突然畢業了，阿雷西博天文台將永久關閉QQ

• 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。

不要回答！不要回答！不要回答！

Netflix 版「三體」終於上線了，你覺得與外星人接觸是安全的，還是冒險的？

其實啊，人類早就多次嘗試與外星文明接觸，三體中的「那個」技術，甚至也已經驗證成功了？到底誰能先與外星人取得聯繫？是中國還是美國？

接下來的討論可能會暴雷原版小說的設定，但應該不會暴雷 Netflix 版的劇情。

如果你也有一點想跟外星人接觸，那就來看看人類到底已經跟外星人搭訕到什麼程度了吧！

我們與外星文明接觸過了嗎？

對於是否要與外星文明接觸，每個人都有不同想法。三體小說作者劉慈欣在小說中提出一種觀點，那就是人類太弱小，最好避免與外星文明接觸，以免招致不必要的風險。

但是回到現實世界，如果我們真的身處在三體的世界的話，那人類可真的是不停作死啊。早在 1974 年，科學家就利用阿雷西博天文台，向武仙座的 M13 球狀星團發射了一條著名的訊息，也就是「阿雷西博訊息」。這個目標距離地球不算遠，星星又多，被認為是潛在的外星文明所在。阿雷西博訊息中，則包含人類的 DNA 結構、太陽與九大行星、人類的姿態等資訊。每次想到總覺得是新開的炸雞排在發傳單攬客。

除了無實體的電波訊息，人類還向太空中發送了實體的「信件」。1977 年，航海家探測器載著「航海家金唱片」進入太空。唱片中收錄了包含台語在內，55 種語言的問候語、大自然與鳥獸的聲音、115 張圖像、還用 14 顆銀河系內已知的脈衝星來標示出太陽系的位置。是一封向宇宙表達人類文明與友好意圖的信件。恩，如果接收到這個訊息的外星人不是很友善的話，那麼……。

好吧，就算現在說應該要謹慎考慮接觸外星文明的風險，或許已經來不及了。對方是善還是惡，怎麼定義善或惡，會不會突然對我們發動攻擊，我們也只能聽天由命了。

反過來說，過了這麼久，我們收到外星文明的來信了嗎？

要確定有沒有外星文明，接收訊號當然跟發送訊號同等重要甚至更重要。1960 年，天文學家法蘭克．德雷克，就曾通過奧茲瑪計畫，使用直徑 26 公尺的電波望遠鏡，觀察可能有外星文明的天苑四和天倉五兩個恆星系統，標誌著「尋找外星智慧計畫」（the Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI）的誕生。可惜，累積了超過 150 小時的訊息，都沒有搜尋到可辨識的訊號。

比較近的則是 1995 年的鳳凰計畫，要研究來自太陽附近一千個恆星所發出的一千兩百到三千百萬赫的無線電波。由於有經費支持，SETI 每年可以花五百萬美元，掃描一千多個恆星，但是目前還沒有任何發現。

中間有一個小插曲是，1967 年 10 月，英國劍橋大學的研究生喬絲琳．貝爾發現無線電望遠鏡收到了一個非常規律的脈衝訊號，訊號周期約為 1.34 秒，每次脈衝持續時間 0.04 秒。因為有可能是來自外星文明的訊號，因此訊號被開玩笑地取為 Little Green Man 1（LGM-1 號）。但後來他們又發現了多個類似的脈衝信號，最後證實這些脈衝是來自高速自轉的中子星，而非某個文明正在傳遞訊息。

在中國也有探索外星生命的計畫，大家最關注的貴州天眼望遠鏡，直徑達五百公尺，是地球上最大的單一口徑電波望遠鏡。天眼望遠鏡在探索外星生命這件事，並不只是傳聞而已。2016 年 9 月天眼正式啟用後，也宣布加入 SETI 計畫。現在貴州天眼的六大任務之一，就包含探測星際通訊，希望能捕捉到來自其他星際文明的訊號。

而背負著地球最大單一口徑望遠鏡的名號，自然也引起不少關注。從 2016 年啟用到現在，就陸續出現不少檢測到可疑訊號的新聞。然而，這些訊號還需要經過檢驗，確定不是其他來自地面或地球附近的干擾源，或是我們過去難以發現的輻射源。可以確定的是，目前官方還未正式聲明找到外星文明訊號。

會不會是我們的通訊方法都選擇錯誤了？

即使電磁波用光速傳遞訊息，太陽系的直徑約 2 光年、銀河系直徑約 10 萬光年。或許我們的訊息還需要花很多時間才回得來，更別提那些被拋入太空的實體信件。航海家 1 號曾是世界上移動速度最快的人造物，現在仍以大約時速 6 萬公里的速度遠離地球，大約只有光速的一萬八千分之一倍。就算朝著最近的恆星——比鄰星飛去，最少也需要大約 7 萬 6 千年的時間才會到。

如果用電磁波傳遞訊息，又容易因為穿越星塵、行星、恆星等天體而被阻擋或吸收。不論是人類還是外星文明，都必須找到一個既快速，又不容易衰退的訊號，最好就是能以光速穿越任何障礙物的方式。

在三體小說中，就給出了一個關鍵方法：微中子通訊。

微中子通訊是什麼？

微中子（Neutrino），中國通常翻譯為中微子，是一種基本粒子。也就是說它是物質的最基本組成單位，無法被進一步分割。這種粒子引起了廣泛關注，因為它與其他物質的交互作用極弱，並且以極高的速度運動。微中子能夠輕易穿過大部分物質，通過時幾乎不受阻礙，因此難以檢測。

在宇宙中，微中子的數量僅次於光子，是宇宙中第二多的粒子。有多多呢？地球上面向太陽的方向，每平方公分的面積，大約是你的手指指尖，每秒鐘都會被大約 650 億個來自太陽的微中子穿過，就是這麼多。但是因為微中子與物質的反應真的是太弱了，例如在純水中，它們平均需要向前走 250 光年，才會與水產生一次交互作用，以至於我們幾乎不會發現它們的存在。

但是對物理學家來說，更特別的是微中子展示出三種不同的「味」（flavor），也就是三種樣貌，電子微中子，渺子微中子和濤微中子，分別對應到不同的物理特性。 在粒子物理學裏，有個「標準模型」來描述強力、弱力及電磁力這三種基本力，以及所有基本粒子。在這個標準模型中，微中子是不具備質量的。 然而，當科學家發現微中子竟然有三種味，而且能透過微中子振盪，在三種「味」之間相互轉換，證明了微中子必須具有質量，推翻了標準模型中預測微中子是無質量的假設，表示標準模型還不完備。

微中子在物理界是個非常有研究價值的對象，值得我們花上一整集來好好介紹，這邊就先點到為止。如果你對微中子或其他基本粒子很感興趣，歡迎在留言催促我們。

我們現在只要知道，微中子不僅推翻了標準模型。宇宙中含量第二多的粒子竟然有質量這件事情，更可能更新我們對宇宙的理解，以及增加對暗物質的了解。

但回到我們的問題，如果微中子幾乎不與其他粒子交互作用，我們要怎麼接收來自外星文明的微中子通訊呢？

要如何接收微中子？

Netflix 版《三體》預告片中，這個一閃而過，充滿金色圓球，帶有點宗教與科幻風格的大水缸，就是其中的關鍵。

這個小說中沒有特別提到，但相信觀眾中也有人一眼就看出來。這就是位在日本岐阜縣飛驒市，地表 1,000 公尺之下，由廢棄礦坑改建而成的大型微中子探測器「神岡探測器」。

探測器的主要結構是一個高 41.4 米、直徑 39.3 米的巨大圓柱形的容器。容器的內壁上安裝有 11200 個光電倍增管，用於捕捉微小的訊號。水缸中則需灌滿 5 萬噸的超純水。捕捉微中子的方式是等待微中子穿過整座探測器時，微中子和水中的氫原子和氧原子發生交互作用，產生淡藍色的光芒。這與我們在核電系列中提到，核燃料池中會發出淡藍色光芒的原理一樣，是當粒子在水中超越介質光速時，產生類似音爆的「契忍可夫輻射」。

也就是說，科學家準備一個超大的水缸來與微中子產生反應，並且用超過一萬個光電倍增管，來捕捉微小的契忍可夫輻射訊號。

但這樣的設計十分值得，前面提到的微中子可以在三種「味」中互相轉換，就是在這個水槽中被證實的。

這座「神岡探測器」在建成後 40 幾年來，讓日本孕育出了 5 位的諾貝爾物理獎得主。

三體影集選在這邊拍攝，真的要說，選得好啊。

話說回來，有了微中子的捕捉方法之後，現實中還真的有人研究起了微中子通訊！

微中子通訊是怎麼做到的？

來自羅徹斯特大學與北卡羅來納州立大學的團隊，在 2012 年發表了一篇文章，說明它們已成功使用微中子，以接近光速的速度將訊息穿過 1 公里的距離，其中有 240 公尺是堅硬的岩石。訊息的內容是「Neutrino」，也就是微中子。

這套設備準備起來也不簡單，用來發射微中子的，是一部強大的粒子加速器 NuMI。質子在加速繞行一個周長 3.3 公里的軌道之後，與一個碳標靶相撞，發出高強度的微中子射束。

用來接收微中子的則是邊長約 1.7 公尺，長 5 公尺的六角柱探測器 MINERvA，一樣身處於地底 100 公尺的洞穴中。

當然，這兩套設備的重點都是拿來研究微中子特性，而不是為了通訊設計的。團隊只是趁著主要任務之間的空檔，花了兩小時驗證通訊的可能性。

但微中子那麼難測量，要怎麼拿來通訊呢？團隊換了一個思維，目標只要能傳出０跟１就好，而這裡的０就是沒有發射微中子，而１則是發出微中子，而且是一大堆微中子。多到即使每百億個微中子只有一個會被 MINERvA 偵測到，只要靠著數量暴力，探測器就一定能接收到微中子。最後的實驗結果，平均一秒可以傳 0.1 個位元的訊息，錯誤率 1%。

看起來效率並不實用，卻是一個好的開始。

因為微中子「幾乎能穿透所有物體」的特性，即便我們還沒有其他外星文明可以通訊，或許還是有其他作用。例如潛水艇的通訊、或是與礦坑深處的通訊。進一步說，他幾乎可以在地球上的任一兩點建立點對點的直線通訊，完全不用擔心中間的阻礙。而對於現在最夯的太空競賽來說，月球背面的通訊問題，微中子也可以完美解決。

那麼，在微中子的研究上，各國的進度如何了呢？

除了前面提到的超級神岡，世界上還有幾個有趣的微中子探測器，例如位於加拿大的薩德伯里微中子觀測站（SNO），它有特殊的球體設計並且改為填充重水，專門用來觀測來自太陽的微中子。

而位於南極的冰立方微中子觀測站，則是將探測器直接埋在南極 1450 到 2450 公尺的冰層底下，將上方的冰層直接作為捕捉微中子的水。非常聰明的設計，這也讓冰立方成為地球上最大的微中子探測器。

除了已經在使用的這幾個探測器之外，美、中、日也即將打造更先進、更強大的探測器。

預計在美國打造的國際計畫——地下深處微中子實驗（Deep Underground Neutrino Experiment），預計成為世界上最大的低溫粒子偵測器。接收器位於南達科他州的地底一公里深處，用作研究的微中子訊號源則來自 1300 公里外的費米實驗室，百萬瓦等級的質子加速器，將產生有史以來最強的微中子束。這台地下深處微中子實驗（Deep Underground Neutrino Experiment）的縮寫非常有趣，就是 DUNE，沙丘。

中國呢，則預計在廣東的江門市，用 2 萬支 51 公分光電倍增管和 2 萬 5000 支 7.6 公分光電倍增管，在地底 700 公尺深處，打造巨大球形的微中子探測器－江門中微子實驗室，內部可以填充兩萬噸的純水。最新的消息是預計 2024 年就能啟用。

最後，經典的超級神岡探測器也不會就此原地踏步，日本預計打造更大的超巨型神岡探測器。容積將提升 5.2 倍、光電管從 11200 個變成 4 萬個，進一步研究微中子與反微中子之間的震盪。

結論

這些微中子探測器的研究目標必然是微中子本身的特性。但既然微中子通訊是有可能的，在任務之餘研究一下這個可能性，也不是說不行吧。

雖然我們現在還沒連繫上我們的好鄰居，但很難說明天就有哪個外星文明終於接收到我們對外宣傳的訊息，發出微中子通訊問候，甚至按圖索驥跑來地球。

至於那時我們應該怎麼辦呢？我們的網站上有幾篇文章，包括介紹黑暗森林法則，以及從《異星入境》看我們要如何與語言不通的外星文明溝通。有興趣的朋友，可以點擊資訊欄的連結觀看。在外星人降臨之前，也不妨參考我們的科學小物哦。

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延伸閱讀

參考資料

• 《3 體》| 正式預告 | Netflix  
• https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=40773
• https://pb.ps-taiwan.org/modules/news…
• https://www.digitimes.com.tw/col/arti…
• https://astrobiology.com/2016/10/nati…
• https://web.archive.org/web/201911180…
• https://pansci.asia/archives/80656
• https://arxiv.org/abs/1203.2847
• https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/150…
• https://pansci.asia/archives/149105
• https://www.dunescience.org/
• https://www.ourchinastory.com/zh/3608…
• https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/hk/…

全台第一、更是唯一專為表揚女科學家卓越貢獻的「台灣傑出女科學家獎」已邁入第 16 年。2007 年台灣萊雅聯合吳健雄學術基金會共同發起設置「台灣傑出女科學家獎」，以樹立典範，啟發並推動更多女性投入科學領域，促使科學界多元參與及發展，此獎項多年來的方向與成果更接軌國際聯合國永續發展目標（SDGs）之性別平等目標。

有台灣「女性諾貝爾獎」之美名的台灣傑出女科學家獎，截至 2023 年，本獎項共表揚傑出獎及新秀獎共計 49 位優秀台灣女性科學家。參照全球傑出女科學家獎模式的主辦單位，台灣萊雅總裁師逸樺表示，希望透過表彰台灣傑出女科學家，社會大眾看見多位女性科學家不但在科學界擔任團隊領導者，對科學研究領域有傑出成就，更在推動友善人才制度進步和培育科研領域人才發展均深具貢獻。

2023 年第 16 屆「台灣傑出女科學家獎」由中央研究院化學研究所特聘研究員陳玉如博士獲得最高榮譽「傑出獎」^[1]之殊榮。為支持優秀年輕女科學家而設立的「新秀獎」，則頒發給中央研究院天文及天文物理研究所研究員林俐暉博士及臺灣大學電機工程學系電子工程學研究所副教授胡璧合博士。鼓勵具科學潛力之年輕博士班學生的「孟粹珠獎學金」，則由中央大學物理研究所博士班謝妮恩同學(目前任職於日本北海道大學低溫科學研究所博士後研究員)獲得。

「傑出獎」得主 中央研究院化學研究所陳玉如特聘研究員

• 由美國與全球 13 個國家合作的「癌症登月計畫」，台灣隊由她領軍

在中研院化學所任職，專長儀器設計、質譜分析的陳玉如博士，因深受蛋白質體學的奧秘所吸引，跨領域由生物分子的分析，轉換跑道長期投入蛋白質體的探索，她的研究成果不僅創造領先國際之分析技術，在台灣建立世界級的蛋白質體研究技術，也提供生醫研究全新的研究路徑及轉譯經驗，進而獲得重大疾病關鍵突破。

陳玉如團隊開發了以質譜儀全面性定量細胞膜蛋白體的方法，可幫助科學家了解膜蛋白質如何造成疾病的機制，更進一步建立第一個癌症病人個人化的分析，開發疾病檢測或是藥物標靶蛋白質。以癌症為例，現在使用的癌症標識分子（biomarker）大多數是膜蛋白質。

陳玉如博士首創全世界第一個「奈米探針質譜檢測技術」，發現癌症中血清蛋白多重結構變異作為新型癌症標誌物的實用性，成為首例以單一蛋白質多重異構物結合演算法作為新型癌症檢測技術，應用於早期癌症檢測，該技術於 2022 年獲得國家新創獎。

「我不抽菸，為什麼也會得肺癌？」這是許多亞洲國家肺癌患者共同的疑問。肺癌是全球癌症死亡的主因，即使藥物治療近年有長足的進展，存活率仍低，長期為我國癌症死亡的頭號殺手。肺癌傳統上被認為與吸菸畫上等號，但在東亞地區，不吸菸者患病的比率卻遠高於吸菸者。

為釐清不吸菸肺癌患者可能的致病機轉，2017 年，陳玉如博士主持推動與美國臨床蛋白基因體學腫瘤分析聯盟（CPTAC）合作的「台灣癌症登月計畫」，讓我國成為該計畫首度國際合作國家之一。

陳玉如認為，癌症研究的跨國分享非常重要，因為即使是同一種癌症，也會因為地域、人種及生活型態而有所差異，因此預防、檢測、治癌和預後方式可能不同。

陳博士發揮善於溝通、整合資源的人格特質，整合學術、政府資源及與醫院臨床合作，建立東亞第一個肺癌之蛋白基因體大數據，解析亞洲不吸菸肺癌患者的致病機制，開發新穎癌症精準醫療策略。該計畫利用深度蛋白質基因體技術和多體學數據整合分析，解析台灣不吸菸病人與西方不同的基因突變特徵、尋找內生性與外在環境致病機轉，並發現癌症早期出現的類晚期蛋白質分子特徵，為全世界第一個完整剖析東亞肺癌的研究。研究論文已發表於頂尖期刊《細胞》（Cell），並榮登當期封面，享譽國際。

陳玉如博士曾任中研院化學所所長，也是有史以來第一位女所長；於 2019 年獲選全世界最大的國際性蛋白質體學術組織（HUPO）理事長，為該組織 20 年來最年輕，更是亞洲第一位女性理事長，為台灣爭取第 15 屆世界蛋白體組織會議及亞太蛋白體組織會議；2020 年受邀為分析化學領域排名第一國際期刊 Analytical Chemistry 的副主編至今，是台灣有史以來唯一獲此榮譽職位者。她也見證了各國代表在台灣宣示啟動癌症登月計畫之歷史時刻，協助台灣成為質譜學及蛋白質體學社群交流重鎮。

陳玉如博士的學術歷程及成就凸顯了唯有基礎數理研究的突破，方能以創新的分子視野揭露人類複雜疾病的成因與進展，開啟生醫學界及產業發展新穎癌症檢測的新策略。

• 不設限、敢冒險，學習與溝通打通一關又一關

年少時喜愛作家三毛的陳玉如博士，從國中開始即養成寫日記的習慣，大學時期曾一度憧憬寫作的美好世界，成為科學家後，「寫作基因」帶給陳玉如博士敢於想像與冒險的念頭，讓她從設計質譜儀到分析 DNA，進而再挑戰以質譜儀開發更好的蛋白質體分析法，從摯愛的化學與跨領域到應用面、執行癌症醫學相關研究。

陳博士笑著說：「科學研究也是一種寫作，陳述一個完整的故事，讓人願意讀下去。」

除了如寫作敘事般建構規劃與想像，陳博士在研究上也發揮她善於溝通的特質，陳玉如博士表示，癌症研究是整合型的分析，需要蛋白體和基因分析技術、資訊分析、臨床醫學等各領域的專家跨領域合作，但要整合這麼多領域的領袖談何容易？陳玉如努力學習基因，並理解臨床醫師想問的問題及研究基因體學的科學家在做什麼，然後一起把基因和蛋白質的數據、以及臨床症狀整合、連貫起來，並不斷與不同領域的專家溝通，讓彼此互相了解，才打通一關又一關，取得研究成果。在學生眼中，積極熱情、樂於學習且執行力高的陳博士，是他們的精神領導，也是像媽媽和朋友的溫暖存在，永遠抱持正向開放的態度，鼓勵並協助他們堅持直至成功。

「新秀獎」得主 中央研究院天文及天文物理研究所林俐暉研究員

• 用光學及電波望遠鏡觀測宇宙奧秘，她是入選台灣女科學家新秀獎的首位天文學者

林俐暉博士於中央研究院天文及天文物理研究所擔任研究員，研究著重在大尺度環境對於星系演化的影響，包括星系之間的交互作用以及星系團中星系的性質。利用多波段的天文觀測，有系統地探討星系與星系碰撞的頻率、星系交互作用期間對於恆星形成之效應，以及星系碰撞與大尺度環境的相關性。

而近年來，林俐暉博士結合地面最大電波望遠鏡 ALMA 以及光學史隆巡天計畫第四代的「艋舺」（MaNGA）觀測計畫，領導近三十位國際天文學家，進行 ALMaQUEST（ALMA-MaNGA QUEnching and STar formation）的國際合作計畫。林俐暉博士是第一位入選台灣女科學家新秀獎的天文學者。

• 「當你覺得別人都很厲害的時候更應該欣喜，表示自己還有進步的空間，這個世界可以更好！」正向態度讓她隨心選擇不設限

受雙親為物理學者的家庭環境薰陶，林俐暉博士雖自小接觸物理領域，但林博士的志向卻未因此設限。學生時期的她，除了是數理資優生，也喜歡古典文學，兼具理性與感性的她，一路從探索物理科學、宇宙星系到中國文學，累積了廣泛的興趣，豐富她的人生，也讓她對下一代的教育，延續原生家庭保持自由且開放的態度。此外，林博士分享印象很深刻的一句話：「當你覺得別人都很厲害的時候更應該欣喜，表示自己還有進步的空間，這個世界可以更好。」對林博士來說，有學習典範是科研路上一件很棒的事情。

近年來，林俐暉博士擔任台灣物理學會女性委員會的成員之一，為培育下一代女性科學家盡一份心力。她鼓勵有志從事科學的女性學子，除了培養足夠的熱情和興趣，更重要的是，永遠保持正向的態度。她特別感謝同事的支持，讓她投入家庭的同時，仍然可以從事研究工作。

林博士談到，期望將台灣萊雅致力推動多元共融、堅信多元化與包容性的企業精神也帶入學術界，有朝一日讓所有的女性研究員，都能無後顧之憂地投入科研工作。

「新秀獎」得主 臺灣大學電機工程學系電子工程學研究所胡璧合副教授

• 讓人類的世界更加安全便利，她獲台積電張忠謀親自頒獎

「你在英雄電影裡看見的未來高科技，就是我們想做的事情！」胡璧合博士的研究領域為前瞻奈米電子元件及記憶體電路設計，透過元件及電路的共同最佳化，使下世代電子元件及記憶體電路表現高密度、低功耗及高能效等特性。

談到最難忘的學術成就，胡博士於交通大學智慧型記憶體及晶片系統實驗室擔任助理研究員期間，擔任國科會計畫主持人，研究鍺通道鰭式場效電晶體靜態隨機存取記憶體之讀取寫入輔助電路設計，於 2014 年獲得台灣半導體產業協會頒發博士後研究員半導體獎，並由台積電董事長張忠謀博士頒發，該獎項給予胡博士在學術研究旅程中莫大的鼓勵。

半導體產業是台灣的支柱與優勢產業，為國家經濟與安全的基石。胡博士於頂尖國際會議及重要國際期刊的發表，展現其團隊豐沛的研究能量，研究成果具學理創新及前瞻性。在產業發展部份，胡博士持續與台灣半導體科技公司執行產學合作計畫，透過加強學界與業界的接軌，在電子元件及記憶體領域持續研發創新，共同培育未來半導體產業高階人才。

• 她是科學家，也可以是三寶媽！

胡璧合博士出生於台灣彰化，父母皆從事傳統產業。她感謝母親與婆婆的大力支持，讓她可以在孩子幼年時當假日母親，平日則全心投入研究工作。胡博士分享：「我們一直在做調整，在孩子2歲後接回身邊，由先生負責孩子上學，再由我接送放學，在實驗室，把兩張椅子併在一起，小孩也可以睡午覺。」這是身為女科學家，努力在工作與家庭之間取得平衡的生活面貌。

累積在中央大學與台灣大學任教的經驗，胡博士發現，碩士畢業後，許多學生會選擇投入產業端工作，繼續攻讀博士的人則越來越少。即使支持學生未來發展的選擇，但多數碩士人才都投入業界的情況也形成隱憂：「台灣的半導體產業有良好的發展環境，但需要有人不斷做研究找出方向，才能往前帶動整個市場持續蓬勃發展。」

另一方面，胡博士觀察到女性在成績和研究表現上都非常好，鼓勵女學生應保持自信和平靜的心態，關注自身的狀態和成長。同時也鼓勵女性加入實驗室，相信女性細心的特質，可以帶動實驗室的工作氛圍越來越好。

孟粹珠獎學金：中央大學物理研究所博士班謝妮恩同學

• 研究一氧化碳冰晶光脫附作用，她為天文學界提供嶄新視角

謝妮恩同學於大學三年級即進行星際冰晶在真空紫外光與 X 射線照射下的光脫附作用與光化學反應之專題研究，並在天文學相關議題研究上的表現卓越，於 2019 年獲得科技部博士生千里馬計畫與台西計畫的補助，前往西班牙馬德里皇家天文生物研究中心進行訪問研究。

期間，她師承 Dr. Muñoz Caro 進行二氧化碳紅外光譜之詳細探討，提供完整光譜數據庫與星際冰晶生成溫度歷史之參考，對於天文觀測中的分子結構標定是不可或缺的。2022 年，以第一作者身分發表論文，建立一個描述生長溫度對於一氧化碳冰晶光脫附作用影響的模型。此模型指出分子的真空紫外光吸收截面、能量傳遞深度、單層冰晶的光脫附貢獻量與有效表面積等參數須同時考慮，方能提供冰晶分子光脫附一個嶄新的視角。

謝妮恩博士展現優秀的團隊管理能力，協助指導多名碩士生和專題生，帶領團隊解決研究上的難題，並逐一完成論文。謝博士參與研討會的經驗豐富，除了台灣物理年會之外，也在國際研討會上多次獲選為口頭報告講者，曾於 2020 年第五屆亞洲分子光譜年會榮獲 LiHong Xu Award 之殊榮。優異的研究成果榮獲 2019 年吳健雄獎學金及 2021 年中技社科技獎學金(研究組)，在學生眾多的理工領域獲得這份殊榮實屬不易，更是對於謝博士的一大肯定與鼓勵。

關於台灣傑出女科學家獎

16 年來，本獎項共表揚傑出獎及新秀獎共計 49 位優秀台灣女性科學家，包括 2 位前、現任中研院副院長、多位中研院院士及大專院校教授及研究中心研究員等。

根據教育部的數據顯示，女性投考科學類組的比例持續成長，從 2007 年到 2021 年，大專院校科技類女學生占比上升了 5.5%。然而在男女受教權均等的台灣，女性投入科研領域成為科學家的比例，與全球女性科學家占比同樣只有不到三分之一，性別比例尚有很大的差距，因而仍需要持續推動鼓勵女性參與科學，盼透過「台灣傑出女科學家獎」鼓舞更多有志科學的女性投入科研，促進科學界多元發展，加速台灣科技精進。

了解更多台灣傑出女科學家獎

• 台灣傑出女科學家獎設置沿革及歷屆得主

2023 年第十六屆台灣傑出女科學家獎得主簡介

• 傑出獎-陳玉如博士
• 新秀獎-林俐暉博士
• 新秀獎-胡璧合博士
• 孟粹珠獎學金-謝妮恩博士後研究員
• 2023 年第十六屆傑出獎得主-陳玉如博士介紹影片

[1] 依據遴選辦法規定，按公元單雙數年，交替輪選物質科學、數學、與資訊科學領域（公元單數年）或生命科學（公元雙數年）領域的傑出研究者。今年為公元單數年，本屆各類獎項得主皆從「物質科學、數學、與資訊科學」領域的女科學家中選出。