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上了老司機的車頭就暈?淺談為何會暈車,又該怎麼預防?

slekmed_96
・2021/08/27 ・4312字 ・閱讀時間約 8 分鐘

難度:★★★☆☆  

應備知識:無

連結大學:生理學

不知道你是否有過這種體驗?快樂的假期到來,當全家興高采烈準備出遊,上車 / 船 / 飛機後卻發現自己不太對勁,世界開始快速旋轉,頭又暈又痛,昏昏欲睡,然而腸胃卻沒有打算休息,胃像大浪般不斷翻攪,一股噁心的味道直衝腦門,最後經過一陣作嘔,你將早餐的三明治和奶茶全都吐出來,座艙內瀰漫熟悉的恐怖氣味,還沒抵達目的地,心情就像是坐了一趟雲霄飛車,餘悸猶存。會暈車的人只要坐車或坐船,就會頭暈想吐,實在很掃興,嚴重者甚至搭捷運或是搭電梯也會暈,導致他們不敢出遠門,不然就要隨身攜帶暈車藥,但是有些人卻對這些完全免疫。接下來這篇文章將帶領大家一窺暈車到底在暈什麼。

暈車到底在暈什麼?圖/Giphy

暈車又稱作動暈症或運動病(Motion sickness),動暈症從字面上理解就是因「動」而「暈」,而關於它最早的描述可以追溯到 2000 年前,古希臘醫者希波克拉底指出「在海上航行證明暈船會損害人體。」船帶著人們前行,是少數能讓人們產生被動運動的媒介之一。時間回到現代,各種交通工具(汽車、火車、飛機)或是互動式螢幕(如互動式遊戲、3D 電影和虛擬現實等)豐富我們的生活,卻大幅增加人們在生活中被動運動的機會,也讓動暈症成為在現代常見的問題。然而細究背後原因,為什麼晃動會讓人暈呢?

先從平衡講起

我們仰賴身上的感應器告知身體的位置和動作,以此建立方向和空間感,這些感測器包括內耳、眼睛、肌肉、關節和大腦間的通訊,並且不斷進行檢測、反饋和調整。其中,在內耳的前庭系統(vestibular system)對於人體平衡至關重要。前庭系統負責提供大腦關於我們運動、頭部位置和空間方向的訊息,並且使我們在運動過程中穩定身體姿勢,保持平衡。前庭系統主要由兩個部分組成,一是耳石器官(otolith organs):橢圓囊和球囊,兩者可以偵測重力和直線加速度。第二個裝置是由三根半規管(semicircular canals)組成,半規管中充滿內淋巴液(endolymph),當頭部旋轉、左右晃動或傾斜時,會引起內淋巴的相對運動,內淋巴會流到壺腹(ampulla)中。壺腹具有前庭系統的感覺受器——毛細胞(hair cell),毛細胞鑲嵌在壺腹中由膠狀物質構成的頂帽(Cupula)下,當內淋巴流入壺腹時會造成頂帽的變形,因而引起毛細胞擺動,連動促進離子通道的開啟,引起離子傳遞和神經傳遞物質的釋放,進一步刺激神經傳導。

半規管。圖/SLEK 提供
毛細胞。 圖/SLEK 提供

前庭系統、體感覺與視覺三者共同提供有關身體姿勢與運動的訊息,像前一段介紹的,前庭系統負責感測頭部的運動,體感覺傳遞軀幹的位置,視覺訊號則可以提供人體與周圍環境之間的相對運動。三者的訊號會傳入到腦幹的前庭核,並與前庭小腦相連。在正常情況下,三者傳遞的訊息能夠被整合,因而腦部可以根據這些協調身體動作。

為什麼會暈車?

常見導致動暈症的假說是感覺衝突(sensory conflict)和神經失配(neural mismatch)。首先,不同的感覺系統能夠接受的刺激不一樣,也具有不同的靈敏度,例如視覺系統不能精準區分身體和環境的運動(試想當你坐在行駛的火車中,看到外面車站靜止的人,你會認為是外面的人在移動);又或者半規管雖然可以紀錄頭部的加速度訊號,但在長時間平穩的轉彎過程中訊號會衰減。由於感覺系統間的靈敏度不同和接收到的刺激不同,再加上在被動的人工運動(例如坐在行駛於顛簸山路的車中)誘發不自然的運動刺激,便會導致我們的大腦難以統合感覺信號,而在大腦中產生感覺衝突。想像一下坐在飛行中的飛機上,看著窗外那綿延至世界盡頭的雲朵,你感覺自己在移動,但眼睛卻告訴大腦你似乎沒有去任何地方。這些感覺衝突便是造成我們產生動暈症的原因。

除此之外,大腦在正常環境下會依照過去的經驗建立預測的行為模型,然而當大腦在運動環境(例如行駛的車輛上)或是在虛擬環境(例如觀看 3D 電影時),視覺、體感覺與前庭系統提供給大腦的訊號與大腦預期中的行為不匹配,此時便會產生神經失配訊號,進一步造成動暈症產生。

觀看 3D 電影時,也常有人感到頭暈。圖/Giphy

暈車為什麼容易嘔吐?

在長途旅行乘坐巴士時,置物籃通常放有塑膠袋,相信大家心裡都清楚這些袋子不是裝垃圾用的,而是防止乘客在車程中突然腸胃翻攪,吐的滿車都是。動暈症最常出現的症狀就是嘔吐,而這個反應跟腦幹的反射與神經失配訊號傳遞相關。前庭核、視網膜後區域、胃腸道等地方傳遞的訊息會匯聚在腦幹的孤束核(Nucleus of the solitary tract, NTS),孤束核接受不同刺激例如血液中毒素、感覺衝突或腸胃道症狀,並活化腦幹鄰近區域,最終導致嘔吐。組織胺(histamine)、乙醯膽鹼(acetylcholine)和去甲腎上腺素(noradrenaline)是動暈症神經傳導過程的三種重要神經遞物。研究發現暈車時,腦中的組織胺濃度會升高,組織胺 H1 受體更被發現跟誘發嘔吐密切相關。在被動運動的刺激下,神經失配訊息會刺激下丘腦中的組織胺神經系統,並且刺激腦幹嘔吐中心的 H1 受體。

暈車是演化上的利器?

從目前科學研究大致能歸結出造成動暈症的原因,但對於「為什麼」會產生動暈症或甚至是為什麼暈車時會想吐,存在很多不同觀點。而前庭系統除了有助於維持平衡和穩定視力,也有科學家針對前庭的功能來解釋暈車的原因。從演化的角度來看,科學家們提出幾種假說來佐證動暈症如何能夠協助人類面對危險或是降低危害。

為什麼暈車時會想吐。圖/Giphy

假說一:毒素檢測器假說(The poison or toxin detector hypothesis)

支持這個假說的科學家們認為前庭系統就像毒素檢測器,而大腦可以識別前庭系統與視動訊息之間的偏離,並且判斷中樞神經系統的功能是否有衰竭。動暈症在演化上的目的是為了保護生物體不要攝入可能的有害物質。當大腦感測到不平衡的狀態,會刺激嘔吐以防止攝入毒素。有進一步的研究指出,容易產生動暈症的人更容易在接受化學療法後產生術後噁心和嘔吐的現象。

假說二:迷惑 / 運動警告假說(The disorientation/motor warning hypothesis)

另一派學者認為動暈症是一種懲罰系統,可以減少個體暴露於迷失方向和迷失空間的情況,而動暈產生的無力感則有助於降低個體受傷或被捕食者傷害的可能性。簡單的例子像是動暈症可以防止前庭失靈的祖先魚類進行冒險活動,或是避免原始人類祖先在搖擺的樹木中尋找食物。然而這個假說面臨的挑戰是,為什麼會演化出噁心、嘔吐等較緩慢的負面強化劑,而不是讓個體產生快速恐懼和痛苦,以達到預警的效果。

假說三:前庭心血管 / 自主反射假說(The vestibular cardiovascular/autonomic reflex hypothesis)

耳石器官傾斜所產生的刺激會導致前庭血管的血壓增加,因而科學家認為動暈症是因為前庭與心血管反射所引起。如同前幾個段落中反覆強調的,前庭和視覺系統以保持身體姿勢平衡為目的,因此動暈症形成的原因可能來自反射過程神經不正常的活化。

假說四:進化不良適應假說(The evolutionary maladaptation hypothesis)

相較於其他假說複雜的論證推理,這種假說將動暈症的成因簡化,認為動暈症是演化上不幸產生的後果,原因來自於前庭與腦幹中嘔吐反射在演化上產生關聯。

動暈症從魚類到人類已存在有數百萬年的歷史,然而如何解釋動暈症的存在仍持續在爭論中。目前的證據偏向以毒素檢測器假說和進化不良適應假說為主。

如何對抗暈車?

俗話說治病要「對症下藥」,了解動暈症的原因後,便可以據此去擬定對抗暈車的戰略。

首先,在行為方面有兩種對策:建立適應性和減緩動暈症發生。考量到服用藥物可能會造成飛行員產生嗜睡或是視力模糊的副作用,因此常會使用暈車脫敏(motion sickness desensitization)來讓個體暴露在晃動環境,並建立新的適應性,這個療法相對安全沒有副作用,而且成功率超過 85%。除此之外,容易暈車的人在刺激性運動環境中,可以透過改變自己的姿勢和動作來降低動暈症的發生,如減少頭部運動。而在上文中介紹過動暈症的成因,是因為在被動運動狀態下所造成的訊息不協調,因此容易暈車的人也可以轉變自己的身份,成為主動控制者,變成駕駛員以減少動暈症。

容易暈車的人可以自己駕駛以減少動暈症。圖/Giphy

第二種治療方式便是使用藥物。前面在談為什麼會暈車的時候有提到動暈症和感官衝突以及神經失配相關,因此藥物可以透過阻止會造成感官衝突的感覺輸入,或是調控神經儲存的方式,來減緩新舊經驗不適配的問題,另外第三種方式便是抑制動暈症產生的症狀,如加入抗組織胺,減緩嘔吐反應的產生。

雖然受年齡、性別、生理特質等因素影響,不同個體對於運動環境都有不同的耐受性,也因此不是所有人都有過動暈症的體驗,但是在這篇文章中我們了解動暈症的原因與可能的假說,或許未來不幸要對抗腸胃翻攪的同時,你不只會伸手探尋嘔吐袋的蹤影,還會想起複雜又神奇的前庭系統,讚嘆人體的奧妙。

看完文章後,你應該會知道:

  1. 動暈症的成因是因為感覺系統(如前庭系統、視覺和體感覺)間的感覺衝突和神經失配。
  2. 在被動運動的刺激下,神經傳導物質會刺激下丘腦中的組織胺神經系統,並且刺激腦幹嘔吐中心的 H1 受體。
  3. 有諸多假說去解釋為何會產生動暈症,包括毒素檢測器假說、迷惑 / 運動警告假說、前庭心血管 / 自主反射假說、進化不良適應假說等等。
  4. 動暈症可以透過行為和藥物來改善,前者如藉由暈車脫敏建立適應性或是改變運動狀態減少被動人工運動,後者則透過服用藥物調整神經訊息傳導或減緩動暈症症狀。

參考資料

  • Bertolini, G., & Straumann, D. (2016). Moving in a moving world: a review on vestibular motion sickness. Frontiers in neurology7, 14.
  • Khan, S., & Chang, R. (2013). Anatomy of the vestibular system: a review. Neuro Rehabilitation, 32 (3), 437-443.
  • Koch, A., Cascorbi, I., Westhofen, M., Dafotakis, M., Klapa, S., & Kuhtz-Buschbeck, J. P. (2018). The neurophysiology and treatment of motion sickness. Deutsches Ärzteblatt International, 115 (41), 687.
  • Takeda, N., Morita, M., Horii, A., Nishiike, S., Kitahara, T., & Uno, A. (2001). Neural mechanisms of motion sickness. Journal of Medical Investigation, 48 (1/2), 44-59.
  • Zhang, L. L., Wang, J. Q., Qi, R. R., Pan, L. L., Li, M., & Cai, Y. L. (2016). Motion sickness: current knowledge and recent advance. CNS neuroscience & therapeutics, 22(1), 15-24.

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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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