他握拳的時間。

一切就發生在復仇者聯盟與薩諾斯周旋的時候，蟻人就帶著盾牌往那紫色的菊花衝過去，安置好之後逃出來，然後到數3…2…1…復仇者聯盟加油！！

然後我不想再研究薩諾斯的這個部位了……如果有哪位專家想要更詳細全盤剖析這驚動全宇宙的戰術的話，歡迎加入這個行列！！

(這邊要感謝我的好友兼動物生理學顧問 長頸鹿，沒有他一開始提供的概念，我還覺得這篇文章寫不出來哈哈)

編註

1. 給那些很好奇的人: 國外reddit Thanus梗圖版
2. 再繼續討論之前，可能會有人看過另一個一樣在探討Thanus的國外文章，，使用一個我真的不太清楚的方法叫體積模數，但是人家似乎是生理學家，所以可能比較準吧~ 大家可以的話也可以看看。
3. 這兩個參數分別叫做肛管靜息壓和肛管最大收縮壓，其他還有像排便壓之類的數據，總之做一個直腸檢測，你就會有很多參數會知道，如果R編有空也更想投身這個研究的話，應該要去做一次檢測再來寫的……
4. 這篇論文在這裡，基本上這篇文章的作者假設宇宙魔方是以奈米碳管打造，薩諾斯用多少力氣把它捏爆。
5. 當然我們沒看過薩諾斯吃飯，更不用說知道他的大便是什麼材質，漫威宇宙充滿許多神奇元素，說不定他的大便也很厲害，或是用其他方法排泄(那幹嘛要有肛門?)。
6. 原本這裡一大段是是用巨石強森當作模板的，但是發現希南又更壯、形態上比較像薩諾斯，而且體重比較接近，所以就改用約翰希南，重寫了一遍。
7. 一般人的手掌大小差不多是160~180平方公分，而腳掌稍大一點，但是差距也更大，差不多是140~210平方公分。
8. 我google了”World biggest dildo(世界最大假陽具)”…………網路世界真是好用。(到底誰要買這種東西啊？！)

參考資料：

• 漫威fandom百科
• 維基百科：骨骼肌、括約肌、數量級(壓力)、數量級(力)、

• A BIOPHYSICIST EXPLAINS HOW ANT-MAN COULD KILL THANOS FROM INSIDE HIS BUTT

• Anorectal Manometry: Current Techniques and Indications.
• 肛管直腸壓力測定的應用及意義
• 直腸、肛門相關論文：

  Determinant of Anal Resting Pressure Gradient in Association With Continence Function

  Three-dimensional reconstruction of magnetic resonance images of the anal sphincter and correlation between sphincter volume and pressure.

  Shape and volume of internal anal sphincter showed by three-dimensional anorectal ultrasonography.

《驚奇隊長》看完後根據泛科學編輯部不科學的統計，百分之 87 的人會想知道這兩件事：《復仇者聯盟4》何時上映，以及能不能告訴我關於呆頭鵝 (Goose) 更多的事！（最好XD）

關於《復仇者聯盟4》可能要問問隔壁棚的姐妹站「娛樂重擊 Punchline」（對了對了，順便附上隔壁棚的影評：《驚奇隊長》：發展潛力大於實際執行，在雙重壓力下的奮力翱翔，歡迎左轉再右轉去討論），但關於橘貓們，科學可以再來多談一點。

以下是這隻橘貓可能不想讓你知道的小秘密，關於貓主子若你害怕知道太多，或是還沒看電影怕劇透的話，請酌情閱讀。

＿＿＿＿＿這是防雷分隔線，咕嚕＿＿＿＿＿

橘貓這麼可愛，百分之 87 是男生？

虎斑、玳瑁、三花、黑的白的灰的橘的，這些形容不是針對貓咪的品種，而是指牠們的花色。但，貓咪的花色又是怎麼決定的呢？讓我們來看看下面這張表，保證你不會立馬看懂，但它會讓我們想起高中時有學到、有點令人懷念的「性聯遺傳」。

貓咪的毛色由 X性染色體上的「Orange基因」決定，其對偶基因表示為：顯性O/ 隱性o 。由於公貓的性染色體為 XY，因此他們只要在 X染色體上有顯性 O 的基因就會呈現橘色，而母貓則要在她的兩條 XX性染色體上都帶有顯性 O 的基因才能成為橘貓。

因此就機率來說，隨機遇到橘貓而他是男生的比例大約是 3/4，還不到百分之87 啦！但如果你遇到三花貓是男生那可就是不得了的幸運了。

三花貓的 X染色體上帶有決定黑色和橘色的基因，而白色基因則在體染色體上。X染色體在體細胞中其中一條會被去活化，因而在轉錄時受到限制，進而使其特性不被表現。如果被去活化的是黑色基因則表現橘色、是 Orange 基因的話則是黑色，所以能同時有黑色、橘色和白色的三花貓，才會大多都是有兩條 X染色體的母貓。僅有在很少數的情況下，因為嵌合體的情況多一條 X染色體的公貓，才有可能是三花公貓。

真的是十隻橘貓九隻胖，還有一隻特別胖嗎？

雖然呆頭鵝不太胖，但再次根據泛科學編輯部不科學的取樣偏差調查，似乎有許多橘貓僕人都在服侍著胖貓主子。所以，橘貓真的是生來就會特別容易胖嗎？

上一段我們提到了，毛色與 Orange基因有關，但其實目前並沒有相關研究證實 Orange基因和橘貓的體重無關。只能說……有可能橘貓的主人特別會餵，或者這其實是個取樣偏差造成的誤會，又或者「大橘為重」是這大宇宙中我們還沒找到的某個神秘的規律。

橘貓與體胖無關，但那心寬呢？有研究針對貓咪的毛色與個性和看獸醫時的反應做了調查（但填寫問卷的是僕人而不是主子本貓，有點可惜啊），研究統計發現與三花、玳瑁和虎斑這些與橘色性聯有關係的貓咪對人比較有攻擊性，然後黑白貓會把貓僕人的照顧視為騷擾，灰白貓容易在看獸醫的時候亂發脾氣等等。

但正如我們看書和看謎片如果只看封面就會被詐欺一樣，本研究僅供參考，貓貓的個性，最終還是得取決那隻貓貓啊。

掐住貓貓的脖子他就不會動了？

那一天，人類和史克魯爾人終於回想起了貓咪與 Flerken 的恐怖，和被他們囚禁於傲嬌和肚皮中的那份屈辱。

但沒關係，抓住貓主子的脖子，把牠們從後面拎起來就好了嘛？！不知各位僕人有沒有發現，貓主子跟巨人一樣後頸似乎有弱點：只要捏著貓咪脖子後面的肉，牠就乖乖的不會亂動，像被催眠一樣。

這樣的現象稱為「Clipnosis」，而之所以會有這樣的行為，研究者推論這是為了讓母貓能夠更容易的攜帶小貓；且不只有貓咪有這樣的現象，它同時也發生在狗狗、兔子、小鼠甚至是人類身上。

俄亥俄州立大學 (Ohio State University) 臨床獸醫學的教授 Tony Buffington 曾以此現象作為研究主題，他們用長尾夾夾住了貓咪的後頸，被夾住的貓咪便會拱起背脊、把尾巴收起來並且乖乖的不動。

此時貓咪的瞳孔並沒有放大，且心跳、呼吸速率也都是正常的，生理現象一切正常，因此推論貓咪之所以會有這樣的行為不是因為害怕或是疼痛。因此他們推論這是為了讓母貓能夠更容易的攜帶小貓；且不只有貓咪有這樣的現象，它同時也發生在狗狗、兔子、小鼠甚至是人類身上。

日本神經科學家也注意到抱著剛出生的嬰兒會有快速鎮靜的作用，於是利用了小鼠做研究，了解這樣的行爲其背後的生理機制為何。他們發現，當小鼠銜著小小鼠，和人類抱著嬰兒時，有三個反應會非常類似：停止哭泣、順從、以及心跳速率降低。

那麼面對貓皇，愚蠢的人類會有哪些神秘的行為呢？

請繼續閱讀下篇：《驚奇隊長》與貓貓英雄呆頭鵝：科學解析貓皇和人類的神秘關係！

參考資料：

• 為什麼橘子貓大多是男生？
• 果殼問答：花纹为三色的猫都是母猫？
• 果殼問答：为什么掐住猫脖子后面的肉,猫就动不了了？
• 以大橘为重！橘猫真的更容易发胖吗？
• 【寵物專欄】貓也不可貌相嗎？
• 玳瑁、虎斑、踏雪……是猫品种？人家明明是花色好吗！
• How Rocking a Baby Is Like Mouth-Carrying a Mouse Pup
• The Weird Science Behind Feline Clipnosis
• Is coat colour linked to aggression in cats?
• Pozza, M. E., Stella, J. L., Chappuis-Gagnon, A. C., Wagner, S. O., & Buffington, C. T. (2008). Pinch-induced behavioral inhibition (‘clipnosis’) in domestic cats. Journal of feline medicine and surgery, 10(1), 82-87.
  
• Esposito, G., Yoshida, S., Ohnishi, R., Tsuneoka, Y., del Carmen Rostagno, M., Yokota, S., … & Venuti, P. (2013). Infant calming responses during maternal carrying in humans and mice. Current Biology, 23(9), 739-745.
• Gammie, S. C. (2013). Mother–infant communication: carrying understanding to a new level. Current Biology, 23(9), R341-R343.
  
• Stelow, E. A., Bain, M. J., & Kass, P. H. (2016). The relationship between coat color and aggressive behaviors in the domestic cat. Journal of applied animal welfare science, 19(1), 1-15.

延伸閱讀：

• 《驚奇隊長》：發展潛力大於實際執行，在雙重壓力下的奮力翱翔
• 漫威電影宇宙第三階段的重要拼圖！關於《驚奇隊長》的 5 個幕後冷知識與設定

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