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太空人的死亡演練-《太空人的地球生活指南》

PanSci_96
・2014/09/21 ・2663字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

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太空探險是危機四伏的活動,死亡演練也是危機處理的課程之一。(Photo Credit: NASA)

國際太空站發生火災並非純然假想的狀況:一九九七年,也就是我造訪國際太空站的兩年後,一個能製造氧氣的罐子引發和平號太空站的火災。組員設法解決問題,把一條條濕毛巾蓋在那個罐子上,直到火焰被撲滅;他們的太空船濃煙密布,事後還造成氧氣罩短缺,但是每個人都活了下來。此一意外提醒大家,為意外災害受訓確實有其必要。太空探險本來就是一種危機四伏的活動。在教室上課或參加為期八小時的演練活動時,如果我發現自己開始不專心,總會用一個很簡單的事實來提醒自己:我有可能在太空任務中殉職。

為了讓大家重視此一訊息,我們甚至會進行所謂的「應變計畫演練」(contingency sims):說白一點,就是死亡演練,目的是逼我們用巨細靡遺的方式設想自己殉職的慘劇,因此我們腦中設想的不只是自己可能怎樣死去,也包括我們的死對家人、同事及整個太空計畫有何影響。這種沙盤推演的最大受惠者是管理階層,所以推演活動不會在模擬器裡進行,而是在會議室—如果有必要,也可以透過擴音機來進行。參加演練的,包括在太空人殉職後協同處理後續問題的所有人員:醫生、太空計畫管理人員、公關人員,甚至包括死去的太空人本身。

死亡演練以假想的狀況為開端,例如:「克里斯(編註:本文作者)在太空任務中受了重傷」,接下來的幾小時內,大家依據職責回應。每五到十分鐘,負責主持演練的人會對所有參加者丟出一張「綠卡」:代表各種新的突發狀況。綠卡是由訓練團隊研發出來,而團隊的職責就是設想各種可能的真實突發狀況;任何參與演練的人都不會預先知道綠卡的內容,我們必須假設上面寫的狀況的確發生,伺機因應。綠卡上有可能寫著:「我們剛剛接獲太空站傳來的消息,克里斯殉職了。」人們會立刻設法解決。好,我們該怎樣處理他的遺體?太空站上沒有屍袋,所以應該把遺體塞進太空裝裡,安置在置物櫃嗎?該怎麼解決屍臭的問題?還是應該讓補給太空船載回地球,跟其他垃圾在重回大氣層時一起燒毀?或者在太空漫步時順便棄屍,任它飄走,進入太空?

討論熱烈進行,有人說我的遺體很快就會腐壞,也有人提到應該幫我的組員熬過這次心理創傷,此時又有一張綠卡丟到他們面前:「有人在推特上面發布訊息,說國際太空站發生了意外,某位《紐約時報》的記者來電詢問現在的狀況。」剛剛的問題還沒解決,又遇到新問題:公關人員該如何回應?應該由美國太空總署或加拿大太空總署來主導?何時該發表聲明,上頭該說些什麼?綠卡丟出來的速度越來越快,就像現實生活一樣,不斷有新問題產生:誰該跟我爸媽報喪?該打電話還是親自登門告知?他們在哪裡?在農場上,還是史泰格島的小屋?我們需要備妥兩套計畫,確定我爸媽的行蹤之後再決定用哪一套嗎?

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也許,此時你已經看清:死亡演練中沒有人會哭哭啼啼,悲傷難過。演練的重點在於評估現況。儘管家屬沒必要參加演練,但海倫還是參加了好幾次,因為她發現,如果想知道自己是否真的做好準備,最好的方式就是把遇到最糟狀況時會做的事情說出來。例如,在我出三十四/三十五號太空任務的五個月期間,她高高興興地計畫要去爬喜馬拉雅山,而在任務前的某次應變計畫演練中,她發現一旦我出事就不妙了。

一張張綠卡迫使我們去思考,我殉職的話,誰會把死訊告訴孩子(我們發現很可能是記者,因為他們的母親正在登山),還有海倫要花多少時間才能到休士頓與他們會合(時間應該很久,因為她必須轉機好幾次)。我們必須假設我在國際太空站殉職,進而去思考那些相關細節:例如,在那些偏遠的亞洲山城,手機的收訊狀況如何?時差因素是否會讓她難以與休士頓的主管取得聯繫?結果,海倫決定把喜馬拉雅山的登山計畫延後到來年,改去猶他州健走。事實上,每個參與這種演練的人都會發現自己的計畫有漏洞,因而修改一些細節(不過我就不用管那麼多了,因為我已經掛了)。

有時候,你可以透過演練來證明自己的各種能力是否完備,但通常那也是一種考驗,可以幫你找出自己在知識上的欠缺,並且讓你面對未曾想過的連鎖效應。羅曼.羅曼年科是我最後一次太空任務的成員,也是聯盟號宇宙飛船的指揮官,當我第一次在星城與他一起受訓時,我們在模擬器進行重回大氣層的演練。羅曼有搭乘聯盟號宇宙飛船的經驗,而我沒有,所以我的主要工作只是從旁協助。演練時,我注意到座艙的氧氣筒有一點漏氣,但看來沒有大礙。我們有好幾個氧氣筒,而且漏氣的情況並不嚴重。我們只是注意和重回大氣層有關的各種複雜任務,後來我突然想到:因為氧氣漏進一個很小的座艙,這意味氧氣含量即將大幅升高,所有的東西都會變成可燃的,也許必須減壓,避免火災—但如果真的減壓,可能就沒有足夠的氧氣返航了。

我們不可能用一般漸進的方式重回大氣層。重點不是我們能不能在哈薩克附近降落,而是必須立刻將聯盟號宇宙飛船掉頭,降落到地球上,否則就會殉職。但是我不知道什麼是掉頭的最快方式,而羅曼已經忙著進行另一個程序,所以我們錯失那個能救自己一命的短暫時機。氧氣筒微微漏氣原本只是個小問題,結果卻害死我們。

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羅曼和我本來並未真正瞭解氧氣筒漏氣對任務可能產生的衝擊,但在演練過後,我們都懂了,而且在後來的訓練中也能更穩當地因應。演練是練習的機會,但通常也具有警醒的作用:實際上,我們並不知道自己在做什麼;在太空中面對那種狀況前,最好先找出解決之道。

也許你覺得像這樣每天演練最糟糕的狀況,會把人搞得很憂鬱,但奇怪的是,這種作法令人開心。預演各種災難讓我確定自己在面對困境時,擁有各種解決問題的技巧,可以面帶微笑度過難關。演練令我不用再擔心是不是有哪些程序還沒仔細檢查,心神與情緒不會被擾亂,三更半夜也不用再胡思亂想。我非常希望自己不要在太空中殉職,但也不會害怕那種可能性,主要是因為我已經把實際狀況想過一遍了:例如,我希望太空總署用什麼方式通知家人,我應該找哪位太空人幫我老婆處理美、加兩國太空總署的種種繁文縟節。最後一次出太空任務前,我重新檢閱了遺囑(其實每次都會),也把財務與稅務問題打理好,跟臨終的人一樣,把所有待辦的事都完成了。即便如此,我不覺得自己已經一腳踏入棺材。事實上,這一切讓我感到很平靜,也不太需要擔心如果我出了事,未來家人該怎麼辦。這意味著當太空船的引擎在發射台上點燃時,我可以把所有焦點都擺在手頭的任務上:也就是活著抵達外太空。

太空人+書腰立體書封.min

 

本文摘自《太空人的地球生活指南》
由大塊文化出版

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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

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  • 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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微重力下的挑戰!太空艙內除了上廁所以外,太空人還會遇到哪些生理問題?——《把手伸出宇宙之外:成為宇宙公民》
三民書局_96
・2023/07/11 ・2898字 ・閱讀時間約 6 分鐘

人類探索神秘宇宙的步伐從未停下。目前,宇宙中有多個「太空站」,太空人會在太空站中進行實驗。但他們的生活狀況為何?和地球有何區別?

太空人的生活並不神祕,但以常人眼光來看,可能會覺得別有樂趣。畢竟在太空環境下,沒有地球重力,許多事情都變得「難以想像」。

擁擠的太空艙是太空人賴以維生的窩 任何資源都不容浪費

由於太空站的使命,是讓人類可以長期在那裡進行科學研究。太空站一旦進入宇宙,就不能再回到地球了,所以太空站中擁有所有生活起居需要的東西。人類送到太空的第一個太空站,是前蘇聯 1971 年的禮炮1號,在同年這個太空站被燒毀前,就已經足以承擔太空人生活 23 天的重任。

太空站的使命,是讓人類可以長期在那裡進行科學研究。圖/envatoelements

大家可以想像一下,太空中沒有重力,人類的排泄物可能會「亂飛」。這肯定是不能接受的,所以太空站中有一種設備,它會產生一些氣流,讓人類排出來的大小便朝一個固定方向流動抽除。這項設施,其實充當了地球重力的作用。整套設備在太空博物館中就有(在太空博物館中,你還可以瞭解許多失去重力後的生活方式)。

當然,太空人排出的大小便並不是直接「丟棄」到太空!像水資源,它在太空中十分寶貴,所以人們的尿液都會經過處理後再次飲用,糞便中的水分,也要經過處理完全提取出來,然後讓它變成一坨硬硬的東西,包裝好存放起來。至於糞便的後續處理,它可能應用於很多地方。比如糞便裡有細菌,就可能用於培養火星的土壤,或是帶回地球繼續做研究。

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氣壓是否不同?人還會不會排氣?

其實排氣放屁是人的生理功能,在太空站中,人的所有生理功能都不會變差。至於是否排氣,必須要看太空人吃了什麼東西,這跟自身腸胃功能有關,與太空的環境關聯不大。

太空人在太空中不是很「喜歡」吃東西,因為吃多就會上很多次廁所。但在太空中,上廁所的位置很小、很麻煩,所以大家吃的都很少。

一些太空站上會出現的食物。圖/維基百科

太空艙裡面的空氣如何?

最初,太空艙內、太空人的太空衣都是「純氧」的,最主要的原因是不想裝太多的氮氣,因為它太「重」了。

然而使用純氧的太空艙後,我們遇到了一個問題:大家都知道第一個到太空的太空人是加加林,但實際上他並非選定的第一人。之前,在做地面測試的時候太空艙突然著火,由於純氧易燃,當時的太空人直接在裡面發生了意外。

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而後美國也有 3 名太空人由於電線短路,被燒死在純氧的太空艙中。於是我們決定改善氣體結構,讓它的組成成分與地球一樣。所以,像和平號、國際太空站、太空梭、神舟和天宮號上的空氣,都和地球的大氣一樣。

不過,太空人有時候要到太空站外工作,這時他們出艙服內的氣體必須是純氧,這樣氣壓相對會比較小,可以讓他們胳膊和腿部的關節自由彎曲。所幸目前為止,太空人穿純氧出艙服出艙近 400 餘次,尚未發生意外傷亡事故。

太空人出艙執行任務。圖/維基百科

讓太空人在太空生活,沒有重力,身體生理機能處於高度失水狀態,吃喝拉撒也比較困難,我們當然要想辦法讓他們的呼吸儘量順暢啦!所以才為他們提供和地球一樣的家鄉氣體條件。

太空人會不會缺乏陽光?

在太空站中,每 45 分鐘,就會經歷日出、日落,在地球上則是 12 小時。但太空人睡覺的時間還是正常的,比如你想加班,那就睡 4、5 個小時,不加班就睡 8 小時。

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有人會擔心,太空人在太空站中,是一個昏暗的環境,只有燈光。沒有太陽的照射,人體內會不會缺乏一些營養物質,從而影響身體健康?其實,我們需要陽光照射,是由於太陽光照射皮膚後,人體內會產生維他命 D,它可以幫助身體吸收食物中的鈣。

所以,在太空中,太空人都會帶著維他命 D 片,這個問題也就不存在了。當然,太陽光是一個讓太空人生活環境舒適的必備條件。好在太陽每 45 分鐘就升起、落下,問題不大。

太空人會基因突變?

說到這個問題,就不得不提及之前的一則新聞了:有報導稱太空人在太空待了 340 天,回到地球以後,發生基因突變,和他的同卵雙胞胎兄弟有了不同,為什麼會這樣呢?

實際上,這兩名太空人在 NASA 非常有名,史考特・凱利馬克・凱利是一對同卵雙胞胎兄弟,NASA 對他們進行了實驗。讓史考特到太空中去,而馬克留在地球,觀察他們的基因表現。據新聞報導,史考特在太空中發生了 5% 的基因功能變化。從事實來看,並非史考特的基因發生了突變,而是基因的「打開閉合方式」出現了變化。

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我們都知道,基因是有功能性的 DNA 片段,DNA 是一個雙股螺旋結構,它會不定時的打開、閉合,並在打開的過程中,在細胞核中複製單股信使 mRNA,而 mRNA 脫離細胞核進入細胞質後,開始指揮身體製造所需的蛋白質組織,如頭髮、指甲、腸壁、紅白血球和荷爾蒙等等。人類在地球的環境下生存,DNA就會有適應地球重力環境的打開、閉合方式。同樣,在太空中,它會適應太空無重力環境,產生一定程度的變化,史考特的變化也是因此而來。

貧血、肌肉流失、骨質疏鬆 無重力下的生理問題

其實在太空生活,還有許多要注意的事情。比如,生活久了,你每天要做 4 小時的衝擊運動,讓自己的骨骼受到衝擊力。在地球上,我們走路、跑步,膝蓋都會受到衝擊。但在太空中,不會有這樣的「衝擊」,因此,骨細胞會偷懶減產,人體就會主動降低骨骼的強度,等他回到地球的重力場,再進行走路、跑步等活動,就很有可能受傷!

太空人正在做衝擊運動。圖/維基百科

還有,在沒有重力場的情況下,人體只能容納在地面情況下 95% 的水分,其實是處於極度缺水的狀態。體液一減少,體內紅血球、白血球又開始偷懶,產量會相對減少,人就會貧血,對細菌的抵抗力也會降低。諸如此類,都是太空人可能遇到的問題。

太空實驗不易,人類太空科學的進步,必須要這些英雄們為我們做出貢獻。如此,太空科學才能一步步發展起來。

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最後,讓我們向太空人致敬!  

——本文摘自《把手伸出宇宙之外:成為宇宙公民》,2023 年 6 月,三民出版,未經同意請勿轉載。

三民書局_96
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創立於1953年,為了「傳播學術思想,延續文化發展」,60年來默默耕耘著書的園地。從早期的法政大學用書、三民文庫、古籍今注新譯叢書、《大辭典》,到各式英漢字典及兒童、青少年讀物,成立至今已出版了一萬多種優良圖書。不僅讀者佳評如潮,更贏得金鼎獎、小太陽獎、好書大家讀等諸多獎項的肯定。在見證半個世紀的社會與時代變遷後,三民書局已轉型為多元、綜合、全方位的出版機構。

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人生的最後一段路要怎麼走?你不可不知的安寧緩和醫療
+1 顆陳漎銨醫師_96
・2023/05/03 ・2193字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「死亡,是公平的。在死亡面前,最偉大的人也會變得平凡。」——古龍。

人不可避免會面對死亡。就算目前的醫療技術已經非常進步,仍然有許多疾病,我們依舊束手無策。當疾病逐漸進展到末期,病患所承受的痛苦會越來越多。

這種痛苦,不僅僅是生理上的症狀,還包含了許多不同層面的問題。有人感到沮喪,有人失去希望,有人落入經濟困難之中,有人感覺到被世界遺棄。

這個時候,或許你可以試著了解看看,安寧緩和醫療。

什麼是安寧緩和醫療?

安寧療護的英文是 Hospice,原本的意思,是指提供長途旅行者休息的中途收容所。後來,在 1960 年代,英國的桑德斯博士創立了聖克里斯多福安寧醫院,正式揭開了現代安寧療護的序幕。

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如同英文字所傳達的,安寧療護,就如同給予一直以來辛苦對抗疾病的病人及家屬,一個休息的地方。安寧緩和醫療,並不是消極和放棄的醫療。相反的,是了解由於疾病已經無法治癒,因此將目標放在「積極控制症狀及身心靈問題」的一種醫療模式。

末期病患面臨的各種問題

末期的病患,所面臨的,不僅僅是生理上的疾病,還有許多心理層面、社會層面、以及靈性層面上的問題。

我曾問過醫學生:「如果你的生命只剩下兩個禮拜,你會想做什麼?」

有些人想要回家,與家人一起度過最後的時間;有些人想要出國旅行,妥善把握最後的時光;有些人想要做善事,為這個世界留下一點溫暖;而有些人則是擔心自己的體力,無法負擔起他想做的事情。

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其實,這些都是末期病患,所面臨的問題。

末期的病患,時常出現各種生理上的不適。例如癌末的疼痛、疲倦、食慾不振,也可能出現噁心、嘔吐、喘不過氣、水腫、便秘等情形。除此之外,也可能會有許多心理上的情緒,例如對於生病感到焦慮、憂鬱,又或者是感到憤怒、困惑。

除此之外,長期對抗病魔,可能讓身旁的照顧者心力交瘁。龐大的疾病治療費用,也可能拖垮家中的經濟,導致在財務上面臨困難。這些,都是末期病患時常會面臨的社會性問題。最後,許多人到了生命的盡頭,會開始思考生命的意義、自我的歸屬感,並且希望能保持尊嚴、以及感受到被愛,這些則是末期病人,會面臨的靈性議題。

安寧緩和醫療的模式

為了解決上述提到的各種問題,安寧緩和醫療,需要整合各種不同的專業人員,包括醫師、護理師、心理師、社工師、宗教師等等,用團隊的力量,來解決病患的生理、心理、社會、靈性等問題。

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而這樣的治療模式,可以落實在許多不同的醫療場域。例如,較不穩定的病人,可以入住安寧病房,調整藥物,以及接受身心社靈的整合性照護。而尚未入住安寧病房的病患,也可以透過「共同照護」的方式,藉由安寧團隊的定期訪視,就算在其他病房,也可以接受到安寧療護。而穩定的病人,則可以出院,接受安寧居家療護,或者定期回門診調要追蹤。

門診、居家療護、共同照護、安寧病房,這四種模式,就是目前安寧療護最常見的四種模式。

關於安寧緩和醫療的常見問答

雖然安寧緩和醫療在台灣,已經行之有年。然而,仍然有許多人對它不了解,甚至抱持著恐懼的心情,認為只要住進了安寧病房,就會死在醫院。然而,這其實是由於不了解而造成的誤解。因此,在文章的最後,想要針對一些對於安寧緩和醫療常見的問題,提出澄清及回答。

安寧緩和醫療,就是放棄積極治療?

安寧緩和醫療,並不是放棄積極的治療。相反的,安寧緩和醫療,是將目標放在「積極控制症狀及身心靈問題」的一種醫療模式。

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接受安寧緩和醫療,會讓生命縮短?

安寧緩和醫療,只是治療的目標不同,但並不會刻意縮短病人的生命。甚至有研究指出,在適當的安寧緩和醫療介入下,有些接受安寧緩和醫療的病人餘命反而較長。

住進安寧病房後,就會在病房死亡?

安寧病房,只是安寧療護的其中一種模式。若病患狀況穩定,在安寧病房控制好症狀後,仍可以返家接受安寧居家療護。

結語

在醫界,有一句大家耳熟能詳的話,是這樣說的:

「To cure sometimes, to relieve often, to comfort always.」

意思是,雖然只有部分的疾病能治癒,但我們可以盡量讓病人的痛苦被舒緩,並且無時無刻的讓他感到舒適。

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縱使我們的生命已經到了盡頭,在這最後的一段路程,我們也可以決定要如何走。希望在安寧緩和醫療的協助下,每個病人以及家屬,都能走得平順、走得安穩、走得了無遺憾。

參考資料

  • 2017 安寧緩和醫學概論,合記出版社
  • Oxford Textbook of Palliative Medicine (2015)
  • 財團法人中華民國 (台灣) 安寧照顧基金會 https://www.hospice.org.tw/
  • Connor et al. J Pain Symptom Manage 2007; 33(3): 238-46
+1 顆陳漎銨醫師_96
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台大醫學系畢業,目前任職於台北榮總家庭醫學科。覺得醫學知識的分享有助於民眾的生理健康,所以有個衛教粉專。覺得閱讀分享有助於促進心理健康,所以有個閱讀粉專。