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眼見為憑?不,那只是你的偏見!——《像科學家一樣思考》

商周出版_96
・2020/05/21 ・2258字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

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  • 作者/史坦利.萊斯 (Stanley A. Rice);譯者/李延輝

我們無法辨別隨機性會直接造成可能是所有偏見中最重要的:確認偏見(confirmation bias)。

當我們看這世界,會看到一些東西,確認了我們已經相信的事, 有一些則與其牴觸。我們自然而然會較注意確認我們已經相信的東西。我們會引用證據支持我們的信念,忽視違背信念的證據,這不是因為我們都是騙子,而是因為我們大腦內的本能偏見。

我們只挑自己要的,卻忽略其他可能存在的。圖/pixabay

科學家稱這種偏見為「摘櫻桃」,因為我們摘下確認我們偏好的紅櫻桃,但沒有看到綠櫻桃。這或許是科學家使用統計測試決定結果顯著程度的主要理由。

我已經向你介紹了一個確認偏見的例子。我用維生素 C 補充品和避免感冒之間的相關作為虛假相關的例子,但我也提到偏見可能扮演了某個角色:服用補充品的人會將自己的症狀解釋為吸鼻子,而不是感冒。

在之前章節我討論過人類往往會認為其他有機體有智慧,但這些有機體可能不是真的有智慧。寵物的主人往往認為自己的狗是世界上最聰明的狗,或者養的貓真的很愛自己。這是某種形式的確認偏見。以下有一些滑稽的例子。

我家的動物是世界上最聰明的!

20 世紀初,有一匹叫「聰明漢斯」(Clever Hans)的馬。牠的主人宣稱這匹馬會算數。群眾會聚集看這匹馬算數。馬不會說話(除了靈馬艾德和戰地神騾之外),所以有人告訴聰明漢斯數到五,牠就會用馬蹄重重踩地上五次。聰明漢斯似乎總是能答對。

看我的厲害!(圖片非漢斯本人)圖/giphy

我很確定你已經猜到發生什麼事。假如他們告訴馬數到五,觀察者會在踩二或第三下時冷靜地閒站著。馬踩第四下時,觀察者就會開始留意。踩第五下時,他們就以幽微的方式傳達出他們的讚許,並準備鼓掌。結果證實馬只是非常擅長解讀人的肢體語言。不久,真相就傳了出去。就馬主人來說,這不一定是騙術,而只是觀察者的偏見。容易受影響的觀眾持續得出錯誤的結論,那些看到聰明漢斯的人也一樣。

情況是變好了。你可能會認為到了 21 世紀,我們會注意像這樣的事。但我看到一個電視節目,裡面的人會展示他們的寵物多有智慧。一個家庭宣稱他們的狗不只可以算數,也能讀木塊上的數字。我發誓我不是胡謅的,像這樣的東西可捏造不出來。

在這裡嗎?(本圖也非當事狗狗)圖/giphy

狗在簾幕的一邊。主人會在另一邊拿起一個木塊,假設上面有數字七好了,他會拿給熱切的觀眾看,然後放回原位,和其他木塊放在一起。簾幕一掀開,狗主人就會告訴狗去找上面有「七」的木塊,然後狗就會直接找到那個木塊。觀眾欣喜若狂,評審至少會裝得好像他們相信狗會讀數字一樣。

我知道你已經搶先猜到了。狗並不會讀數字,牠只是聞了聞哪個木塊上面人的味道最新。事實上,狗在人告訴它找哪一個數字之前就開始找數字七的木塊!你會想這原本就會讓觀察者稍微起疑。

自我欺騙的大腦,不可信任的記憶

人類大腦不只無可避免會製造偏見,看起來似乎也天生就會自我欺騙。

我們的心靈時常再現我們的記憶。記憶並不是一套不變的原始資料,我們的頭腦每次都可以重新查閱。相反的,每次我們想到一件事,我們的大腦就會改變記憶,過程中可能帶來偏見,並儲存修正後的版本。

人類的記憶,其實跟《腦筋急轉彎》所闡述的不一樣,並沒有那麼牢固。圖/giphy

我們實際上無法記得偏見出現前那件事的樣貌。這就是為什麼執法人員和國家安全調查員很容易將假記憶灌輸進人的腦袋,這些人之後會說記得實際上並沒有發生的事。一旦假記憶存了下來,就很難和真的記憶區別。

科學家為了避免這樣的偏見,會填寫實驗室紀錄本,取得任何結果的當天就寫下來,而不是之後再寫。這也是為什麼目擊證人的證詞可能不是故意騙人,但必須以實物證據,例如犯罪現場的 DNA 加以對照檢查。

歷史上重大的偏見:奴隸制度

人類歷史上很普遍的偏見就是奴隸制度,直到不到一百年前才逐漸式微。奴隸主人單純不把奴隸當人看。

羅馬人將他們的奴隸定義為「會說話的工具」。傑佛遜在革命戰爭前的大陸會議堅稱奴隸也是人,但會議中的南方代表將他們視為財產。捍衛奴隸制度的人往往相信奴隸對他們的小塊土地心滿意足。

奴隸天生就喜歡當奴隸?才不是這樣!圖/giphy

年輕的達爾文搭乘羅伯特.斐茲洛伊(Robert FitzRoy)船長的船,航行整個世界。斐茲洛伊就相信奴隸很快樂。達爾文和他看法不同。由於達爾文是平民乘客,他可以與斐茲洛伊意見相左而不會造成任何後果。

斐茲洛伊想向達爾文證明奴隸很快樂。因此,停留巴西時,斐茲洛伊要一名奴隸主人帶他的奴隸出來見達爾文。主人和船長都在,那些奴隸告訴達爾文他們實際上非常滿足。達爾文指出了一件事,對今天我們任何人來說都很顯而易見:奴隸不敢在主人在場時抱怨,他會處罰他們。達爾文告訴斐茲洛伊這證據毫無價值,這船長的反應就沒那麼客氣了。

遺憾的是,就著名政治評論家比爾.歐萊利(Bill O’Reilly)的說法,這種偏見還一直持續下去。

——本文摘自泛科學 2020 年 5 月選書《像科學家一樣思考》,2020 年 4 月,商周出版

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有耳朵卻常充耳不聞,有嘴巴卻總笨嘴拙舌。溝通程式哪裡出了錯?
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2021/03/30 ・2428字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

  • 文/雅文基金會聽語科學研究中心 研究助理 張舒婷

打開新聞頻道就是腥羶色報導,要不是雙方一言不和吵架衝突,就是談判破裂,烙人群架鬥毆。連近年來因應市場需求而數量急速攀升的外送員,也因和取餐店家一言不合而爆發衝突,甚至鬧上法院。外送員和店家都只是想將自己的工作做好,怎麼會衍生成這種局面?

將焦點拉回每日生活,就算未如同電視上的腥風血雨,內心也常會對同事、主管,或朝夕相處的家人充滿怨言;多說話會被批評「話不投機半句多」,少說話則被虧是「句點王」。人生好難這句話不是沒有道理,但是問題到底出現在哪裡?

吵架時多說話會被批評「話不投機半句多」,少說話則被虧是「句點王」,問題到底出現在哪裡?圖/envato elements

傾聽BUG無所不在

大多數人聽力正常,不但能察覺,更能分辨、辨識進而理解語音訊息。但擁有這些能力就保證溝通無礙嗎?其實傾聽程式並非完美,若仔細檢視你可能發現其中潛藏許多的 bug;也就是執行傾聽命令時,可能因為碰到了 bug 而掉進無限迴圈卻不自覺,讓雙方互動變得荒腔走板,關係也益發緊繃。

要debug前當然要先培養識別各種傾聽bug的能力:[1]

1. 偏見傾聽:依循先入為主的想法來聆聽對方說話,跳脫不出偏見框架。例如即使媽媽已改變關懷的方式,但孩子依然先入為主認為媽媽開口就是囉嗦嘮叨,只想要八卦套話。

2. 選擇傾聽:只聽自己想聽的,忽視對方真正想表達的重點。像是朋友其實想抱怨因為一支新程式而得沒日沒夜的加班生活,但你卻興高采烈的想要討論這支新程式的功能。

3. 假裝傾聽:表面上看似專心,實際卻沒有用心。例如女友在談論不同天菜等級的韓星歐爸,即使你對這話題超級沒興趣,也會為了關係和諧而頻頻搭腔,假傾聽之名、行放空之實。

4. 魯鈍傾聽:只接收到表面意義,沒有思考深一層的含意。像是老婆開心地給你看陽明山櫻花盛開的照片,順帶提到週末天氣很好。其實她就是想要跟你一起出遊,但你卻不解風情的說「天氣也太好了,那我們待在家裡耍廢好了,不要出去人擠人吧!」。

5. 自戀傾聽:總是將話題轉到自己身上,聽別人說話只是過渡,不管再怎麼不相干的話題總是有本事可以繞回自己身上,最後不發表個長篇大論絕不善罷甘休。

6. 防衛傾聽:以為別人說的都是要攻擊或批判自己;就是標準對號入座後又愛惱羞成怒的傾聽者。

其實這些無效傾聽時常存在於各種關係中,從親近的家人到陌生的社交關係也都處處可見,然而我們總是後知後覺、甚至不知不覺。這些看似令人不以為然的傾聽 bug,都有可能成為讓溝通程式 crash 的原因。

從小到大,也從沒一堂課專門介紹什麼叫「傾聽」,教導我們怎麼樣可以好好聽、用心聽,真正聽懂他人? 

主動傾聽冰山下的秘密

二十世紀最具影響力的心理學家之一維琴尼亞‧薩提爾 (Virginia Satir) 曾以冰山來做為譬喻[2],人們的行為、溝通方式是冰山露在水平面上的部份,然而它卻只佔了整個冰山的 1/8,其餘在水平面下的 7/8,則是代表著他心裡內在的感受、觀點、期待、渴望及自我,這 7/8 才是關於這個人的真正關鍵。而這些真正「關鍵」訊息,也就像同為心理學家卡爾.羅傑斯 (Carl Rogers) 所提到的,去聽見字句、想法、語調、說者想傳達的意涵,甚至意識表層底下的意義[4]

一般而言,不會有人在日常生活中,專門找一個適當的時機、合適的空間,坐下來好好理解你的「冰山底下」,所以這更可以發現傾聽時「主動」的重要。原來傾聽並不是一件被動的事,它需要用心、積極,並且去提問、去關懷那些對方尚未說出口的內心世界。而問問題也不是只針對事件發生的細節,而是關於這個眼前的人對於這個事件的觀點、想法、感受、甚至是對自己感受的評價、對自己的想法。唯有透過主動傾聽那些沒有說出口話,解密對方心思,才能確保溝通程式可以順利運轉。

Debug 後再新增一組叫作「支持型回應」的程式碼

了解各種傾聽bug後,就可開始練習 debug,除了洞察冰山下沒有說出口的心意外,也不要小看「回應」這個關卡。好好答話和用心傾聽一樣重要,別讓自己功虧一簣!

過往學者曾透過收集一百多則非正式晚餐對話,探討人在社交情境下如何表現和爭取矚目,並從中歸納出了兩種回應[4][5]。第一種較常見的是轉移型回應(shift response),也就是直接把注意力從說者轉到回應者身上,類似前面所提到的自戀式傾聽。第二種則是較高端的支持型回應(support response),傾聽者應鼓勵說者盡情發揮多說話,並幫助他深入理解問題。換句話說,支持型回應是將對方當成主角,把 spotlight 打在對方身上;而轉移型回應則是老是想要當主角,當然就錯失了更深入體會理解他人的機會。而支持型回應是一種「有效傾聽」,去聽懂、並理解對方沒說出口的想法、感受和意圖。

下次朋友和你大吐苦水時,別忘了練習洞察那些他沒說出口的話,至少先釐清對方只想純抱怨真討拍,或是真想詢問你的高見。若是前者,就盡量少說話多給予些支持,用心傾聽同理就對了;若是後者,你就可以摩拳擦掌,用盡全心發表個人高見了。

朋友和你抱怨時,至少先釐清對方只想純抱怨真討拍,或是真想詢問你的高見。圖/envato elements

參考文獻

  1. 邱珍琬(2015)。圖解輔導原理與實務。台北:五南。
  2. 林沈明瑩、陳登義、楊蓓(譯)(1998)。薩提爾的家族治療模式(原作者:Virginia Satir, John Banmen, Jane Gerber, Maria Goromi)。台北市:張老師文化。
  3. 江美滿(2017 年 12 月)。圖解薩提爾的溝通姿態-溝通時,你是哪一型?天下雜誌,96,96-97。
  4. 謝佩妏(譯)(2020)。你都沒在聽(原作者:Kate Murphy)。台北市:大塊文化。
  5. Charles Deber (2000). The Pursuit of Attention. NY: Oxford University Press.
雅文兒童聽語文教基金會_96
39 篇文章 ・ 199 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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還在「真相永遠只有一個」?那你就太小看這世界複雜的因果關係了!——《像科學家一樣思考》
商周出版_96
・2020/05/20 ・2687字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

  • 作者/史坦利.萊斯 (Stanley A. Rice);譯者/李延輝

在日本,有些人會做森林浴,也就是沐浴在森林的香氣中。這種作法一般認為可以降低血壓,並減少唾液中壓力激素皮質醇的數量。有些研究者將壓力減少歸功於揮發性化學物質,例如樹木釋放的單松烯(monoterpenes)。

這讓我們與所有科學中最重要的觀念之一面對面:相關不等於因果。

兩個變數可能互有關係,例如高血壓和缺少單松烯,以及低血壓和存在單松烯。但這並不是說單松烯會降低血壓。我們的大腦會有偏見,將相互關係解釋為因果關係,可以說是不經思考就這樣做。可能在森林裡真正發生的是其他因素讓人放鬆。單松烯並不是人們到森林裡唯一感受到的事物。在其他所有方面,他們都很放鬆。沒有忙碌的時間表、沒有噪音、沒有其他人,只有陰影和沙沙的聲音。

是什麼原因,讓我們在森林中感到放鬆?圖/pixabay

愛德華.威爾遜(Edward O. Wilson)可能是世界上最知名的科學家,他率先稱心靈感受到身處自然中的快樂為熱愛生命(biophilia)。這也是一種偏見:大家預期在森林中感到放鬆。喔,還有單松烯。研究人員注意到這個問題。他們在受控條件下,對實驗室老鼠餵食單松烯,並發現和對照組相比,牠們會產生和人類類似的生理效應。

統計分析本身無法解決這項問題。統計方法可以計算相關係數,告訴你是否顯著,但僅止於此。所以雖然《新英格蘭醫學雜誌》(New England Journal of Medicine)於 2012 年刊登了一篇論文,聲稱吃巧克力會讓你變聰明(噢,我們不都這樣希望嗎!),但作者看到的是虛假相關。較聰明的人做的很多事和他人不同,顯然其中包括吃巧克力在內。

多重因果關係 vs. 階層式因果關係

人在森林裡會因為多重原因而放鬆,其中一種可能是揮發性化學物質。這是多重因果關係的一個例子。還有另外一種方式造成結果可能有一種以上的原因。這些原因可能以階層方式彼此互為因果,而這就是階層式因果關係(hierarchical causation)。

到底是人要射擊我?還是槍要射擊我?又或是這個圖片要射擊我?圖/giphy

假設有人拿槍要射你,你很自然就會說那個人要射你。但你也可以說槍要射你,或者子彈要射你,或化學及物理定律(將爆炸的動力加在子彈上)要射你。要是上帝真的掌管自然定律,你甚至可以說上帝要射你。這就是各階層的原因。這聽起來有點像〈這是傑克蓋的房子〉。

你知道的,就是歌詞像下面這樣的兒歌:「傑克蓋的房子裡有麥芽,麥芽被一隻老鼠吃了,老鼠被一隻貓咬死了,貓又被一條狗追了,這就是追貓的那條狗。」這似乎很異想天開,但容我提醒你,數十億的產業可能就建構在階層式因果關係刻意扭曲的結果上。

美國槍枝遊說就為美國境內好幾億的槍支辯護(估計數字從兩億到三億不等),聲稱「槍不會殺人,人才會」。當然,沒有人會說槍從櫃子裡跑出來殺人。人才會用槍殺人。

複雜因果關係:熊出沒,快逃?

現實由複雜的階層式和多重因果關係層層組成。

想像一下一個在路上遇到熊的健行者。接下來會發生什麼事?熊會攻擊嗎?還是會轉身離開?攻擊會致命,還是只是造成輕傷?有諸多因素同時在起作用。

遇到熊怎麼辦?先尖叫就對了(怕.gif)圖/giphy

  • 有些因素和個人相關。

遇到熊的時候,那個人在做什麼?還有其他人在場嗎?那個人或那些人對熊採取什麼行動?有可以嚇跑熊的東西嗎?

  • 再來就是和熊有關的因素。

熊接下去會做什麼取決於物種(黑熊可能比灰熊危險性低)、性別、情緒、饑餓狀態、個別行為模式(顯然有些熊精神失常)、附近有多少其他的熊、熊之前是否遇過人類、面對人類經驗好壞、熊在自己的族群是主宰者還是順從者、熊是否看到或聞到人等等。如果是母熊,牠有沒有小熊反應會很不一樣。

  • 另外還有環境因素:反應可能取決於棲息地、時節、一天當中的時間等。

當然,你沒有時間去思考這些問題。有些人說遇到熊的時候,你應該讓自己看起來塊頭大一點,但這只會讓熊認為有更大塊的肉等著牠吃。

冬天往南方遷徙的鳥兒都不遷徙了?

飛呀!溫暖的南方正等著我。圖/giphy

幾乎到處都可以找到多重因果關係。舉例而言,全球暖化造成溫帶的冬天較暖,帶來的結果之一就是候鳥物種中有許多種類的鳥,現在因為冬天較短、較暖而待在家園。但那不是唯一的原因。

過去,鳥類必須在冬天遷徙才能找到食物,但現在成千上萬的人有餵鳥器。或許有些鳥停止遷徙並不是因為冬天變暖,也是因為有了餵鳥器。餵鳥器不太可能對鳥類遷徙產生重大影響,因為它們能提供的食物明顯少於整個鳥類族群所需。但餵鳥器是一些鳥停止遷徙的多重原因之一。

所以誰是因,誰是果?真相到底是什麼?

最後,有時候很難區別哪個因素是因、哪個是果。究竟何者為因、何者為果可能對世界關係重大。

大家都知道,人口成長率高的國家貧窮問題也很嚴重。(這並不是說這些國家很貧窮。它們可能有一小群富裕的上層階級,但許多人很貧窮,導致多數人覺得心安的平均富裕程度。)順理成章的假設是:人會貧窮是因為小孩太多。但如果真是這樣,人類未來將會一片黯淡。

要是你把食物和醫藥給了窮人,他們就會有更多小孩,最後你們貧窮的程度就會一樣,只是多了更多窮人。想解決貧困問題的方法最後只會製造更多貧困。這是經濟學家肯尼斯.博爾丁(Kenneth Boulding)所說的「完全悲觀的定理」。

有可能扭轉因果關係嗎?圖/pixabay

但要是扭轉因果關係,說貧窮造成高出生率呢?這一開始聽起來很荒謬,但設想一個住在鄉下的家庭,他們沒有任何經濟保障,健康也堪慮。假如這種家庭只有兩個小孩,兩個可能都會死掉。在較多小孩的家庭中,有可能其中一個小孩會找到好工作,提供資源給整個家庭。

要是這聽起來還是很不可思議,那就思考一下自然淘汰的問題,本書之後有一章就在討論自然淘汰。自然淘汰會獎賞個人而非團體。人口過多的國家可能會很貧困,但自然淘汰會有利於在競爭遊戲中獲勝的個人(及家庭)。如果真是這樣,提供食物和醫藥實際上就會造成出生率下降,因為父母會選擇生少一點小孩。(這也預設社會中可以這樣選擇,例如有節育措施。)

——本文摘自泛科學 2020 年 5 月選書《像科學家一樣思考》,2020 年 4 月,商周出版

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沒有二分法,就沒辦法分類?把多樣性放在哪裡了?——《像科學家一樣思考》
商周出版_96
・2020/05/19 ・3195字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

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  • 作者/史坦利.萊斯 (Stanley A. Rice);譯者/李延輝

月亮上,全部都是黑色和白色。晚上是晚上,白天是白天,沒有灰色地帶。但在地球上,因為大氣層分散了日光,所以會出現晨光與暮光的灰色陰影。地球具有多樣性,科學也在研究多樣性,上述只是幾乎無數種呈現方式中的第一種。

不是白天也不是黑夜的黃昏之時。圖/IMDb

但人類心靈並不是一直輕易就接受多樣性。人類心靈有二元偏見,我們看待事物非黑即白,但科學必須抗拒這種偏見,就像抗拒其他許多偏見一樣。

即使人類心靈並未以二元的方式看待世界,也會以分類的方式看待:即使現實往往包含連續體而非各自獨立的類別,我們仍喜歡將所有事物分類。二元思考是分類思考的兩類別子集合。想知道一些分類和連續思考的例子嗎?這就是本章涵蓋的內容。

分類思考就是只能分兩類?

或許人類偏向分類思考是因為我們是兩兩對稱的生物。我們有左右手、腳和很多其他東西,也有上和下、前和後。相較之下,水母就是放射對稱,它有前和後,但除此之外其他部分都從中心點放射而出對稱。假如水母可以思考,它可能會將世界看成充滿各種可能性,而不只是「這個」相對於「那個」。

動物和人類祖先必須迅速決定是否該採取行動,例如是否要逃離老虎,是否要吃某種食物,這可能是我們演化出二元思考的原因。生死交關的決定往往是二元對立的,甚至對水母來說也是如此。

不是「這個」就是「那個」?圖/giphy

一方面,人類往往會將世界視為非黑即白,不是這個就是那個,非左即右,不是這裡就是那裡,非上即下,不是我們就是他們。另一方面(延續我二元對立的隱喻),我們也承認有許多多樣性無法納入分類思考的框架中。(世界上有兩種人:會將事物分類的人和不會將事物分類的人。)人類常常努力在分類思考和連續思考間取得平衡,但這是假設我們能將所有思考分類為分類或連續思考。

再者,二元對立也符合我們的公平感。記者就有強烈的偏見要「平衡雙方報導」,即使有兩方以上或其中一方顯然行事荒唐也是如此。

微世界中的多樣性

在科學家研究的物理、化學、生物和人類世界中,少有事物在分類上是絕對的。極少數二元對立的事物之一就是原子粒子的電荷。電子具有負電荷,而質子具有正電荷。但連電荷都是一種夸克的衍生特性,而夸克就構成了電子和質子粒子。其他事物無論是可分類或連續的,都以許多不同可能性的形式存在。

元素符號都一樣,中子、電子數目不一樣

縱使元素符號相同,性質也有可能不同。圖/pixabay

以原子為例,「原子」一詞代表不可分割的事物。原子會分裂,但一旦發生分裂,原子就會喪失其特性,所以「它們」不可能分裂但仍維持原樣。

我們可能會認為所有的碳原子都很類似,全都屬於一種類別。但並不是這樣。它們的原子核都有六個質子。大多數也會有六個中子(使它們成為 12C 或碳-12)。但少數碳原子多了一個中子,重量更重(13C 或碳-13)。再更少數的碳原子多了兩個中子,原子核變得不穩定,因此具有放射性(14C 或碳-14)。不同元素的同位素具有相同數目的質子,但中子的數目不同。

同樣地,純粹的鐵原子具有 26 個質子和 26 個電子。但許多鐵原子已經失去了它們的電子。亞鐵離子失去了兩個電子,而三價鐵離子則失去了三個。這讓它們具有不同的電荷。同一元素的不同離子具有相同數目的質子,但電子數目則不同。因此,每一種元素組成的類型都不同。

拉著電子不放的氧,讓水分子也「黏」在一起

我們可能會想,在這些類別中,原子都很相似。但連這也不是完全正確,因為原子絕對不會獨立存在。

舉例來說,思考一下兩個氫原子和一個氧原子組成了水分子(H2O)。分子內的原子都自由分享它們的電子,但也不能說完全自由。氧分子就是出了名的渴求電子。在水分子內,自由移動的電子時間大多花在氧原子上,而較少花在出了名軟弱的氫原子上。

氫鍵。圖/giphy

水分子具有一個中性電荷,電荷中共有 18 個質子和 18 個電子,但它有三極:兩個正氫極和一個負氧極。一個水分子的正極會吸引其他水分子的負極,讓水分子稍微黏在一起。

水分子的黏性是造成冰會漂浮的重要特性,也會使液態水最後煮沸前保留許多熱度,並在蒸散作用時透過植物將水往上拉,還有其他許多事物,少了這些事物,生命就不可能存在。

這些「氫鍵」也將 DNA 的股鏈結合在一起,強韌到足以保存分子完整性,但又寬鬆到足以讓各股鏈分解再重新聚集。(DNA 是細胞內儲存遺傳訊息的分子。為了讓這些資訊可以供細胞使用或是傳給下一代,股鏈必須能夠彼此分離,顯示出其隱藏的訊息。)因此,一個原子的特性取決於哪個或哪些其他的原子與其結合。

壁虎不貼牆也能爬牆,也是原子搞的鬼?

一個原子或分子可以互相改變,甚至不必結合也可以做到。用個隱喻來說,一個分子的電子可以嚇跑其他鄰近分子的電子,造成電荷差異,讓分子可以互相吸引。

在哪種平面都能爬行的壁虎。圖/wikimedia

這種「凡得瓦力」(Van der Waals forces)也讓壁虎不用真的黏在牆上就可以爬上牆。2014 年,國防高等研究計畫局(Defense Advanced Research Projects Administration, DARPA)宣布要發展壁虎裝,使用這樣的力量讓軍人可以爬牆,就算不像壁虎一樣輕而易舉,也可以勝過其他軍人。在每個原子的離子或同位素類別中,有一整個可能特性的連續體,這取決於其他可能與其結合的原子,甚至是那些恰好接近它的原子。

向左旋,向右旋,性質大不同!

許多分子可以以一種以上的構造存在,例如就像彼此的鏡像一樣。(這種分子只有兩種可能的鏡像,這可能是宇宙中除了電荷外,少數二元對立的性質之一。)這會造成很大的差異。

「左旋」的胺基酸組成的蛋白質讓我們維持生命,「右旋」的蛋白質則常有毒。左旋和右旋的胺基酸混合起來造成不穩定的蛋白質。因此,自然淘汰已經排除任何結合左旋和右旋型態的蛋白質。地球上的生命恰好是以左旋胺基酸開始,右旋胺基酸只好扮演壞人的角色。在火星的生命非線性死亡之前,火星上如果有蛋白質,或許就是由右旋胺基酸組成。

溫度也來參一咖

變化越來越多了。想一下有一堆同樣種類的分子,電荷和左右旋都沒有差異。分子集合在一起會具有特定溫度。溫度來自於移動的能量,或分子的動能。但沒有任何兩個分子具有一模一樣的動能。每個分子都有自已獨特的能量狀態,有些移動得多,有些移動得少。你可以把溫度想成是分子的平均動能,但這不是嚴格數學定義下的平均。

溫度也會讓原子或分子帶來多樣的表現。圖/giphy

水一煮沸,平均動能就足以造成分子在液體中不再彼此黏合,自由地以氣態移動飛散。但早在水煮沸之前,許多水分子就已有足夠的能量可以蒸發。連冰都有一些水分子,可以進入氣態,以美麗的科學術語來說,這種過程稱為昇華,但這種例子很罕見。所以甚至連一杯水裡的水分子也有多樣性,而且是連續的多樣性。分子並不是屬於動能的類別。

可能存在的分子種類數目理論上是無窮無盡。在真實世界中,這並非無窮無盡,但當然也超越人類心靈所能理解的範圍,至少我無法理解。1976 年,我在有機化學拿了 C,後來每況愈下。

所以這就是多樣性、多樣性、多樣性,且常是連續而非可分類——而且我們還只是在講分子而已。

——本文摘自泛科學 2020 年 5 月選書《像科學家一樣思考》,2020 年 4 月,商周出版

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