• 作者／文正薰 (문정훈)；譯者／劉宛昀

在上篇我們提到食用色素僅止於讓食品增色而已，並不能增加味覺或促進健康，那為什麼這麼多的產品非要添加食用色素不可呢？如果在飲料中不添加色素，只有瓶子是紅色的話，消費者會滿意嗎？為了尋找這道問題的答案，我們設計了一項實驗。我們準備了以下3種實驗物品：1 號飲料添加了紅色色素、裝在透明瓶子；2 號飲料未添加色素的無色草莓香飲料、裝在紅色瓶子中；3 號飲料未添加色素的無色草莓香飲料、裝在透明的瓶子中，請一些人參與感官實驗後，觀察他們的滿意度。

世上獨一無二的草莓口味飲料

雖說實驗計畫與方法簡單明瞭，但不代表執行過程也會如此順利，問題就在於市面上找不到滿足實驗條件的飲料。我們原本打算委託飲料製造商代為生產符合條件的飲料，但是卻因為費用超出預算而放棄，原因是飲料公司每一次啟動生產，最少會產出數千瓶以上。

於是，我們最後決定親自製作要使用在實驗上的飲料─原以為這不是什麼困難的事，我們很勇敢。但對於飲料的製造，我們一無所知。

當時負責這項計畫的曹鐘杓研究員，突然間就開始製作飲料了。對 Food Biz LAB 來說，在要拿蘋果做實驗時，會先種蘋果樹、待蘋果成熟，收成後再拿來做實驗，因此製作飲料也是理所當然的事（信不信由你）。

他的首要工作，是先喝遍市面上販售的所有韓國產草莓香飲料。不用說飲料製造了，連基礎技術都不懂的我們，只能老老實實地開始了解這無數種飲料的味道。再說一次，我們實驗室的名字不是「Food Production LAB」，而是「Food Biz LAB」，我們的主要任務是發掘飲食的價值並加以傳播。

本來以為這不困難的曹鐘杓研究員，臉色一天比一天沉重。後來，他終於完成了草莓香飲料，久違地露出了開心的表情。他的草莓飲料外觀看起來挺像樣，香味也不差，而且不知為何看見他激動的神情，就覺得應該會很好喝。想到這是世上獨一無二的「自製草莓飲料」，一股感動湧上心頭。

不過對於擔任指導教授的我而言，進到我嘴裡的這杯飲料，味道猶如華格納的《崔斯坦與伊索德》（Tristan und Isolde ）第一幕中的毒酒。

當然，在歌劇中的飲料其實是愛情的妙藥，但誤以為是毒藥而喝下的崔斯坦，心境想必也是如此悲壯。這杯需要另外加工的飲料才一入口，一股難以言喻的味道就衝擊了我舌頭上敏感的神經，向四處擴散，我立刻把飲料吐了出來。企圖以來自地獄的草莓口味飲料謀殺指導教授未遂的曹鐘杓研究員，臉色蒙上一層更深的陰影了。

在此之後接二連三的多次嘗試與失敗，就不在此一一記錄了。不屈不撓的曹鐘杓研究員以水和檸檬水為基本成分，再加入人工草莓香料與寡糖，為了製作出能喝得下去的飲料，他反覆經歷了無數次失敗，每回都以 1% 之差的比例調整配方，就這樣一次又一次地嘗試。當時首爾大學 200 棟常綠館的 8 樓走廊上飄散的甜蜜草莓香氣，濃郁程度與曹鐘杓研究員的努力成正比。

包含我在內，參與了這次實驗的眾多研究員，都不斷試喝味道並提出建議，最後好不容易製作出稱得上是「飲料」的飲料時，所感受到的喜悅只有我們才知道。「Food Biz LAB 草莓口味飲料 by 曹鐘杓」在經歷了上述幾番波折後終於完成了。

幸虧做出了飲料，我們才得以進入下一個階段。為配合實驗需求，我們將飲料完成品的三分之一添加了色素，盛入透明瓶子中；另外三分之一則維持無色，盛入紅色瓶子裡；剩餘的三分之一也是無色飲料，盛入透明瓶子內。

我們將這3款飲料中的一款提供給實驗受試者，向他們說明本次實驗是在新產品上市前，為了做市場調查而施行的試喝活動。

我們假設受試者的反應，會隨著飲料的種類差異而不同，因此在介紹用於實驗的飲料時，我們向其中一組受試者介紹這是可以輕鬆喝的一般無酒精飲料，對另一組則介紹這是類似維他命水的健康機能飲，接著開始進行實驗。

最後，受試者喝下各自拿到的飲料，再填寫我們所準備的問卷。

對味覺影響甚巨的視覺刺激

這場實驗進行了 4 天，以 300 名 20 多歲的男、女性受試者為對象，調查了他們對 6 種不同飲料（根據添加食用色素與否、不同飲料容器搭配出來的 3 種一般飲料與 3 種健康飲品）分別的喜好程度。問卷中也包含詢問實驗受試者對自身健康狀況感到樂觀或悲觀的問題，因為我們預期受試者對自身健康狀態的認知，對實驗結果會帶來有意義的影響。

幸好實驗進行期間，沒有發生受試者在喝了「Food Biz LAB 牌草莓口味飲料 by 曹鐘杓」後在座位上嘔吐的情況。雖然和研究結果無關，但我們希望不會看到有人做出「這不是給人喝的」反應，就這點而言算是成功了。曹鐘杓研究員可說是個無師自通的傑出飲料生產者！

視覺與嗅覺訊息的不一致，對人的喜好度會造成什麼影響呢？無論實驗受試者喝的是無酒精飲料或機能飲料，比起裝入透明瓶中的無色草莓味飲料，他們更偏好添加了紅色食用色素的草莓飲料與裝入紅瓶子的無色飲料。我們研判當受試者喝下如水一般透明無色但帶有草莓香的飲料，以及帶有草莓顏色、草莓味的飲料時，對前者的體驗比較不滿意。

果然，視覺刺激對味道的評價影響甚巨。此外，對自身健康狀態看法越是樂觀，意即越是認為自己身體健康的受試者，對於加了食用色素飲料的滿意度也越高。這代表大家對於食用色素其實沒那麼不滿，並不是很介意色素的使用。

好，那麼紅色飲料和紅色瓶子對決的話，哪邊更具有優勢呢？結果出爐：受試者最偏好的條件是以紅瓶盛裝的無添加色素飲料。意思是即使不添加食用色素，僅使用有色飲料容器，就能提升消費者的滿意度了。

有趣的是，以為自己喝下的裝在透明瓶子裡的紅色液體是機能飲料的組別，比起以為自己是喝下無酒精飲料的組別，表現出特別強烈的購買意願。為什麼呢？不太清楚。從統計上無法看出原因，但這畢竟是讓受試者直接以瓶子就口喝下飲料的方式所得到的實驗結果，假如將飲料倒入透明杯子裡再喝，結果或許又會不同。

食品中為何要使用食品添加物？

我們在日常生活中所吃的、喝的飲食裡，基於許多不同理由，會添加各式各樣的食品添加物，其中的食用色素大多是為了讓食物看起來更可口而使用的。也就是在我們吃下食物前，用來吸引注意力的添加物。食用色素看似對於提升味覺或健康毫無幫助，但其實在成就「味道」這門綜合藝術時，色素也發揮了自身的功用。實際上，比起無色的草莓味飲料，人在喝紅色的草莓味飲料時會感到更加滿足。這是人類判斷對食物好惡的機制，因此不得不說食品中會添加食用色素也是有理由的。

用於食品中的色素，其實符合依據食品醫藥品安全處所訂立的嚴格標準，以證明產品對人體無害，而且因為只能添加極少的量，所以很難對健康造成直接的影響。問題可能在於部分食品業者，時不時傳出製造過程違規的事件，才無法獲得消費者充分的信賴吧。

說到這裡，你可能會更好奇先前提到的有關羅湜晨的故事。

究竟是什麼讓他胃口盡失呢？這都是因為創意性有餘、合理性不足的餐廳老闆，實在太自作聰明了。藍色飯粒的蛋包飯、綠色的泡菜鍋，和彷彿塗上水泥的豬排飯，有多少人看了這種照片後依然有食欲呢？至於他到底是怎麼把料理做成那副模樣的，我們還是別問比較好。後來，羅湜晨一行人感覺被耍，表情不悅地起身離開餐館，漫無目的地走啊走，故事就在這畫下了稍嫌平淡的句點。對了！飲料大王曹鐘杓先生在畢業後，任職於政府出資的研究所負責企劃研究的工作，聽說在這次研究後，就不再做飲料了。

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。

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。

• 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。

• 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。

• 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？」

• 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》