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想過河?涉水、游泳聽起來太普通,還有哪些浮誇的過河方式?——《這麼做就對了!最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》

天下文化_96
・2020/02/18 ・2669字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 488 ・五年級
  • 作者/蘭德爾‧門羅(Randall Munroe);譯者/黃靜雅

人類喜歡住在河流附近,這代表我們常常發現自己需要過河。

過河最簡單的方法是「涉水而過」,意思其實就是「假裝河不在那裡,一直走一直走,走多遠算多遠」。

圖/天下文化提供

在河水很淺的地區,人們通常會試著涉水過河,但即使是淺水,也可能會有令人意想不到的危險。水的流速有多快,不太容易判斷,只要深及腳踝的水,就能把人沖得連站都站不穩。

圖/天下文化提供

如果河水太深,無法涉水而過,你可以試著游泳過河。但游泳是否行得通,很大程度取決於河的狀況。如果河水太湍急,你可能會被水流沖到下游,或是被吸入急流或障礙物底下。

會游泳的普通人(但不是游泳選手之類的)游速可能是每秒 2、3 公尺。這比有些河快很多,也比有些河慢很多,河水的流速從每秒不到 0.3 公尺到每秒超過 9 公尺不等。

假如河流是理想化的水域,以固定的速率沿直線流動,很容易就可以算出游泳過河所需要的時間,因為你可以直接游向對岸,忽略水流不計。游泳過程中,流速較快的河流會把你帶到下游較遠的地方,但你仍然會在相同的時間內游到對岸。

圖/天下文化提供

不幸的是,真正的河流並不是以均勻的速率流動。水的流速往往在河的中間比在河的邊緣更快,在河面比在河底更快。流速最快的地方通常位於河流最深處的上方、略低於水面下。河底平滑均勻、沿直線流動的河,其速率可能像這樣:

圖/天下文化提供

河床有寬平區域也有深水道,看起來可能比較像這樣:

圖/天下文化提供

如果你試圖游過這種河,你的路徑看起來會更複雜。而且,真正的河不會以直線流動。河裡有小漩渦、大漩渦和來來回回的曲流。在真正的河裡,你可能會發現水流不斷把你推離河岸,或把你捲入河底,或把你沖到下游的瀑布。

聽起來挺危險的。我們還是來看一些別的方法吧。

跳遠過河法

如果游泳過河吸引不了你,你可以試著跨越它。如果河夠小的話,最簡單的方法就是跳過去。

圖/天下文化提供

有個簡單公式可以算出,在理想條件下,拋射物以斜角發射可以飛多遠。

\(距離= \frac{速率^{2}}{重力加速度}\)

你能跳多遠,確切的距離取決於你的跳法、起跳、落地的細節,但可能的距離是多少,這個公式提供了相當實際的估計值。根據公式,如果你以時速 16 公里起跑,預期可跳過的間距達到 2 公尺左右。這證實,以非常小的河來說,跳過去絕對是個選擇。

你可以藉由提高速率來增加距離,這就是為什麼跳遠冠軍有時候也是短跑冠軍,某種意義上,跳遠選手正是擅長於「突然向上騰起而不是向前衝刺」的短跑選手。最厲害的跳遠選手可以跳出將近 9 公尺的距離,這代表短跑速率在起跳前一剎那加速到時速 32 公里以上。

自行車比短跑選手更快。如果你騎一輛很棒的自行車,用力踩踏板,或許能加速到時速 48 公里左右。以這樣的速率,你可以跳過 18 公尺寬的河(理論上)。

圖/天下文化提供

不幸的是,由於能量守恆,如果你起跳的時速是 48 公里,當你在對岸降落時,你的時速也會是 48 公里。這樣太快了,很容易造成嚴重或致命的傷害。在寬度「超過」18 公尺的河上嘗試這種特技,實際上可能比較安全。

如果你試圖跳過 24 公尺寬而不是 18 公尺寬的河,你會在「靠近對岸的水裡」降落,這樣對你的身體造成的傷害,大概會比「在堅硬的地上」降落來得不嚴重。

圖/天下文化提供

至少,假設水夠深的話。

更快的車子當然可以跳得更遠。時速 96 公里的汽車理論上可以跳過將近 73 公尺寬的間隔。然而,汽車以時速 96 公里降落,這不太可能。

圖/天下文化提供

飛車手克尼維爾(Evel Knievel)藝高人膽大,他因為騎摩托車飛越各種東西而出名,廣為人知的是,他曾嘗試騎火箭自行車飛越蛇河峽谷(Snake River Canyon)。由於法律因素,火箭自行車技術上被歸類為飛機。克尼維爾在職業生涯中究竟斷過幾根骨頭?這點眾說紛紜。但是他的「摩托車跳躍成功次數:骨折」比值並不大,可能還不到 1。

圖/天下文化提供

仔細想一想,或許你應該把「跳遠過河」留給專業人士,說不定專業人士也決定不要做這種事。

「掠水過河」法

人無法在液態水的表面上行走,至少在沒有科技或超自然力量的幫助下不行。

有些影片在網路上爆紅,影片中的人跑步過水、騎自行車過水或騎摩托車過水。所有這些特技背後的基本原理很簡單:如果你跑得夠快,當你碰到水的時候會滑過去。這些影片之所以爆紅,往往是因為至少它們看起來像真的一樣,直到惡作劇的始作俑者坦承,或是科普節目「流言終結者」(MythBusters)去嘗試,事情才真相大白。

哪些類型的特技是真的、哪些是假的,以下是簡單的概述:

圖/天下文化提供

赤腳滑水的人都知道,為了保持在水面上,你的腳相對於水需要以大約時速 50 或 60 公里移動。就算是博爾特的飛毛腿,當他在衝刺時也沒跑那麼快。

自行車也不行。你試都不用試,只要問問經驗豐富的自行車手就能搞清楚。自行車手可以告訴你,自行車和汽車不一樣,自行車通常不會「打滑」。自行車或許會在潮濕的路面上摔倒,但由於車輪的彎曲形狀把水往兩邊推,所以自行車輪胎不會因為「抓不到地」而在一層水的上面「衝浪」。

圖/天下文化提供

摩托車輪胎比較扁平、胎面有花紋,和汽車輪胎一樣,兩者都會打滑,「流言終結者」節目已經證實,這些輪胎也可以用來「過水」一小段距離,相當戲劇化。但這又讓我們回到飛車手克尼維爾的地盤了。

當然,有那種專門設計用來行駛於水面的車子。

如果你有船,那是非常完美的方法。事實上,有些河有長期駐守的船隻,在兩岸之間為人們擺渡往返。

——本文摘自泛科學 2020 年 2 月選書《這麼做就對了!:最ㄎ一ㄤ的生活科學指南》,2020 年 1 月,天下文化

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

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。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

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。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》