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「愛的萬物論」:史蒂芬.霍金的愛情物理學

Zobot
・2014/12/11 ・2423字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

本來心理和腦袋都預備好,要接收交纏在愛情故事中的大量科學訊息,畢竟主角是一介大師,即使預告片看起來很平易近人也不能大意。果然正片開始不久我就被打敗了,不是因為招架不住邏輯推演式的對話,而是科宅的浪漫!原來在發展「萬有理論」之外,霍金也有一套愛情物理學。

The Theory of Everything

英文片名是「萬有理論」(The Theory of Everything),指一個可以解釋宇宙所有物理現象的理論,但中文版譯成「愛的萬物論」,可以想像浪漫成份多過科學成份。如果你被上個月同期上映的《星際效應》(Interstellar)那些天文名詞所驚嚇,現在正為觀賞電影做準備而研讀《新時間簡史》A Briefer History of Time)或《胡桃裡的宇宙》The Universe in a Nutshell),也許這次可以輕鬆點,若看完電影還有興趣,再翻翻珍(潔恩).霍金寫的《霍金-前妻回憶錄(上)(下)》Music to Move the Stars)也不賴。

宇宙間有四個最基本的作用力,分別是作用在天體的重力(廣義相對論),和作用在基本粒子之間的電磁力、強作用力、弱作用力(量子力學)。以目前的物理發展,科學家預期把廣義相對論與量子力學結合成一個理論(稱為量子重力論),就會是「萬有理論」。為什麼這樣認為呢?因為目前兩者適用的尺度不同,某些宇宙結構只能用其中一種理論解釋。科學家希望能化矛盾為互補,就可以描述宇宙中任何尺度的結構。

廣義相對論適用於描述大尺度宇宙結構;量子力學是則是從原子或更小尺度來描述物質,常用單位是普朗克時間(Planck time;10-43秒)、普朗克長度(在一普朗克時間裡行進的距離,約等於10-35公尺),單位是不連續的,例如描述電子或光子,可以用「一顆」,但是不能「半顆」。

電影中霍金太太比劃著豌豆和馬鈴薯說明的就是這件事情,物理學家在描述宇宙某些特別的情況時遇到麻煩了。黑洞或宇宙起始的時候,體積非常小,有明顯的粒子性,應使用量子理論來解釋,但同時密度非常大,會有非常強大的重力場(非常緊密且彎曲的時空),在量子的世界產生不能忽視的效應。

Hope is Everything

The-Theory-Of-Everything-Gallery-01
繞圈、旋轉、同心圓,「圓」是這部電影鮮明的意象,而圓心似乎代表著霍金的目標、霍金太太的盼望,還有最終物理界追求的答案:一個可以描述宇宙中一切事物的簡單方程式。

電影中霍金在黑板上畫個同心圓,夏瑪恩師一句 keep going 就想出來的研究題目,靈感來自當時牛津大學數學教授羅傑.潘洛斯的「奇點理論」。「奇點」是時空曲率無限大,相對論定律不成立的區域。這個理論指出,任何經過重力塌縮的物體,都會產生奇點,例如黑洞中必然有一個奇點。

霍金曾跟好友基普索恩(Kip Stephen Thorne,也就是《星際效應》的顧問)打賭,天鵝座X-1是不是黑洞,後來由觀測證據顯示裡面存在奇點;所以猜猜誰輸了?電影中霍金沒有撒謊,那本《閣樓》雜誌(Penthouse)真得不是他自己要的阿!

Life is Everything

身體病痛或物理界的打擊,都不曾動搖霍金找出「萬有理論」的決心,只有他自己才能推翻自己,而且還推上更加不可動搖的地位。

霍金注意到,熱力學定律與自己在1970年的黑洞研究成果有相似的地方,於是他開始往「熱力學定律主導黑洞定律」的方向思索,最後得到一個推翻過去的結論,有助於調合宇宙大尺度結構與小尺度結構,還讓他的好朋友激動到在酒吧打爆一包洋芋片。

這個結論是說,黑洞會有輻射現象(也稱為霍金輻射),發出輻射的同時,質量和能量跟著散失,那麼在黑洞縮小成原子核大小的過程中,黑洞的質量會越來越小,溫度會越來越高,黑洞邊界的重力場強度會越來越大,直到溫度足夠發生巨大爆炸而消失。可惜,這個現象還沒被天文學家觀測到。

Love is Everything

霍金的傑出成就,我想霍金太太也是重要推手。她用愛支撐起史蒂芬,只看到丈夫的精神與才華,而不是殘缺的身軀。當霍金的身體狀況必須靠呼吸器維生時,瞭解丈夫的霍金太太忍痛選擇了唯一的選擇:進行氣管造口手術(俗稱的「氣切」),這能避免氣流通過喉嚨的敏感部位,引發咳嗽和氣哽,讓史蒂芬能自行呼吸,但卻永遠失去聲音。不過如同霍金自己說的,只要活著就有希望。

順道一提,電影中那台操著美國口音的語音合成器,是霍金換第二台電腦後才安裝上去的,在那之前,其他人必須閱讀螢幕上的文字才能與霍金溝通。電腦安裝了結合字典和片語的程式,霍金可以瀏覽螢幕上的字列,從中點選想用的單字,單字會在螢幕下方排成句子。

另外幫助霍金說話、寫書,只要click就能操作的神奇控制器,前身其實是一組貼在頭上用來測量快速眼動的電極,後來被改裝成眼動控制器。那因為霍金覺得電極貼在太陽穴上很不舒服,最後又由他的學生把它改成手動控制器。

「看看我們幹的好事」(You see what we made)

當然是為了避免透露劇情才故意翻譯成這樣。這是劇中霍金的最後一句對白,也是我最喜歡的一句。配合電影畫面,好似將霍金的青春人生比喻為一個擴張中的宇宙,一切演變都因為愛情而戲劇化。最後會明白,那一眼,就是宇宙的起源。
4月10日新聞43
根據LiveScience的報導,霍金本人看完電影後說:「有幾次我還以為那是我自己」,還說這部片讓他有機會回顧自己的人生。接著霍金對他人生中最珍視的親友們寫下了這段感人的話:「因為我的研究工作,所以能夠優先對宇宙如何運作有些瞭解,但如果沒有我愛的人在那裡,它只不過是一個空蕩蕩的宇宙。」

是否已拜倒在霍金的輪椅之下?霍金在今年10月也加入了Facebook,他的第一篇推文寫道「我總是思考著宇宙如何存在。時間與空間可能永遠是個謎,但這不阻止我去探尋……」,快來加他好友吧!

延伸閱讀:

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Zobot
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PanSci 實習編輯 | 主修大氣科學。喜歡弄文字、玩音樂。傾向自然,不管是拿來讀的那種,渾身散發出來的那種,還是可以去野餐的那種。

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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偉大科學家,假若是渣男?
鄭國威 Portnoy_96
・2021/12/29 ・3245字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

看到名人在婚姻感情上的波折,或是各種不堪的私事被公開在大眾目光下,我就會想到牛頓、愛因斯坦跟霍金。

他們的共通點:

  • 都是在物理領域貢獻超卓的科學家。
  • 都在銀河飛龍 (Star Trek: The Next Generation) 企業號的虛擬世界裡跟機器人百科 (Data) 一起打過牌

以及

  • 從現在的標準來看,他們都是渣男。

母胎單身,但對同儕有夠渣的牛頓

牛頓像。圖/泛科學

從最輕微的開始好了。牛頓他終身未婚,所以渣的對象不是女性戀人,而是其他男性科學家,例如牛頓為了與萊布尼茲爭奪微積分學到底由誰發明、把當時的學界搞得烏煙瘴氣,還以英國皇家學會名義斥責萊布尼茲剽竊,到萊布尼茲死了才休兵。

牛頓討厭虎克,否認虎克對《自然哲學的數學原理》的貢獻,在虎克死後接任皇家學會會長的牛頓,便下令移除了虎克所有肖像;牛頓也因為和佛蘭斯蒂德交惡,就把他所有的天文觀測數據從《原理》一書刪除……等等。

這些事蹟你可能聽過,想必與多數人小時候心目中那個被蘋果砸頭而頓悟的可愛形象差異很大。

至於愛因斯坦跟霍金,就更符合當代渣男定義了。

成就跟渣度,都是奇蹟級的愛因斯坦

愛因斯坦風流多情,一生中有紀錄的情人至少有十個,包括一位蘇聯的美女間諜。他的第一任妻子米列娃(Mileva Marić)的人生,更是被愛因斯坦搞得一團糟。

1902 年,米列娃懷孕,儘管米列娃的在學成績遠優於愛因斯坦,但為了帶小孩,米列娃還是選擇放棄科學生涯,於 1903 年與愛因斯坦結婚後,生下兩位男孩——漢斯與愛德華。

婚後才是噩夢的開始,愛因斯坦先是不跟米列娃與小孩同桌吃飯,最後甚至不跟米列娃說話!1914 年,米列娃受不了跟愛因斯坦的冷暴力,決定帶著孩子們離開柏林前往蘇黎世。

據說,愛因斯坦在米列娃離開的火車前,罕見地哭了出來,但根據愛因斯坦的傳記,他是為了孩子離開他而哭泣,不是為了米列娃。

米列娃走後,愛因斯坦更明目張膽地追求自己的表姊艾爾莎。1919 年,愛因斯坦與米列娃協議離婚,並承諾把諾貝爾獎的獎金當作贍養費(但他 1921 年才得獎)。

離婚後卻是另一個苦難的開始,小兒子愛德華診斷出精神障礙,需要長期看護。而原本愛因斯坦要給的諾貝爾獎獎金,被愛因斯坦拿去美國投資,正巧碰到美國 1920 年代的經濟大蕭條,愛因斯坦賠了一大筆,米列娃拿到的贍養費也少了許多。

米列娃直到死前都一個人照顧無法自理的小兒子愛德華,這渣度夠高了吧。

讓妻子身心俱疲,飽受折磨的霍金

跟愛因斯坦與牛頓相比,霍金在科學傳播上的貢獻、名氣,同樣是搖滾巨星等級。也因為如此,1990 年,霍金與她的妻子潔恩(Jane)分居這件事, 當時佔據了英國各大媒體頭條。

潔恩從一開始就知道霍金患有肌萎縮性脊髓側索硬化症,但她仍與霍金結為連理,並從 1965 年開始持續照顧著霍金,甚至為他擱置了自己的文學博士論文,只為打理好家中一切。

但她長期承受霍金的冷言冷語;霍金時常對她熱愛的文學表示不屑跟鄙夷,同時潔恩還要能滿足霍金各種任性。對我們來說,霍金的任性是熱愛生命、不被逆境打倒,但對妻子潔恩來說,丈夫的任性是麻煩跟惡整。更別提還有三個小孩都得靠潔恩照料。

隨著霍金在物理學上的成功,以及各大媒體的強力曝光,霍金面對自身殘疾的勇氣,與潔恩無私奉獻的精神逐被世人所知,成為英國家喻戶曉的「夫妻楷模」。1985 年,霍金患上嚴重肺炎,醫生建議拔管放棄治療,瓊恩堅持不放棄,最終霍金從鬼門關走了一遭,替這對楷模夫妻在大眾眼中增添一筆佳話。然而霍金在事後卻責怪潔恩為什麼要讓醫生為他氣切、害他失去聲音。

事情還沒結束,1995 年霍金正式與潔恩離婚,並幾乎零時差地與自己的看護伊蓮結婚。消息一出,英國民眾罵聲連連,覺得自己被欺騙了,那位勇敢面對自身的不完美,展現超人智慧的霍金,竟然是一位不知感恩的渣男,連照顧自己多年的妻子都輕易拋棄。

人品如科學,斷章取義恐導致錯誤結論

如果以現在的標準來看——特別從社群媒體評論家的角度,這三位超級科學家,特別是愛因斯坦跟霍金,大概很難撕下「渣男」標籤。兩人對另一半的情緒勒索、冷暴力、外遇出軌都沒少,但寫這篇不是要揭陳年瘡疤,也不是要逼大家在「莫因他人私事而埋沒英才」與「渣就是渣,成就無法掩蓋人格缺陷」兩個選項裡擇一(這不是公投)。而是覺得從絕世科學家的案例,可以學到三件事:

  1. 其實,當我們以偉大男性科學家的故事來勉勵學子後進的時候,往往傳達片面的刻板印象:「努力不懈+天才縱橫=成就非凡」,這印象甚至是有害的。一來忽略環境跟時代的變化與積累,陷入「倖存者偏誤」,二來系統性忽略女性的貢獻。她們是妻子、愛人、共同研究者、情感支持者、家庭照顧者;如果沒有她們,偉大的成就非常可能不會落在這些男性科學家身上。把這些歷史留名的科學家當成天選之人,反而是不科學的,科學發展不是一個人的功勞,即使不是這幾位,這些創見遲個幾年仍會由其他的科學家提出。
  1. 再者,各位應該明白,上面那些渣男行徑都是「刻意挑出來」的!在他們的感情生活中,也有甜蜜相愛、互相扶持的時刻。現在回頭來看這些案例,我們早已平心靜氣,更能找到其他的資料來客觀且完整述說整個故事,換位思考,但想像一下:若這些消息是透過當下的社群網站、八卦傳媒傳述,幾百萬人為了爭奪短暫的注意力,極端地去訕笑、憤怒、哀嘆,不拿捏力道地狂開戰場,當事人等肯定已經體無完膚、宣布退出科學圈。我不是要幫特定當事人說話,而是希望一起想想,有沒有更合乎比例原則的作法。
  1. 最後,不管是哪個圈子的偶像,都得因為自己獲得的不成比例的名氣與報酬,負起相對應的責任與風險。作為有幸在社群媒體上獲得讀者觀眾信任的科學傳播者,泛科學有賴大家的愛護、承載著信任。雖然科學強調證據至上、有錯就改,但我們也自知偶有確認偏誤發作、過度推論、陷入盲點、審核不精的問題。懇請大家以強烈的好奇與健康的質疑,幫助我們走在正確的道路上。

#為了寫這篇跟 A 編回顧了好多科學家的情史
#乾脆另開一個渣科學或許更紅

參考資料:

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 757 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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一起寫下圓周率迎接 π day!你可以寫到第幾位?
PanSci_96
・2021/03/14 ・346字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 450 ・四年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

「π 等於 3.14 」這個觀念在學生時期深植人心,平時我們加以運算也多是套用這個數字,更後面的位數便較少為人所記得 (。ŏ_ŏ)

一年一度的 3 月 14 日是圓周率日,它的確立首先由美國麻省理工學院倡議,到 2009 年美國眾議院正式通過將每年的 3 月 14 號設定為「圓周率日」(Pi day)。

3 月 14 日同時也是科學家愛因斯坦(Albert Einstein)和思想家卡爾.馬克思(Karl Marx)的生日,以及宇宙學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)的忌日。

為了度過這個特別的日子,泛科學準備了一小活動!想和大家一起接力蓋樓慶祝 Pi day!

參加方法如下:

1. 在本文底下留言任一數字進行接龍(你可以留了又留留了又留喔!)

2. 成功接到下一個數字的夥伴,留言框會出現藍色數字,表示你接到的位數

3. 接龍成功的科夥伴也有機會獲得我們的小獎勵ヽ(●´∀`●)ノ

現在已經來到小數點後 321 位囉!

共有 58 位科夥伴,用 666 則留言,一起寫下圓周率!
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