科學月刊試閱版2020-8月號 608期-恐懼與鬼

Contents

608

2020 AUGUST

p8

你的恐懼， 不只是恐懼

p10 怕蟑螂怕黑怕鬼

人為什麼會恐懼？ 張鈞惠

p14 解密打擾你睡眠的 可怕惡夢 蔡宇哲

p18 以前尖叫是為了活下來，

那現在為什麼我們還尖叫？ 黃揚名

p22 這世界上有鬼嗎？

用粒子物理學分析超自然力量 鄭宜帆

p26 恐怖片如何製造恐懼？—

訪《女鬼橋》導演奚岳隆、

（Photo by Patrick Tomasso on Unsplash）

《粽邪》剪輯師高鳴晟

Maple

封面說說話 〈是什麼在凝視著自己？〉 本期《科學月刊》變身為「黑暗系」，將由封面嚮導「飄飄」 帶領讀者走進恐懼背後，探索令人恐慌發毛的驚悚之旅。

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 8

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Contents-2

填問卷．拿新書

News Focus

只 要 於 2020 年 8 月 31 日 前，

4 來自外太空的新朋友 肉眼可見的新彗星！／山崩會引起地震嗎？

完整填寫讀者問卷調查，就有機

5 空氣汙染會提升嬰兒死亡率？

會獲得臉譜的新書《我，為什麼

6 深海中的火山如何爆發？

會這樣？》。

7 冥府行星不再只是假想天體？／照射紅光可改善老年視力衰退

問卷內容請至 reurl.cc/X619b3

32 顯影 1：鬼面蛛／游崇瑋 科學•出走

34 科教館重新開張！ STEAM 常設展、科學劇等你體驗／謝育哲

或掃描 QR code，並詳實填寫， 否則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2020 年 9 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站 （www.scimonth.com.tw）。

思辨之評

36 自太空落下 從長征五號 B 看太空殘骸墜落／黃楓台 38 日籍留學生篩檢陽性 Ct 值 37.38 是什麼意思？／林翰佐 專 欄

40 數不勝數：排隊也要有效率 排隊理論讓等待不再浪費時間／王家禮 44 格物致知：量子的開端—普朗克的黑體輻射研究／張峻輔 50 生生不息：我能當分類學家嗎？會面臨什麼挑戰？／林千翔 54 物換星移：農曆上的小字是什麼？從二十四節氣看季節與氣候／陳子翔 58 顯影 2：金天獎

reurl.cc/X619b3

精選文章

62 生命的演化不同於生命的起源／許家偉 66 血管中的「鐮刀」：紅血球異常的遺傳疾病／賴昭正 70 微光區的海底花園—中光層珊瑚生態系／林玉婷 科技大補帖

74 5G 不只是商場上的戰爭，更將改變你我的生活／林貞妤 書 摘

78 《我，為什麼會這樣？》

《科學月刊》勘誤 《科學月刊》607 期第 21 頁左下方的「非

獨立（non-standalone, NSA）」更正為「獨 立（standalone, SA）」。

以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上

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科學月刊 2020.8

臺北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長：劉源俊 董 事：王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書：李金穗 出版者：科學月刊社

正視你的恐懼 一點風吹草動就跳起來的驚弓之鳥，以及天不怕地不怕的勇者，或許常被我們賦 予膽小和勇敢這兩個相對的形容詞，似乎也讓「害怕」成為負面的詞彙。然而， 不只是人類，其他動物也會有恐懼的表現與反應，並沒有在演化中消失，那麼恐

理事會 理事長：曾耀寰

懼感對生物來說有什麼樣的意義？

理 事：曲建仲 林翰佐 邱韻如 紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修 執行總監：趙軒翎

在這一期《科學月刊》中，我們試著去探討恐懼感從何而來。對於生物而言，最 初可能只是在競爭激烈的生存環境下，演化出來為了保護自己，不盲目衝向危險 的機制。但到了現在人類主宰世界，我們依舊會恐懼，害怕比自己渺小許多的蟑

編輯部

螂、蜘蛛等生物，或是對看牙醫、打針等事情避之唯恐不及；也同時害怕無邊無

總編輯：林翰佐

際的黑暗，甚至是包括鬼在內的超自然現象。或多或少，每個人都有自己害怕的

副總編輯：趙軒翎 蔡政修 編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲

事物，恐懼的程度有所不同，表現出來的樣態也不盡相同。

江建勳 李武炎 李志昌 李精益 周鑑恆 林秀玉 林宮玄 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東 單維彰 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 黃正球

即將進入農曆七月，也就是鬼門開的鬼月。恐懼，成為這個時期重要的電影商 機，許多恐怖片、鬼片選擇在這個期間上映，觀眾買票入場享受「被嚇」的快感。 我們明明知道這些嚇人的鬼是人所扮演，卻仍在劇組安排好的橋段中嚇得花容失 色。這些讓人恐懼的橋段，仰賴拍攝鏡頭安排、後製剪輯的巧手，讓這些畫面能 引起我們的共鳴，好像看著電影的我們也正親身經歷主角面對的恐怖事件。

黃相輔 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕 劉宗平 蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家

恐怖片最常使用的其中一個元素，常讓人聽得雞皮疙瘩全豎起來的「尖叫聲」，

鄭宇君 鄭運鴻 韓德生

也是人在恐懼時常出現的反應之一。這個可能巨大、尖銳的聲音背後想要傳遞什

嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平

麼樣的訊息？又或者希望引起聽者什麼樣的反應？

阮明淑 編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 孫維新 張 復 張勝祺 陳文屏 陳章波

而我們看完恐怖片的那些夜晚，特別容易胡思亂想，即便睡著後還可能又陷入驚 嚇連連的惡夢之中。那些讓我們睡不好的惡夢，經過心理學的研究發現，竟然有 幫我們舒壓的功能！但是如果夜夜惡夢纏身，那我們就真的只能去接受治療了。

陳國成 曾惠中 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 編 輯：謝育哲、羅億庭 美術編輯：黃琳琇

講到鬼，大家或許認為這不在科學能討論的範疇中。但這次，我們邀請物理學家 試著用目前的科學認知，來談「鬼」和超自然現象。來吧！這次讓我們一起正視 「恐懼」，好好認識我們的本能，也一起探索我們未知的世界。

業務部 經 理：李金穗

副總編輯 趙軒翎

業務助理：廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷：赫偉有限公司

本期為第五十一卷第八期 第 608 期 發行於 2020 年 8 月

地址：10646 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話：(02)2363-4910 傳真：(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址：www.scimonth.com.tw 電郵：scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部，廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有，非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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NEWS FOCUS

來自外太空的新朋友 肉眼可見的新彗星！ 今（2020）年 3 月 27 日，美國航太總署（NASA）的廣角紅外巡 天探測衛星（Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE），觀測 到一顆從未被發現的彗星 C/2020 F3 (NEOWISE)，它又被稱為尼 歐懷茲彗星（Comet NEOWISE）。尼歐懷茲彗星是一顆逆行彗星 （retrograde comet），最初發現時距離太陽約 2.1 天文單位（AU）。 7 月 3 日時，尼歐懷茲彗星通過近日點，距離太陽約為 0.29 AU， 它的亮度增加且能以肉眼直接觀測，是繼 1997 年的海爾－博普彗 星（Comet Hale-Bopp）以來，北半球所能觀測到最亮的彗星。 由於肉眼可見尼歐懷茲彗星，本次對天文迷而言無疑是絕佳的觀 測機會。在 7 月上旬時，觀測者可在黎明前 1 ～ 2 小時，朝東北方 的低仰角處觀看彗星；7 月中旬後，彗星的觀測位置移到西北方， 在日落後 1 ～ 2 小時可看到它的身影。而尼歐懷茲彗星於 7 月 23 日最接近地球，僅 0.69 AU，是最好的觀測時機，後續彗星的亮度 會持續降低。 （Maxime Storn, CC BY-SA 4.0, Wikipedia）

Comet F3 NEOWISE May Perform in July, Universe Today, https://reurl.cc/rxe8vr, 2020.

山崩會引起地震嗎？ 地震會造成山崩是顯而易見的事實，但山崩會造成地震嗎？根 據一項發布於《科學報告》（Science Reports）的研究顯示， 山崩的確有可能引起地震。 研究團隊以臺灣在 2009 年發生的莫拉克風災，導致多處發生 山崩與土石流的資料進行分析。根據統計，當年共約有 1.2 立 方公里的土石遭到沖刷，等同於全臺的表面厚度被刮除 3 公分 之多。研究人員也發現在風災過後 2.5 年，受莫拉克颱風影響 的地區，地震發生頻率也比以往增加。 根據研究，地震頻率的增加可能起因於颱風帶走了數億噸的沉 積物，導致臺灣附近的地殼稍微向上彎曲。研究人員推斷，這 些影響可能改變地殼內部的應力，進而在斷層處引起地震。 研究人員表示，由於氣候變遷導致極端天氣逐年增加，未來或 許會發生更多山崩等地表變動引起地震的事件。 Philippe Steer et al., Earthquake statistics changed by typhoon-driven erosion, Science Reports, 2020.

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科學月刊 2020.8

（Photo by Spencer Watson on Unsplash）

NEWS FOCUS

空氣汙染會提升嬰兒死亡率？ 近期，源自於非洲撒哈拉沙漠的沙塵 暴穿越大西洋，襲擊美國加勒比海地 區，重創了城市交通與生活。除此之 外，研究顯示沙塵暴可能會損害幼童 的心臟與呼吸系統功能，甚至增加感 染 COVID-19 的風險。 過去十年來，非洲與部分發展中地區 的幼童健康已逐漸改善，但依然有少 數地區的嬰兒死亡率持續攀升，科學 家認為可能與空氣汙染有關。美國史 丹佛大學（Stanford University）的研 究人員指出，五歲以下孩童特別容易 受到空氣中的懸浮粒子影響，可能造 成嬰兒出生後體重降低，或一歲前孩 童的成長遲緩。 在發展中地區的兒童，暴露在高度空 氣汙染的環境下，會使平均壽命縮短

約 4 ～ 5 年。研究人員持續 15 年，調 查來自非洲撒哈拉沙漠以南的 30 個 國家的家庭，嬰兒人數接近 100 萬名。 他們使用衛星監測撒哈拉沙漠南端的 博德萊窪地（Bodélé Depression） 帶來的沙塵微粒，結合前述的嬰兒調 查，分析空氣汙染程度對兒童的健康 影響。結果發現，年平均微小粒子濃 度增加 25％時，會導致嬰兒死亡率增 加約 18 ％。此外，根據 2015 年的資 料顯示，過去撒哈拉沙漠以南暴露於 高濃度沙塵的地區，曾導致約 40 萬 名嬰兒死亡。 研究人員指出，即使空氣與沙塵皆屬 於自然資源，當同時搭配變化多端的 天氣時，就會造成空氣汙染，進而影 響兒童健康與生活。為了找出解決方

法，研究團隊發現，當非洲撒哈拉沙 漠以南的沙漠地區的降雨增加 12％， 嬰兒的死亡率便會下降 13％。因此， 研究人員建議可利用地下水浸潤博德 萊窪地的沙子，以降低沙塵懸浮於空 氣中，而此小規模試驗方法過去已成 功在美國加州地區執行。目前也有研 究提出，若在沙漠地區建置太陽能灌 溉系統，每年則可避免 3 萬 7 千名嬰 兒死亡。研究團隊期望此計畫與目前 疫苗相關衛生政策共同推行，以大幅 降低該區孩童的死亡率。

Sam Heft-Neal et al., Dust pollution from the Sahara and African infant mortality, Nature Sustainability, 2020.

（Photo by Matthew Cooksey on Unsplash）

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你的恐懼， 不只是恐懼 在那剎那，腦袋一片空白，但身體已經進入警戒。 戰鬥或逃跑，尖叫或閃避，恐懼是為了生存。 因為恐懼，所以我存在。

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（Halloween photo created by freepik）

COVER STORY 01

怕蟑螂怕黑怕鬼 人為什麼會恐懼？ 張鈞惠 清華大學系統神經科學研究所副教授。

Take Home Message 生物演化出「恐懼」的保護機制，來提醒自己遠離 危險、提高生存的機會。然而並非所有恐懼皆是天 生而來，也有因為後天經驗產生的制約行為。大腦 的杏仁核為目前研究中被認為與恐懼情緒相關的腦

區，影響著我們的恐懼反應。恐懼有助於我們對危 險有適度心理與行為反應，但過度恐懼或無所畏懼 都可能對生活產生影響或不利於生存。

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能性。這個晚上，新月掛空，無風無雨，小 老鼠出門覓食，突然聽到遠方有草叢窸窣 「有蟑螂！」房間外傳來一 陣尖叫，探出頭一看，只見讀小 一的弟弟跳到客廳的沙發上縮在角落，小 五的姊姊從書房拿著拖鞋跑出來，追著蟑螂 滿屋子跑。過了一陣子，馬桶傳來沖水聲， 姊姊邊安撫邊說著：「好了好了沒事了，已 送小強上天堂，可以下來了。」只見弟弟眼 眶都紅了，聲音微微顫抖的說：「我最怕蟑 螂了啦。」

聲。小老鼠當下為之一驚，心想：「不會是 蛇吧！」立刻止住腳步，放低呼吸，儘可能 安靜，希望遠方的動物不要發現自己。總算， 聲音漸漸遠去，小老鼠鬆了一口氣，覺得自 己逃過一劫，轉頭才要邁步，黑暗之中一雙 亮晶晶的眼睛盯著自己，近在眼前。小老鼠 大驚，心跳加速，立刻原地蹦起，只盼突如 其來的反應可以嚇到擁有那雙亮晶晶眼睛的 傢伙，接著小老鼠拔腿 快逃，衝回自己的小 窩。回到了小窩，

為了生存而產生的保護機制 弟弟為什麼會怕蟑螂？回答這個問題前，可以先來了解一 下，人為什麼會恐懼？

救救我

～

撿回了一命的小 老鼠，這晚不打算 再出門了。

恐懼是一種負向情緒，從演化的角度來看，恐懼反應是一 種保護機制，尤其在詭譎多變的自然環境中，一隻小動物 可能因為怕高所以不敢靠近山谷，也就保護了自己不會失 足摔死；可能因為害怕白天出洞會被天敵捕食，所以都在

小老鼠的故事告訴我們，恐懼反應不是一成不變的。當威

晚上出門覓食，也就減少了遇上天敵的機會。從上述來看，

脅離自己很遠的時候，或許只需改變自己的行為模式，

恐懼可以被視為個體在面對可能的威脅時，提高自己生存

不主動靠近危險即可安然生活。當威脅離自己有些近但尚

機會的應對方式。

未發現自己的存在時，低調以對是個不錯的策略。但當威 脅近在眼前時，為了保命，「戰鬥或逃跑反應（fight-or-

什麼是面對潛在威脅時的適當應對呢？適當的恐懼反應包

flight response）」就出現了。

括了適當的生理及行為反應兩部分。個體會產生什麼樣的 反應，經常是取決於潛在威脅離自己有多遠多近。

怕打針的你，其實是被「制約」了 上述這些恐懼反應多是與生俱來的，但也有些恐懼反應是 經由後天的制約學習而習得的。制約學習可以是兩個刺激 之間的連結，稱做「古典制約」，例如大部分的孩子不會

一隻住在森林裡的小老鼠，平時只要確保活

天生怕醫生及針筒，但三四歲的孩子被帶到診所注射疫

動範圍不要靠近崖邊以及晚上再出門，就不

苗，穿著白袍的醫生拿著針筒，連結了針頭刺進手臂的疼

會不小心掉下山谷，並減低被老鷹吃掉的可

痛。下回孩子再被帶到診所注射疫苗時，看到醫生及針筒，

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COVER STORY 05

恐怖片如何製造恐懼？— 訪《女鬼橋》導演奚岳隆、 《粽邪》剪輯師高鳴晟

Take Home Message

自古以來人既怕鬼又愛談鬼，從說鬼故事、聽鬼故事，乃

恐怖片或鬼片透過拍攝鏡頭與剪輯技巧來塑造

至現代以各種科技探勘甚至重現鬼的存在，恐怖片就是立

以將焦點放在主角外的背景，引發期待；或是

的娛樂。

進入情境。剪輯上則可以用反轉空間造成「鬼

相信看過恐怖片的人都會發現，恐怖片不但在劇本角色設

恐怖氛圍，讓觀眾感到恐懼。拍攝手法上，可

基在人對於鬼怪的恐懼，衍生出來的一種愈恐怖、愈刺激

以一鏡到底的動態拍攝，和視角轉換，讓觀眾 打牆」感；或是細微特徵放大、不連戲剪接， 呈現劇中角色逐漸擴大的恐懼和緊張感。

計上有著勾出人類深層恐懼的手法，在影像技術上更有純 熟常見的電影語言。最為人熟知的莫過於大家都曾經歷過 的突發驚嚇（jump scare）——恐怖片中的鬼怪以剪輯手 法突然跳在大銀幕上跟我們面對面，引發一連串尖叫或髒 話的時刻。

事實上除了突發驚嚇以外，恐怖片還有不少透過拍攝鏡 頭和剪輯技巧製造恐懼的手法。這次我們特別邀請到今 Maple

（2020）年最賣座本土恐怖片《女鬼橋》導演奚岳隆和操

唸過台大外文、台大台文，都成了逃兵。以

刀《紅衣小女孩》及《粽邪》系列的剪輯師高鳴晟，分享

「娛樂重擊」影劇評為人所悉，現為開發製 片暨自由寫手，從企劃編劇、影劇評論到採 訪紀錄，只要是喜歡的東西無一不能寫。

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他們如何運用現在流行的恐怖片手法，再加上獨特的臺灣 特色，打造出一部部兼具在地性與國際性的臺灣恐怖片。

從不看鬼片到「誤入歧途」

們一直講求的是寫實，但其實類型片要的就是娛樂效果，

剪輯師高鳴晟笑說自己本來並不看鬼片，「誤入歧途」的

我們可以更自由。」當時他在《屍憶》短片初探鬼片的剪

關鍵在參與了《屍憶》短片，和導演謝庭菡及監製一瀨隆

輯技巧，後來在《紅衣小女孩》去實踐，再到兩集的《粽

重的合作，開啟了他跟鬼片的不解之緣。高鳴晟笑著回憶

邪》，高鳴晟不諱言有很多嘗試也有很多失敗，他都很願

道：「當時聽說片子有請到《七夜怪談》的監製，本來我

意分享各種解決方式和中間的經驗，因為臺灣的恐怖片仍

還覺得半信半疑，沒想到是真的！他還跟剪三天，而且詳

在累積成長的過程，還可以不斷地再做得更好。

細回答我們所有關於恐怖片的問題，學到非常多。」

恐怖片的流行歷程 他特別分享當時一個有趣而關鍵的頓悟時刻，他提到：「當

高鳴晟也坦言：「目前電影已經是全球化的時代，其實在

時《屍憶》短片還是學生作品，我們沒有預算做特殊化妝，

剪接技術上，用跟國際一樣的就最好，臺灣自然會有特色

鬼的臉只是塗白。那因為我們很擔心被看出是人臉，所以

是其他地方沒有，倒不用在剪接上去強調獨特性。」

剪接時就一直避開臉。當時一瀨老師就問我們為什麼不剪 臉？聽了我們的回答之後一直笑，他說：『所有觀眾都知

他認為，在電影語言上反而是需要考量到恐怖片的「流行

道鬼是人演的，也知道電影是假的。』」這句話給了高鳴

性」，最早的鬼片是跟當地民俗信仰很深地連結在一起，

晟一個當頭棒喝，讓他突然間理解到商業類型片和過去在

所以不懂民俗就會看不種。他以自己小時候看林正英演的

學校所學的文藝片的關鍵差異：「我才突然發現，過去我

香港恐怖喜劇《殭屍道長》舉例，劇情中提到的道術、命

以往從不看鬼片的剪輯師高鳴晟，後來成為《紅衣小女孩》、《粽邪》等電影幕後重要的工作人員，透過嘗試各種剪輯效果，為電影製造出深入 人心的恐懼。（高鳴晟提供）

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顯 影

鬼面蛛

Deinopis spp.

圖．文／游崇瑋

鬼面蛛是蜘蛛家族裡面的奇葩，牠們不像一 般蜘蛛會慢慢地在樹枝間織網，等獵物自投 羅網，而是將網織在自己的步足上，並根據 過往經驗，在容易和獵物狹路相逢的地點守 株待兔……。 等到獵物一出現，手一套，獵物就會黏在網 上，手到擒來！這個一連串的捕捉動作，除 了需要獨特的「手抄網」之外，還需要銳利 且距離感良好的「雙眼視覺」。因此鬼面蛛 之所以有「鬼面」之名，就是因為牠們頭部 正面的那一對、經過演化洗禮的大眼睛囉！

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顯 影

1

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4

1. 在鬼面蛛的正面可以看到一雙大眼，提供了 良好雙眼視覺，讓牠們對於捕捉獵物的距離 判定相當精準。

2. 捕獲獵物正在享用大餐。 3. 正在守株待兔的鬼面蛛。

4. 休息時的鬼面蛛，不會攜帶「手抄網」。 SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 8

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科學

出走

（本篇圖片由科教館提供）

S T E A M 常 設 展、科 謝育哲

科教館重新開幕，

我還不看爆！本刊熊編。

國立臺灣科學教育館（以下簡稱科教 館）於今（2020）年 2 月起，進行「屋 頂室內外空間重整暨一樓大廳及半戶 外空間更新計畫」，休館將近 5 個月， 終於在 7 月 15 日重新開館。 除了原有的展覽之外，這次科教館還 新增多項的科學展覽與服務。包括 3 樓規劃新常設展《敲敲打打工作坊》、 過去好評不斷的《仿生》特展回歸， 也安排了有趣的科學戲劇。

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科學月刊 2020.8

結合 STEAM 領域的

《敲敲打打工作坊》 近年來熱門的 STEAM 教育，指的是 科學（science）、科技（technology）、 工 程（engineering）、 藝 術（art）及

讓參觀者在玩樂之中探索與學習，並 透過合作、討論及分享，從中找尋問 題的解決方案。 《敲敲打打工作坊》包含六大主題： 「塗鴉機」、「風管與飛行器」、「快

數學（mathematics）等五項領域的跨 域教學方法。而科教館於 3 樓全新規

樂城市」、「彈珠機」、「光影遊戲」

劃的《敲敲打打工作坊》常設展，就 是以 STEAM 教育的精神進行設計，

境，讓參觀孩童在家長的陪伴下，激

與「連鎖反應」，以開放式的學習環 盪出各種創意點子。

《仿生》特展所設計工作坊讓全齡觀眾都可體驗。

科學

學 劇 等 你 體 驗

出走

逛起來～

《仿生》特展強勢回歸

2016 年叫好又叫座的特展《仿生— 從大自然來的絕妙點子特展》，也與 大家再次見面。從動物、植物與自然 環境觀察到的特性，以此發想、製作 出各式各樣新的工具與發明，進而改 善人類的生活。這些仿生概念的實際 應用，在展覽中可以看到許許多多絕 妙的例子。 另外，本次也結合國內外標本製作、 雕刻模型等展品，以及仿生發明故事 動畫影片，並設有主題式工作坊，讓 大家能親手操作仿生創意發明，喜歡 看展又能一塊互動的你千萬別錯過。

科教館新推出初探劇場科學劇，從好玩有趣的戲劇中學習科學。

全新科學劇場 《費布納西先生與露比兔》打頭陣 本次除了展場更新之外，科教館還推出全新的科學戲劇。透過觀賞 戲劇與演員們互動，讓參觀的學童不再只是透過參觀展覽、閱讀文 字獲取科學知識，也能在戲劇中學習有趣的科學知識。 本次首先推出的是《費布納西先生與露比兔》，從兔子繁衍問題衍 伸到前兩項和為第三項的「費布納西數列」，讓數學不再只是數字的 計算，而是好玩又趣味的一門學問。 《費布納西先生與露比兔》在 7 月 15 日至 8 月 31 日期間，每天下午 2 點於五樓極大極小區演出，歡迎家長帶著小朋友一同前往觀賞。

19 歲以下免費進場 暑假多一個好去處 為因應教育部促進國旅專案，科教館也推出限時好康，19 歲以下的 青少年及兒童（2001 年 7 月 1 日以後出生者），7 月 15 日至 8 月 31 日可不限次數免費入館（12 歲以下兒童需由成人陪同入館）。如果你 符合上述的資格，快趁暑假期間一起來探索科學的有趣世界吧！

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專欄文章

排隊也要有效率 排隊理論讓等待不再浪費時間

Take Home Message 排隊等候是日常生活中不可避免的現象。數學家建

構數學模型來解，並估算平均等候的時間，證明單 一隊伍較多隊伍來得公平且有效率。數學家也發現

藉由將顧客需求規律化，制定優先次序將服務資源

（Photo by Levi Jones on Unsplash）

合理分配等方式，可改善現實生活中的等候問題， 縮短商品生產時程，並解決網路訊號的壅塞情形。

時間就是金錢，別在排隊上虛度光陰了 據美國天美時公司（Timex）所做的一個調查，美 國人一生中平均花費六個月的時間在排隊中等待， 王家禮 美國加州柏克萊大學作業研究學系畢業

約合每年 72 小時。人生苦短，絕大多數的人都會

後，任教於東華大學應用數學系至今。

覺得有比排隊更值得做的事，所以如何減少排隊的

研究的興趣為應用機率與排隊理論。

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科學月刊 2020.8

時間乃是現代人一項重要的生活技能。

數不勝數

個人如此，對製造業、通訊業和服務業來說更是如此。時

的工作都是以資源共享（processor sharing）的方式服

效等同於競爭力，如何縮短生產流程、提高傳輸速度和加

務顧客，亦即同一時間在系統裡的所有顧客，不論先到

快服務時間，乃是商場上兵家必爭之地。因此，針對等候

後到，一律平分有限的服務資源。雖然此服務方式會在

和排隊的研究從 1950 年代起蓬勃發展，這門學問為排隊

顧客越多時，每人接受到的服務速率越慢，但是該方式

模型與理論（Queueing Modeling and Theory）。相關

卻可以避免一個服務時間極長的顧客，例如永遠在迴路

的課程和研究者可在各大學應用數學、統計、工業工程、

中打轉的程式，因長期獨占全部的服務資源，而阻擋其

資訊科學和管理科系中找到。

他所有的顧客。電腦運算、網路及無線通訊等皆是使用 這種服務法。

縮短等候的時間可以從「感覺」著手，例如提供茶點給 等候的顧客、在電梯等候區裝置穿衣鏡，或是顧客等候

另外一種常見的排隊方式是優先次序法（priority rule）。

超過某一時間可以獲得補償等措施。這一方面的議題屬

優先次序的給定會依照不同的條件進行調整，有的是依

於市場學和經銷學，而排隊理論則是研究實質的等候時

據服務價格，如郵件分平信與限時信；也有依據服務時

間。我們首先以一些實際的例子來介紹這門學問。

間，如超市提供快速結帳台給少量採購的顧客；或是服 務需求，如醫院的門診與急診室。該方法的公平性是建

就是要公平！單一隊伍的排隊更有效率

構在合理分配資源的概念。

夠年長的人應該都記得，以前到郵局、車站等處，每個櫃 檯前都各自有一列等候的隊伍。曾幾何時，數個隊伍已被

上述的排隊方式也許不讓人感到意外，但是背後的分析

單一的隊伍或號碼牌所取代。這是因為排隊理論證明單一

可是建構在嚴謹的機率學與統計學。

隊伍不但更有效率，顧客等候時間的差異性也較小，更 重要的是能確保先到先服務（first-come-first-serve）。

規律化的排隊不再浪費時間

「等候時間差異性小」和「先到先服務」這兩個條件，

數學裡的單一排隊模型是由兩組隨機變數和相關的服務規

對大多數人來說可能就代表公平。

定所組成。一組隨機變數代表顧客到達系統的間隔時間， 另一組代表依序開始的服務時間。服務約定則包含服務員

較有效率的單一隊伍模式也能應用在客服電話系統上。

的個數、排隊的方式，以及系統容納顧客人數的上限等。

以往大企業的每一個經銷處或是區域服務站都會提供客 服或售票電話，現在則統一改成 0800 專線。如此一來，

當然，延長顧客到達系統的間隔時間、縮短服務時間，

因減少客服人員的需求而省下的人事成本，扣除由顧客

或是增加服務員個數，都能減少需要等候的機會。然而，

付電話費改成公司付費所增加的成本，都還綽綽有餘。

如果顧客到達的間隔時間與服務時間如同閱兵隊伍通過 司令台般整齊劃一，就完全不會有等候的情況發生。換

共享資源及優先次序的排隊方式

句話說，由於顧客的來源和對服務的需求都具有不確定

在日常生活中先到先服務似乎是唯一公平的排隊方式。

性，這些不確定性會造成擁塞的情況，因而產生需要等

但事實上，還有其他幾種常見的排隊方式也因地制宜地

候的可能。因此，研究排隊論的人需使用機率學來描述

維護服務的公平性。舉例來說，所有需要經由電腦處理

和了解擁塞發生的狀態。

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專欄文章

農曆上的小字是什麼？ 從二十四節氣看季節與氣候 Take Home Message 翻開農曆，上頭常常會看到許多日期標註如「大寒」、「小暑」

（Shutterstock）

等字眼，其實它們都是節氣。由於古代沒有天氣預報，為了能 順利採收農作物，古人藉由觀測天象及竿影長度等方式，找出

各個日期所對應的氣候變化。此外，節氣也為農曆立下標準， 這套歷經千年淬鍊的曆法，時至今日依舊非常實用。

陳子翔 國立臺灣師範大學地科系 學 生，EASY 天 文 地 科 科 普團隊創辦者。

二十四節氣的由來 原來是透過觀察天象 與地球上所有其他生物一樣，「生存」是人類的重要 「冬至」、「春分」、「大寒」、「清明」、「小

目標，而取得充足的食物是不可或缺的環節。不論是

暑」及「霜降」等，相信這些詞彙大家都不陌生，

從採集、狩獵到農耕，都是人們獲取食物的方式。其

它們就是節氣。一年當中有二十四節氣存在，但

中有一個共通點，就是必須能「掌握季節更替」，才

這些節氣對大多數人而言，不過是月曆上微不足

能有好的收穫。

道的小標示，既沒有慶典，也不會多放幾天假， 看似與生活沒有什麼關係。事實上，2016 年聯合

然而，要如何掌握季節的更替，就是一個大哉問了。

國教科文組織已經將二十四節氣列為人類無形文 化遺產（intangible cultural heritage），而且節

筆者記得以前上課時，有位天文學的教授向大家拋出

氣的制定與它的用途，其實與生活息息相關！

一個問題：「古人要怎麼知道春天來了？」

「老師，看到花開了就知道了呀！」一位同學回答。

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物換星移

於是老師反問：「那是因為春天來了所以讓花開了，還

二十四節氣中的「夏至」與「冬至」，「至」是指極致的

是因為花開了讓春天來了呢？」

意思，以夏至為例，戰國前曾稱作「日永」〔註一〕與「日 長至」，漢朝後才稱之為「夏至」〔註二〕。

很顯然的，是因為季節的更替使萬物有所反應，而不是 生物的行為造成季節的轉變。既然如此，人們不能總是

此外，人們也注意到，在春秋季各有一天的日夜大致等

等到大自然有所反應，才知道季節的變換，永遠慢半拍

長，並將之稱為「春分」與「秋分」。「分」有兩個意義，

而錯過了最佳的狩獵與播種等時機。

一是晝夜平均，第二則是分這天剛好是春秋兩季中間的 節氣，平分了春季與秋季。至此，二十四節氣中最早出

生活在現代的我們已經知道，季節的更替其實是因為地

現的四個節氣就此定下。

球自轉軸傾斜，而地球繞行太陽公轉時，陽光照射角度 與日照長度會有每年週期性的變化。過去的人們雖然不

其後出現立冬、立春、立夏和立秋，取四季起始之義。

知道這些原理，但憑著觀察力與經驗傳承，世界上各個

到了秦朝之後則確立了二十四個節氣。以兩個冬至之間

古文明很早就知道，季節與「太陽在星空中的位置」有

的時間為基準，將這段時間平分十二等分，每個等分點

著緊密的關聯（圖一）。

稱為一個「中氣」，再於每兩個中氣之間插入一個「時 節」平分，一節一氣相互排列。而二十四節氣其實就是

古代的中國人也注意到了這些關聯，他們知道一年當

十二個「時節」和十二個「中氣」的統稱。

中，正午的竿影會隨著時間變化，而在夏季的某一天竿 影會達到最短，接著又會一天一天變長；到了冬季的某

為了精確的訂定節氣的時間，古代的中國利用「圭表」

天，竿影又會達到最長，接著又持續變短，年復一年，

作為測量太陽位置的工具。圭表簡單來說，就是具有刻

周而復始。而正午竿影最長與最短的這兩天，也就成了

度的竿影長度測量工具。正午透過查看圭表的竿影，就

圖一：二十四節氣對應太陽在星空上的位置 因為地球公轉，從地球上的觀點來看，太陽一年中會在天空上行走一圈，所經過的路徑就是黃道。而二十四節氣就 像是在黃道中訂下里程碑，告訴人們太陽現在運行到何處，也代表現在是什麼季節。

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金天獎

望‧暮空星夜

金天獎（Astro-Photography Award），為一年一度由高雄市立前 鎮高中主辦的天文攝影比賽。起源於 2014 年的校內天文攝影師 生聯賽，並自 2017 年起擴大為全高雄市高中職生攝影競賽，競 賽組別分為固定攝影類和追蹤攝影類，以下為今（2020）年度 固定攝影類得獎作品。

固定攝影類

固定攝影組 一等獎

我銀 蔡侑杰 高雄市立前鎮高級中學。

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Astro-Photography Award

固定攝影組 二等獎

夏夜：衛武營 林浩瑜 高雄市立前鎮高級中學。

固定攝影類

固定攝影組 二等獎

時間，太陽在地平線走動

陳芸雅 高雄市立前鎮高級中學。

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精選 文章

生命的演化不同於生命的起源 Take Home Message 許家偉

畢業於輔大生物系和陽明微免所

博士，曾任職 UCLA 醫學院微免分子遺傳

演化論常被誤認為可用來解釋生命起源，但演化其實指的

所和 USC 藥學院分子藥理所。雖然由學術

是生命的演變方式。演化雖無法給出生命來源的終極解

界轉到產業界專研藥物開發，仍希望對科

答，人們卻能藉由演化，勾勒出生命的改變過程。

普出一分綿薄之力。（作者圖源為 Flickr-

Dunk, https://reurl.cc/3DqyZL）

很多人誤以為演化論可以解釋生命的起源，但其實生命之

（prebiotic organic synthesis）時期；接著由小分子堆砌

源並不是演化論所關注的議題。

出大分子如蛋白質和核酸；後續蛋白質、核酸和脂肪聚合 成 為 團 聚 體（coacervates）、 微 球（microspheres） 或

形成生命的磚塊和過程

小滴（droplets），達到跟外界隔離的效果，等同原始細

生命的「起源」與「演化」其實是兩回事。前者是唯獨的

胞（protocells）的形成；最後是展現出複製的能力，即

單一次事件，正如古生物學家福提（Richard Fortey）所

遺傳，視為先驅生物（pioneer organism）或稱原始生物

說：「從無生命物質變成生物的必要火花就只出現過那麼

（primitive organism）。

唯一的一次。」但後者卻是在最初、最原始的生命出現之 後所發生的連續改變。

而上述形成生命的過程必然要有能量，除了源自太陽輻射 到地球的光和熱之外，也可以從電子活動所造就的電化學

在地球上，構成生命的基本有機物質有三類：碳水化合物、

梯度（electrochemical gradient）中獲得。

蛋白質與核酸（右上圖）。組成三種有機物質的單醣、胺 基酸和核苷酸被視為生命的磚塊（building blocks），這

生命最開始的樣子

些都是在生命出現之前就要存在的前生命分子（prebiotic

從無生命到生命的分水嶺是形成生命歷程的最後步驟，即

molecules）。此外，由碳、氫和氧原子組合而成，包含

誕生有自我複製能力的分子──複製者（replicator）。

具排水性的脂肪則可作為生命系統跟環境的分界。 複製者本身呈現三項特質：生命期（longevity），即複製

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生命的形成過程必須要經歷四個步驟：累積起如磷、氮

者能夠存活多久；生產力（fecundity），即複製者能夠

等化學元素合成的小型有機分子，此為前生命有機合成

複製多少次；忠實度（fidelity），即複製者在自我複製時

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精選 文章

形成生命的三種磚塊

的成功率，而這才是能否出現演化的關鍵。 複製不能百分之百完美，要偶然出一點點差 錯，卻又不可以大錯特錯，因為複製時的適 度錯誤有可能會在繼代上呈現出改良的效 應，稱為變異（variation），除了是自然選 擇（natural selection）的材料，亦是生命

最原始的生命盧卡出現後的生命演化 從盧卡分出兩類無核的生物：真細菌（eubacteria）及古菌（archaebacteria）。 之後，真核生物又從古菌的共祖演化出來。變形菌（proteobacteria）及藍綠菌 先後藉由內共生（endosymbiosis）形式鑲入真核細胞內分別成為粒線體和葉綠 體（虛線①和②），是為動植物在演化上的重要環節。這是目前教課書裡常用的 看法，但仍非定論，還有爭議和討論的空間。

演化的基礎。只要複製者一登場，自然選擇 的自動和非蓄意的篩選就會啟動，新一代的 複製者只要在某些地方青出於藍就會被篩選 出來，脫穎而出，在經年累月的繁衍後呈現 複雜的生命形態。

科學家給地球上最起始的複製者取了一個名 字──盧卡（LUCA 或 LCA），是最後一 個萬物共有的共同祖先（the last universal

common ancestor） 的 縮 寫。 盧 卡 就 是 那 個最古老、原始的生命（右下圖），在它出 現之前的都是前生命物質。

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科技大補帖

5G 不只是商場上的戰爭， 更將改變你我的生活 林貞妤

曾任 TRI 拓墣產業研究院

分析師，現為知識力 Ansforce 產業

研究顧問，專注於通訊、半導體與

AI 技術、發展趨勢研究。

現代生活已離不開行動通訊，去（2019）年以來第五代行動通訊 技術（5th generation mobile networks, 5G）話題不斷，商用 戰相繼在全球開打，不僅美國、韓國率先商用化，臺灣也在今 （2020）年 2 月 21 日完成 5G 競價，在國際間為第 37 個釋出

5G 頻譜的國家和地區。在已釋出 5G 頻譜的國家中，部分國家 已於 2019 年開始正式商轉，包括美國、韓國、英國、義大利、 奧地利、澳洲、德國、愛爾蘭及中國等。

5G 即將走入你我的生活中，業界流行一句話：「4G 改變生活， 5G 改變社會」，究竟 5G 的技術優勢和落地應用場景是什麼，能 帶給人類社會怎樣的改變？

從 5G 商戰看端倪

5G，無疑是近年最熱門的話題之一，從頻段、各國的政策、基 礎建設、手機、相關零組件、延伸的服務與應用，乃至於未來將 帶給我們的生活型態改變，都是當前受到高度矚目的議題。

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廣 編專題

從近年的中美貿易戰爭端，可窺見美國已將 5G 視為極重 要的戰略資源。若不是 5G 技術在未來多領域技術發展佔 據要角，若不是中興和華為的網通設備、技術在全球具備 一定程度的影響力，讓美國覺得如鯁在喉，兩家中國企業 就不會成為中美貿易戰中，美國鎖定的目標。美國之所以 這麼積極打壓中國最大的網通大廠，就是想要阻止競爭對

本 5G 的推展步調，讓上半年 5G 在基礎建設端和手機終

手的 5G 技術發展，以及延伸的各種應用技術躍進。

端的推展進度出現兩樣情。

COVID-19 疫情使 5G 發展延後

受到防疫隔離政策的影響，空間上的局限讓各國對於 5G

在 2019 年 時， 全 球 預 期 5G 的 高 速 發 展 期 將 自 2020

的需求變得更加迫切，因此推動 5G 基礎建設進入高速布

年 開 始， 因 此 將 2020 年 視 為 5G 商 用 元 年， 然 而 目 前

局期。但 5G 手機的推展命運卻不同，許多手機相關零組

發 展 卻 有 些 不 如 預 期。 由 於 受 到 2019 冠 狀 病 毒 疾 病

件與組裝工廠直接受到疫情衝擊，造成暫時性的供應鏈

（COVID-19）疫情急速蔓延全球的衝擊，打亂了全球原

斷鏈，終端手機銷售量也因為疫情隔離政策而低迷。

（Flickr-Christoph Scholz, https://bit.ly/32C8hSM）

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