【探索講座】第16期 命孕交響曲的四大樂章

2016探索基礎科學系列講座第16期-「命孕交響曲的四大樂章─發生、錯生、重生及再生」 The Mystery More »

【摺紙專欄】可愛動物設計法

文/手繪圖|林彥廷 部分照片翻攝自小松英夫教學資料 所謂設計法,是用固定的設計模式來設計分支的數量和長度,設計 More »

【活動快訊】9/27(二)科學史沙龍

場次名稱:【戰爭與和平:雷達的應用】&【半套雷達看懂宇宙?】 活動時間:2016-09-27 14:2 More »

【摺紙專欄】22.5度設計基礎理論

文/手繪圖|林彥廷 部分照片翻攝自小松英夫教學資料 先前提到的等邊直角三角形分子,其實就是22.5度設計理論中 More »

【2016台積電盃-青年尬科學】邀請你「有『種』來決『豆』」!

一顆小小的豆子和種子,蘊藏著驚人的生命能量,從豆類到種子的科普知識更是包羅萬象。5/16起,歡迎國三至高三(K More »

 

【科學史沙龍】水落石出:劃時代的 J 粒子發現

■今年是丁肇中獲頒諾貝爾物理獎 40 週年。他發現了J粒子,底定夸克模型,為「強作用力」帶來的紛紛擾擾劃下句點,將基本粒子物理帶入標準模型時代。本講次從物理學家追尋基本粒子的困境開始談起,闡述發現J粒子的意義與影響,為丁肇中的學術成就做一禮讚。

講者| 國立台灣大學物理系 侯維恕教授
撰文|高英哲

原子是不可分割的想法,曾經維持了相當長的一段時間,直到拉塞福發現原子有一個由一堆質子聚集而成的原子核,才突破了這個既定的基本粒子概念。但這個發現同時也帶出了兩個問題:一堆質子之間具有強大的排斥力,原子如何維持穩定態?原子核僅佔整個原子的十萬分之一,這個大小又是如何決定的?

物理學家為了對這兩個問題提出解釋,非常努力地尋找更小的基本粒子。V粒子、K介子、Λ重子......各種基本粒子在 1950 年代,有如雨後春筍般出現。物理學家們覺得它們數量太多了,不可能全都是基本粒子,但又無從得知其結構,也就只能姑且接受。 1955 年的諾貝爾獎得主蘭姆 (Willis Lamb, Junior) ,甚至曾經自嘲說:「發現新的基本粒子以往會獲頒諾貝爾獎,但如今再發現基本粒子,應該要處以一萬元的罰款。」

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不乾不淨,免疫系統沒毛病!

■小孩子愛吃手指頭,大人們看到的時候也總戲稱吃指頭的孩子在「啃雞腿」。紐西蘭一個追蹤了十幾年的研究發現,不論是「吸手指」還是「咬指甲」, 這些習慣可能真的是好好餵養免疫系統、讓它不搗蛋的大雞腿呢!無獨有偶,美國芝加哥大學發現那「大雞腿」,或許正是無所不在的微生菌叢!

pic撰文|駱宛琳

自1950年之後,過敏性疾病與自體免疫疾病罹患人數逐年攀升,吸引了學者專家的注意。1989年時,英國倫敦的Strachan教授提出了「衛生假說」(hygiene hypothesis) ,嘗試用幼童小時候感染病史的角度,來解釋為什麼過敏性疾病與自體免疫疾病的病患人數,像吃了魔藥一樣一直居高不下。

Strachan教授的假說很簡單,他首先觀察到來自大家庭的小孩,或是上有兄姊的小孩,比較不容易罹患花粉熱這種過敏性疾病。Strachan教授於是假設,這是因為當家庭裡面有其他比較年長的孩子時,就容易把外界的病原菌帶回家,而讓年幼的孩子提早接觸病菌而有感染症狀。而小孩在發育早期被花花世界的「病菌」磨練後, 長大之後的免疫系統,就比較不容易對日常周遭的「抗原」大驚小怪而發展出過敏性疾病。

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【週四植物秀】向日葵如何向日?

■我們都知道向日葵會朝著太揚方向轉動,但這機制是什麼呢?

sunflowers撰文|葉綠舒

因為向日葵(Helianthus annauus)的花會朝著太陽的方向轉動,所以它們才叫做向日葵;這種行為被稱為「向日性」(heliotropism),與趨光性(phototropism)是不相同的;趨光性是朝向或背向光源的方向生長,而向日性則是跟著太陽的方向移動。

但是向日葵向日的機制是什麼?而它又為什麼要向日呢?

過去的觀察發現:未成熟的向日葵,每天早上會呈現面(花朵)向東的狀態;接著它便開始由東向西慢慢移動,到傍晚時成為面向西。晚上它會再由西向東移動,於是到了早晨又面向東了。

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鸚鵡嘴龍的偽裝保護色

■科學家用雷射成影技術重現鸚鵡嘴龍的真本色,發現牠們有「反蔭蔽」保護色,也就是背部體色較深而腹部體色較淺,能在森林中偽裝隱藏身體,逃避巨型獸腳類恐龍的捕獵。

©Jakob Vinther/University of Bristol and Bob Nicholls

©Jakob Vinther/University of Bristol and Bob Nicholls

撰文|黃貞祥

英國布里斯托爾大學的古生物學家Jakob Vinther和香港大學地球科學系的古生物學家文嘉棋等人,分析了一具發現自中國東北遼寧「熱河生物群」的鸚鵡嘴龍化石。該化石現展示於德國美茵河畔法蘭克福的森肯堡自然博物館。

鸚鵡嘴龍是生活於一億二千萬年前的恐龍,在同一岩層有許多羽毛恐龍已被發現。鸚鵡嘴龍是三角龍近親,體形較細小,特徵是吻骨的特殊結構,有如鳥類的喙狀嘴,屬草食恐龍,其牙齒呈葉子狀,咀嚼時會像剪刀般前後作用,咬住和切斷植物,再利用胃石加以研磨食物。

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分子震動live秀 超快電子繞射(UED)

(SLAC National Accelerator Laboratory)

©SLAC National Accelerator Laboratory

■科學家利用電子繞技術觀測碘分子受到雷射激發後鍵長的變化及震動的頻率。

撰文|方程毅

根據熱力學,任何分子在常溫下隨時都在震動,其震動幅度跟溫度有關,若外界提供額外能量,震動幅度便會改變。這些現象早已經過許多理論計算及驗證,但在過去卻不易直接觀測,如今科學已進步到可以測量並即時監測,好像在看分子震動live秀一樣。

這項技術稱為超快電子繞射 Ultrafast Electron Diffraction (UED)。

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【科學史沙龍】未來的數學教育

■未來的數學教育,應該要呈現什麼樣的樣貌?林福來教授以「一個不變,兩個現象,三個改變」為綱要,為我們勾勒出一個理想的發展方向。

講者| 國立台灣師範大學數學系 林福來教授
撰文|高英哲

對於未來的數學教育,一個永遠不變的大原則是:教育就是要學會「學習」這件事。這在未來的數位化時代尤其重要,不然我們落伍的學習方式,永遠趕不上日新月異的世界變化。未來的教育目標,應該要教會學生面對未來社會的運作時,先加以「適應」,再圖「改進」,最後方能「改變」。

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【科學史沙龍】計算與數學思維

■資訊科學根源於數學,數學運算的優劣,決定了資訊服務的成敗。我們要如何用數學運算的思維,達到「世界程式化」 (programming the world) 的目標?

講者| 中央研究院資訊科學研究所 何健明研究員
撰文|高英哲

我們從一個資訊科學非常基礎的「停機問題」說起:你手上有一堆資料跟一個程式,有沒有辦法做出一台機器,能夠判定用這個程式跑這些資料,是可以跑完停機的,還是會永遠跑下去?涂林 (Alan Turing) 用一個簡單的歸謬證法,解決了停機問題。他先假設有一台機器真的有能力做出判斷,然後再做出第二台機器,去問第一台機器能不能停機;第一台機器如果說可以停機,那第二台機器就會一直跑下去不停機(「可以算嘛那我就來算」),反之第一台機器如果說不能停機,第二台機器就會自己停機(「算不完嘛那我幹嘛算」)。換句話說,兩台機器對於同樣的答案,會做出完全相反的反應,因此可以得證解決停機問題的機器(也就是通用演算法)並不存在。

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【科學史沙龍】透過大數據看見數學

■如果沒下雨但起風,要不要出門去玩?發折價券能讓多少客人回流?為什麼臉書好像都知道我最近想要做什麼?近年來耳熟能詳的「大數據」,其實就是要解決我們日常生活中會碰到的各種問題,差別只在大數據背後,靠的完全是數學運算的力量。

講者| 國立中央大學資訊工程學系 楊鎮華教授
撰文|高英哲

數學跟電影《露西》最後的結局一樣,「無所不在」。今年年初轟動武林,驚動萬教的 AlphaGo ,就是這個概念最新的體現,透過四種技術向人類學習智慧:雲端運算、大數據、人工智慧、以及機器學習。

雲端運算就是分散式的平行運算,藉由雲端上分散於各處的 CPU 跟 GPU 綜合運算,打敗單兵作戰的單機電腦或個人。大數據分析則是藉由熟讀十幾萬個棋譜棋局,再經過自我對弈,無限複製學習經驗。人工智慧則是透過深度神經網路 (DNN) 跟蒙地卡羅樹搜索 (MCTS) 等演算法,在有如恆河沙數般的所有可能性裡,策略性地找出最佳解。這些就是 AlphaGo 這台機器,得以產生類似人類學習能力的技術。

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【探索講座】第16期 命孕交響曲的四大樂章

2016探索基礎科學系列講座第16期-「命孕交響曲的四大樂章─發生、錯生、重生及再生」
The Mystery of Development

ex16po-725x1024胚胎為何能夠求同存異,生出個個不同但又不會生成「異種」的後代?是什麼決定「眼高於頂」、「三頭六臂」這些事情,永遠不會真正發生?為何我們身體有些部位可以再生,有些卻甚至連移植都很困難?「生命」是宇宙間渾然天成的極致,然而許多我們習以為常,視之為理所當然的現象,其背後的原理複雜奧妙,有時甚至神祕難解。

探索16 以「發生、錯生、重生與再生」四大主軸,帶您一覽生命領域中,令人驚奇的種種層面。首先我們從精卵結合的「發生」開始,探討胚胎的發育過程,說明現代生物學對此有何見解;緊接著順勢討論「錯生」,也就是自古以來人類始終很在意的先天性缺損現象,檢視其現今概況與發展。

人人聞之色變的癌症,就生理學看來,不過就是體內某種高度演化的細胞不斷迅速「重生」,我們能否從這個角度切入,找到致癌機制並加以預防?至於人體無法「再生」的部位,我們透過移植嘗試解決問題,醫生們又是如何調節棘手的免疫反應?

打從生命孕化的那一刻起,就充滿了各種驚奇,同時也產生了各種問題。在經過「命孕交響曲」的洗禮後,你會發現生命就是一場奮鬥,而生命科學或許就是一本指點迷津的攻略本。

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海洋風暴所產生的微震

■日本地震學家發現了一種新的地震波,成因是由遙遠的海上風暴所引起的。

The January 2013 Northwest Pacific bomb cyclone east of Japan, which met the conditions of a bomb cyclone. (Courtesy: NASA)

The January 2013 Northwest Pacific bomb cyclone east of Japan, which met the conditions of a bomb cyclone. (Courtesy: NASA)

撰文|陳勁豪

在台灣,每年大家都會經歷到幾次有感地震。地震發生時所產生的震波經過地球內部不同的結構時,會對震波的傳遞產生改變。因此透過仔細測量震波的性質,地球物理學家可以藉此了解地球內部的構造。這就相當類似於醫生利用X光來觀察病患身體內部的狀況一樣。

事實上除了我們能夠直接感覺到的有感地震之外,還有許多相當微小的振動,稱為微震(microseism)。如果當初發明這個中文譯名的人是個文青,或許會把這個稱為「微地震」。在1940年代,科學家發現海上的風暴會改變海洋高度。由這種海洋高低差的改變會對海底產生類似地震的效果。這種由海上風暴所產生的微震,可以藉由地表傳播,也可以穿透地球。根據振動方向,又可以分為與震波傳遞方向平行的P波,與震波傳遞方向垂直的S波。對這種由風暴所產生的微震來說,過去科學家只偵測到振幅較大的P波,一直沒有觀察到S波。而透過觀察到的P波,科學家可以反推出震源。

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