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說到釀酒,酵母比釀酒師更重要?|《看得見與看不見的多樣性》系列講座

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/31 ・5391字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

《看得見與看不見的多樣性:發酵、科學、微生物》系列講座以「發酵文化」出發,邀請不同專業領域的研究者與實務工作者對談,探索其如何交織於地方自然環境條件、農作型態與飲食文化。

文字紀錄 / Der
文字編修 / 泛科學編輯部

夏天到了,來杯啤酒吧!綿密泡沫搭配清爽的麥香,一飲而下,瞬間冰涼消暑(未成年請勿飲酒喔)。但你有思考過是「誰」釀了啤酒呢?是工廠、釀酒師,還是酵母?

這次「說到釀酒,酵母比釀酒人重要」講座,邀請到臺大生技中心的沈湯龍老師,以及臺灣啤酒品牌禾餘麥酒的創辦人陳相全 (Robert),來分享微生物在啤酒中的重要性,發酵過程中的秘密,以及如何運用發酵,重新詮釋臺灣作物的價值與特色。

認識發酵的主角:酵母菌

說到「發酵」,就不能不提到酵母。酵母屬於真菌界,因會產生特殊構造的有性胞子,因此被分類為「子囊菌」。屬於酵母菌綱、酵母菌目、酵母菌科,之下包含十多種不同的屬,以及 500 種以上的酵母菌,其中最常見於發酵食品產業的便是「Saccharomyces cerevisiase」,又稱「出芽酵母」(budding yeast)。

酵母通常為球形或卵形,為含有細胞核的單細胞真核生物、具有細胞壁,還有其他胞器如粒線體,能夠利用外面環境中的醣,代謝生產能量;其生長過程會先出芽、分裂再慢慢長大。「酵母為無性繁殖,可不斷進行細胞分裂,釀酒過程中,這些酵母菌可快速生長,細胞就是生化工廠,幫我們製造需要的代謝產物。」沈湯龍老師說,於是人類便利用酵母的特性,在某些特殊條件下進行操作以獲得像是酒精等所需要的產品。

不過,在特殊環境下,酵母菌也會進行減數分裂,類似像精卵子,在酵母菌上被稱作 a 與 α,可以產生基因性狀不一樣的後代。

酵母菌的生長史。圖 / 沈老師簡報重繪。

出芽酵母小檔案

  • 學名:Saccharomycetes cervesiviae
  • 俗稱:出芽酵母(budding yeast)、啤酒酵母
  • 型態:球型或卵型
  • 大小:2-10 微米 (um, 10-6 m)
  • 基因體:單倍體 (N) 或是雙倍體 (2N);1200萬個鹼基,構成 16 組染色體,含有約 6000 個基因
  • 繁殖方式:無性出芽生殖或是有性生殖(a 和 α 單倍體孢子結合成 2N)

釀酒、美容、科學研究,酵母菌的多元應用

酵母有各式各樣的應用,除了本場講座的主題「釀酒」的酒精以外,還有麵包、起司,甚至生質能源的原料。而在生醫相關領域,酵母菌本身不只可以當成益生菌,其代謝產物也能夠抗氧化,讓人類皮膚有光澤,製作成美容保養的產品。「酵母能夠產生維他命 B 群、蛋白質、必需胺基酸,甚至吸收微量元素,來補充人類身體需要的微量元素。」沈湯龍老師補充說,「科學家也會利用它們當作模式生物,來研究遺傳學、分子生物學與遺傳工程等研究。」

1996 年是酵母菌在科學上的重要里程碑,《SCIENCE》期刊發表了首次將真核生物體的全基因體定序的論文,透過分析酵母菌,從基因分子角度來了解遺傳。

「酵母菌、釀酒酵母共有 1200 萬個 DNA 序列,構成 16 組染色體,包含 6275 個基因。比對後,我們知道有 31% 與人類同源,變成很好的科學研究模型,能夠透過酵母菌了解人類細胞如何運作。」沈湯龍老師解釋,「有了這個資料庫,我們能根據酵母的生化反應,透過遺傳工程來操弄,使某些基因大量表現或關掉,來達成想要的目的。」

酵母菌的DNA。圖/Saccharomyces Genome Database | SGD

歷史悠久的酵母菌魔法:啤酒

接著來到今天的重頭戲,酵母菌的重要應用 — 啤酒。啤酒不是新的技術,早在西元前 2000 年,埃及金字塔中就有酵母的記錄,而『甕』裡面可能就是當初的釀酒工具或產品。波西米亞也出土許多釀酒相關器皿,前陣子還發現一醰像酒的古物。到了中世紀,修道院為生存,開始釀製與販賣啤酒,早期的分工多為女性釀酒、男性透過飲酒提升精神,去從事工作。

18 至 19 世紀微生物學出現,科學家們發現了微生物的存在、可分離培養的特性,造成歐洲開始成立啤酒廠。到了 19 世紀中至末期,許多今日的知名啤酒品牌如海尼根,開始陸續成立。那啤酒是怎麼被釀出來的呢?

步驟大致如下圖:將麥芽烘烤與碾碎後,糖化萃取出糖並過濾麥汁,麥汁煮沸後加入啤酒花產生苦味,之後曝氣並冷卻,然後再次加入酵母菌發酵,然後根據每家酒廠不同的配方和酒種做二次發酵(備註:現在有許多酒廠不一定會做二次發酵)、調味,最後再次過濾啤酒就這樣誕生啦。

簡單的啤酒釀造過程。圖/沈老師簡報重製

除了大功臣酵母,啤酒的重要原料還有麥芽、提供苦味與香味的啤酒花以及水質。「啤酒使用的麥芽主要以大麥製成,產地多為澳洲、北美與歐洲。」沈湯龍老師進一步說明,「大麥不像小麥那樣適合當成人類主食,但是透過微生物的參與和幫助,製造出另一種風味,釀製出啤酒能使用。」

可再利用的釀酒副產物

如前面更提到,在使用酵母菌釀造啤酒的過程中,會產生酒精之外的副產物,現在已經有些廠商會將這些營養物質收集起來,進行再利用包含用於動物飼料、食品添加物等。

「這背後的意義也是本次主題想分享的,人類透過科學方式研究微生物,創造更多可能性。」沈湯龍老師說,「這次很高興有機會用科學學術的角度,跟大家分享日常生活中看得見、看不見的微生物,以及它們和我們究竟有什麼關係。」

禾餘麥酒:打造臺灣本土啤酒

了解酵母在釀造啤酒中的作用,更進一步地,來自禾餘麥酒的 Robert 要向大家分享,如何實際將這樣的發酵技術運用在產品當中。

Robert 在國外求學期間便有做啤酒的經驗,就讀研究所時,他思考創業方向,發現 1990~2000 年間臺灣的新創產業多為高科技、網路領域。「但是這些企業擁有影響力之後,和臺灣的連結是什麼呢?於是我們想到,或許農業才是真正適合的模式。」

禾餘麥酒是間以農業為主軸的啤酒公司,「feed the world」是所有農藝人的使命,亦是禾餘麥酒最重要的目的,欲走出屬於臺灣在地啤酒的路,讓啤酒不只是工廠製造出的產品,更能與臺灣文化結合。

臺灣啤酒市場中,眾人熟知的「台灣啤酒」佔 70%,其他品牌佔 30%,小型釀造僅約 1.7%。禾餘麥酒從中看見成長空間,希望能以生長於臺灣土地上的作物取代進口原料,重新詮釋啤酒這項舶來品,使其更有「臺灣味」。

禾餘麥酒與各地農改場合作,找出臺灣產出的啤酒常見原料,契作選用三個品種的本土小麥:台中選 2 號、台中 34 號、台中 35 號,以及兩種本土大麥:中興 1 號、中興 2 號。

「我們也希望推動友善種植,並保障農民權益,藉由真正把糧食作物的價值帶出來,才能讓這個產業存續下去,而不是一直在農田裡『種農舍』。」Robert 笑道。

Robert 提到近十年臺灣消費者越來越熟悉在地小麥,雖然佔小麥整體使用量仍很少,但讓大家有更多選擇,創造更多風味。圖片來源/Robert 簡報

使用友善土地、具在地特色的原料

Robert 提到,釀酒有許多不同的方式,例如德國就是十分嚴謹的民族,能夠控制發酵與製程中的各種因素。「我們研究了美國過去 10~20 年間的釀酒產業,其中一份尼爾森的調查就提到,『酒精濃度』不是最重要的,消費者還在意是否使用更多在地原料、是否為有機或原料相對健康,這些都是我們可以參考的價值。」

透過指導老師們的幫助,他們接觸許多臺灣田間小農,並找到種植條件符合想像、對土地友善的農民,獲得麥子之外的啤酒原料。包含友善種植、部分甚至可以做到有機栽種的晚崙西亞橙,青農回鄉種植的椪柑,以及原住民辛香料刺蔥。「刺蔥是臺灣原生種,本來就很野,不需要農藥也沒什麼病蟲害。」Robert 說。

不同國家的啤酒有自己釀造特色,如同比利時的啤酒會加入大量水果,禾餘麥酒也推出「越光米」特色的啤酒。Robert 說,剛好當時學校(臺大農藝系)跟臺南改良場合作,將日本越光米和臺農 11 號雜交,育種出臺南 16 號,團隊拿來與臺灣小麥(台中選 2 號)、臺灣在地椪柑一起釀造,創造帶有果酸與米甜的「丹橘月光」啤酒。

「大家覺得加了米的啤酒就很淡,但重點在於發酵方式,你怎麼使用原料和酵母,它也能很濃,可以有不同想像。」Robert 解釋。他將原料比喻為骨幹、栽培管理比喻為血肉,同樣品種的米在不同方式下,風味就會有所不同。禾餘麥酒期許自己能真正了解種植背景,把生命科學知識帶入田間,在產業中做出不同的商品。

在地原住民香料刺蔥風味的啤酒「刺蔥白玉」。圖片來源:Robert 簡報
使用臺灣小麥與越光米釀造的丹橘月光。圖片來源:Robert 簡報

不只是作物,還有文化

禾餘麥酒也將融入在地作物的理念直接放在啤酒包裝上,每一瓶啤酒都標示了產品的臺灣雜糧使用比例,除了讓消費者一目了然,也時刻提醒著自己。

「我們太仰賴國外進口,大家都生產最有效率的東西,啤酒確實是舶來品,在臺灣做並不是最有效率的。但是,藉由食品加工技術與科技的進步,我們會有更多可能,或許在不同嘗試下,啤酒在臺灣也能符合經濟效益。」

包裝之外,禾餘麥酒的品名同樣暗藏玄機,舉例一款命名為「硬紅春」的啤酒,其實來自小麥國際期貨的分類方式。「小麥按照軟硬、紅白、季節分類,消費者一看就知道我們使用了哪一種小麥!」Robert 解釋,「在地作物的特色不只是製作方式,也可以體現於意義上,像它就融入臺灣期貨交易文化。」

按照原料小麥命名的硬紅春啤酒。圖片來源:Robert 簡報

另外款「古早味紅茶啤酒」則融入臺灣特色飲品古早味紅茶,將其中的特殊風味「決明子」放入啤酒中。「我們一直希望叫它 taiwanese breakfast tea,是不是很洽當。」Robert 說,現場的人都不禁笑了出來而沈湯龍老師與主持人都笑了,「這就是文化上的結合,讓更多人知道我們的特色。」

討論到發酵,Robert 說釀酒的關鍵就是 feed the yeast,必須好好照顧酵母,妥善控制酸鹼值與溫度。「太酸不長、溫度太低也不會長!微生物最重要,要讓讓酵母有舒適、乾淨的環境。給它食物和溫度,它就會給你你要的酒精。」

另外,禾餘麥酒也對發酵有更多想像,以前面提到的「刺蔥白玉」啤酒為例,刺蔥屬於臺灣原生種,從微生物的角度來看應該會有酵母附著在上面,未來若能進行研究與分離,或許會發現臺灣自己的的特殊酵母。

最後 Robert 說,「土地的個個角落、意想不到的地方,都可能是文化聚集的表現。五們希望能找到更好方式,藉由啤酒為媒介,讓下一代不只是電子業,還有生物產業,甚至可以回到田間。」

靠天吃飯,一步步提升品質

在分享後的問答時間,線上參與者們紛紛提出好奇,首先討論的便是「如何維持精釀啤酒的品質」。

Robert 提到,他最近從書中讀到西班牙人早期製作雪莉酒的方式,當製作 7 年份的酒,會以 7 年或以上年份的酒去混;製作 9 年份的酒,則以 9 年或以上年份的酒來混合。「我們也有過類似狀況,當時遇到原料被無預警賣掉,因此拿前面兩年的作物和當年的混合。我不敢保證 10 年後嚐起來還能一樣,但至少消費者一年一年地喝,不會有太大差別。這和西班牙人做雪莉酒的邏輯相同,是為了達到產品一致性。」

那麼能不能透過少量試釀、或者科學方式調整呢?沈湯龍老師表示,啤酒的釀造過程牽動許多元素,包含原料組成、微生物中的酵素與多寡,較難以人工控制。「啤酒和本身農產的品質有極大相關,整個組合起來,很難說我了解每一個副產物、然後加進去,商業上也不划算。」

「就是原料的種植能耐,到底能不能達到那個品質。」Robert 補充,「這是使用臺灣原料最難的地方,畢竟我們的栽培面積很小,種植品質就會差異很大。」

接著也有參與者提問,發酵釀造從田間到工廠管理,都需要很多技術,是否會考慮種植「土地中的微生物」呢?

「要做土壤裡面的菌分類很麻煩,土壤學很複雜,土壤挖下去、拉起來,氧氣與壓力不同,條件就改變了。以我們現在可行的實驗方法,還較難完整看見土壤中的微生物狀況。」沈湯龍老師說。

他並提到,第二次綠色革命中美國人崇尚化學藥劑,然而過去 20 年人們的邏輯再度翻轉,現在大家越來越在意生物防治、環境賀爾蒙、昆蟲的費洛蒙等議題。「現在農業希望永續發展,我們與其他物種共存,並以誘導微生物幫忙的方式來達到目標。」

就目前的狀況而言,釀酒有部分仍需靠天吃飯,不過科學家、農業人員、釀酒師都持續在努力,隨著科技發展,未來肯定會越來越穩定。

身為消費者能做的,或許是擁抱這些不穩定與多樣性,就像 Robert 與沈湯龍老師最後所說,當大家能支持不同理念、技術的釀酒師與酒廠,才會出現更多面貌的產品,只要主原料的風味存在,多一些變化,也能讓我們的生活更加多彩繽紛。


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既是科學家,也是樂團鼓手!──專訪數學物理學家程之寧

研之有物│中央研究院_96
・2022/03/11 ・5978字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|郭雅欣、簡克志
  • 美術設計|林洵安、蔡宛潔

在學術與搖滾的多重維度上行走

還記得美劇《The Big Bang Theory》嗎?劇中常常出現的物理名詞「弦論」,是描述物理世界基本結構的理論。中央研究院「研之有物」專訪院內數學研究所程之寧研究員,她正是研究弦論的科學家,也是熱愛音樂的搖滾樂團鼓手,這種跨領域身份並不衝突,兩邊都需要創造力與紀律。由於天生斜槓的性格,讓程之寧在數學和物理領域大展身手,透過數學的深入探討,她試圖將弦論更往前推進。最近程之寧更跨足到人工智慧領域,為學界提供理論物理上的貢獻。

中研院數學所程之寧研究員,主要研究 K3 曲面(特殊的四維空間)的弦論,她發現模函數和有限對稱群之間有 23 個新的數學關聯,稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。圖/研之有物

萬有理論和難以捉摸的「月光」

世界從那裡來呢?物理世界的本質是什麼呢?回答這樣的大哉問,一直是理論物理學家所追求的目標。從牛頓力學(日常應用)、廣義相對論(探討很重的物質)到量子力學(探討很小的物質),隨著物理學不斷發展,我們似乎一步步接近答案,但至今卻還未走到終點。

舉例來說,如果有個東西很重又很小,就像「黑洞」,或是大爆炸時的宇宙,我們要怎麼用數學描述?於是科學家試圖整合廣義相對論和量子力學,找出所謂的「萬有理論」(Theory of Everything)──能完全解釋物理世界基本結構的核心理論。

程之寧研究的「弦論」就企圖發展成這樣一個萬有理論。弦論一如其名的「玄妙」,它設定宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。

「人類一直以來的夢想之一就是,如果能用一句話解釋所有事情,那該有多麼美好。」中研院數學所研究員程之寧說道。

程之寧的研究牽涉到數學上的「月光猜想」(Moonshine)與弦論中 K3 曲面的連結。月光猜想是存在於模函數係數與特殊群之間的數學關聯,程之寧與其研究夥伴共發現了 23 個新的關連,並稱之為「伴影月光猜想」(Umbral Moonshine)。

基於弦論的假設,我們的世界是十維的,除了人們在日常生活中可以感知到的 3+1 維(空間+時間),還有六維是因為尺寸太小而無法用肉眼觀察的,這些看不到的維度影響著物理世界,最終也產生了我們這個物理世界所需的各種條件與特性。

綜觀程之寧的研究,橫跨了物理與數學兩個領域,她笑稱自己「天生斜槓」。在學術上,程之寧原先喜歡文學,之後卻走上數理研究的道路;在音樂上,程之寧喜愛搖滾樂,至今仍在自己的樂團裡擔任鼓手。

她如何看待自己一路走來的各種轉折?游徜在數學與物理之間,她又對這兩個領域的連結有怎樣的體會?在與「研之有物」的訪談中,程之寧侃侃而談她的經歷、想法,以及對學術研究的熱忱所在。

在弦論的設定中,宇宙所有的粒子都是由一段段「能量弦線」所組成,每一種基本粒子的振動模式不同,產生不同的粒子特性。圖/iStock
  • 請問您是如何對數學及物理產生興趣?從何時開始?

一開始考大學時,其實我想去念中文系(笑)。不過,因為我高中是選理組,而且只念了一兩年,對文科考試比較沒把握,加上對工程科系沒興趣,最後就選擇臺大物理系就讀。

後來發生兩個轉折,第一個是我很認真的去修了大學中文系的課,結果發現真的沒有想像中容易。第二個就是我發現物理系的課還蠻有趣的,像量子力學和相對論,讓我覺得還想再多學一點、多知道一點。

我開始覺得如果念完臺大物理系就停下來,好像有一種小說沒讀完的感覺,所以就想繼續讀碩士班。那時還沒有覺得自己會走上學術研究的路,單純抱著想把故事看完的想法。

  • 後來是如何接觸到弦論?弦論是如何引起您的興趣?

後來我去荷蘭念碩士,指導教授是諾貝爾物理獎得主 Gerard ’t Hooft。他其實蠻不認同弦論,但他對於如何處理量子力學與相對論很有興趣。

當時 ’t Hooft 教授在建議我碩士題目時就說:「你也知道我不太認為弦論是一條正確的道路,不過聽說弦論最近真的在量子重力這一塊有一些成果。不如妳去讀一讀,看看是不是真的有一些東西在那裡,也可以比較一下其他量子重力理論。」

在我很認真的比較各個量子重力理論之後,就變成弦論派了(笑)。’t Hooft 教授對此也保持開放態度,他有幾個不錯的博士生後來也變成弦論學家,之後我在 Erik Verlinde 的指導下念博士時,就完全以弦論為研究主題了。

  • 研究理論物理會影響您對現實世界的理解嗎?

蠻多人會問我說,妳學了量子力學,是不是就會比較了解這個世界不是非黑即白?或問我量子力學跟宗教是不是有關?可是我覺得我分得很開,我不會去做這樣的連結,我還是活在現實裡,走路時大部分都在專注於自己不要跌倒之類的。

如果真的要講,我蠻感激我們的存在,因為我所學的東西讓我知道這是沒有必然性的。我們能這樣以一種人形的很奇怪的生物的形式存在,然後在這樣一個環境過一輩子,是機率很低的事情,而且我還蠻開心我是當人,而不是奇怪的阿米巴蟲或外星生物!有些人會從這裡連結到宗教或轉世,但我不會,我就停在這裡。

  • 來談談您的研究,伴影月光猜想與 K3 曲面弦論之間是什麼關係?

弦論中有很多的可能性,我們可以挑選特定的四維,然後假設這四維空間是個 K3 曲面。例如說,我們可以把兩個甜甜圈乘起來,在上面做特殊的奇異點,來製造出一個 K3 曲面。這個曲面有一些很有趣的對稱性。從弦論的角度來講,我們可以透過這個過程,找出一個解釋為何有伴影月光猜想的框架。

「把維度乘起來」這個概念很難想像,但這在數學上是成立的。我舉例一個我們能想像的「乘起來」:如果有一個空間是一條線,另一個空間是一個圓,乘起來就變成一個圓柱形,從一個方向剖面可以切出圓,另一個方向則切出線。而在數學上,不管幾維,能不能在紙上畫的出來,都可以這樣操作。

程之寧向「研之有物」採訪團隊解釋「把維度乘起來」的概念。圖/研之有物
  • 如何透過計算,發現捉摸不定的「月光」?

有時候這看似湊巧,一個數學上的函數正好就是弦論某個問題的答案。但其實並不是真的那麼巧,弦論看起來很有彈性,好像什麼都可以解釋,但它其實有非常多結構及限制。

當我在計算一個弦論理論時,它的內部結構可能原本就具有某些特定的性質,然後我再去觀察數學中,有這樣性質的函數可能就只有一兩個,只要再初步算一下,就能知道哪一個是答案。弦論學家日常的計算常常是這樣的,所以這是巧合嗎?是也不是。

  • 您曾經發現 23 個新的伴影月光猜想,您對這類題目特別有興趣嗎?

我覺得數學有兩種,有些數學家喜歡系統性的事情,就像蓋房子一樣,在數學裡建造一個很美麗、非常有系統性的結構,可以把很多事情都放入這個結構來理解。

另一種比較少數的,就是喜歡獵奇,去收集分類奇奇怪怪的特殊東西,例如有這些性質的函數在哪裡?可能你算出來就是 5 個,你也不知道為什麼。月光猜想很明顯就屬於這一類。

兩種的樂趣感覺是不一樣的,我覺得應該都很棒,但我可能是屬於偏好獵奇的這種。

  • 您的研究連結了物理上的弦論與數學上的月光猜想,您怎麼看待這兩個知識體系的互動?

弦論是一個需要很多數學理論配合的物理理論,它是一個有點繁複的框架,我們什麼都要會一些,才能看懂這個理論。當你把許多不一樣的學門的知識加起來,有時候就會在某一個學門──例如幾何──有意想不到的收穫。

弦論在數學上也扮演探索與找尋新方向的角色,讓數學家有新的發現。雖然最後數學定理的證明還是得仰賴傳統數學方法,但在這二三十年間,我們一直從弦論身上找尋數學研究的新方向或有趣的猜想,看到了弦論與數學之間的互動。

數學家有兩種,一種人喜歡建立美麗又有系統性的結構,另一種人喜歡尋找和收集奇怪特殊的數學物件(比如函數),程之寧表示自己屬於後者。圖/研之有物
  • 剛才一開始提到,您高中只念了一兩年,是因為對學校沒有興趣嗎?

其實我一直都覺得上學很無聊。我小時候臺灣教育和現在很不一樣,一班 50 幾個人,老師必須盡量軍事化管理,大家最好都一模一樣,比較好管理。我和學校一直處於互相磨合的狀況,我自認已經努力配合學校,但學校一直覺得我在反抗,這可能是一個認知上的差別。

舉例來說,我小學的時候不想睡午覺,可是老師說大家都一定要睡午覺,不睡午覺的人要罰抄課文,所以我早上到學校時就會把已經抄好的課文交給老師。我覺得我這樣做是在配合老師的規定,可是以老師的立場會覺得我在反抗,學校教育中我遇到了很多類似的情況。

還有就是不喜歡高中的升學氛圍,同學和老師好像都只有一個活著的目標,就是「考大學」。我當時無法習慣升學氛圍,感覺好像活在平行宇宙一樣。

  • 高中休學後,您去唱片行工作,可否談談當時的想法?

我國中開始聽音樂,這是我除了看書之外的重要興趣,我也很快就喜歡上了搖滾樂。高中休學的時候,我唯一的謀生技能可能就是我對音樂的各類知識吧!所以我就去了唱片行,這是唯一一個我會做又有興趣的工作,還好那時候還有很多唱片行(笑)。

  • 對音樂的熱忱,讓您與朋友共組了樂團,並擔任鼓手。您是否比較過樂團生活和學術研究之間的異同之處?

有些人覺得我這樣很跳 tone,但我自己覺得還好。音樂和學術都是我發自內心覺得好玩的東西,兩者也有相同之處,例如它們都需要創造性,也都有需要了解的框架。數學需要嚴謹的證明,音樂演奏也需要遵循結構,例如不能掉拍。

音樂領域還有一點和數學類似──玩樂團的圈子也是以男性為主。我們樂團則是只有一個男生,其他都是女生,可能我真的天生對框架有點遲鈍,玩團之後才發現:「怎麼大家都是男生?」

程之寧表示,學術界仍有許多性別不平等問題未受重視。圖/研之有物
  • 也就是說,目前數學學術圈仍是男性主導,在研究路上,您有因為性別而感受到一些衝擊或眼光嗎?您怎麼面對?

有。那感覺很明顯,日復一日地要去面對,尤其是年紀還比較輕、還必須每一天去證明自己的能力的時候,特別有感。

我遇到時的反應就是,在心裡暗罵一句髒話,然後繼續做我要做的事。我不會想改變別人的想法,感覺那是浪費時間,就算環境給我的阻礙是這樣,我還是繼續去做該做的事。

可是有些事情沒那麼簡單,現在我也當過老師,有時候會看到年輕女生在學術界因為性別而被欺負,或遭到不公平待遇、甚至騷擾。

對此我感到心痛,覺得為何我們學術領域還是這樣的狀況?甚至為什麼性騷擾至今還是一個議題?可以確定的是,學術界許多性別不平等問題未受到重視。

  • 您現在已經有傑出的研究成果,還會因為性別而遭受質疑嗎?

我現在比較會遇到一個狀況反而是來自學生的質疑。我在荷蘭阿姆斯特丹大學教書時,有時候學生會因為我是女教授,而且我的外表在許多歐洲人眼中看起來就像小妹妹,所以比較容易去挑我的毛病。

在課堂上,下面坐的可能都是男學生,只有一兩個女學生,那個氣氛就會變得很奇怪。例如說偶爾會聽到學生評論我的身材或樣貌。

我有和其他一些在歐洲或美國的女性教授聊過這樣的問題,似乎不少人都有類似的不太愉快的經驗。感覺不是很好。

  • 看到您最近的研究和人工智慧(AI)有關,為何會想往這個方向發展?

我有兩個動機。一個就是我真的想深入了解人工智慧。我也可以像普羅大眾,看看 AI 下圍棋,讚嘆「哇!好厲害!」這樣就好,可是我覺得我一定可以真的去理解它,這可能就是數學家的自大吧!

另一方面,我知道對科學研究來說,未來 AI 將會是一個非常重要的工具。這是「在職訓練」的概念,我可能會用到這個新工具,或以後我可能會需要教這樣的課,因為學生是下一代的科學家。因為這些原因,我覺得我需要去訓練自己使用新的工具。在我的領域裡,也有一些有趣的、還沒被解答的科學問題,是 AI 有可能幫得上忙的,我看到了一些潛力。

  • 弦論和 AI 感覺差距很大,AI 也可以應用到弦論的研究嗎?

乍看之下,弦論的確比較抽象,也不像其他許多實驗會產生大量數據。但其實弦論有大量的可能性,我認為使用 AI 來在這些巨量的可能性當中搜尋特別有趣的理論,是一個有潛力能夠加深我們對弦論理解的新的研究方法。

而且 AI 的應用絕不僅限於巨量資料。如果是面對一些比較新的挑戰,在沒有現成的演算法可以用的情形之下,可以自己做出需要的功能嗎?這過程我覺得也非常很有趣,而且應該是會有成果的一條路。這種不是那麼顯而易見的事情,我覺得很有挑戰性,也蠻好玩的。

除了用 AI 來幫助物理跟數學的研究之外,我也試著物理研究當做靈感來源,找出新的 AI 的可能性,我覺得這也是一個很有趣的研究方向。我現在有和 AI 的學者合作,嘗試做出一些創新的演算法,真的還蠻有趣的。

  • AI 對您而言是全新的領域,您如何面對跨領域遇到的門檻?

一開始會覺得真的要去碰這個新的領域嗎?其實現在也還是偶爾會有這樣的懷疑。我在弦論領域可能已經是專家,但去了一個新的領域,我學得不會比二十歲的人快,要怎麼去跟人家競爭?是不是在浪費時間?

但也會想,與其想這麼多,不如先做再說。到目前為止我做了兩年多,感覺還蠻好的,我有學到東西,也有做出小小的貢獻。

其實我還蠻感激有這樣的學習機會。對我來說當科學家最大的好處就是,去搞懂一個新的東西就是工作的一部分。當科學家雖然蠻辛苦,但就結果論來說,我還蠻開心能當一位科學家!

延伸閱讀

  1. Moonshine Master Toys With String Theory | Quanta Magazine
  2. Mathematicians Chase Moonshine’s Shadow | Quanta Magazine
  3. 林正洪教授演講 一 怪物與月光(Monster and Moonshine),《數學傳播》

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