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未來可能會有這個職業嗎?創造創意與美感兼具的發明:未來藝術家——《拯救地球的工作者》

和平國際
・2022/11/05 ・1731字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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編按:現在的生活瞬息萬變,在未來的世代,可能會出現許多你想都沒想過的職業。讓我們與孩子一起發揮想像力,你覺得未來會有什麼樣的職業出現呢?

未來藝術家:創意的發明或許也是一種藝術

未來藝術家大賞總決賽即將開始,這個獎項是為了獎勵最有創意及具有藝術感的科學家。現在已經廝殺到總決賽的階段了,評審團必須從三件「作品」中選出首獎。這三件作品截然不同,但是都很創新,每位參賽者會發表演說,談談自己的創作理念,盡可能說服評審。

丹尼第一個發言,主題是手拿顯微鏡的大廚:「大家想像一下,把試管想成鍋子,把滴管想成湯勺,把蒸餾器想成烤箱,科學家不也是在做菜嗎?我在廚房實驗室調配無數特殊風味的菜餚,帶給大家前所未有的感官享受,有醣、碳水化合物,也有蛋白質,融合出全新的味道。我最自豪的藝術品是『植物肉』!吃起來就像肉,卻是在實驗室用馬鈴薯和大豆合成的。」

手拿顯微鏡的大廚。

第二位參賽者是莉雅,會不會有更驚人的作品呢?莉雅以「大自然設計師」為主題開始介紹:「超強力貼紙的靈感來自章魚的吸盤,火車頭是仿造鳥喙的形狀,超強光線感測器神似蝗蟲的眼睛。動、植物是豐富的生物圖書館,總會激發創意靈感。我的成名之作是這件『隱形斗篷』!我長年研究變色龍,研發出一種會隨著環境變色的布料。」

大自然設計師。

觀眾席的驚叫聲不絕於耳,現在輪到安妮塔上場了,她的主題是「微型雕塑家」。

「你們有聽過奈米科技嗎?我運用最先進的顯微鏡,每天研究分子碎片,小到奈米量級,比髮絲纖細十萬倍。我運用科學為藝術服務,善用奈米粒子修復古老大理石雕像,以及受汙染侵蝕的神廟,終於有新工具可以拯救偉大的藝術遺產了。」

微型雕塑家。

比賽結果就快揭曉了,誰會是贏家呢?倒數計時,三、二、一……大型計分牆竟然顯示:平手!這是未來藝術家大賞第一次出現三位冠軍。

丹尼、莉雅和安妮塔開心相擁。等你長大,說不定也會成為未來藝術家喔!

未來藝術家的工具組

動態雕塑、磁吸繪圖、隨時間變換的調色、特殊眼鏡,都是未來藝術家的工具,將帶領我們體驗未知。未來數十年的藝術將會大洗牌,未來藝術家早已蠢蠢欲動,準備大顯身手,大膽的實驗和創作!

什麼是科學料理?

科學料理的精髓在於「食譜藝術」,以生物化學的專業知識為基礎。目前最先進的研究莫過於研發人造肉,改善肉品產業密集的畜牧行為,提供更尊重環境和動物生命的替代產品。

什麼是生物統計學?

生物統計學是仿效生物的特徵(包括動、植物)來改善人類既有的科技,其中最著名的成品有新一代黏著劑、特殊顏料、先進布料。

什麼是奈米科技?

奈米科技是新的研究領域,善用極其微小的物質來設計特別輕盈的材料或肉眼看不見的裝置,工業用途廣泛。

未來藝術家要有的能力

○ 跳脫框架思考

○ 想像力

○ 具有觀察精神

○ 同理心

○ 美感

○ 有團隊合作的精神

——本文摘自《拯救地球的工作者》,2022 年 10 月,和平國際出版,未經同意請勿轉載。

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和平國際
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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選對產品,兼顧生活品質與環境保護——《如何避免氣候災難》
天下雜誌出版_96
・2021/03/20 ・2984字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

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餐桌上的新口味——植物肉,不僅享受美味也減少碳排

全球大約飼養了 10 億頭牛,用於生產牛肉與乳製品,每年因牛群打嗝和放屁排出甲烷所造成的暖化效應,相當於 20 億噸二氧化碳,占全球總碳排的 4% 左右。 

打嗝放屁時釋出甲烷,是乳牛、綿羊、山羊、鹿與駱駝等反芻動物特有的問題。但還有另一個不分動物、造成溫室氣體排放的原因:糞便。

對於動物的排便、打嗝與放屁,我們有何對策呢?這個問題確實棘手。研究人員已想方設法來因應,譬如使用疫苗以減少牛腸道中甲烷生成菌的數量、培育產生較少碳排的牛隻、添加特殊飼料或藥物到牛的飲食。這些方法大多成效不彰。

不分動物、造成溫室氣體排放的原因:糞便。圖/Pexels

飲食力行純素的民眾,可能會提出另一項解決方案:我們根本不必嘗試這些減少碳排的方法,只要停止飼養牲畜就好。我能理解這項論點的吸引力,但不認為它符合現實。但我們可以在享受肉類美味的同時,減少吃動物肉的頻率。

選項之一是植物肉(plant-based meat),即經過各種方式加工以模仿肉味的植物產品。人造肉的品質相當不錯,只要調理得宜,完全可以取代牛絞肉。所有的人造肉都更為環保,因為所需的土地與用水少了很多,碳排放也能減量。此外,人造肉所需的穀物也較少,可以減少對食作物的壓力與肥料使用。一旦養在狹小籠子裡的牲畜數量減少,對於動物福利毋寧是一大助益。 

然而,人造肉卻有高昂的綠色溢價。平均來說,牛絞肉的替代品成本高出 86%。隨著這些替代品的銷量增加,以及更多競爭對手進軍市場,我樂觀認為,它們最終會比動物肉來得便宜。

碗豆蛋白粉、水、葵花油,以及調合食用油(菜籽油、亞麻仁籽油、棕櫚油、葵花油、DHA海藻油)製成的植物肉。圖/Wikipedia

另一種方法類似植物肉,但不是將植物加工讓味道像牛肉,而是在實驗室中培養出肉類。名字有點不討喜,例如「細胞肉」、「培植肉」和「乾淨肉」,大約有二十多家新創公司正努力把人造肉引進市場,但產品可能要到 2020 年代中期才會出現在超市貨架上。 

記住,這並不是「假」肉。培植肉與任何兩條或四條腿的動物一樣,同樣具有脂肪、肌肉與肌腱,差別在於人造肉不是來自農場,而是在實驗室內所製造。科學家從活體動物身上取得部分細胞,先讓細胞自行繁殖,再催化成我們習慣食用的組織。整個過程幾乎不會排放溫室氣體,只需要提供實驗室所需的電力。這項方法的缺點是所費不貲,也不清楚究竟能降低多少成本。

最後,還有一種方法能減少糧食的碳排:減少浪費。在歐洲、工業化亞洲國家與撒哈拉沙漠以南的非洲國家,超過 20% 的糧食遭人丟棄、任其腐敗或單純被浪費。在美國,這個比例達到 40%。這對無法溫飽的人有失公平,更損害經濟與氣候。被浪費的食物腐敗後,會釋放的甲烷所導致的暖化相當於每年 33 億噸的二氧化碳。

被浪費的食物腐敗後,會釋放的甲烷所導致的暖化相當於每年 33 億噸的二氧化碳。圖/Wikipedia

至關重要的解決之道是改變個人行為:珍惜現有的糧食。這件事我們可以藉助科技來幫忙。舉例來說,有兩家公司正在研發隱形的植物塗層,可以延長水果和蔬菜的保鮮期限;這類塗層不但可以食用,還完全不影響風味。另一家公司則開發出智能垃圾桶,利用影像識別技術來追蹤家戶或企業浪費了多少糧食,最後會產生一份報告,針對丟棄的糧食計算出成本與碳足跡。聽起來有侵犯穩私之虞,但確實能提供民眾更多資訊,做出更好的決策。

降溫新技術,保持涼爽又不加劇全球暖化的新選擇

說來諷刺,我們為了在暖化氣候中生存而使用空調,卻可能會使氣候變遷更加嚴重。

畢竟空調是靠電力運轉,所以隨著我們安裝的空調愈來愈多,就需要更多電力來運轉。事實上,國際能源署預估,到了 2050 年,全球降溫用電需求將成長為現在的三倍,相當於中國與印度現在的總用電量。 

國際能源署預估,到了 2050 年,全球降溫用電需求將成長為現在的三倍,相當於中國與印度現在的總用電量。 圖/Pexels

這對飽受熱浪之苦的民眾來說是好事,對氣候來說卻是壞事。在世界大部分地區,發電仍然屬於碳密集的過程,因此大樓所使用的空調、電燈、電腦等等一切電力,貢獻了將近 14% 的溫室氣體。 

由於空調極度依賴電力,很容易計算出冷氣的綠色溢價。想要讓空調設備去碳化,就需要先把電網去碳化。這也是我們需要在發電與儲電上有所突破的另一項原因。否則,碳排放量只會不斷增加,於是陷入惡性循環:住宅與辦公室愈來愈涼爽,氣候卻愈來愈暖化。 

幸好,我們不必苦等這些突破問世,現在就採取行動,減少空調所需電量,從而降低冷氣產生的碳排。此舉完全沒有技術上的障礙,多數人只是未購買市場上最節能的空調罷了。根據國際能源署的數據,目前市面上一般空調設備只發揮應有節能效果的一半,僅有最節能機型的三分之一。 

窗(壁)型及箱型冷氣機、電冰箱能源效率分級標示圖檔色碼。圖/節能標章全球資訊網

主要原因是,消費者在挑選空調時,無法獲得完全透明的資訊。舉例來說,一台效能較低的空調可能比較便宜,但從長遠來看,因為消耗更多的電力,所以持有成本其實較高。然而,如果空調設備沒有明確的標示,消費者選購時可能無從得知(美國政府要求貼出節能標籤,但並非各國都這麼做)。另外,許多國家沒有為空調的效能設定最低標準。國際能源署就發現,只要制定政策解決這類問題,全球就可以將空調設備平均效能提高一倍,同時將本世紀中的冷氣能源需求成長降低 45%。 

不幸的是,空調的耗電量並非問題的唯一根源。空調設備內含的冷媒,又稱為含氟氣體 (F-gases),時間一久,空調老化和故障時,冷煤會一點一點地洩漏出來。如果你曾更換過汽車空調的冷卻液,肯定注意過這一點。含氟氣體是造成氣候變遷的強大因素。一個世紀以來,這些氣體造成的暖化程度,相當於等量二氧化碳的數千倍。如果你未曾聽聞,那是因為它們在溫室氣體的占比不高,只占美國碳排放量的 3%。 

然而,含氟氣體並沒有遭到漠視。2016 年,197 個國家的代表承諾,要在 2045 年前將含氟氣體的生產與使用減少 80% 以上。他們之所以能做出這樣的承諾,是因為各家公司都在開發新的降溫方式,改用危害較小的冷卻液替代含氟氣體。這些想法仍處於發展的初期,距離定價還為時過早,不過正是我們所需要的創新,也就是不加劇全球暖化又能保持涼爽。

本文摘自《如何避免氣候災難》,2021年3月,天下雜誌。
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天下雜誌出版持續製作與出版國內外好書,引進新趨勢、新做法,期盼能透過閱讀與活動實做,分享創新觀點、開拓視野、促進管理、領導、職場能力、教養教育、同時促進身心靈的美好生活。

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交流電發電機的勾勒起點,發明鬼才與他的大學生活——《被消失的科學神人‧特斯拉親筆自傳》
PanSci_96
・2020/12/12 ・2484字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

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編按:尼古拉・特斯拉(Nikola Tesla)的父母原本一直希望他繼承衣缽、成為一位牧師,然而在他少年時期有次感染了霍亂,被醫生宣判可能回天乏術,特斯拉對父親說:「如果你同意讓我去唸工程科系,我也許會好起來。」於是後來特斯拉的父親為他安排進入奧地利史泰利亞邦 (Styria) 的格拉茲 (Graz) 理工學院就讀,這裡也是特斯拉構想交流電發電機的起點。

為不讓父親失望,一天只睡四小時

一年的身體調養期結束之後,我被父親送到奧地利史泰利亞邦 (Styria) 的格拉茲 (Graz) 理工學院就讀,他為我精挑細選了這所歷史悠久、聲譽卓著的大學。這是我期待已久的時刻,在充裕獎學金的資助下,開始我的大學學業,我下定決心一定要在課業上有傑出表現。拜父親的教導和諸多機會所賜,我的學習底子優於一般學生。

進入大學之前,我已經學會多國語言,也啃讀了不同圖書館的藏書,多多少少汲取了有用的資訊。另外,這是我第一次可以選擇喜歡的科系就讀,所以畫圖再也不會成為我的困擾。

我立志要給父母親一個驚喜,所以第一學年我每天從清晨三點一直讀到深夜十一點不間斷,連星期假日都不放鬆片刻。由於同學們抱著學而不思的鬆散學習態度,我的學業成績自然技壓群雄。第一年結束,我通過九科考試,教授們認為我的表現值得給予超越滿級分的嘉獎。

特斯拉在大學第一學年為了給父母親一張榮譽的成績單,拼命讀書。圖/Pexels

我帶著這張獲得褒揚的成績單回家,在短暫休息過後,我滿心期待著能贏得父親的稱讚,但是看到父親對於我拚了命博得的榮譽一點都不在意的時候,我深感受傷,這件事幾乎扼殺了我的鬥志和雄心。

但是父親死後,我發現了一疊信件,全是學校教授寄來的,信上說除非父親把我帶離學校,否則我會因為用功過度而沒命,看完後,我悲痛難抑。

大量閱讀與討論,發明構想與科學原理的加成

此後,我全神貫注在物理學、力學和數學上,閒暇時間都泡在圖書館裡。我的習慣是只要開始做一件事情,一定會有始有終,因此常常給自己招來難題。

有一次,我開始閱讀伏爾泰 (Voltaire) 的著作,看到有將近一百卷用小字印刷的皇皇巨著正等待著我去讀,令我驚慌——這個怪物每天喝七十二杯黑咖啡支撐自己寫作!我下定決心一定要全部讀完,但當我放下最後一本伏爾泰的作品時,感到無比暢快,說:「結束了!」

特斯拉開始閱讀伏爾泰的著作後,便下定決心要讀完。圖/柿子文化

我第一年的表現贏得了教授們對我的欣賞,也與他們建立起情誼。包括了:羅格納教授,教授算術和幾何學;包施爾教授,教授理論及實驗物理學;奧勒博士,教授積分,專長在積分方程式,這位科學家的講課是我聽過最精彩的一位。奧勒博士特別關心我在學業上的進展,經常會在下課後留一、二個小時給我,出題讓我解答,我很樂意接受這樣的安排。

我跟他解釋我的飛行器構想,這項發明是建立在合理的科學原理上,不是天馬行空的幻想,我設計的渦輪機已經讓這部飛行器成真,很快就會展現在世人眼前。

羅格納和包施爾兩位教授都是求知欲旺盛的學者:羅格納教授的自我表達方式很奇特,每次都會引起一陣騷動,然後是一段長長的沉默和尷尬;包施爾教授是一位有條不紊、絕對理智的德國人,他有和熊掌一樣巨大的雙手雙腳,但他的實驗都被精準無誤的執行,展現如鎖芯般精密的高超精準技巧,沒有一點閃失。

發現真理需要敏銳直覺與細心觀察

在校第二年,學校收到一部來自法國巴黎的格拉姆發電機 (Gramoe Dyname) ,它有一個馬蹄鐵狀的層壓式場磁鐵,以及一個裝有整流器的繞線電樞。通電之後,這部機器展現了各種不同的電流效應。

包施爾教授在示範時,把它當作馬達在操作,結果電刷出現故障,火花亂竄,我在一旁觀察發現:沒有這些裝置,馬達仍有可能運轉。

包施爾教授宣稱不可能,並且請我就這個主題上臺報告,他最後在做總結時如此說道:「特斯拉先生也許會有了不起的成就,但可以肯定的是他永遠不會去實踐這個構想。這麼做無異是改變一個穩定的拉力,猶如把重力轉變成旋轉力,這是一個永動機的概念,不可能成功。」

但是,直覺超越知識,當邏輯推論或是其他想出來的方法都沒有用的時候,無疑的,我們大腦裡某些奇妙的神經纖維會驅策我們去發現真理。

有一段時間,我迫於教授的權威而猶疑不定,但是我很快就相信自己是對的,然後傾注所有熱情和年輕人的無窮信心,擁抱這個不可能的任務。

23 歲的尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla),1879年。圖/STORE NORSKE LEKSIKON

首先,我在心中勾勒出一部直流電發電機,使之啟動運轉後,緊盯觀察電樞電流的變化。然後,我會另外想像一部交流電發電機,觀察在相同情況下其運作過程。接下來,我則勾畫想像馬達與發電機兩種系統,並用各種方式測試其運作情況。

我心眼所見的圖像對我而言是如此全然真實,具體可觸。我在格拉茲的理工學院的剩餘時光都在全心鑽研這個問題,直到離校前依舊毫無斬獲,我差一點就要舉白旗投降,宣判這個問題無解。

——本文摘自泛科學2020年12月選書《被消失的科學神人:特斯拉親筆自傳》,柿子文化,2019年01月。
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