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組員怎麼那麼難搞?人的個性太百變,那就來研究一下蛋白質吧!(1)——《人類使用說明書》

PanSci_96
・2021/01/15 ・2453字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

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大多數人會發現,朋友的個性林林總總,不一而足,有人比較外向,有人比較內向,有人比較擅長溝通,有人比較諳於採取行動,也有人比較熟悉表達同理心。還有人像我,得詢問該擁抱多久才可以帶給人安慰(你既然問了,我就好心說,答案是二到三秒,如果是因為分手肝腸寸斷,就抱個四秒)。

我們擔起的角色反映出自身個性,只是通常並未察覺。在任一團體中,有些人覺得當領頭羊比較自在,有些人寧願別人替自己決定。有些人喜歡直腸子說話,其他人只會用暗示的(唉唷)。

這些狀況都不是湊巧。從細胞生物到工作場所,只要集結了人類、動物、分子,其行為就可以依某種階層體系與關係組合來解釋,由個性與生理學來決定。

蜂巢裡有不同類型的蜜蜂:工蜂建立蜂巢、保衛家園、採集食物,女王蜂是社會黏著劑,也是「老大」,雄蜂的唯一職責是交配,不是交配的季節,則遭蜂群驅逐到蜂巢外。蜂巢因此得仰賴各種蜜蜂行使不同的功能,發揮所長,注意收發彼此的訊號。

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蜜蜂也有許多分工,工蜂負責採集食物。圖/Pexels

透過蜜蜂分工合作了解蜂巢的運作,探究不同的成分(蛋白質或人)互相溝通的方式,也可以理解細胞生物和人類社會的小圈圈。一群朋友決定要去哪裡玩、看什麼電影,得看大家有什麼意見、出什麼力,同樣地,一個細胞若須執行必要的功能,得仰賴各種輸入與動作,而各種輸入與動作是來自不同的蛋白質類型。

以蛋白質說明人類性格,描繪群體合作模式

或者,至少,這就是為什麼一個組織能達成效率,我們在細胞結構與動物王國裡看到的也是如此。人類行為的現實通常更為紊亂。想想你自己的朋友,想想你多麼擅長決定與人社交的方式。需要多少時間才能約好碰面、敲定場地、邀請大家出席?

如果牽涉到請大家做不是他們真心想做的事情,有時是請大家做未必適合他們的事情,這過程又要耗掉多少心力?又一次,從眾的欲望以及希冀從他人獲得正面評價的欲望,往往會覆寫掉有效溝通與有效協調行動的必要。

協調和溝通是人際相處的必經。圖/Pexels

相較之下,蛋白質的組織足具效率,行事理性,將情感與人際政治屏除在外,實在令人驚豔。觀察「細胞訊息傳導」(cell signalling)的過程便可看清這點,基本上就是不同的蛋白質互相結合,察覺體內的變化,並將變化告知彼此,最後做出決策。

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我將此過程當作模型,以利於了解哪種蛋白質可以印證我觀察到的人類行為,更優秀的模型應是何種樣貌。方式是將蛋白質行為與麥布二氏人格類型指標(Myers–Briggs Type Indicator,簡稱 MBTI)相互對照。

MBTI 將人的個性分成八種屬性:外向(Extroversion)、內向(Introversion);感覺(Sensing)、直覺(Intuition);思考(Thinking)、情感(Feeling);判斷(Judging)、感知(Perceiving),再判定哪四種最能反映人格特質與行為方式。

對照完之後,我發覺,蛋白質比我想像中還更適合用來說明人類。某種層面上,蛋白質是個性類型的有效參考值,稍後例子將詳述。但是,蛋白質又不僅呈現不同「類型」同時並存的實際狀況,也是個好模型,描繪出同時並存與攜手合作該有的運作模式,也彰顯了為何必須表現個性、而非壓抑個性。

最普遍的蛋白質個性整理如下。

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受體蛋白

受體蛋白(receptor protein)是體內任何細胞最初的接觸點,會感受到外在環境的變化,例如血糖值達尖峰時,往下游傳遞訊息給細胞內其他蛋白體以處理後續。不妨把受體蛋白想成團體內具有同理心的一群,可以憑本能感受到別人的不自在,或是感受到各方爭執快要失控了,雖非決策者,卻能居中協調,和同類一起工作。

圖爲受體作用機理的示意簡圖。圖/wikipedia

受體蛋白型的人為樂天派,在不同的社會團體間輕鬆遊走;多個小圈圈都有他的身影,是小圈圈之間的溝通橋梁。依 MBTI 分類,此為 ENFP 型:「熱情洋溢,富含想像力,認為生命充滿各種可能,可以快速連結事件與訊息。」抑或是 ENFJ 型:「溫暖,同理心強,感覺敏銳,負責。極為關心他人的情緒、需求與動機。」

他們觀察敏銳,處事圓滑,能自在與人相處,擅長破冰,宛如在社交圈裡翩翩飛舞的蝴蝶。

轉接蛋白

轉接蛋白(adaptor protein)促成細胞訊息傳導過程的下一階段,會與受體蛋白結合,決定在細胞內傳遞訊息的最佳方式。這是體內第一個「做決策」的細胞體,負責決定啟動哪一個「激酶」(kinase,為下游的蛋白質),以及傳遞哪些訊息給其他細胞。透過轉接蛋白,初始訊號因此轉化成稍後可傳導並據以行動的訊息。

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Src 相關接頭蛋白 Skap2。圖/Wikipedia

對我來說,這類蛋白不會大驚小怪,從容自在,善於支持他人,不需要當鎂光燈焦點。我與「轉接蛋白」型的人常常處得不錯,他們不會評斷別人,替不同人當翻譯,在不同個性的人之間斡旋,都相當拿手,與受體蛋白相仿,也是溝通者,不過,並不是主動積極與他人交朋友的那種,比較近似引導者:鋪好平整道路,往目標前進。

轉接蛋白屬於 ESTJ 型:「態度實際,將現實納入考量,實事求是,果斷,迅速著手履行決策。」抑或是 ISTP 型:「有包容力,彈性,會先靜靜觀察,問題真的浮現後便快速採取行動,找出可行解方。」他們不會大聲嚷嚷,也不會逼自己站到前排,但沒有了這類人,團體可能會失去平衡,四分五裂。

——本文摘自 2021 年 1 月泛科精選《人類使用說明書:關於生活與人際難題,科學教我們的事》,網路與書出版,2020年11月26日。
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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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預防肌少症只能吃肉?動物性 vs. 植物性蛋白質優缺點大解密!
careonline_96
・2026/05/19 ・2736字 ・閱讀時間約 5 分鐘

蛋白質來源怎麼選?動物性和植物性有差嗎?完整比較看這裡

怕得肌少症,蛋白質該吃肉還是吃豆?本文從「必需胺基酸」解析兩者差異。動物蛋白增肌效果佳;植物蛋白採多樣化攝取也很健康!一文掌握優缺點與聰明吃法。

老化後大家很怕肌少症,怕會失去足夠的肌肉質量與肌肉力氣,導致身體機能變差。於是,為了維持足夠的肌肉質量,我們參加了愈來愈多健身房課程,也認真補充含有蛋白質食物。

這時候你可能會好奇,如果從不同管道攝取蛋白質,結果會有不同嗎?說到要補充體力,最直觀的就是吃肉不是嗎?畢竟,我們很難想像,吃豆腐和吃牛排對補充蛋白質的效果一樣好吧!那麼實際上,動物性來源的蛋白質,真的就會贏過植物性的蛋白質嗎?

要回答這個問題,我們或許還是要回歸到一些基本的蛋白質的合成與分解來做討論。

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必需胺基酸

每次你吃膠原蛋白補充劑的時候,是不是以為膠原蛋白會直接從腸胃道跑到臉部,讓臉變得軟嫩Q彈好年輕呢?

可惜事情不是這樣的。我們攝取蛋白質後,會在體內分解更小的分子,也就是不同的胺基酸。自然界有超過三百種胺基酸,而我們的身體內,需要的共有二十種。胺基酸就像是不同模樣的磚塊,每當身體需要建構蛋白質時,會利用這些不同的胺基酸元件,這個胺基酸拿一塊,那個胺基酸用兩塊,這樣堆堆疊疊來建構出不同的立體構造蛋白質。

所以,當我們攝取了蛋白質,都是先進到腸胃道經過消化吸收,替身體累積一些不同的胺基酸原料,以便身體利用。

在這二十種體內所需的氨基酸裡,有些是身體可以自行製作的,但其中有九種是身體做不出來,僅能靠從食物攝取的。我們把這九種身體做不出來,只能靠吃進來的胺基酸叫做「必需胺基酸」。

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所以,當我們思考動物性蛋白質或植物性蛋白質哪個來源比較好的時候,我們可以先看看,哪一種蛋白質會提供我們足量的「必需胺基酸」呢?

超級比一比

從奶類、豬肉、牛肉、雞蛋、魚類海鮮、雞肉等來源攝取的動物性蛋白質,會被稱為「完整的蛋白質來源」,因為這些來源可以提供「所有的必需胺基酸」,讓身體獲取足量的胺基酸小磚塊原料,可以用來建構各種所需的蛋白質。

動物性蛋白質

那植物性蛋白質呢?我們可以從堅果、種子、全榖類、豆類(黃豆、豌豆、扁豆)等食物攝取到植物性蛋白質。其中,黃豆和豌豆屬於完整的蛋白質來源,裡面含有九種必需胺基酸,但其他大部分的植物性來源蛋白質沒辦法提供完整的九種必需胺基酸。

不過,這並不是代表說「攝取植物性蛋白質是不夠的」,而是你可能要多方面地攝取,才能獲取到足量的九種必需胺基酸。例如,白吐司的離胺酸lysine含量極少,你可能要配合吃些花生等堅果類的食物,才能在這一餐獲取到足量的離胺酸。記得,如果從植物性來源攝取蛋白質,務必要採取多樣化的攝取方式,不能吃孤項,才能獲取到足夠的必需氨基酸。

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動物性蛋白質的好處

除了動物性蛋白質可以提供完整的必需胺基酸之外,動物性蛋白質可能還是比較幫助人維持肌肉的質量。

根據2021年的一份綜合分析研究,動物性蛋白質和植物性蛋白質都會幫人「長肉」,維持住肌肉的質量,但動物性蛋白質能更持續性地保住肌肉質量,比較明顯能看到每單位的肌肉上升。尤其在小於五十歲(年紀輕一點)的成人身上,補充動物性蛋白質的「長肉」好處更明顯。然而,在肌力上面,就沒有看到補充動物性蛋白質與植物性蛋白質的差別。也就是說,雖然肌肉質量變多了,但不代表肌力就同時上升。

從動物性來源攝取蛋白質時,我們還同時會獲取到維生素B12以及血基質鐵(heme iron)。同樣地,我們身體無法自行製作維生素B12,而B12對維持神經功能和DNA製作等都非常重要。補充足夠才不至於導致不可逆的神經病變。

延伸閱讀:焦慮、容易被激怒? – 缺乏維生素B12(懶人包)

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動物性蛋白質的壞處

雖然動物性蛋白質可以維持肌肉質量,也能提供完整的胺基酸需求,但你可能也聽過,攝取紅肉或是紅肉加工製品,會增加一個人罹患中風、心肌梗塞、糖尿病等的機會。

動物性蛋白質VS植物性蛋白質

一份追蹤超過12萬人20年的研究報告指出,每天多攝取一份紅肉,也就是約掌心大小的紅肉,死於心血管疾病的機率就高13%。若攝取的為加工紅肉,情況更糟,每天只要多吃一條熱狗,或兩片培根,也就是約半份的加工紅肉量,死於心血管疾病的機率提高20%。相對來說,若控制一天的紅肉攝取量於半份以下,就能減少心血管疾病的發作機率。

這個結果並不讓人訝異。畢竟,紅肉裡含有大量的飽和脂肪,而萬一要變成香腸、火腿、肉鬆、肉乾等好吃邪惡的紅肉加工製品時,又會再添加更多的鹽、糖、脂肪、與眾多添加物,在在傷害我們的健康。

如果你喜歡從動物性來源攝取蛋白質,還是要注意,可以從奶類、不帶皮雞肉、魚類、海鮮等處攝取蛋白質。少吃點紅肉吧,不僅降低心血管疾病的機率,對地球也比較友善。

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想要高蛋白,除了總量,更要重視來源

植物性蛋白質的好處

能提供九種必需胺基酸的植物性蛋白質來源包括了黃豆、豌豆、奇亞籽、蕎麥、黎麥,屬於完整蛋白質。不過,如果想要從植物性來源完整攝取到必需胺基酸的話,最好的策略還是多樣化的攝取。

植物性蛋白質

雖然從研究看起來,植物性蛋白質似乎比較不能確保我們的肌肉質量,但我們吃東西不是只為了蛋白質一種成分,植物性蛋白質的來源同時也提供了纖維、天然抗氧化劑、維生素、礦物質等眾多重要的營養成分,而且裡面含有較少飽和脂肪,較容易控制膽固醇和體重,較不會引發心血管疾病,也是非常棒的營養來源呢。

均衡選擇,減少加工

每種食物來源都有其好處與壞處,平日飲食還是要多樣化選擇,並減少繁複的烹調方式,減少額外添加物,盡量以新鮮食材製作並簡化食物口味,才能讓我們吃的健康開心。

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宇宙文明演化史(下):文明蘊含的資訊量與精細結構的掌握
Castaly Fan (范欽淨)_96
・2023/06/27 ・4854字 ・閱讀時間約 10 分鐘

編按:說到星際文明的發展程度,科幻愛好者必定會提到「卡爾達肖夫指數」,以使用的能源多寡,來區分文明發達程度。然而,除了從能源來評斷文明進程,其實還有其他的評判方式。

「宇宙文明演化史」系列,將在上篇回顧「卡爾達肖夫指數」,下篇介紹較少討論的「資訊量」與「微觀尺度」的評斷觀點。

資訊量的掌握層級

卡爾達肖夫指數是以「能量」作為文明分級的依據。同時,薩根(Carl Sagan)也有提出不同的分類法。他將文明所擁有的「資訊含量」作為依據,將文明分出「A — Z 級」。這些資訊量的定義很廣泛,語言、文字、影像都屬於資訊量的一部分。

在薩根的分類法中,「A 級」文明能掌握 106 位元的資訊,但目前人類史上的任何一個文明所掌握的資訊量都比這個數目還多。要超越一個 A 級文明相當簡單,比如:你只需要用「二分法」試探,例如判斷這個文明「是存在還是消亡的」。探問過二十次這樣的問題後,相當於掌握了 220 種可能性,這個數字剛好略大於 106

也就是說,這已然囊括了一個 A 級文明的所有資訊,一旦通過了這個二分法測試,就可以被判定為 B 級文明。以此類推,當人類所擁有的資訊量每增加十倍、便對應到不同的字母分級,因此,在這個分類中最為先進的是「Z 級」文明、相當於能掌握 1031 位元的資訊量。

資訊量的爆炸最早可以追溯至文字發明開始,書面文字使得人類得以記載當下、乃至於過去發生的一切歷史。古希臘時代所有的書面文物加總起來大概對應於 109 位元的資訊量,相當於薩根筆下的 C 級文明。1970、80 年代,薩根從全世界所有藏書館數以千萬計的藏書總量、頁數進行統計,我們人類從歷史上至當代所擁有的文字、語言、圖像等資訊含量總計大約是 10¹⁵ 位元,因此被歸類為「0.7 H」類文明。

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而資訊量的第二次大爆炸莫過於網際網路的誕生。當網路普及後,無論是科學、經濟、政治、醫療、娛樂、藝術等包羅萬象的事物,都裝載在網際網路之中。2016 年,全球網路所涵括的總資訊量大概是 1.3 ZB (zettabytes),大約相當於 1022 位元,對應於 Q 級文明。根據國際資訊公司(IDC)預測,人類所擁有的數據庫資訊總量在 2025 年可以達到 175 ZB,相當於 1024 位元——也就是說,當前人類正在往「S 級文明」邁進。

有趣的是,薩根推測人類初次接觸到的外星文明應當是 1.5 J 到 1.8 K 類的文明,通常他們已然克服恆星際旅行的瓶頸。至於卡爾達肖夫的第 II 型文明,大約對應於 Q 類文明;而得以掌控可觀測宇宙大部分星系的 III 型文明,則可以達到 Z 類文明的水平。畢竟掌握時空旅行需要相當複雜的計算與模擬,需要遠超越當今的人類設備所擁有的一切運算能力。

然而,從目前的角度來看,顯而易見地——我們早已超越了他所預測的第 II 型文明等級。這是因為薩根在當時提出這個分類法時,尚未預測到數十年後的今天資訊量會隨著網路的出現而劇增。即使在薩根指數定義的資訊量必須是「單一而不重複的」(比如 A 網站的圖片是從B網站引用來的、同時 C 網站也使用了該圖片,我們只能將該影像視為一組位元、而非三組),但這些資訊在枝繁葉茂的網路時代已然是幾乎不可能被估算的。

因此,薩根的這個分級法在網際網路出現後便可能無法作為合適的指標,但卡爾達肖夫指數目前依然能適用;換言之,資訊量急速暴增似乎也側面反映了「能量」對於人類而言比「資訊量」更難駕馭的事實。

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2000 年代之後,網際網路的發軔造就了資訊量呈指數成長。圖/Statista

微觀尺度的操作層級

另一個有關文明的分級是由英國宇宙學家約翰.巴羅(John D. Barrow)所提出的,是基於人類對於「微觀尺度」的「操作程度」。他發現,科學史上人類似乎不斷朝著微小尺度的事物進行探索,從生活中隨處可見的宏觀機械裝置、顯微鏡下的分析、到分子原子尺度的研究,某種程度上,「探測尺度」似乎與文明發達程度成正比。他將文明發達程度區分為下列等級:

  1. 負 I 型文明(機械文明)
    該文明能操控與個體同等尺度的一切物件,比如採礦、建築樓房、使用機械裝置等等。
  2. 負 II 型文明(生物工程文明)
    該文明能操控基因序列,或者藉由移植組織、器官來改變生命體的特性。
  3. 負 III 型文明(化學工程文明)
    該文明能操控分子,比如透過改變分子鍵結創造新物質。
  4. 負 IV 型文明(奈米文明)
    該文明得以操控個別原子,實現奈米科技在原子尺度的應用,並可能透過科技創造出複雜的人造生命體。
  5. 負 V 型文明(核子文明)
    該文明得以操控原子核,並能自由改造組成原子核的質子、中子。
  6. 負 VI 型文明(粒子文明)
    該文明將能操控夸克、輕子等組成萬物的基本粒子,並且能隨心所欲聚集粒子、駕馭高能量。
  7. 負 Ω 型文明(時空文明)
    該文明將能操控普朗克尺度(10-35 公尺)下的事物,比如量子泡沫(quantum foam)等微觀時空結構;他們將有能力透過負能量或者奇異物質控制、放大隨機漲落的蟲洞,從而具備實現時空旅行的能力。

顯而易見地,人類距離負 Ω 型文明依然來日方長。目前,人類能夠自由操控與我們相同尺度的機械物件,可以建築、採礦,也可以完成一些簡單的基因工程;在近一個世紀內,我們掌握了相對論、發明了人造衛星與 GPS,同時也因為量子力學的發跡,打造出各式各樣的電子產品。但我們尚未能夠自由改變分子鍵結、發明新物質的能力也是侷限的、更無法隨心所欲操控並改變原子結構,因此目前人類大概落在負 I 型文明與負 II 型文明之間。

尺度的數量級:愈先進的文明可能可以探測到愈微觀的結構。圖/筆者繪製

從物理學的角度來看,「探測尺度」和卡爾達肖夫指數的「能量」其實也是可以呼應的。由於相對論告訴我們宇宙中萬物都有一個速限,也就是光速,這意味著無論是能量、溫度、尺度、甚至時間單位都有一個極限值,也就是「普朗克單位」。在歷史上各種對撞機實驗告訴我們一個事實:當對撞機的能量愈高,人類所能探測的尺度就愈小。

事實上,普朗克能量(約 1.96x10^9 焦耳,相當於一輛車中 16 加侖汽油槽所提供的能量——貌似普通,然而這個值在微觀尺度下是相當大的,「焦耳」這單位在微觀世界大概相當於用「光年」換算人類尺度的距離)對應於一個普朗克質量黑洞的史瓦西半徑(約 10^(-35) 公尺,亦即普朗克尺度);用通俗的語言來說就是:一旦對撞機能量值大於普朗克能量,相當於把對應的質量壓縮到了小於史瓦西半徑的尺度,從而產生「黑洞」——即使是微型黑洞,也意味著我們的探測將被黑洞視界所設限。

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換句話說,普朗克能量相當於我們能探測普朗克尺度的所需能量;一旦超越了這個值,我們的探測將因為黑洞的產生而不再精確。因此,即使是一個無限發達的文明,普朗克長度將會成為探測尺度的最終極限,小於普朗克尺度的事物便不再具有物理意義——要注意的是,這些事實是基於目前「已知的物理理論」,假設未來文明已經掌握了結合量子場論與廣義相對論的萬有理論,這些極限值並不是沒有被推翻的可能性。

對於未來文明的展望

從最基本有機分子、形成碳基生命體、再演化成為人類這樣的智慧生命,這樣的機率可以說是趨近於零,也因為如此,才有「地球殊異假說」、甚至是「創造論」這些爭辯。我們必須剛好躲過演化史上的大滅絕事件,並且在安穩的自然環境下演化為智人。這段過程還要大概經過一、兩百萬年後,才開始有文明的誕生;而縱觀整個人類史,科學正式發跡至今其實也就只有幾百年。

把地球 46 億年的歷史濃縮在一份年曆上,人類進入舊石器時代大概對應於 12 月 31 號晚上 11 點,大概跨年前 25 秒才進入新石器時代,而從文藝復興、大航海時代、科學革命至今,在這年曆的尺度下其實根本還不到一秒鐘。這還僅僅只是地球史的尺度——如果考量到 137 億年的宇宙史尺度,科技文明的興起根本是連一瞬間都還不到的事,可見人類的科技目前還算是相當稚嫩的。

科幻作品中那些搭乘星艦、遨遊星際空間的劇情,大多數便是 II 型文明;至於可以利用曲速引擎穿越時空的,或許是 III 型文明才能實現的。對於 II 型文明而言,他們或許能夠透過「戴森球」(Dyson sphere)控制恆星能量的輸出。當一個文明的工業發達到一個程度,便能夠駕馭恆星能量,搭建一系列能源板或人造衛星,從而環繞著恆星本體、調控能量的輸出,這種大規模的人造結構便稱為「戴森球」。

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要建造這類型的結構,目前所知的方法大概就是藉由太空梭或者人造衛星在行星軌道上搭建一圈能源板,並可能需要碳纖維或者更堅韌且輕便的材料。

最基本的構造大概是建構一圈「戴森環」,再來是更多戴森環組裝成的「戴森雲」,或者可以透過光壓與重力的平衡打造出更完整的「戴森泡」;如果科技更發達,則有機會建造出完整且均勻的球殼包覆著恆星以及周圍的行星,也就是「戴森殼」,這類型結構基本上可以完全駕馭母恆星的能量、並且可以將球殼內層表面改建為太空殖民地——但這以目前人類科技水平、或者資金限制等各層面而言,數百年內是不太可能實現的。

先進文明所建造的「戴森球」想像圖。圖/space.com

2015 年,恆星 KIC 8462852 的光變曲線一度成為天文學界的謎團,因為當時天文學家們觀測到該恆星的光譜有異常,且這一異常用傳統模型(比如周邊小行星帶、彗星雲氣等理論)是無法解釋的,因此,有一部份天文學家猜測該恆星的光度變化可能源於「人造巨型結構」;也就是說,能造成光譜像觀測結果那樣異常變化的原因,唯一合理的可能性就是「戴森球」的環繞與掩蔽。

這項研究吸引了當時不少外星愛好者的興趣,畢竟這顆恆星很可能正被高等外星文明所搭建的一系列巨大人工建築圍繞著!然而,根據 2019 至 2021 年的最新研究,發現了這顆恆星其實有一顆「伴星」在外圍,而系外衛星的殘骸大規模地遮蔽了恆星、致使光度出現異常。因此,目前並沒有證據指出戴森球這種人工結構真實存在。

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綜上所述,人類文明目前還算是新生兒,也或許,宇宙中還沒有更先進的文明出現。但在躍升為第 I 型文明之前,我們恐怕會經歷各種挑戰,而有些已經發生過、有些則或許正在醞釀,例如——宗教戰爭、糧食危機、核武威脅、氣候災難等等。

從目前看來,氣候變遷便是當務之急:人類過度排放溫室氣體,溫室效應導致了海平面上升、全球暖化,間接引發了各地氣候的異常、熱浪、饑荒,並一再落入惡性循環。此外,在二戰期間人類發明並使用了核子武器,其毀滅性更是不容輕忽的。我們尚不需考慮火山、地震這些自然災害,若無法擺脫上述這些境況,人類很有可能會在蛻變為 I 型文明前便自取滅亡。

人類文明雖然已有一定的科技水平,然而在卡爾達肖夫指數中,目前仍處於第 0.7 型文明。在躍升成為I型文明之前,有可能面臨生態危機、核子戰爭而自取滅亡。上圖為正在排放溫室氣體的工業煙囪。圖/Economist Intelligence Unit

因此,在未來數十年內,除了科技的提升以外,人類的當務之急是避免氣候災害與核武戰爭的發生。而人類對於星系文明的好奇與嚮往從未間斷,誠如 1977 年發射至太空的航海家金唱片中、美國總統吉米.卡特所提及的:

「我們正邁步度過我們的年月,好讓我們得以共生於你們的時代。我們期望有朝一日,能夠共同解決彼此所面臨的難題,並且聯合組成一個星系文明共同體。」

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We are attempting to survive our time so we may live into yours. We hope someday, having solved the problems we face, to join a community of galactic civilizations.

參考文獻 / 延伸閱讀

  1. Kardashev, N.S. (1964). Transmission of information by extraterrestrial civilizations. articles.adsabs.harvard.edu.
  2. 加來道雄,《穿梭超時空》,台北:商周出版,2013
  3. 加來道雄,《平行宇宙》,台北:商周出版,2015
  4. 卡爾.薩根,《宇宙・宇宙》,台北:遠流出版事業股份有限公司,2010
  5. 史蒂芬.霍金,《胡桃裡的宇宙》,台北:大塊文化,2001
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Castaly Fan (范欽淨)_96
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科學研究者,1999年生於台北,目前於美國佛羅里達大學(University of Florida)攻讀物理學博士,並於費米國家實驗室(Fermilab)從事高能物理相關研究。2022年於美國羅格斯大學(Rutgers University)取得物理學學士學位,當前則致力於學術研究、以及科學知識的傳播發展。 同時也是網路作家、《隨筆天下》網誌創辦人,筆名辰風,業餘發表網誌文章,從事詩詞、小說、以及音樂創作。