往上打的雷！太空中才看得到的「藍色噴流」與它的精靈好友們

• 文／洪萱眉 雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

你的日常生活也是這樣子嗎？桌上總是堆滿了待處理的資料與報告，電話聲不斷，會議一場接一場，連坐下來喘息或喝水的機會都沒有。下班後拖著疲憊的身軀回家，睡前仍在想著白天的工作與隔天的待辦事項。日復一日，這些繁瑣的事務不僅讓人感到焦慮與壓力，還影響了生活作息和睡眠品質。為了舒緩壓力、獲得一覺好眠，有些人會在睡前點精油或香氛蠟燭，營造一個舒適放鬆的環境。但你知道嗎？我們的彩色噪音也能讓我們放鬆身心，助我們一覺好眠嗎？

噪音和彩虹一樣也有顏色的區分

聽到「噪音」這個詞，通常會聯想到那些刺耳且令人心煩氣躁的聲音，例如施工時的電鑽聲或敲打聲。但其實噪音也有顏色區分，就像彩虹一樣。

一般而言，我們眼睛所見的顏色實際上是由可見光的不同頻率產生的，當光波刺激我們的眼睛並傳送到大腦時，大腦會根據其頻率和強度將其解釋為不同的顏色。例如，低頻的光波為暖色調，而高頻的光波為冷色調。而同樣的概念也可以套用在噪音上，因為噪音也有不同的強度及頻率^[1-2]，根據噪音的頻率範圍和強度，我們可以依此區分為白色噪音、粉紅色噪音、棕色噪音等不同類型的噪音^[3-4]。

不同類型的噪音顏色會有不同的功效

不同類型的噪音顏色都具其獨特的頻率分佈特性，其中，最常被討論的三個噪音顏色，分別為白噪音、粉紅噪音、棕色噪音：

1. 白噪音（white noise）：白噪音是大家最熟悉、最常聽到的噪音顏色。我們人可聽到的聲音頻率介於 20~20,000 赫茲 ( Hz )，而白噪音在所有頻率上具有相同的強度。這與白色光由紅、綠、藍三原色均勻組成的概念相似。
   白噪音的聲音聽起來有如電視機壞掉發出沙沙聲、風扇聲、冷氣運轉聲音等^{[1, 5-6]} 。白噪音通常用來蔽屏 ( mask ) 其他聲音，覆蓋掉環境中我們不想聽到的聲音，營造一個舒服、放鬆的環境。對於有睡眠困擾的人來說，白噪音可以幫助改善睡眠品質。Ebben、Yan、Krieger ( 2021 )針對 10 位因受環境噪音干擾而造成失眠問題的成人，執行一週白噪音的介入，並使用穿戴式睡眠測量器來記錄其睡眠狀況。結果發現，因白噪音介入會覆蓋擾人的環境噪音，這 10 位受試者他們的入睡後醒來時間（wake after sleep onset，簡稱WASO）與入眠期（sleep latency）比在介入前都有顯著降低與改善。然而，即使沒有白噪音的介入，其入睡後醒來時間（WASO）的改善成效依然能持續^[7]。
2. 粉紅噪音（Pink noise）：相比於白噪音，粉紅噪音的聲音聽起來較為低沉、舒緩且平衡，因為它過濾掉較多高頻的聲音且在低頻的能量上較白噪音強，聲音聽起來接近我們聽到大自然的風聲、雨聲等 ^[5,8]。研究指出，粉紅噪音能加強我們深度睡眠、提高記憶力^[9]。Papalambros et.al（2017）探討使用不同聲音刺激（acoustic stimulation），對提升深層睡眠時間和記憶力的影響。受試者為 13 位 60-84 歲的健康的成人，結果發現，睡覺時有使用粉紅噪音介入能增加他們深層的睡眠時間，且在記憶測驗上也有顯著的提升^[10]。
3. 棕色噪音 （Brown noise）：又稱為紅色噪音。跟白噪音和粉紅噪音相比，棕色噪音具有更明顯的低音頻率，隨著頻率的增加而音量逐漸降低。所以聲音聽起來像是低沉的隆隆聲^[11]。棕色噪音聲音類似打雷聲、大雨聲、海浪拍打聲音^[9]。和白噪與粉紅噪音一樣，都能遮蔽環境中讓人干擾的聲音，並營造一個有利於放鬆、專注與睡眠的環境。有研究表明，棕色噪音會對大腦活動產生影響，與放鬆、冥想和深度睡眠有關，因此對於有減輕壓力和焦慮帶來很大的幫助^[10] 。

噪音顏色除了讓我們放鬆、改善睡眠品質外，還是耳鳴、聽覺過敏以及新手爸媽的救星 

從上述可知，白噪音、粉紅噪音和棕色噪音不僅能改善睡眠品質、專注力以及放鬆外，其實在臨床上更被用來治療耳鳴和聽覺過敏等症狀。所謂的耳鳴，指的是在沒有外界聲音刺激的情況下，患者感覺耳中持續有嗡嗡聲。在臨床治療中，白噪音通常用作背景音，以減少患者對耳鳴的感知^[12]。對於聽覺過敏患者，他們對日常生活中的聲音敏感度較高，因此粉紅噪音更適合用於治療，因為其低頻聲音的特性有助於患者長時間適應並習慣低強度聲音^[12]。此外，許多新手父母使用白噪音來安撫哭鬧寶寶，因為它可以模擬寶寶在母體內聽到的模糊外界聲音，並遮蓋其他可能會驚擾寶寶的聲音，市面上的許多助眠裝置也運用了這個原理^[5]。

然而，儘管噪音顏色可以提升睡眠品質和專注力，長時間或過度暴露於任何類型的噪音都可能對聽力和整體健康造成負面影響。建議播放時間應限制在10至15分鐘，並給耳朵足夠的休息時間。如果打算使用彩色噪音來幫助自己入睡，應設置播放時間以避免整晚播放，避免聽力造成損傷，那就得不償失了！^{[9, 11, 13]}

參考資料：

1. Bulter, R.  & Writer, S. (2023). What Are Sonic Hues? White Noise, Brown Noise, Pink Noise, and More. https://thegatorseye.com/13787/opinion/what-are-sonic-hues-white-noise-brown-noise-pink-noise-and-more/

2. Sound of Life。(2021)。噪音竟然助眠？白噪音、粉紅噪音是最佳床伴。取自：https://shorturl.at/abdV1
3. 林奕榮。（2023/10/19）。噪音有顏色？ 白、綠、棕、粉紅噪音都能減壓助眠。蔬福生活。取自：https://vegemap.merit-times.com/veganews_detail?id=5682 
4. Color Energy Soup (2016/11/25)。人的眼睛為什麼能看到顏色?取自：https://color-energy-soup.com/2016/11/25/eyes-light/ 
5. 鄭俊宇。（2021/4/16）。白噪音更能安撫寶寶？「粉紅噪音」能增強記憶力、改善睡眠。親子天下。取自：https://www.parenting.com.tw/article/5089287 
6. Surles, T. (2023.3.13). What are white, pink and brown noises? Health Hearing. Retrieved from https://www.healthyhearing.com/report/53430-Noise-colors-white-pink-brown-tinnitus-hearing 
7. Ebben, M. R., Yan, P., & Krieger, A. C. (2021). The effects of white noise on sleep and duration in individuals living in a high noise environment in New York City. Sleep Medicine, 83, 256-259.
8. Sloan, M. (2023.3.27). Noise Colors: Which One Is Best for Sleep? Retrieved from https://www.discovermagazine.com/health/noise-colors-which-one-is-best-for-sleep 
9. Shapiro, Z. (n.d.). Exploring the World of Color Noises: White, Pink, and Brown. Retrieved from https://audiologyisland.com/blog/exploring-the-world-of-color-noises-white-pink-and-brown/?srsltid=AfmBOordaPgtNG9s6MyfN–He9dD-BejcA5sQTj2hncTWg4MmkQi666v 
10. Papalambros, N. A., Santostasi, G., Malkani, R. G., Braun, R., Weintraub, S., Paller, K. A., & Zee, P. C. (2017). Acoustic enhancement of sleep slow oscillations and concomitant memory improvement in older adults. Frontiers in human neuroscience, 11, 1-14
11. Sedona Sky Academy (2024.5.10). Can brown noise turn off your brain ? Retrieved from https://www.sedonasky.org/blog/can-brown-noise-turn-off-your-brain
12. American Speech-Language-Hearing Association. (n.d.). Tinnitus and Hyperacusis. (Practice Portal). Retrieved from www.asha.org/Practice-Portal/Clinical-Topics/Tinnitus-and-Hyperacusis/.
13. Cleveland Clinic (n.d.). Brown Noise May Help You Focus and Relax. Retrieved from https://health.clevelandclinic.org/brown-noise 

在這個充滿光與生命的宇宙中，我們的存在其實與一種看不見的力量密切相關，那就是量子力學。沒有量子力學，太陽將不會發光，地球上的生命將無法誕生，甚至整個宇宙的運行規則都會截然不同。這些微觀層次的奧秘深深影響了我們日常生活的方方面面。

其中，量子穿隧效應是一個看似違背直覺但至關重要的現象，從太陽的核融合反應到基因的突變，這種效應無處不在，甚至還牽動著當今的高科技產業。

什麼是量子穿隧效應？

我們可以將量子穿隧效應比作一個奇妙的穿牆術。想像一下，你身處一個被高牆包圍的城市，牆外是未知的世界。通常，如果你要越過這道牆，需要極大的力量來翻越它，或者用工具打破它。然而，在量子的世界裡，情況並不如此。

在微觀的量子力學世界中，粒子同時具有波的特性，這意味著它們並不完全受限於傳統物理的規則。當一個微觀粒子遇到能量障礙時，即使它沒有足夠的能量直接穿過障礙，卻仍有一定機率能出現在障礙的另一邊，這就是「量子穿隧效應」。粒子彷彿直接在牆上挖了一條隧道，然後穿越過去。

這聽起來像魔法，但它背後有深刻的物理學道理。這個現象的發生取決於量子粒子的波動性質以及能量障礙的高度和寬度。如果障礙較矮且較窄，粒子穿隧的機率就較高；反之，障礙越高或越寬，穿隧的機率則會降低。

太陽發光：核融合與量子穿隧效應的結合

量子穿隧效應的存在，讓我們能夠理解恆星如何持續發光。以太陽為例，太陽內部的高溫環境為核融合反應提供了所需的能量。在這個過程中，氫原子核（質子）需要克服極大的電磁排斥力，才能彼此靠近，進而融合成為氦原子核。

然而，單靠溫度提供的能量並不足以讓所有質子進行核融合。根據科學家的計算，只有約10的 434 次方個質子中，才有一對具備足夠的能量進行核融合。這是一個極小的機率。如果沒有量子穿隧效應，這種反應幾乎不可能發生。

幸好，量子穿隧效應在這裡發揮了關鍵作用。由於量子粒子具有波動性，即便質子沒有足夠的能量直接跨越能量障礙，它們仍然能透過穿隧效應，以一定機率克服電磁排斥力，完成核融合反應。這就是為什麼太陽內部的核融合能夠源源不斷地發生，並且持續產生光與熱，讓地球成為適合生命生存的家園。

量子穿隧效應與生命的演化

除了恆星的發光之外，量子穿隧效應還對生命的誕生和演化起到了關鍵作用。地球上物種的多樣性，很大一部分源於基因突變，而量子穿隧效應則幫助了這一過程。

DNA 分子是攜帶遺傳訊息的載體，但它的結構並不穩定，容易在外界因素影響下發生變異。然而，即使沒有外界因素的干擾，科學家發現 DNA 仍會自發性地發生「點突變」，這是一種單一核苷酸替換另一種核苷酸的突變形式。

量子穿隧效應讓氫原子隨時可能在 DNA 結構中進行位置轉換，從而導致鹼基對的錯位，這在 DNA 複製過程中，可能會引發突變。這些突變若保留下來，就會傳遞給下一代，最終豐富了基因與物種的多樣性。

半導體技術中的量子穿隧效應

除了在宇宙和生命中發揮作用，量子穿隧效應還影響著我們的日常生活，尤其在現代科技中。隨著半導體技術的發展，電子設備的體積不斷縮小，這也讓電子元件的性能面臨更大的挑戰。

在微小的電子元件中，量子穿隧效應會導致電子穿過元件中的障礙，產生不必要的漏電流。這種現象對電晶體的性能帶來了負面影響，因此設計師們需要找到方法來減少穿隧效應的發生，以確保元件的穩定性。

雖然這是我們不希望見到的量子效應，但它再次證明了量子力學在我們生活中的深遠影響。設計更有效的半導體元件，必須考慮到量子穿隧效應，這讓科學家與工程師們需要不斷創新。

量子力學是我們宇宙的隱藏力量

量子穿隧效應看似深奧難懂，但它對宇宙的運作和生命的誕生至關重要。從太陽的核融合反應到基因突變，甚至現代科技中的半導體設計，量子力學影響著我們生活的方方面面。

在這個充滿未知的微觀世界裡，量子現象帶來的影響是我們難以想像的。正是這些看似不可思議的現象，塑造了我們的宇宙，讓生命得以誕生，科技得以發展。當我們仰望星空時，別忘了，那閃耀的光芒，背後藏著的是量子力學的奇妙力量。

AlphaFold的誕生：人工智慧的奇蹟

2018 年，Google 旗下的 DeepMind 團隊推出了第一代 AlphaFold，這是一款基於深度學習的 AI 模型，專門用於預測蛋白質的三維結構。AlphaFold 的命名取自「fold」一詞，意為折疊，指的是蛋白質在胺基酸鏈構成後迅速摺疊成其功能所需的三維結構。

AlphaFold 的突破在於其能夠預測出蛋白質折疊的可能性，這是一個傳統計算方法無法達到的領域。第一代 AlphaFold 在國際 CASP 比賽中取得了一定的成功，雖然其預測準確度尚未達到實驗室標準，但其潛力讓科學家們充滿期待。

為什麼蛋白質結構預測如此重要？

蛋白質是生命的基石，它們的功能取決於其複雜的三維結構。然而，僅靠實驗技術來解析蛋白質的結構既昂貴又耗時。過去科學家依賴於如 X 光晶體繞射等技術來解析蛋白質的結構，然而這種方法雖然精確，但往往需要數年時間來得出一個結論。

到目前為止，人類已知的蛋白質數據庫中，全球僅解析了大約 22 萬種蛋白質的結構，這遠遠不足以滿足生物學和醫學研究的需求。尤其是人類的許多蛋白質結構仍然未知，這成為阻礙醫學進步的一個主要瓶頸，特別是在藥物開發和疾病治療上，因此如何加速對蛋白質的結構的解析至關重要。

AlphaFold 2：技術飛躍

2020 年，AlphaFold 2 橫空出世，改進了多項技術，預測準確度大幅，幾乎達到了與實驗結果相媲美的程度。這一成就震驚了全球生物學界，許多科學家開始將 AlphaFold 2 應用於實際研究中。

AlphaFold 2 的成功源自於其三大技術革新：

• 注意力機制：模仿人類的思維模式，從大局出發，關注蛋白質結構中的每一個細節，進而提高預測的準確性。
• 多序列比對功能：通過搜尋類似的胺基酸序列，推斷新的蛋白質結構。
• 端到端預測模式：利用深度學習神經網路，不斷反饋預測結果，持續優化模型。

AlphaFold 3：下一代 AI 的力量

隨著 AlphaFold 2 的成功，DeepMind 並未停止其腳步。2024 年 5 月，AlphaFold 3 正式推出，這標誌著 AI 技術在生物學領域的又一個里程碑。AlphaFold 3 的改進再次吸引了科學界的目光，它強化了注意力機制，並引入了擴散模型，這使其能夠更快且更準確地預測複合蛋白質的結構。

擴散模型是一項關鍵技術，它能夠生成大量的可能蛋白質結構，並快速篩選出最可能的解答。與此同時，AlphaFold 3 還內建了「減幻覺」功能，這讓其在產生結果時能夠避免過多不切實際的預測，提升了結果的可信度。

AlphaFold 的實際應用：醫學與藥物開發

AlphaFold 3 的誕生，不僅是一個技術突破，還為醫學和藥物開發帶來了巨大的希望。過去，癌症治療中的標靶藥物需要經過漫長的實驗才能確定其作用原理，然而現在，通過 AlphaFold 的預測，科學家可以更加精確地針對癌細胞中的錯誤蛋白質，設計出更有效的藥物。

除此之外，AlphaFold 3 還在抗病毒藥物、抗生素以及阿茲海默症等領域展現了潛力。其能夠預測蛋白質與其他分子（如DNA、RNA）的交互作用，這使得研發新藥的過程大大加速。

AlphaFold 3 的挑戰與未來

儘管 AlphaFold 3 取得了驚人的進展，但其仍然面臨一些挑戰。首先，目前 AlphaFold 3 的模型尚未完全開源，這限制了研究人員對其內部運作的了解。為此，一些科學家已聯名要求 DeepMind 開放其程式碼，以便進行更深入的研究和應用。

不過，隨著 AlphaFold 3的逐步推廣，生物學家相信它將繼續改變生物學研究的方式。未來，這項技術有望在解決更多未解難題中發揮關鍵作用，並為醫學領域帶來更大的突破。