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霍金也要找外星人?挑戰開發奈米太空船探訪鄰近恆星

趙軒翎
・2016/04/13 ・2219字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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我們不斷地在探究外太空到底有什麼?但是我們的了解始終還只是廣大宇宙中的一小點。我們登陸過月球,但也就只是月球;我們派航海家一號(Voyager 1),從 1977 年發射至今 38 年,也是目前唯一一個抵達太陽系外的太空船。我們對於超越太陽系的區域目前都還是只能依賴各種天文望遠鏡,以及各種觀測技術來了解。

這樣當然無法滿足大家的好奇心!我們都想到達更遠的地方,甚至知道這個宇宙中有沒有跟我們一樣的生命體。

知名物理學家霍金(Stephen Hawking)這一次和俄國富豪尤里.米納爾(Yuri Milner)聯手,宣布一項重大的計畫「突破攝星」(Breakthrough Starshot,亦翻譯為「突破星擊」),他們希望可以挑戰在 20 年內抵達距離太陽 4.37 光年的半人馬座阿爾法星(Alpha Centauri),也是距離我們最近的恆星系統。

NEW YORK, NEW YORK - APRIL 12: Stephen Hawking, CH, CBE, FRS, Dennis Stanton Avery and Sally Tsui Wong-Avery Director of Research, University of Cambridge as he and Yuri Milner host press conference to announce Breakthrough Starshot, a new space exploration initiative, at One World Observatory on April 12, 2016 in New York City. (Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation) *** Local Caption *** Stephen Hawking
物理學家霍金。圖/Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation)

這個難度在哪裡?以已經航行 38 年的航海家一號為例,直到 2016 年 4 月 13 日為止也才距離太陽 200 億公里,而半人馬座阿爾法星則是距離太陽 41.3 兆公里,足足是航海家一號航行距離的 2000 多倍。即使在航海家一號發射後 38 年的今天,航太科技已有相當的進展,但以現有的科技我們仍需 3 萬年才有辦法抵達半人馬座阿爾法星。

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我們都無法想像 3 萬年後人還會不會存在?地球又會變成什麼樣子?霍金和米納爾勢必得提出一個超越現有技術的方法,來達成縮短這原先需要 3 萬年的旅程。米納爾宣布將打造奈米太空船艦隊(nanocrafts),並以光束推動,速度可達光速的 20%,約可達每秒 6 萬公里。

要讓速度變快,必定不是往製造龐然大物來思考,而是越輕薄短小越好。這個奈米太空船中的「靈魂」——星之晶片(StarChip),就希望將奈米太空船的相機、光子推進器、電源供應器、導航、通訊等功能,壓縮到只有幾克重的晶元中。也就是說他們將發展的太空船本體,可能比我們現在使用的手機還要小!而他們不只想做一個奈米太空船,他們希望可以做上百個、上千個,形成一個「奈米太空艦隊」!也是避免這路途險阻,希望至少有一個能真正撐到抵達星系。

但只是把元件縮小還是不等於能夠高速飛行,加上太空船這麼小也無法裝載過多的燃料,那它怎麼能達到光速 20% 的速度?這艘太空船動力的概念,有點像是船上的風帆因為風吹而前進,只是將這個風變成光。在奈米太空船上也有一個比太空船本體大許多的光帆(lightsail),這個帆的長度為公尺規模,預計厚度幾百個原子,重量只有幾公克的規模。光打在這個帆上就能推動奈米太空船前進,但為了要給這艘船更大的前進動能,團隊將使用雷射光陣列,給予太空船千億瓦的功率(相當於推動一個太空梭離開地球的功率!)

NEW YORK, NEW YORK - APRIL 12: Yuri Milner, Breakthrough Prize and DST Global Founder, demonstrates a new chip on stage as Yuri Milner and Stephen Hawking host press conference to announce Breakthrough Starshot, a new space exploration initiative, at One World Observatory on April 12, 2016 in New York City. (Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation) *** Local Caption *** Yuri Milner
米納爾展示奈米太空船的晶片預期尺寸,並沒有比一個郵票大多少。圖/Photo by Bryan Bedder/Getty Images for Breakthrough Prize Foundation

霍金構想的重重阻礙

好吧!聽起來很完美的計畫,仍只是計畫。團隊也面臨了許多技術上的困難,成為這個前往另一個星系路上大大小小的阻礙石頭。

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困難一:雷射光發射陣列建在哪?

團隊的構想是需要在陸地建造大規模的雷射光發射陣列,整個陣列可能綿延幾公里,但需要建設在高海拔且乾燥的地區,僅僅是地點的選擇就是個大問題。

困難二:千億瓦的能量怎麼來?

雖然預計是用雷射光陣列產生千億瓦的能量,但這個想法在執行層面上仍有許多困難,包括如何確保在每一次要發射太空船的時候,都能產生和儲存這麼龐大的能量,都是需要面對的難題。

困難三:將奈米太空船帶到軌道的航空母艦

這個計畫需要先將奈米太空船帶到外太空的軌道上,雷射再由地面發射,這就表示還需要一個「航空母艦」將這一個或這些奈米太空船帶上去並釋放出來,團隊希望可以作上千個奈米太空船,這又是另外一個困難點了……。

困難四:即時調適光學

雷射光經過大氣層會受大氣擾動影響,如何將現在用於提升望遠鏡解析度的「調適光學」,來幫助光帆即時調整接收到的光波,讓它獲得最佳的動能,也是團隊正在思考的問題。

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困難五:雷射光陣列如何對準光帆

在地面上的雷射光陣列得在同一時間對準同一個光帆發射雷射光,並且還要使這個太空船加速到目標速度。一旦射偏或是雷射沒有同時啟動等因素,就可能導致太空船偏離航道,或是無法順利加速,這些原因都可能導致任務失敗。

困難六:航行路上遇到塵埃怎麼辦

先假設發射過程一切順利,但這個輕巧沒有太多保護措施的奈米太空船,將獨自在宇宙中長時間飛行。即使這個路線已經避開了已知的星體撞擊的機會,但沒有辦法預料的宇宙塵埃撞擊對這個小太空船都是危機。

困難七:資料能否順利傳輸回地球

如果順利到達半人馬座阿爾法星,奈米太空船將開始執行任務,包括拍照、偵測等等,而這些資料又是否能順利傳回地球呢?

困難八:用雷射光陣列接收回傳訊號

奈米太空船蒐集到的訊號,得經過 4 年多才能回傳到地球,而這時我們要怎麼接收這個訊號?目前團隊是希望透過發射時使用的雷射光陣列,來接收這個回傳的訊號,但能否成功仍是問題。

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即使大多是應用已經存在或是預期可以達成的技術,這個計畫仍面對種種難題,霍金和米納爾聯合臉書創辦人祖柏克(Mark Zuckerberg)將聯手投資一億美元,希望能讓這個任務成真。

若是成真,或許我們找到外星人就不遠了。

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趙軒翎
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在「一日生科,終身科科」的年代,即使鬧家庭革命都堅持要念生科,卻在畢業之際決定走出實驗室找尋新的出路。因緣際會就這麼踏入了科學傳播領域,雖然一路跌跌撞撞,但仍相信自己可以用知識改變這個世界。聯繫方式:scimonth.chao@gmail.com

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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時空旅行有可能嗎?我們如何感受時間?談談那些神秘的時空理論!
PanSci_96
・2023/06/25 ・3872字 ・閱讀時間約 8 分鐘

時空旅人存在嗎?霍金的未來派對

回到過去不只是科幻迷的夢想,每個人或多或少,都有一兩件想要改變或挽回的事。可惜的是,我們在空間中可以自由移動,甚至走到馬路對面再走回來,回到起點。(當然,也有人走個斑馬線就到了異世界)然而在時間軸上,我們卻不斷地向前進,不能倒頭。這是為什麼呢?

物理大師史蒂芬.霍金,對時間的研究可說是不遺餘力,他也透過著名的《時間簡史》、《大設計》等著作,向我們闡述宇宙與時空的奧妙。霍金是位時空旅行的夢想家,為了驗證世界上是否真的有時空旅人,他甚至曾經做了一個有趣的實驗。

2009 年 6 月 28 日中午 12 點,霍金認真地在劍橋大學舉辦一場盛大派對,桌上擺了美食與香檳,一旁的柱子上還綁了三色氣球。霍金仔細地準備好公開邀請函,上面寫著「誠摯地邀請您參加時空旅行者派對」,附上時間、地點甚至是準確的經緯度,希望時空旅人沒有迷路的藉口。

邀請函對外公開時間是派對結束「之後」,他確保這個訊息可以流傳數百年,並希望有時空旅人能看到邀請函,回到過去參加這個派對。可惜的是,無人響應、無人到場。霍金認為這證明了他的推論——時間旅人不存在。當然,如果當時有時空旅人跳出來打臉他,他也會感到非常開心。還是你認為,這只是因為時空管理局下明令,禁止未來人透露各種訊息給過去的人類,對於結果其實不需要感到意外呢?

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為何我們不能讓時間倒轉?霍金的三支箭矢

在研究時空旅行之前,我們先來了解,為什麼我們總無法倒轉時間。

對於時間的流向,霍金提出了「三支箭矢」的構想,這不是安倍晉三的經濟學箭矢,而是時間箭矢。這三支時間箭矢,分別為心理學箭矢、熱力學箭矢、和宇宙箭矢

心理學箭矢,就是我們生物感受到時間的流向。熱力學箭矢,則是熱力學中「熵」越來越大的方向,也是世上一切現象運行的方向。

所謂「熵」,是我們用來評估一個狀態的混亂程度的物理量。熵越大越混亂;例如,髒亂房間的熵比整齊的房間還大、摔成碎片的杯子熵比完整的時候還要大。根據熱力學第二定律,世間一切現象都會朝著熵變大的方向發展:杯子一定會摔碎、裡面的水一定會灑滿一地。但是,我不是可以把髒亂的房間整理整齊嗎?沒錯,但熱力學告訴你,在你整理房間的時候,你可能為世界增加了 20 點的秩序量,但你身體因為運動放出的熱能,可能會為整個宇宙增加 100 點的混亂量,整體的熵還是增加的。

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熱力學告訴你,在你整理房間的時候,你可能為世界增加了 20 點的秩序量,但你身體因為運動放出的熱能,可能會為整個宇宙增加 100 點的混亂量,整體的熵還是增加的。圖/envatoelements

至於最後一根箭,宇宙箭矢,則是宇宙膨脹的方向。宇宙在膨脹過程中,粒子會越加分散,熵也會持續增加,因此宇宙箭矢會與熱力學箭矢同方向

回到體感時間,既然熱力學箭矢代表世界運行的方向,如果熱力學箭矢與心理學箭矢的方向相同,那我們就會看到杯子掉到地上摔破、水灑出來。但如果反過來,熱力學箭矢跟心理學箭矢反向飛行,那我們就能看到天能中的逆熵,我們會看到杯子從碎片修復、回到桌上,水也跟著回到杯子之中。

既然如此,那我們要怎麼讓這兩支箭矢反向飛行呢?遺憾的是,因為我們的這具肉身限制,要感受環境、需要外界訊號刺激,並且轉為神經訊號到大腦;要思考,神經細胞必須透過呼吸作用,取得能量來持續運作。我們的一舉一動,建立在生物與化學反應上,也因此必須遵守熱力學第二定律。如果不遵守,我們甚至無法獲得能量,生命根本無法維持。這種現象也被稱為「弱人擇原理」。

為何心理學箭矢和熱力學箭矢必須同向?因為不同向,我們就無法存在,也就無法思考這個問題。

超光速可以連接過去?

在 DC 宇宙的影視作品中,能穿越時間的閃電俠肯定是經典代表。在 DC 宇宙,透過神速力的加持,閃電俠可以突破光速,回到過去。這會發生什麼事情呢?

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根據相對論,在速度接近光速時,時間會變為相對,對於不同速度的觀察者來說,也會產生歧異。舉例來說,如果閃電俠在路上與粉絲打招呼,卻被蝙蝠俠催著去開會。無奈的他,只好與粉絲說掰掰,接著以超光速前往蝙蝠俠基地,準時趕上會議。如果粉絲這時候用望遠鏡看著這一切,他們會看到,閃電俠先跟自己說了掰掰,接著才趕上遠處的會議,而且以距離計算,閃電俠肯定超越了光速。

粉絲的時空視角:閃電俠先跟自己說了掰掰,接著才趕上遠處的會議。圖/Pansci

然而神奇的事來了,如果此時蝙蝠俠等得不耐煩,突然想回高譚市與小丑敘敘舊,他拿出了從沒有任何人知道的特製蝙蝠車,一台可以以接近光速移動的蝙蝠車,從基地離開。就在這個時候,從他的角度觀察閃電俠,他會發現,閃電俠先到達了會議室,接著才發生遠處閃電俠與粉絲說掰掰的場面。蝙蝠俠和粉絲們看到的情景大不相同,不同觀察者的時間產生歧異了。

蝙蝠俠的時空視角:閃電俠先到達了會議室,接著才發生遠處閃電俠與粉絲說掰掰的場面。圖/Pansci

甚至對於獲得高速移動能力的蝙蝠俠來說,如果他的蝙蝠車也能以超光速移動而且速度夠快,他甚至能在閃電俠到達會議室前,就先跑去正在與粉絲說掰掰的閃電俠旁邊,告訴他開會的會議結論,你不用再跑一趟了。

看來透過超光速回到過去,還真的是有可能的。但別忘了相對論施加的限制,要將物體越加速到接近光速,所需要的能量就越大。如果要將有質量的物體加速到等於光速,就需要無限大的能量。或許閃電俠的神速力確實能辦到,當然這也就代表,閃電俠或許是DC宇宙中無敵的存在了。

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顯然,沒有神速力,也不是超級英雄的我們,把自身加速到超光速來時間旅行,顯然不是一個好選項。但如果我們能扭曲時空、建立捷徑,達成超光速呢?

就算兩地相隔數公里,如果我們能將時空對折,並在中間打一個洞,創造出一個任意門,只要跨過一步就能跨越原本要走上半天的路程,不就超光速了嗎?事實上,不能超光速移動的我們,跨越時空的「蟲洞」,很有可能就是我們最後的選項。

蟲洞有辦法被製造嗎?

蟲洞的概念不只是存在於科幻小說的情節,1935 年,愛因斯坦與羅森發表一篇論文,指出根據廣義相對論的計算,在某些條件下,宇宙中可能出現連接不同時空區域的「蛀孔」,稱為愛因斯坦——羅森橋,也就是我們說的「蟲洞」。

蟲洞在地面可能的樣子。圖/wikipedia

正常來說,宇宙中的能量或有質量的物質,會在宇宙中產生如同球面的正時空曲率,產生引力。如果想要產生負時空曲率,將時空向內凹陷,創造出蟲洞,我們就需要創造出負能量或具有負質量的物質。

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那麼要怎麼做出負能量或負質量的物質呢?

接下來我們進入到腦洞大開的環節:還記得我們在量子系列第五集,介紹薛丁格的貓時提到的不確定性原理嗎?根據這個理論我們可以預測,就算在空無一物的「真空」中,其實非常熱鬧。在真空中,會不斷出現正粒子反粒子組成的虛粒子對,他們一起出現,又重新碰撞、互相湮滅,這個過程被稱為量子漲落。雖然兩種粒子會互相湮滅,但不論正、反粒子都是擁有正能量與正質量,在量子漲落的過程中,為了維持整體的能量穩定,某些地方出現正能量密度,某些地方就會出現負能量密度。以此架構延伸,我們便能在真空中設計兩塊金屬板,能透過卡西米爾效應,在兩塊金屬板中,創造出負能量的區域。而這個卡西米爾效應,也在 1996 年在實驗中被實際觀測到。

卡西米爾效應示意圖。圖/wikipedia

透過蟲洞時間旅行有可能嗎?

那麼通過蟲洞時間旅行是可能的嗎?根據後來的計算,愛因斯坦——羅森橋,也就是蟲洞的存在時間非常短,會在太空船通過之前,就塌縮成奇異點。而蟲洞的通道大小,也不足以讓任何粒子大小的物體穿過。

但霍金沒有將可能性說死,或許將來,會有技術可以撐開並維持蟲洞的存在,足以讓人類穿梭而行。或許時空旅行,將成為現實。除此之外,超弦理論也有一些說法證實蟲洞可能存在,但目前弦理論都還僅止在數學計算,還未能應用在實際現象中。

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但你說,霍金不是已經透過時間旅人派對證實,沒有時空旅人了嗎?霍金解釋,根據時間悖論問題,我們看不到時空旅人,是非常正常的。至於為何無法修改過去,產生時間悖論,有可能是當過去已被「測量」,那宇宙就不能再被更改,又或是真的有某種有形或無形的時空管理局,在維持這個世界的安全呢?

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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

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。

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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。

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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。

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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。

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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

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鄭國威 Portnoy_96
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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。