科學月刊2017年7月號571期 資料科學

攝影．文∕游崇瑋

棘 螈（Acanthosteg）是 蠑螈類群之中相對原始的 一群，全世界僅在東亞有 分布，而目前也只有發現 三種。棘螈行動緩慢，靠 著身體的化學防禦機制以 及獨家的骨頭刺出體表防 禦，才得以走過漫長的演 化之路，留存至今。

琉球棘螈分布在琉球群 島，不但是距離臺灣最近 的一種棘螈，約 90 年前

也有外國採集者記載了在 臺北採集到琉球棘螈的記 錄！但從此之後就再也沒 人發現了。究竟這種奇妙 的小小哥吉拉是否還存在 臺灣呢？只能期待未來有 更多的發現了……。

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1 琉球棘螈模樣可愛，外觀和「馴龍高手」的無牙非常相似！

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3 褐色型的琉球棘螈。

4

7

2 琉球棘螈的棲息環境是乾淨、潮濕的森林底層。

4 遭遇敵害時，琉球棘螈會把肋骨撐開，準備把骨頭刺出體表防禦！

5 「把骨頭刺出體表」想像起來相當可怕，但其實只有刺出來一點點而已。 6 野外遇到琉球棘螈時，牠們通常是維持一貫的淡定。

7 琉球棘螈的正面相當討喜，也可以從正面發現牠們的頭部相當扁平。 8 黑色型的琉球棘螈外觀質感和「哥吉拉」也很相似。

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在沖繩島森林底層緩慢的爬行超過百萬年， 一代又一代的琉球棘螈克服了不少環境壓 力，努力的演化、存續到現在。除了在中國 的另外兩種棘螈，不知道臺灣的親戚是否仍 存在呢？

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非關

科學

科學重擊

落在頭上的重拳 文詠萱

本刊主編。

頭盔對選手的保護作用各界有著分歧意 見，反對戴頭盔的人表示，除了頭盔會影 響選手視線之外，還認為頭盔並未必能保 護選手，反而會讓選手因為能承受更多頭 部重擊而讓比賽時間增加，進而增加選手 受傷的機率。另外，還有人對頭盔的設計 有些意見，表示目前的拳擊頭盔並未對下 巴保護設計，而通常下巴士選手最脆弱、 被擊中後最容易倒下的部位。 未佩戴頭盔的拳賽，能看得清楚選手的模樣。 （shutterstock）

2016 年的里約奧運，國際拳擊總會宣布男 子拳擊不需佩戴頭盔，這是繼 1984 年以

綁上手綁帶、戴上拳套、咬上護齒，氣勢

異常的。大部分職業拳擊選手的海馬腦區

來，男子拳賽首次不需佩戴頭盔。2017 年

十足地走進拳擊賽場，震耳欲聾的觀眾歡

神經也呈現萎縮，通常越有名的拳擊手，

1 月，於《運動醫學》（Sport Medicine）

呼襲來。在擂台上，全神關注的看著對手，

腦部萎縮的情況越嚴重。著名拳王阿里 （Muhammad Ali-Haj），晚年也受帕金森

期刊上刊登了一篇研究，關於國際拳擊

盤算著如何擊倒對方，而對手的拳頭一拳 一拳的落下，必需盡力防守，有幾拳直接

氏症所苦，根據其診斷醫生的推論，患病

響。研究團隊蒐集了 2009、2011、2013

打在頭上，一陣目眩，幾回合後，有點站

應是因為其長期連續腦傷引起。

年 3 年世界系列拳擊冠軍賽（World Series

不穩，又承受了幾拳，視線開始模糊，在

科學家認為這可能與腦內 tau 蛋白異常增

倒下時聽到觀眾驚呼。

1982 年， 韓 國 拳 擊 選 手 金 得 九（Dukkoo Kim）在美國世界拳擊協會輕量級冠 軍爭奪戰中，被冠軍衛冕者曼西尼（Ray Mancini）擊倒，緊急送醫治療，於 4 天後 過世，其母親也因悲傷過度自殺身亡。 拳擊除了對拳手會產生即時的傷害外，長

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佩戴頭盔的拳賽。（shutterstock）

男子競賽佩戴頭盔與不戴頭盔對選手的影

Boxing, WSB）資料，並與需佩戴頭盔之拳

生有關。腦神經學醫生、法醫病理學家奧

賽資料比對，結果顯示沒有戴頭盔的賽事，

瑪魯（Bennet Omalu）在研究過橄欖球選手

因為頭部遭打擊而讓比賽暫停的次數，明

韋伯斯特（Mike Webster）的腦後，發現其

顯比有佩戴頭盔的比賽少。這項研究支持

大腦內有許多不正常 tau 蛋白，而 tau 蛋

了奧運取消佩戴頭套規定。然而，女子拳

白在正常時可以穩定微管，當其異常時，

擊因研究樣本數不足，無法確認頭盔與選

會使神經細胞萎縮，進而大腦出現類似阿

手安全的相關性，因此至 2016 年的奧運

茲海默症的症狀。

女子組比賽仍維持佩戴頭盔規定。

期的腦部震盪，對拳擊手晚年生活也有相

最早記載拳擊競賽紀錄是在公元前 4 世紀

美國兒科醫學會曾在 2011 年提出報告，

當的影響。1928 年，醫生馬特蘭（Harrison Martland）於《美國醫學會雜誌》（JAMA） 發表了一篇論文，名為「Punch Drunk」，描

的埃及，且在古希臘奧運，拳擊就已是比

表示拳擊對腦部有極大風險，恐引起神經

賽項目之一。而於 1896 年，以過於危險

損傷，表明立場反對兒童從事拳擊運動，

與不人道等理由，禁止拳擊列入奧運比賽

亦建議醫生反對孩童從事拳擊運動。隨著

述拳擊運動員在頭部遭重擊後的症狀，在一

中；1881 年因全球盛行拳擊運動，再度將

醫療進步科學進步，拳擊等運動對腦部的

開始出現腳步不穩、意識模糊、肌肉移動緩

拳擊納入奧運比賽中；1912 年，當年奧運

傷害想必能有更深入的研究，期許未來能

慢等，長期累積下來，會出現腦部受損症

舉辦地為斯德哥爾摩，由於瑞典禁止拳擊

有更精密的調查研究。

狀，如帕金森氏症等。

競賽，而一度暫停拳擊奧運比賽，於 1920

1984 年《美國醫學會雜誌》刊登了一篇論 文，研究團隊觀察 18 名在人生中曾經頻 繁比賽拳擊手的腦部，發現其中 87％的職

年重新列入奧運比賽中。 奧運拳擊賽需佩戴頭盔是近幾世紀才立 下 的 規 定。 於 1984 年， 國 際 拳 擊 總 會

業拳擊手有明確腦損傷的證據，且每位拳

（AIBA）在各界壓力下匆忙訂下，強制規

擊手在神經心理學測驗中，至少有一項是

定選手在比賽過程中需戴上頭盔。然而，

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延伸閱讀

1. Harrison S. M., Punch Drunk, JAMA, Vol. 91(15):11301107,1928.

2. Ira R. C. et al., Brain Damage in Modern Boxers, JAMA, Vol. 251(20):2663-2667, 1984.

3. American Academy of Pediatrics, Policy Statement— Boxing Participation by Children and Adolescents, 2011.

非關

科學

以無窮遠為前進的道標：劉繼峰教授專訪 黃化臻 臺灣大學獸醫系學生，臺大逆思新聞研究社現任（105 學年）社長。

講者帶來各式各樣的知識，使他更能認識 到自己所在的領域中，還有太多各式各樣 的革新正在進行著。時時刻刻都有新鮮的 事物正被發掘，知識的藏量正被不斷更新 著，這樣的感受也讓眼前的道路看上去不 再單調無趣。 同樣的效果，也能從閱讀當時的科技期刊中 得到。劉繼峰回憶起，當年他們經常在圖 書館影印前一個年份的 APJ（Astrophysical

Journal，美國的著名天文學雜誌）。也因 為如此，如今他親自指導學生時，第一個 要求便是對 APJ 的文章進行大量閱讀；透 過對新知的汲取，讓學生能夠產生新的學 劉繼峰：美國哈佛大學天文物理學博士，2005~2010 年於哈佛從事天文研究。2010 年返回中國，現任職中科院大學「天 文與空間科學學院」副院長。（文詠萱攝影）

習動機。「一個人能不停獲得新鮮的知識， 其實是非常愉悅的一件事。」他深有所感 地說道。

由中央大學和台達電文教基金會頒發的「年

星環。「這當時在我們學校還是比較轟動

輕天文學者獎」，2016 年的獲獎者為中國

樂在吸收，勤於思考

的東西。」他笑著表示。在興趣啟發的階

科學院國家天文臺研究員──劉繼峰教授。

結束大學生涯後，劉繼峰於北京大學取得天

段，他並沒有多豐富的學習資源，也想不

其透過對特定天體進行長時間的觀測，研

文學碩士學位，並前往美國密西根大學攻讀

起什麼教了自己特別多的老師；更多的契

究黑洞吸引周圍質量產生的「吸積盤」、

博士；2005 年取得博士學位以後，至 2010

機，來自於單純的大量閱讀。

年因中國科學院之「百人計畫」受邀回國工

「只要願意找，書還是有的」──僅僅是滿

作為止，在美國哈佛大學從事著天文物理相

及黑洞旋轉加速粒子形成的「噴流」，並在 兩者間的交互作用上獲得了傑出的成果。 一切的起源：太陽上的氦是怎麼發現的？ 身為相當年輕就在天文領域取得成就的學 者，劉繼峰對天文的興趣也啟發得很早。 「小學四年級的時候要完成作業，做讀書 筆記。」他回憶道，「結果我就抄了一本 書，叫《太陽上的氦是怎麼發現的》。」 書本的內容是關於 19 世紀時，科學家透

足了這個條件的環境，就為他開啟了投入 天文世界的大門。 頻繁地參加校園內的講座，不斷地獲取新知 遍及各個領域的知識涉獵，使劉繼峰一直 到報考大學時，還有著相當廣泛的興趣；

研究機構最為讚賞的特質是什麼？他認為， 應該是其給予研究者的適當空間與自由，畢 竟和一些機械性、重複性的工作不同，科研 人員能否有效的進行思考、拿出成果，經常 需要依靠當事人的心理狀態。而當機構提供

「我當時還說，如果第一志願天文沒有的

研究者一個不受打擾的環境，對其而言，自

上話，我就會去讀中國地質大學。」劉繼

然成為了一股很大的助力。

過光譜分析，發現了太陽上存在著一種當

峰回憶起，然而在進入了大學以後，這樣

時尚未發現的氣體──氦氣。他說，其實當

的可能性自然也就面臨了限縮。當未來的

時還是個小學生，對於詳細的科學理論根

道路有多種可能性，自然會覺得很有趣；

本還不清楚；但「覺得這個人就是很牛（中

但是確定了科系以後，進路也變得單一，

國用語，讚嘆其很厲害），居然能知道太

「那個壓抑感還是挺重的。」劉繼峰說。

陽上的東西。」

關的研究。而當說起從事研究的過程中，對

綜觀劉繼峰教授的研究生涯，一路由求學 至開花結果，無外乎重複著對外在知識的 吸收、及將其融會貫通並終能為己所用的 思考。以快樂的心情，汲取日日推陳出新 的豐富知識；以勤奮的態度，將自身所學

「所以你要知道外面還有更好的東西，只

所得層層萃取提煉，並終能在這個過程中

小學畢業以後，劉繼峰進入了地方的農村

是你現在搆不著。」他說道。當被問及自

併發出嶄新的知識火花、將之回饋給社會。

中學，並在這段期間試著以雜誌郵購的鏡

己高等教育的歷程，劉繼峰首先提到的，

在這般良善的循環中，使我們的科學一步

片和紙筒自製瞭望遠鏡、觀察天空中的土

便是校園中頻繁舉辦的講座。透過外來的

一腳印，踏實地不斷前行。

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NEWS FOCUS

心理狀態以外的失眠成因 對於失眠者而言，睡覺是最令人痛苦的一

（molecules）的 釋 放。 其 中 一 個 MEIS1

件事。雖然現今已有針對失眠的相關治

基因，先前已知與週期性肢動症（Periodic

療，不過有些失眠患者即使在治療後，還

limb movement disorder, PLMD）和 不 寧

是會持續有睡眠不良的困擾。先前對於失

腿症候群（Restless Legs Syndrome, RLS）

眠的原因，往往認為是心理因素所造成，

2 種睡眠障礙疾病相關，而這次的發現也

不過最新的研究卻發現失眠的原因可能藏

代表著此基因除了影響不安症候群的活動

在基因中。

和感覺外，也影響了意識。

由阿姆斯特丹自由大學（Vrije Universiteit

此外，研究人員也找到一個有趣的發現，

Amsterdam）的 研 究 團 隊 在 10 萬 人 的 基 因 樣 本 中， 找 到 了 7 個 導 致 失 眠 風

這些基因與焦慮、憂鬱、神經質等特性有

險 的 基 因， 而 這 些 基 因 皆 負 責 細 胞 中

有共同的遺傳基礎，這也就解釋了為什麼

的轉錄作用（transcription）以調節分子

這些特徵往往與失眠並存。

遺傳重疊（Genetic overlap）的現象，具

Anke R Hammerschlag et al., Genome-wide association analysis of insomnia complaints identifies risk genes and genetic overlap with psychiatric and metabolic traits. Nature Genetics, 2017.

太空凍存的精子 成功培育出 小鼠後代 未來人們若想前往太空居住，需克服的其 中一項問題為高空中的宇宙輻射及低重力 是否會阻礙人類生育、受孕或引起胚胎異 常發育。先前的實驗顯示送至太空站的魚 及蠑螈等物種能進行生殖，但對於哺乳類 的研究卻非常稀少，1980 年代研究發現， 在太空中的公鼠精子數量會減少，但並未

子裡的 DNA 有受損的現象，推斷因精子 長期暴露在太空輻射下，其放射劑量比地 球多 100 倍。不過實驗進一步將這些精子 進行體外受精，再將受精卵移植至母體當 中發育，結果發現不論是保存在太空中或 地球上的精子皆能成功產下後代，且身體 無任何顯著的缺陷。 加州勞倫斯柏克萊國立實驗室的生物學家 瓦羅貝克（Andrew Wyrobek）表示雖然精 子的 DNA 有遭受損害，但先前已知哺乳 類動物的卵具有修復受損 DNA 的能力， 因此當精子與卵結合形成胚胎時，可能已

研究其精子的品質。

修復了 DNA 的輻射損傷。

有鑑於此，最近日本山梨大學（University of

雖然這項實驗顯示在太空中保存精子孕育

Yamanashi）的和歌山彥（Teruhiko Wakayama） 教授與研究團隊在 2013 年 8 月將 12 隻

也發現，在微重力環境下的小鼠及斑馬魚

公鼠的精子經過冷凍乾燥後，一部分送 上 國 際 太 空 站（the International Space

Station, ISS），保存在 SpaceX 太空艙 -95℃ 的冷凍箱中，一部分則以相同的條件保存

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當精子送回地球後，研究團隊觀察發現精

後代是可能實現的，不過先前的模擬研究 胚胎無法正常生育，這也代表即使在高度 輻射的太空環境胚胎能成功形成，而牠們 的生長卻可能會被重力的減少所阻礙，影 響早期胚胎的存活。

在地球上。9 個月後，將精子送回地球進

研究團隊表示未來會嘗試將受精卵或小鼠

行實驗。

胚胎送上太空，除了觀察是否會造成 DNA

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的受損或產生身體缺陷外，也進一步觀察 在微重力的環境下，是否會影響其生殖與 存活。

NEWS FOCUS

發現培養血液幹細胞的方法 一般來說，罹患血液系統疾病的病患需仰 賴捐獻者健康的骨髓（包括血液幹細胞）來 治療，但其困難之處在於找到可相互吻合的 對象。由於基因複雜，若骨髓來自患者的兄 弟姊妹有 1/4 成功的機率，但若是陌生人的 骨髓，配對成功的機率則大幅減少至百萬分 之一。 為了解決配對不易的現況，哈佛醫學院的達 利（George Daley）與研究團隊透過人類多能 ，企圖在實 幹細胞（pluripotent stem cells） 驗室中製造出血液幹細胞（haematopoietic

stem cells, HSCs）。 （shutterstock）

Sayaka Wakayama et al., Healthy offspring from freezedried mouse spermatozoa held on the International Space Station for 9 months, PNAS, 2017.

白血球、血小板與組成血液相關的細胞。 與之同時，另一個研究小組從成年小鼠的幹 細胞得到相同的研究結果，在紐約衛爾康乃 爾醫學院里斯（Raphael Lis）的研究團隊透過

4 個轉錄因子：Fosb、Gfi1、Runx1 和 Spi1， 將小鼠的內皮細胞誘導、轉化為造血幹細 胞，並且在接受移植的小鼠體內能正常發育 出血液系統、恢復免疫系統的功能。 雖然在這 2 個小鼠實驗中都帶來好的結果， 科學家預期若取用人類的細胞應該也能獲 得相同結果。不過科學家也認為還有許多 細節必須評估才能運用在人類身上，像是細

研究團隊透過化學試劑刺激，誘使細胞轉

胞突變而引發癌症的可能性等。話雖如此，

變成血液幹細胞。並且，在分析了參與造血

研究團隊也表示未來會更加積極地往此方

過程的數十種基因中，發現有 5 種蛋白質會

向進行研究，現階段則希望利用此方法製造

共同作用，誘使多能幹細胞轉變成血液幹細

出沒有細胞核、不會有分裂引發突變風險

胞。當研究人員將這些幹細胞植入小鼠體

的紅血球與血小板供醫院使用，期望能減緩

內，發現能夠繼續分化、產生新的紅血球、

血庫缺血的情況。

（shutterstock）

（shutterstock）

Ryohichi Sugimura et al., Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells, Nature, 2017.

Raphael Lis et al., Conversion of adult endothelium to immunocompetent haematopoietic stem cells, Nature, 2017.

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專欄文章

自然界的同性行為— 個體間鍵結與生殖的對抗 鄭先祐（Ayo） 美國杜蘭大學生態學博士，現任

國立臺南大學生態科學與技術學系教授，致力於 「生態學理」的整合與運用。

宇宙萬物出現之前，本著道，萬物形成，物質到生命。人

其中約有一半被定罪，紀錄有 5000~15000 人被押在納

類透過大腦，世代持續探索這個道，建構出文明，享受生

粹集中營，其中約有 60% 的人死亡。同樣於第二次世界

活。不幸的是，受限於只是部分的理解，片段的獲取，往

大戰期間，英國的涂靈（Alan Turing）建構人工智慧，

往要付出相當的代價，夾帶苦難，甚至是毀滅性的結局。

破解德軍「密碼機（Enigma）」，讓盟軍獲取德軍通訊

文明的發祥地，往往淪落為廢墟，沙漠。茂盛山林原野， 終於光禿乾旱。文明是否可持續？人類仍在掙扎中！

自然世界的同性行為，或是異性行為，這是相關個體間情 感的鍵結，且是相關個體與族群生存或生殖繁衍的行為， 這更是人類長久持續探索的，但仍未完全理解的道。或許 因此，同性情感關係，若出現性行為，有些人認為這是人 為扭曲的惡質行為，應要嚴格遏止，嚴厲治療，甚至應要 處死。但另有些人則認為，這是自然可接受的。

人類的同性戀歷史 據估計，德國於 1928 年，就有 120 萬名公開的男同性 戀者。於 1933 年，希特勒政府開始嚴格禁止同性戀，至

1945 年間，約有 10 萬名男性被警方登錄為同性戀者，

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（shutterstock）

生 物 |

Biology

祕密，現代尊其為「電腦之父」，且讓大戰提早至少 2~4

體似乎演化出強烈厭惡非異性戀的心態。個體的這股心

年結束、挽救 4000 萬人的性命，卻因其同性戀的傾向，

態，鞏固異性相吸，排除同性戀的可能性。這或許可用

被英國當時反同性戀法律宣判為「嚴重猥褻罪」，處以

來說明，為何人類社會長久以來，廣泛的反對，甚至是

不人道的「化學閹割」。41 歲時，咬了一口沾有氰化物

迫害同性戀者。因為許多人心裡認為同性戀就是個錯誤，

的毒蘋果死亡。直到 2013 年 12 月 24 日，英國女王才

甚至是極度厭惡！

頒布皇家赦免令，免除涂靈的罪名。 異性相吸，同性互斥。同性行為，相同性別的個體，相

生物界的同性行為

互親密，特別是類似性行為，往往讓一般人感覺到怪怪

生命個體壽命有限，物種要長久存在，必要透過繁殖。

的，或者說這些個體的不自然，是因無法繁衍後代，必

雌雄兩性的繁殖方式，是許多物種繁衍後代，維持基因

會被淘汰！自然世界，理應不容許同性的性行為，因此

多樣性，適應環境變動的途徑。因為同性的性行為，無

認為同性戀，只會發生在人類社會，其身心可能被扭曲，

法受孕生殖，必要透過異性配對，才得以繁衍後代，個

所以必要譴責，要禁止。但是，自然科學界的發現，讓

（shutterstock）

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專欄文章

探索鑑識科學— 從歷史到現今 李承 龍

中央 警 察大學鑑 識 科學系、所畢 業，國立

清華大學生醫工程與環境科學系博士。現任臺灣警 察專科學校刑事警察科副教授、協助外交部於卡達 警察學院任教。

「 鑑 識 科 學（ forensic science）」， 是 以 科 學 為 本，

30 餘種領域。其最終目的為重建現場，確認歹徒行兇

法學為用，跨領域、科技整合的新學門；所有與法庭相

犯罪的過程與提供檢察官偵查方向、法官判決參考的證

關的應用科學，均屬鑑識科學的範疇。大多數的讀者對

據，達到伸張司法的公平與正義的一門學問。

於 鑑 識 工 作 的 懵 懂 認 知， 是 來 自 許 多 偵 探 影 集。 事 實 上，犯罪現場的調查工作，不僅是轄區警員、刑警和鑑

而「刑事鑑識」則泛指犯罪偵查的現場採證、證物比對

識人員執行現場封鎖、採證、調查和鑑定的工作；當警

等刑事鑑定的工作內涵，如指紋的比對鑑定、槍支和工

方完成現場勘查、犯罪偵查後，製作移送書，將案件移

具 痕 跡 的 比 對、藥 毒 物 的 鑑 定、 印 痕 和 型 態 證 據 的 比

送該管轄的地方法院檢察署後，則由檢察官來接續調查；

對、爆炸和射擊殘留物的鑑定、血液、頭髮和其他微物

等檢察官釐清犯罪事實，罪證確鑿且符合法律構成要件

的檢驗鑑定等工作。

後，依職權起訴；最後才由法院的法官接手，參照證據 力與證據能力，認定其犯罪事實，完成審判的任務。

鑑識科學的歷史淵源 《折獄龜鑑》由宋代鄭克所編著，其中「折獄」是指官

鑑識科學與刑事鑑識的內涵

吏斷案、辦案的意思；而「龜鑑」是指足為借鏡和參考

鑑識科學經常與「刑事鑑識（ criminalistics ）」劃上

的案例，該書是目前公認中國的第一部鑑識科學案例彙

等號，被用來作為彼此的同義詞，均涵蓋豐富且多元的

編，提出「重證據、輕口供」的現代刑事訴訟理論，強

領域。「鑑識科學」是應用科學原理、經驗法則和邏輯

調鑑識科學的重要，並說明人證善變，經常出錯，十分

推理，以自然科學的知識與方法，對犯罪現場跡證予以

不可靠，故應重視物證的現代偵查思維。

鑑定（ identification ）、個化（ individualization ）、

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評 估（ evaluation ） 和 比 較（ comparison ）， 包 括 法

生前燒人或死後燒屍

醫 學、 鑑 識 齒 科 學、鑑識護理學和鑑識會計學 等 多 達

犯罪者都認為，殺人毀屍滅跡最簡單的方式就是放一把

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變 化 |

Chemistry

火，將現場的所有證據消滅。所以殺人後焚燒屍體的犯

物理鑑識的第一宗公案——彈丸比對

案手段常被稱為「完美謀殺案」，但其實不然。在《折

在《折獄龜鑑》卷一的釋冤篇內有段文字記載案例，內

獄龜鑑》中曾引用類似的犯罪情節，其案例說明如下：

容大致說明如下：三國時代的吳國太子孫登，有次騎馬

有個婦人將丈夫殺死，並想毀屍滅跡，所以縱火燒房

外出，忽然有顆彈丸從他眼前飛掠而過，像是暗殺。侍

子，並佯稱丈夫不幸死於火場之中。丈夫的弟弟不服，

衛馬上進行搜查，這時恰巧發現附近有人手持彈弓，身

便向衙門提出告訴，負責檢驗的官吏，捉一隻死、一隻

帶彈丸，形跡十分可疑，侍衛們都認為彈丸就是此人發

活的豬拿來做實驗，然後放堆木柴起火燒了牠們。

射，但此人卻矢口否認，侍衛氣得請求孫登下令處罰， 不過孫登卻說：「別急，為何不把剛剛那顆彈丸拿來，

實驗發現已被殺死的死豬，因為早已死亡，嘴巴緊閉不

和他身上帶的比對呢？」比對結果兩彈丸不同，於是孫

會呼吸， 所 以 口 中 乾 淨、無煤煙；而原本活著的豬，

登就釋放此人。

在活活燒死的過程中呼吸掙扎，吸入大量含有煤煙的空 氣，所以氣管及咽喉處會沾有煤灰。而當官吏檢查她丈

此案例說明，以前許多案件的偵辦，都不懂得採用客觀

夫的屍體時發現，口中很乾淨，且沒有煤煙，也因為

的物證，單憑一時的主觀意識，便濫施威刑，屈打成招，

發現明確的跡證，婦人最終坦承犯罪。所以早在距今

導致不幸的冤獄發生。雖然該案例的犯罪情節不起眼，

1700 多年前，我們的祖先就懂得採用科學的動物實驗

卻是全世界第一宗文史記載，藉由彈道鑑識，利用物證

推論，可藉此觀察氣管、咽喉處有無遺留煤灰，研判生

比對平反的案例！強調偵查辦案應「重物證、輕口供」

前燒死與死後燒屍的初步鑑別法，此類法醫解剖焦屍，

的大道理。

研判死因的方法一直沿用迄今。

科學辦案好好玩 科學辦案就如同做科學實驗一樣，具有標準的作業流 程，從封鎖現場、勘查、蒐集現場相關資料、發現偵查

C

B

A

方向、鑑識調查驗證、犯罪現場重建、初步的案情假設、 釐清案情並認清問題，每個步驟環環相扣，不容許半點 馬虎，以下介紹些有關科學辦案的鑑識原理，希望引發 青年學子對鑑識科學的學習興趣。 警察在警車上與歹徒對峙，雙方駁火各開 3 槍之後，警 車的擋風玻璃上出現了 6 個彈孔，當您想要查明到底是 警察或歹徒先開槍，若詢問當事人，可能會演變成各說

POLICE

各話的「羅生門」事件。縱使身為司法人員，有時為了 保護自己，也可能掩蓋事實，更是凸顯人證不可靠的問 題。這個看似困難的問題，其實相當簡單，只要熟悉彈

圖一：擋風玻璃上的彈孔。

道鑑識的基本原理，稍做推理，問題便迎刃而解。

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迷人的資料科學 生活中充滿各式各樣雜亂的資 料，這些資料的背後，都有著許 多故事，有一群人的工作就是從 這些資料中找出故事，並說給大 家聽。

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資料科學家會先提出問題，並蒐 集需要的資料，並從資料中找到 答案，資料科學家這份職位曾被 《哈佛商業評論》喻為是 21 世紀 最性感的工作，而這份迷人的工 作都在做些什麼事情呢？

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理性的資料 感性的內涵 什麼是資料科學？ 大數據分析、人工智慧、深度學習、 推薦系統、資料視覺化……等，都是 屬於資料科學的範疇，目的是為了從 資料中挖掘出不為人知且貼近真實的 林建宏 中興大學統計學碩士，現為﹁奇

點無限﹂資料科學家，喜歡從資料解讀不

為人知的訊息。

資訊，並找出其應用價值，不僅僅是 為了商業價值，也能對社會的進步有 所貢獻。進行資料科學的研究需要統 計、應用數學、電腦科學、資料視覺 化等各領域的專業結合，由「提出問 題」出發，進行資料收集、資料量化、 處理資料、選擇模型等流程或是方法 來幫助我們理解問題及驗證假設，最 後提出觀察結果或解決方案。簡而言

資料分析產生的一股熱情而一頭栽進 了這個世界。由於工作的任務並非只 有傳統的資料分析而已，需要能夠將 整個處理資料到產出結果的過程「自 動化」，為了殺出生路，我必須在短 時間內掌握基本的程式語言、了解資 料庫的取用、API 的串接、資料清理 與探索、以適合的演算法執行運算， 最後給出對假設問題的解答。這段過 程讓我深刻體會到前輩們所說的：「做 資料科學這件事，必須掌握幾件事情： 統計、機器學習、程式能力以及領域 關鍵知識。」但我想再加上一點：必 須對這一切持續保有熱情！

之，資料科學是一門多個領域結合並 以科學的方法來研究資料並能給予有

資料科學是怎麼一回事？

用價值的學問。

我們讀到許多文章談論著資料科學及 展現其應用層面，那麼該如何做呢？

勇敢地跳下懸崖！

首先要先定義「分析目標」，因為資 料科學是廣義的概念，故明確的分析 方向是很重要的一件事情。例如，若

對於有熱情的事情， 就像跳下懸崖一樣， 一旦跳下，無法回頭！

目的是「決策」，則經由一般的敘述 統計，或是探索資料的手法，挖掘出 資料本身給予的訊息，讓我們可參考 作為決策工具，這是目前一般資料分

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我從事資料科學的工作剛滿一年，起

析師最常做的工作，但這個方式通常

初，我是一個只會統計學但不大會寫

只是概略性的評估，不一定會經過嚴

程式的菜鳥，僅懷抱著念研究所時對

謹的驗證；若是「預測」或「分類」

等目的，基於應用考量，必須能準確

6. 選擇、評估模型：

不能被經驗的框架所限，而學習統計

地取得結果，就會考慮建立統計或是

針對問題選擇適當的模型來做訓練及

學的知識，可以幫助我們突破這個侷

機器學習的模型。

測試、選擇適合的衡量（measure）

限性。統計學討論隨機變數、機率分

方式來評估最適合的模型。

配、大數法則、各種統計推論及假設

常見資料科學流程循環：「假設問題」

檢定，而學習的過程中，我們可以了

→「收集資料」→「清理資料」→「探

7. 應用及視覺化：

解如何判斷資料的分佈、如何衡量資

索資料」→「特徵工程」→「選擇、評

取得結果後，以恰當的方式呈現，讓平

料與資料間的距離關係、各種逼近與

估模型」→「應用及視覺化」。

常不談論資料的人可以共同理解結果。

收斂的方法等，但最重要的訓練是， 我們可以透過學習統計學，了解如何

1. 假設問題：

上述是一個簡單的流程表示，而實際

對 資 料 提 出 假 設 問 題， 並 且 驗 證 假

提出想解決的痛點、若已有基礎資料

上要解決一個問題，在這流程中，其

設，最後得到正確的資訊。換個角度

可以先透過探索資料來發想想要解決

實很多步驟間會有互相交集的議題，

說，統計學可以帶領我們，在這個充

什麼問題。

且每一個階段都可能會碰到無法處理

滿隨機的資料世界裡面，更深刻的感

的問題，常常需要回到前面的步驟，

受「資料存在變異」這件事，並能以

2. 收集資料：

重新地檢視每個階段的定義有無問

統計手法從中區分出哪些是資料想給

直接取得資料或是透過爬蟲（網路機

題， 或 是 觀 察 是 否 仍 有 未 發 現 的 面

我們的「真實訊號」或者是「隨機誤

器人，對存取的網路頁面進行資料爬

向，因此這會是不停循環的過程，直

差」，讓擁有各領域知識的人，可以

梳）獲得資料，以及資料儲存的過程。

到找出一個最接近目標的結果。

透過這樣的技術，將資料轉變成真正 有用的知識。

3. 清理資料： 判斷及處理資料的雜訊、選擇處理遺

了解資料， 統計學是好幫手！

漏值的方式、合併不同來源的資料。

特徵工程的重要性 我們透過掌握資料的領域知識來創 建特徵，而這些特徵能使機器學習

4. 探索資料： 利用探索性分析（Exploratory Data

Analysis），短時間內對資料取得最

我們既然想透過研究資料 來解決問題，其目的之一 就是想超越經驗的框架。

大的了解，也可能從中發現沒思考過

演算法達到好的結果的這個過程，稱 為「特徵工程」。

一般來說，在學習統計或機器學習演

的問題，而領域知識會深刻的影響探

大部份的人應該會有一種經驗，對於

算法的過程中，為了明確表達演算法

索方向。

很 多 事 情， 習 慣 依 賴 自 身 經 驗 來 判

的核心思想，使用的資料幾乎都是已

斷， 但 這 樣 很 容 易 被 自 身 的 經 驗 所

經處理好的資料，畢竟主要是為了從

5. 特徵工程：

「侷限」。在看資料的時候也一樣，

理論來理解演算法如何運行，很少有

透過探索資料，評估要選擇什麼特徵，

由於我們也無法在短時間內一窺資料

特別的章節會去著墨在使用演算法前

或是創建新的特徵，而這些被選擇的

的全貌，所以就很容易「看一個影子、

必須先進行特徵工程，或是介紹特徵

特徵可以很好的描述我們的原始資料。

生一個孩子」，因此在面對資料時，

工程的內涵這件事情上。坊間很多的

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Maker & 技職教育

相對於一般教育體系，技職教育強調實力技術的養成，透過學習各種 實用性技能，期望能培育出專門職業中的可用之才。

近年來興起的「創客（maker）」運動，讓學習跳脫出了書本、理論 的思維，反而轉向實際動手做，再從實做的過程中將書本上的知識相 互連結，落實「知行合一」的想法。

因此，當技職教育遇上了與自身理念不謀而合的 maker，兩者會碰 撞出什麼樣的火花？

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2017 第 24 屆 張昭鼎紀念研討會專輯

點子工場＆自造工坊：

從共同工作空間中創造出創客價值 李依庭

本刊編輯。

「我認為創客運動的興起，是因為網路世代與實體世界 的相遇。」在紀錄片《自造世代》（Maker ）中創客們 將自己的創意與其他創客分享、交流之後，共同製作 出實品，將想法付諸實現。

以往的教育多為強調理論的學習，欠缺實作的練習體 驗，因此為了推廣學生從想法到實際動手做之間的連 結，臺北科技大學打造了「點子工場＆自造工坊」，除 了提供多種機具設備供創客們使用外，也打造了共同 工作空間（co-working space），讓來這裡的創客都能

偏鄉自造教育推廣 ——VR 體驗（馬祖場）。（曹筱玥提供）

科：點子工場 & 自造工坊的理念主要是手作嗎？

夠進行互動與交流，更期望能與技職教育相連結，提 供學生一個實際操作的環境。

曹：手作必須要跟數位自造工具有關，主要就是像雷射 切割或是 3D 列印，或是一些簡單的金屬實驗性加工，

所以，我們邀請到北科大互動科技系暨點子工場主任曹

此類型的課約有 20 幾種，主要就是讓學生們來體驗。

筱玥副教授，介紹並分享點子工場的理念與實作點滴。 科：臺北科技大學在技職體系中為數一數二的學校， 《 科學月刊 》（簡稱科）：北科大為什麼建立點子工場

成立點子工場 & 自造工坊與技職教育理念之間是否有

& 自造工坊？

關聯性？

曹筱玥（簡稱曹）：為了推廣給學生的自造活動，期望

曹：當然是很密切相關，我們的經費也是接受教育部

能有助於推廣到一般的大學院校、高中（職）和國中、

技職司的委託與補助，且配合自造教育的向下紮根，

小，雖然這裡是以學校做管理，但它是開放給大家使

像今年我們所舉辦黑客松就是針對北區 30 幾所大專院

用的一個自造基地。

校，鼓勵他們來現場動手做，把他們的創意變成一個 競賽活動，之後再擴大到進行全國競賽。

科：來參加的學生主要是透過邀請還是自主參加？能夠

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透過什麼管道能夠得知點子工場 & 自造工坊的訊息？

科：主要邀請的對象以高職生為主？

曹：我們會透過教育部的公文系統發佈資訊，也會另

曹：原則上是每個年齡層都有不同的課程，目前共設

做宣傳。而針對偏鄉則會去進行邀請，如：桃園復興、

計出 20 幾種課程，持續在增加中。那針對高中職的部

新竹尖石鄉、花蓮地區等；平日是以北部地區的學生

分，因為高職生本來就比較容易接觸這一類的自造工

來得較頻繁，會來這邊參觀或上一些手作的課程。

具，所以他們主要是針對學校裡沒有的設備來跟我們

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配合，目前以 3D 列印為最多，另外還有無人機、雷射 切割機等課程。而高中生的部分，其實幾乎是沒有接 觸過自造活動，所以來的意願相對來講也蠻強的，也 很希望來這邊一起參與。國小、國中的部分，每個禮 拜週末至少都會有 2 團針對國中小學生設計手作課程， 另外也有邀請創客社群帶著數位製造工具主動到國中 小推廣，用意是讓學生熟悉這些數位自造工具，將創 意加以實現的過程，主要還是希望說讓學生能夠很早 就接觸、了解這些數位自造工具的方便性和多樣性。 「臺北科大點子工場」提供諸多共用空間與設備，供進駐的創客 使用、開放創意。（曹筱玥提供）

科：剛剛參觀一下，發現這裡不只自造教育，也與許 多產業合作，譬如說還可以進駐廠商，可以請您說明

另一個層次是自造教育的向下扎根，剛開始先讓學生

整個營運的理念嗎？

向下紮根連結自造教育的重要意義，然後另外一塊是 希望將進駐的創客輔導成可以走向創新創業的里程，

曹：大概分 2 個層次，一個像是育成中心前端 – 孵化器

大概就是我們所負責的工作。

的概念，即使今天是個人設計師或學生進駐到這裡，他 只需承租一個座席，相對來講成本也比較低。進駐之後，

科：有特別想找什麼樣的團隊進駐嗎？

他可以免費使用所有的設備，可能也會在這裡遇到不 同領域的創客所做的有趣發想。之後如果確定要組成

曹：其實這裡是比較開放的心態，目前進駐的人非常

一個團隊，不見得是公司，創客們可能開始要申請智

多，我們 6 個月也會定期審查（review）一次，希望

慧財產權或公司的一些前置準備時，這裡也會有像辦

讓更多人可以享受這樣的設備跟空間。

公室的空間提供使用，大概有 3~6 個月的進駐時間。 科：這個空間成立的主要資金來源為何？ 若更進一步要成立公司，我們就會輔導到下一端的新 創經營或者育成中心去進駐，讓團隊可以獲取更多符

曹：現在大概有 3 個部分，教育部技職司給我們的補

合他們需要的資金、補助或創投的資源，所以這裡不

助款為主要，支付我們 4 位同仁的人事成本跟設備採

論是 make for fun 或是說已經有想法、來找尋團隊，

買。北科也有提供自籌款，包含剛所參觀的整個場館

這些都是可以被允許、可以被激發創意的。

的設計、營運跟空間的佈置。另外一部分是跟不同的 單位做產學合作，像去年也有跟臺北市政府、資策會 等單位合作，也是我們營運的收入來源。

科：有想過之後永續經營的方法嗎？

曹：前端的建置是取之於國家、用之於社會，目前正 在結合校友資源，與建構創新創業的氛圍，朝自給自 足來做準備和規劃，新的一年裡自主管理跟營運的比

3D 列印印表機與列印成品。（曹筱玥提供）

例越來越多，更讓「點子工場」更蓬勃的發展。

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手作專欄

范得格拉夫起電器 作者 周鑑恆 任職於萬能科技大學，專長為物

洪偉清 任職於陸軍軍官學校，中華民國

曾瑞蓮

理教育與海浪發電，中華民國物理教育學

物理教育學會理事長，積極整合臺灣物理

館，科學教育資深研究員，專長為教

會理事，科學月刊編輯委員。

教育資源，長年投入科學教育推廣。

具研發與展場設計。

黃仁偉 任職於陸軍軍官學校，中華民國

鍾賢

物理教育學會秘書長。

物理教育學會副秘書長。

任職於陸軍軍官學校，中華民國

巧妙的高壓電裝置

電散布在不能導電的皮帶上，再拉動

為 摩 擦 帶 電 序 列（tribo-electric

上 世 紀 20 年 代， 荷 蘭 裔 美 國 物 理

皮帶，把皮帶上的電荷拖到金屬球殼

series）。假設下方轆轤選用的材

學家范得格拉夫（Robert J. Van de

中，持續增加金屬球殼上的電荷量，

質容易獲得電子，那麼皮帶就必

Graaff）發明了范得格拉夫起電器，

而使其電壓不斷升高。也有些是用摩

須選用容易失去電子的材質製作，

又稱范氏起電器，可以產生千萬伏特

擦起電的方法，產生靜電。

兩者材質的摩擦帶電序列差距越 大越好。

以上的高電壓。早期的科學家曾利用 范氏起電器來加速離子、轟擊原子且

利用摩擦起電的迷你范氏起電器之構

進行核反應實驗。對於現今的相關實

造如圖一。其主要零件包括：

3. 上下兩支放電電刷。電刷上有若 干增強尖端放電效果的尖或薄的

驗而言，范氏起電器所產生的電壓已 經 不 夠 高， 但 仍 然是有用的課堂教

1. 累積電荷而造成高電壓的金屬容

構造，因此，電刷可以使原本絕

具，也是世界各地科學博物館與科學

器。容器外側表面必須盡量避免

緣的空氣變成不良導體，形成導

教室中常見的展示品。它產生的高電

有稜有角或有尖銳凸出之處，以

通的電路。上方電刷接金屬球殼，

壓，能用來演示靜電實驗。其中最著

抑制放電現象而使金屬容器上的

下方電刷接地。

名的，就是它能讓與地面絕緣的人，

電荷流失，所以常製成球形。

4. 絕緣的支架和絕緣的底座。整具

頭髮全部豎立起來，娛樂效果與科學

2. 上轆轤（利用輪軸原理制成的一

范氏起電器，只有下方電刷接地，

種起重裝置）、下轆轤和皮帶。

其餘的零組件因為支架和底座都

原理與構造

下方轆轤的材質必須配合皮帶的

絕緣，都不會漏電。

范氏起電器的設計不止一種，但原理

材質。各種物質得失電子的傾向

大同小異。例如：有些范氏起電器直

並不相同，從最容易失去電子材

5. 玩具小馬達轉動下方之轆轤，帶

接利用直流高壓電裝置，將正電或負

質到最容易獲得電子的排序，稱

動皮帶，皮帶再使上方轆轤轉動。

觀念傳播效果，都很經典。

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任職於國立科學工藝博物

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手作專欄

下方轆轤轉動時不斷接觸皮帶，因為

得電子，於是皮帶就會帶有正

兩者材質的摩擦帶電序列不同，如果

電，下方轆轤就會帶有等量的

皮帶容易失去電子，下方轆轤容易獲

負電。

巧妙的是，下方轆轤與皮帶所 帶的電量一樣，電性相反，但 皮帶上的正電分布在整條皮帶 放電電刷

上，而等量的負電則只分布在

此處空氣導電

下方轆轤上，因此下方轆轤與

上轆轤

圖 三： 兩 根 吸 管 和 一 塊 珍 珠 板 取 代 原 有

495 ml 果汁瓶。（作者提供）

其附近的那一小段皮帶，總和 起來是帶負電。而原本皮帶就

轆轤負電的排斥，經由接地的電刷，

容易丟失電子，此時受到下方

使皮帶更多的電子經由電刷的尖端放

中空金屬容器（球）

皮帶 衛生紙剪成條狀

電線連接鋁箔碗 （也有兩種選擇）

蒸蛋鋁箔碗

粗吸管 （直徑約 1.2 公分）

氣球剪成的皮帶

下轆轤 此處空氣導電

此區域之 淨電荷為負電

放電電刷

玩具馬達 膠帶捆綁

電線接地

電線接地 （有若干不同的做法）

圖一：范氏起電器之構造與原理。因電荷分布的情形不同，下方轆轤 與其附近的那一小段皮帶，總和起來是帶負電（右方特寫）。

下方轆轤 （中斷黏上電器膠帶）

圖二：簡化的范氏起電器。

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專 訪

丁肇中為了在外太空偵測反物質， 排除萬難執行跨國科學計畫 作者︱

林宮玄 任職於中研院物理所，兼任本刊副總編輯。 文詠萱 本刊主編。

（文詠萱攝影）

丁肇中（1936 ~） 美籍華裔物理學 家，1976 年諾貝 爾物理獎得主， 表彰在發現新型 重基本粒子開創 性研究。

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專 訪

年才能拿到博士學位。太久了，我就 丁肇中教授是 1976 年諾貝爾物理獎得主，一位非常專注於研究的科學家，任職於美 國麻省理工學院（MIT）。《科學月刊》在訪問丁院士前，除了聆聽 2016 年 7 月 3 日

沒有繼續跟他工作。

丁在臺灣大學的演講，也讀過網路上可得到的英文公開資料（參考文末延伸閱讀），

奧托 · 拉波特（Otto Laporte, 1902 ~

希望藉由這次訪談，更深入了解丁肇中院士不凡的經歷與他主持的科學計劃最新結

1971），在量子力學、電磁波傳播理論、

果。特別感謝中研院物理所李世昌院士在 2016 年 7 月 7 日中研院院士會議結束後，

光譜學及流體力學領域有重要貢獻。

協助安排短暫訪談。

丁院士拿到博士學位、工作小有成就 丁 院 士 曾 在 臺 灣 就 讀 成 功 大 學 機 械 系 一 年 級， 後 來 前 往 美 國 密 西 根 安 娜 堡 大 學 （University of Michigan, Ann Arbor），從機械系一年級讀起。當時老師認為他在傳 統機械製圖上比較沒有天份，因此建議他改唸物理及數學。丁於 1959 年於密西根安 娜堡大學拿到物理、數學雙學士，並於 1962 年於同一學校拿到博士學位。

後， 獲 得 相 當 多 大 學 的 邀 約。 大 部 分的大學提供丁終身職（tenured） 的教授職缺，唯獨美國麻省理工學院 （MIT）例外。當時丁對於「tenured」 沒概念，只跟 MIT 提出一個條件，就 願意接受 MIT 非終身職的職缺。1969

《 科學月刊 》（簡稱科）：大學以後，

子自旋而著名。丁院士在密西根安娜

年丁到 MIT 任教後，有次 MIT 開「終

您是如何進入高能物理或粒子物理領

堡大學的博士論文，由 Perl 與 Jones

身職教授會議」，丁卻沒有被邀請，他

域的？

共同指導。馬丁 ·佩爾（Martin L. Perl,

才了解到有沒有終身職的差異。與系

1927 ~ 2014），因為發現陶子（Tauon）

主任反應後，丁不久即獲得終身職。

丁肇中（簡稱丁）：我進入密西根大

與研究輕子（Lepton）而獲諾貝爾物

學，1962 年拿到物理博士學位。拿博

理 獎。1925 年 出 生 的 勞 倫 斯 · 瓊 斯

科：您曾經跟 MIT 物理系主任說，

士學位以前，本來想做理論物理，後

（ Lawrence W. Jones），目前是密西

必需答應您一個條件，才願意到 MIT

來我的指導老師叫 Uhlenbeck，他跟

根安娜堡大學物理系榮譽教授。

任教。當時您提的條件是什麼？

想想看上一世紀對理論物理有貢獻的

科：物理有粒子物理或凝態物理不同

丁：Harvard Square（美國哈佛大學

人多不多？」我聽了這個話以後，就

領域。您當時如何決定研究粒子物理？

附近的廣場）附近有一個 Cambridge

我說：「做理論物理還是比較困難，

electron accelerator（ 劍 橋 電 子 加

覺得應該做實驗。實驗物理裡面，那 時正好有兩位老師，一位叫 Perl，一

丁：我大學三年級的時候，做過一點

速器），那是哈佛跟 MIT 一起建的

位叫 Jones。4 月的時候，我就參加 Perl

Shock wave（衝擊波）。當時我的老師

加 速 器。 他 們 的 加 速 器 測 量 出， 電

與 Jones 他們團隊，到了 Berkeley（美

叫 Otto Laporte，他是個很有名的物理

子是有半徑的。我到德國的加速器

國加州柏克萊）作粒子物理實驗。在

學家，原子物理中宇稱守恆、Laporte

測量到的電子是沒有半徑的。我發

那之前，我沒有去過加州。

selection rule（電子躍遷的選擇律）就

現德國有很好的技術師，很好的工

是從他來的。後來，我覺得那個沒有

程師，所以我跟 MIT 系主任說，你

喬治 ·烏倫貝克（George E. Uhlenbeck,

興趣。一個主要的原因是 Laporte 是

不要限制我只能用劍橋電子加速器

1900 ~ 1988），理論物理學家，發現電

德國人，德國的傳統，學生都要 7、8

做實驗。

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探索蝦的世界 曾為草蝦王國的臺灣，至今養殖蝦產業為什麼不如以往繁榮……

為什麼有人食用蝦子會過敏？

您知道蝦子的心臟在哪裡嗎？

科學月刊 572期 精采預告