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康普茶是「健康食品」嗎?便利商店都在賣,明星網紅都在喝,它對人體有什麼好處?

Evelyn 食品技師_96
・2022/10/14 ・4321字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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近年來,一種於中國大陸淵源已久的健康飲品「康普茶」在歐美竄紅,一躍成為好萊塢明星風靡的保養飲品。而現在這股風潮也吹進臺灣,不管是在超商、賣場或電商平台都能買到。

根據市調機構 Research And Markets 報告,2019~2028 年全球康普茶市場的複合年增長率可能為 22.21%,且消費量仍在持續上升中[1]

究竟「康普茶」有什麼特殊之處?讓它如此受到全世界消費者的關注呢?

康普茶受到歡迎的原因是什麼呢? 圖/envato.elements

神奇蘑菇?製作康普茶的靈魂——「紅茶菌」

康普茶(Kombucha)是一種以茶、糖與水作為基底,加入帶有發酵液的紅茶菌,在室溫下進行數日的發酵後,所製成的發酵飲料。

「紅茶菌」是製作康普茶的靈魂,也就是發酵的菌母,它是細菌與酵母菌的共生物,全名爲細菌和酵母菌的共生菌體(symbiotic cultures of bacteria and yeasts, SCOBY),通稱紅茶菌。

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它長得很像一塊膠膜,是因發酵的時候,醋酸菌(一種細菌)產生纖維素而形成。又因為它長得也很像菇傘(mushroom cap),過去還被歐洲人稱作「神奇蘑菇」呢[2, 3]

紅茶菌,為細菌和酵母菌的共生菌體(SCOBY),因醋酸菌產生纖維素而形成膠膜般的外觀,形似菇傘,過去被歐洲人稱作「神奇蘑菇」。圖 / 維基百科

不過康普茶的起源不明,據調查,最早的釀製紀錄出現於西元前 220 年中國的渤海地區[2]。而最早的傳說可追溯到中國秦朝,當時秦始皇試圖尋求長生不老藥,就有煉金術士應他要求,上交了「不朽之茶」或稱「聖茶」,據說就是康普茶。

另⼀個傳說則描述了康普茶名字的由來,⼀名來自朝鮮半島的醫⽣ Kombu-Ha,在西元 414 年帶著神秘的發酵茶飲品,前往⽇本為深受疾病所苦的第⼗九代天皇允恭(Inyoko)治病。

在⽇本,「茶」寫作「ちゃ」,讀⾳為「cha」,再結合醫師 Kombu 的名字,便將此飲品命名為「Kombucha」。⽇後,透過商業運輸途徑,康普茶相繼出現於俄羅斯和東歐[2]

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康普茶原料單純, DIY 要小心雜菌汙染

這些傳說更增添了康普茶神秘的色彩,這神奇的飲料到底是怎麼製作的呢?筆者參考《康普茶聖經》一書與國內研究 [2, 3] ,簡述流程如下:

製作康普茶的成分其實相當簡單,但要小心雜菌入侵。 圖/envato.elements
  1. 將總水量四分之一的水煮至沸騰,加入茶葉(綠茶、紅茶或烏⿓茶皆可)浸泡,茶葉佔茶湯濃度的 0.5~1%(w/v)。
  2. 取出茶葉,將細砂糖加入熱茶中,攪拌至溶解即完成熱甜茶,糖量佔茶湯濃度的 5~10%(w/v)。
  3. 將總水量四分之三的冷水(事先煮沸過放涼)倒入發酵容器並加入熱甜茶,以溫度計測量溫度,若超過攝氏 38 度,先用乾淨的布蓋上靜置一旁,直到不冷不熱為止。
  4. 從前一批保存紅茶菌的容器中取出紅茶菌,放入溫甜茶溶液中,也從原先保存紅茶菌的容器中,取上層的發酵液加入甜茶溶液,發酵液佔康普茶總量的 5~10% (v/v)。
  5. 用乾淨的布覆蓋容器並固定,在室溫陰暗處培養 7~21 天,發酵時間長短依個人風味喜好。
  6. 完成發酵後,液體上層會形成紅茶菌(SCOBY),拿來飲用的是下層的液體,紅茶菌可用部分發酵液泡著,密封保存起來作為下一批的康普茶的發酵菌母,只要沒有受到雜菌汙染,即可代代使用下去。
  7. 取出下層液體的康普茶可直接飲用,也可加入糖、水果或是香草植物調味,使風味更豐富。
發酵中的康普茶,發酵液上層物質為紅茶菌。圖 /維基百科

喝起來滋味酸甜還略帶氣泡

聽說這樣發酵出來的風味,除了具備了茶香、像果醋般的酸甜滋味外,還有略帶氣泡的口感,濃一點的康普茶甚至會讓你產生一點微醺的感覺。

這是因為康普茶在發酵的時候,醋酸菌和酵母菌一起相互作用的成果。

康普茶特殊又複雜的味道,讓許多初次嘗試它的人感到有些……困惑? 圖/GIPHY

首先酵母菌分解蔗糖產生果糖和葡萄糖,醋酸菌利用這兩種單醣作為能量,產生葡萄糖醛酸以及纖維素,纖維素在發酵液的頂部逐漸形成紅茶菌。

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當紅茶菌完全覆蓋了液體上層,氧氣含量降低時,酵母菌便進行發酵作用,將果糖和葡萄糖分解產生二氧化碳乙醇(酒精)。

二氧化碳略溶於水,少部份會和水反應產生碳酸,是康普茶略帶氣泡感之原因,最後醋酸菌將乙醇氧化成乙酸(醋酸),才讓康普茶喝起來有酸味[3]

另外,因大部分的乙醇會被氧化成乙酸,所以康普茶的酒精含量低;茶葉經過發酵後,原本所含的咖啡因會被轉化形成茶鹼,也使康普茶相較未發酵的茶飲擁有較低的咖啡因[2]

康普茶發酵時微生物的相互作用,酵母菌分解蔗糖產生果糖和葡萄糖,醋酸菌利用這兩種單醣產生葡萄糖醛酸及纖維素;酵母菌將果糖和葡萄糖分解產生二氧化碳和乙醇,醋酸菌再將乙醇氧化成乙酸。圖 / 參考資料 4

但自己製作康普茶時要特別注意,有沒有出現「發黴」,因發黴的食物可能含有肉眼看不見的細菌毒素,若是不小心喝下肚的話,恐會造成上吐下瀉,非常危險。建議不是很有經驗的人,直接喝市售的康普茶會比較保險。

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發黴的康普茶。圖 / 參考資料 2

喝康普茶為何會對人體產生好處?

除了低酒精、低咖啡因,許多明星或網紅大推喝康普茶的原因,是聽說它有一些很厲害的功效,像是減肥、排毒、降血壓,甚至預防癌症等,真的有這麼神嗎?

確實,有些效果是有其理論根據在,不過目前並無人體實驗證據可直接證明,喝康普茶對人體健康是有益的,還需要更多的科學研究來佐證,所以我們不能期待喝康普茶有醫療效果。
以下是康普茶近年研究[5]得出的保健效果:

一、腸道健康

喝康普茶可以補充益生菌,改善宿主(如動物或人類)腸內微生物相的平衡,並對宿主有正面的效益。而康普茶中所含的乳酸菌,如雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)或乳酸桿菌屬(Lactobacillus)皆是益生菌。

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二、抗菌

康普茶富含醋酸,是造成康普茶 pH 值低的主因,酸性環境有助於抑制一些病原菌生長,因它們無法在低於 pH 值 4.7 的環境中生長。另一方面,康普茶發酵過程中所產生的代謝物有些具有抗生素的特性,可提高抗菌能力。

三、抗氧化

氧化所產生的自由基會導致細胞凋亡,造成人體的病變及老化,而康普茶的原料「茶」本身就具有茶多酚、兒茶素、茶黃素等成分,這些物質皆具有很好的抗自由基能力與抗氧化能力。

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雖然康普茶有些保健效果,但目前並無人體實驗證據可直接證明,喝康普茶對人體健康是有益的,還需要進一步的科學證據。 圖/envato.elements

四、保肝

一些動物實驗和細胞實驗結果證明,康普茶可減少環境污染物如氯化鎘、第三丁基過氧化氫(tert-butyl hydroperoxide),以及細菌毒素如黃麴毒素 B1 對肝臟所造成的損傷。

五、抗癌

一些臨床研究認為康普茶可能具有抗癌活性,因其發酵過程中產生的次級代謝物,可防止基因突變、抑制癌細胞的增殖、使癌細胞凋亡。

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六、其它效果

康普茶內也含有少量維生素 C、B1、B6、B12 等,除增強免疫力、幫助新陳代謝及提神之外,對於美容也有一定的幫助[6]。此外,有消費者將康普茶作為運動鍛鍊後的飲料,因它有助於燃燒脂肪、控制血糖和調節膽固醇[1]

康普茶算是一種健康食品嗎?請認明「小綠人」標章!

雖然康普茶有這麼多保健的效果,但我們不能稱它為健康食品。

因為「健康食品」從民國 88 年《健康食品管理法》上路後,成為一種「法律名詞」,需向衛生福利部申請查驗登記許可,才可以在產品包裝標示上「健康食品」字樣、「小綠人」標準圖像和許可證字號。

只有健康食品才可使用小綠人標章,康普茶只能稱作機能性食品。圖 / 衛服部食藥署

只有健康食品才有經過產品安全性、功效性評估試驗,通過科學驗證其保健功效[7]。而康普茶可稱作「機能性食品」,代表這種食品可在基本的營養素之外,對特定人群提供增進健康的好處[8]

不過康普茶如此有特色的飲品,除了可讓我們一解想喝飲料之饞外,還因其咖啡因和酒精含量低,加上又具保健效果,是有與碳酸飲料或低酒精飲料市場競爭的潛力。

畢竟,相對於成份含有許多蔗糖或高果糖糖漿碳酸飲料,康普茶會是更健康的替代飲品。

參考資料

  1. 行政院農業委員會,2021。健康發酵飲品康普茶的消費市場持續增長。農業科技決策資訊平台
  2. 周玉潔,2022。康普茶以紫蘇進行二次發酵的製備與功能分析。臺北醫學大學藥學院生藥學研究所碩士論文。臺北。
  3. 漢娜.克魯姆(Hannah Crum)、亞歷克斯.拉格里(Alex M. LaGory)著;陳毓容譯,2022。康普茶聖經:268 種調味 x 400 道食譜,紅茶菌發酵飲自釀指南。臺北市:英屬維京群島商高寶國際有限公司台灣分公司。
  4. May, A., Narayanan, S., Alcock, J., Varsani, A., Maley, C. and Aktipis, A. 2019. Kombucha: a novel model system for cooperation and conflict in a complex multi-species microbial ecosystem. PeerJ 7 e7565.
  5. Mousavi, S. M., Hashemi, S. A., Zarei, M., Gholami, A., Lai, C. W., Chiang, W. H., Omidifar, N., Bahrani, S. and Mazraedoost, S. 2020. Recent progress in chemical composition, production, and pharmaceutical effects of kombucha beverage: a complementary and alternative medicine. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 1-14.
  6. 臺灣區飲料工業同業公會,2019。獨特天然風味的康普茶在歐美市場蔚為風潮。食品市場資訊 108:2
  7. 衛生福利部食品藥物管理署,2014。什麼是「健康食品」?讓食品藥物管理署來告訴您!。衛生福利部
  8. 經濟部工業局。機能性食品:契機與挑戰。保健食品產業服務網
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Evelyn 食品技師_96
23 篇文章 ・ 28 位粉絲
一名食品技師兼食品生技研發工程師,個性鬼靈精怪,對嗅覺與味覺特別敏銳,經訓練後居然成為專業品評員(專業吃貨)?!因為對食品科學充滿熱忱,希望能貢獻微薄之力寫些文章,傳達食品科學的正確知識給大家!商業合作請洽:10632015@email.ntou.edu.tw

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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奠定現代通信基礎的克勞德.香農(Claude Shannon)
數感實驗室_96
・2024/06/06 ・743字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

以前小時候如果調皮不聽話,就會被大人叫去跪算盤,現在的家長家裡沒算盤了,反而會拿出電路板讓小孩跪。

咦?為什麼總是拿算數工具來懲罰小孩呢?

電路板上看似複雜電路板密密麻麻的,是電腦進行邏輯計算的關鍵。這小小的薄片能執行驚人的運算功能,背後的奧秘離不開一位傳奇科學家的貢獻。他不僅奠定了現代通信的基礎,還開創了人工智慧研究,這可不是一般人一生能做到的成就,但克勞德.香農(Claude Shannon)卻一次搞定。

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這位非凡的科學家是如何改變了我們的時代?

他讓我們今天能享受高效的通訊技術和智慧生活。如果你也覺得現在生活離不開手機和電腦,那你應該感謝這位數學和電機工程的天才。

對於 2000 年後出生的人而言,或許覺得用手機傳訊息、用電腦看影片再平常不過。但在 Shannon 出現之前,沒有人能系統性地定義「資訊」和「通訊」。他以其對動手實驗的熱忱,將這些看似無形的概念轉化為實際的理論,為世界帶來了一場資訊革命。

正是因為 Shannon 的卓越貢獻,我們才能享受如此便捷的現代通信技術。他不僅改變了科學的面貌,還深刻地影響了我們的日常生活。

Shannon 的故事也提醒我們,熱愛與好奇心是推動進步的核心力量。他用智慧和創造力,為我們打造現代通信的基礎,並開啟未來的無限可能。

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更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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古人用的超大型手機?從烽火臺到智能手機:通信科技的演進
數感實驗室_96
・2024/05/13 ・883字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

現代人手機普及率極高,你可能正在用手機閱讀這篇文章。

仔細想想,我們每天使用的手機真的很厲害。只需幾下操作,就能傳訊息、視訊通話,還能上網看影片、玩遊戲、使用社群網路等。

你可能知道全世界的第一支手機是 Motorola 在 1973 年 4 月 3 日推出的黑金剛,重達 2 公斤的程度。不過,早在幾千年前,其實已經有「手機」存在了。

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當時的手機不只兩公斤重或兩公升水壺大,甚至是有好幾層樓那麼高,那這些手機的傳輸速率也超級慢,看影片一定是不可能,連打電話聊天都辦不到。超級陽春,基本上只能傳遞「有」或「沒有」這樣的是非題。

應該有些人猜到了,其實就是「烽火臺」。

烽火臺是中國古代為了傳遞軍情所設計的通信系統。一座烽火臺上有幾位士兵,備有大量的稻草與木柴,如果看到敵人侵犯,或是前後的烽火臺燃起狼煙,士兵們就會立刻燃燒乾柴,釋放狼煙,傳遞攸關國家存亡的重要資訊。雖然,烽火臺的尺寸大小與現今我們常用的手機差很多,傳輸能力也差很多,但烽火臺還真是上古時代標準的通信設施哦!

接下來還會推出一系列「通信科技」相關的節目,內容囊括了通信發展的歷史故事、重要的通信科學家、通信相關的技術知識。

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讓你認識新聞報導中,常聽到的一些通信專有名詞,什麼是頻帶、頻寬?現代通信技術如此厲害的關鍵又在哪裡?甚至,這些技術跟我們平常在學校裡學到的各科知識,又有怎樣的連結呢?

這系列將用影片帶領大家進入這個有趣、改變全人類生活的通信世界,敬請期待哦!有更多想法也可以留言分享喔!

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