拯救或毀滅世界的十種新創科技 (電子書)

4.5

2021/12/17

劇透警告

從小就耳聞「核融合」這神秘的黑科技是解決人類能源問題的聖杯，動心起念找到這本內容有介紹核融合的科普書「拯救或毀滅世界的十種新創科技」。它從巨觀到微觀講解了十項先進、能深遠影響文明發展的高科技。

好萊塢電影常有令人目眩神迷的科幻埸面，在娛樂觀眾的同時，也扮演預言者的角色，展示許多未來可能成真的高科技，其中不少是書中有提及的項目。十項新創科技議題如下:

1.太空旅行可以更便宜嗎?
這章介紹數種可省下火箭發射成本的技術，像是SpaceX採用的「可重複使用火箭」已經順利達成商用化。而「用太空飛機運送火箭」的想法，牽涉到開發與整合不同類型的發動機技術(渦扇發動機/後燃器/衝壓噴射發動機/超音速燃燒衝壓噴射發動機)，目前還是乏人問津。很有卡通味的「巨無霸太空槍砲」點子，則是太像軍事武器，容易起引爭議。維珍銀河是使用「在高空啟動火箭」的做法，讓飛行器搭載火箭，從高空中直接發射。最後是曾在動畫鋼彈OO中出現過的「太空電梯與太空纜索」，不過此方法得先發明出高強度的合成纖維，克服地球自轉產生的拉力。

2.小行星採礦
太空中有些小行星完全由金屬組成，上面的金屬含量是人類在地球上開採金屬總量的30倍，聽起來有利可圖是吧？另外小行星採礦，不用像在地球上採礦般深入地層，只要在表層就能開採，真的是「寸土寸金」。不過依照目前的航太科技，要把每0.45公斤的東西送上太空，得先花費10,000美元。因此即便能無止盡地獲取大量金屬礦產，也無法彌補前期運送採礦機具上太空的投資費用。更別說如何把大量金屬運回地球販售，那可是一筆天價的運費。

3.核融合能源
「核融合」是利用自然界中最普遍的氫元素當燃料形成的純淨能量，當兩個氫原子(不同中子量的氫同位素)融合在一起時，會變成氦原子並釋放出巨大的能量。原子融合時，多出來的中子會帶著高熱以高速脫離新原子，這時就能利用來加熱水，帶動蒸氣渦輪機發電。不論是核分裂還是核融合，原子能發電的強項在於只要極少量的燃量就能產生天文數字般的能源。半浴缸水的「氘」(用來核融合的氫同位素)，可以產生等同40噸燃煤的能量。實現核融合最大的障礙是原子間的排斥力(庫侖障壁)，需要巨大的外力(作用力)來壓制才能強迫兩原子「結合」。太陽的能量正是來自於核融合，而太陽中心強大的重力壓，是提供不間斷的氫原子融合最理想的環境。然而在地球無法具備此自然條件，人們只好另尋他路。目前最簡單的做法是利用「核分裂」產生的能量，來促成「核融合」，這也是「氫彈」的原理。但當目標是「追求潔淨能量」時，用核爆來製作「純淨能量」真的令人啼笑皆非。小規模的可行作法是利用強大電場中的正電(相斥)與負電(相吸)來引導氘(氫的同位素)互撞，像其它各種核融合裝置一樣，裝置需要的輸入能量(用來產生電場)遠比輸出能量(核融合成功後產生的能量)多，目前只是個「耗能設備」。進行中的大型實作包括了「磁化內櫬慣性核融合」和「國際熱核合實驗反應爐」也都尚未達成能量的收支平衡，而在電影「天使與魔鬼」中的核融合裝置正是「歐洲聯合環狀反應爐」，是最接近成功的專案，目前已達成60~70%的能量收支平衡。

4.可程式化物質
簡單說就是動畫「大英雄天團」裡的神奇黑色金屬，或是「魔鬼終結者2」中的T2000殺手機器人。目前遇到的難題是如何做出超小型的電池來趨動機器人，特別是目標為打造奈米機器人時。另外由於現實世界中的不同東西，會需要不同的物質特性，像軟、硬、黏、韌。因此在發明出萬用的合成材料之前，神奇的黑色金屬可能只能變出堅硬的物體。

5.用機器人蓋房子
機器化建築工人，雖然效率是人類的三倍(紅色有角三倍速？)，但目前只能專注做一件事(例如半自動化石匠，砌磚牆)，從經濟報酬率上看無法商業化。相對地可以精確地製造出各式木工、石雕的機器人，因為大幅降低特殊建材的成本，有很高的商業價值。而「巨型3D列印機」用混凝土直接印出房子，能在24小時內蓋好一間55坪的房屋，這將能大幅改善難民與貧民的居住問題。本章中額外提及「3D列印食品」，真的是一堆化學填加物鞣製成的「可食用」黏土，有機會「千萬別試」。

6.擴增實境
在人工智慧(AI)的炒作風潮漸息後，IT圈又在找尋下個Buzzword，而「量子電腦」離真正能實用還有好大一段路，此時便把焦點放到擴增實境(AR)。有別於早前虛擬實境(VR)會造成動暈症而未能普及，擴增實境(AR)巧妙地結合GPS(未來可能使用光學電達)、網際網路、大數據以及智慧手機，搭著精靈寶可夢GO的火紅，消費大眾已張開雙手擁抱擴增實境。除了視覺外，擴增實境在嗅覺和觸覺上的成果很少，因為打造互動式的嗅覺和觸覺裝置相當困難。在電腦視覺的應用，不論是「健身魔鏡」或是FB和雷朋聯名推出的「智慧眼鏡」應該都會朝向擴增實境演進，它未來在醫療、教育領域的應用也將會更多樣化、平價化。

7.合成生物學
托新冠疫苗議題紛紛擾擾的福，對於這章的主軸DNA、RNA等字眼，相信讀者們都已略知一二。去氧核糖核酸(DNA)是多細胞生物的設計圖，可以讓核糖體利用胺基酸來製造構成生物運作的各種蛋白質。核糖核酸(RNA)則是扮演複寫紙的角色，從DNA身上抄錄要生成的目標蛋白質結構，再告知核糖體負責生產。雖然基因改造作物已經相當成熟，但針對人體上的基因改造還是困難重重，因為大自然經由演化而生的基因圖譜十分複雜，A基因和B基因的交互關係可能影響C、D基因，牽一髮動全身，形成千百種變化。另外也是因為對人類進行基因改造有「道德風險」，讓相關研究裹足不前。「合成生物學」在基改植物的廣泛應用(特別在藥品)和人造器官的生物合成，都是能蓬勃發展的領域。

8.精準醫學
大數據與人工智慧的興起與成功案例，讓各行各業有為者亦若是，特別在醫療產業上，相關的期待與發想更是無邊無際。最初的構想是如果能徹底收集每個人的生物訊號做長期追蹤，便可以讓全民在疾病預防上產生莫大助益。進一步還能用來量身訂製的藥物，讓每個病人接受個人化的治療，這將會重新定義人們口中的「對症下藥」。在實現面上，要完整收集每個人的基因體、微生物群與代謝體等資料很不容易，中間涉及許多數不清的檢測儀器、驗測藥物以及生物數據解讀，更別說在法津上有侵犯個人隱私的疑慮。

9.生物列印
本章和第7章相互呼應，討論生物列印(生物合成的子類)中的「人體器官列印」。以目前的生物科技，生成單一細胞很簡單，但是要橫空出世地生出一個可運作的人體器官卻有許多挑戰。器官是由眾多不同類型的組織結合而成，因此3D器官列印機要能快速射出細胞、蛋白質、化學物質與加工材料，以完美的結構排列出來，這樣才能「製作」出可供移植的人體器官，目前的科技還差的遠。退一步來說，如果只考慮器官在人體中所提供的功能特性，未來的「人工內臟」不見得要和真正的器官相似，或許這是一個能歪打正著的替代方案，讓人工器官技術大幅邁進。

10.腦機介面
要踏出用意念來操作電腦的第一步，首先要瞭解大腦的運作方法。而讀取大腦方法有兩種，讀取電訊號或讀取代謝訊號。在非侵入的方法中主要有「電腦波圖(EGG)」和「磁共振造影(MRI)」，侵入式的讀腦則有「腦皮質電圖(ECoG)」，它是將電極黏在大腦的表面，目前已經可以有效的讀取大腦操作手臂在三維空間中運作的訊號。最後是超級侵入式的讀腦方法「皮質內神經記錄」，就是用感應探針插入大腦中收集訊號，雖然能精確地讀取大腦的運作資訊，但也會造成腦部病變(受傷、發炎)。而且隨著時間，探針的偵測品質將會迅速降低，原因是探針會因為大腦的免疫反應產生異物，被神輕組織所包覆。

近20年來由於網際網路的興起和普及，讓資通產業的商務應用大爆發，資訊科技確實在各個層面改變了每個人的社交與生活模式。也因此受到國家、媒體和群眾的注目，投入大量資源並期待獲得數倍的回報。然而相較於上述10項真正的「高科技」，網路技術與建基其上的商業創新真的只是「軟科技」，如同書名「拯救或毀滅世界的十種新創科技」，真正「硬科技」所具備的影響力，是有擁有拯救或毀滅世界的潛力。

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狂狷手記

2.5

2021/09/29

本書的行文風格類似討論與絮語之間談到目前各種所謂的新創科技的各種進展，東扯西拉的抓到一個線頭就繼續追蹤及說明，相對來說沒有特別的次序，也談不上結構嚴謹。只是很誠實地說明目前科技的現況，因為避免使用數學公式所以字裡行間需要更多解釋。本書作者經在發表科普文章，在熱門科學播客「科學有點是」（Science……Sort Of）https://sciencesortof.com/ 可以找到她的簡介。漫畫作家除了與前一作者凱莉合作出現在上述網站外，也在漫畫網站「周六早晨的麥片粥」（Saturday Morning Breakfast Cereal）出現。可以在上述兩個網站看到本書推介。

部分翻譯類似直譯，並無稍微修飾前後文的行文次序。十項科技分為三大部分，太空探索，未來科技，及最重要的未來醫學。在各章節之中談到目前正在進行相關研究的作者。作者行文很忠實的反映成書2017年底出版當時現況。細數十種眾所矚目的發展中新興科技。說明科技目前進展，繞過哪些冤枉路、走哪些死胡同，科技是否將世界搞得一塌糊塗或是明天會更好！

書中所說的科技也都是閱讀本書內容討論，才聯想起科學學者的各項研究，已經分門別類到超過常態生活所需。以登月太空計畫來說，自阿波羅計畫十一號到十七號後，已經多年沒有送人上太空探險，網路上各種陰謀討論不少。在使用中的國際太空站已經不再引起大眾注意。習以為常的由地面火箭發射都可以討論各種取代方案，一切都是為了如何便宜上太空，比較特別款就是由地面連上一個索到空中基地，張力設定剛好與地球自轉相等的力，保持在大氣。其他正常討論如在飛機上發射火箭射出大氣層。第二個議題更是匪夷所思，利用太空資源在其他小行星中採礦，人類已經學會利用各種遙測裝置測知不同礦物的回應訊號，目前為主卻無法確切得知各小行星內部的結構。在太空中難以得知行星中登入各種登陸設備的動態反應。畢竟小行星更不穩定，採礦設備如何登陸，如何採集礦石送到地球等各種細節，可以學習學者的科學思考方式與大膽假設等行為模式。

意想不到的未來，就在眼前！相對於太空科技來說，未來科技幾個課題比較有可行性。第一個就是赫赫有名的低溫核融合，此科技看起來是工藝問題而非物理理論問題，畢竟作者談這個話題有一點隔靴搔癢，避免使用公式的結果就是沒有特別說明質量能量的轉換，更沒有說明特別強調高溫高壓下才能核融合，目前沒有物質可以承受這種高溫高壓的條件，只能使用氣體或者是電漿隔離才能創造該條件。結果就是無法談到目前技術難度與突破可能性。另一個相對有名的突破點是高溫高導體，這兩點被稱之為目前科學進步的指標。在本書結語中該科技被判死刑埋入墳墓，也許作者主觀認定即便使用釔鋇銅氧的氧化物，因為抗磁的問題，懸浮導體等現象，使用冷氣在超導體等問題目前也是先判定死刑。

可程式物質，如果可以隨時變化成有效生活物品的物質，哪真是很棒的概念，以露營為例，可程式物質可以先成為鍋具直接協助人們準備餐飲，到了晚上先準備視聽設備，或是無動力簡單的玩具即可度過漫漫長夜，入睡前再變化為營帳，一夜安寢。由簡單的記憶金屬開始，至少是一個開端，以上就是讀者的發想每個人的應用不同!可程式物質就可能程式不良乃至於被他人竄改等問題

跳到建築房舍，先不談標準化或個人藝術差異。即便使用包浩斯的概念大量製作整齊的一致建築，依然很少使用模具自動化生產，所以雖然有所謂3D印表機產生的建築，也是需要熟練工人在現場施工後才能使用，論點中有一些難點，如邊建邊查，對於模具生產的物件就比較難以中途停下檢查。主旨是機器人製作房舍，是大型機器人來撿拾各項材料組裝或是小型機器人堆積材料就位，各有各的問題，部分問題可能與前一個章節可程式物質類似的狀況，機器人不遵守指令!誇張的想法就是產生自我生命!

擴充實境此科技，畢竟經由寶可夢的程式之後，大概沒有太多想像問題，google眼鏡原來可以實踐這個科技，但是同樣是顯示螢幕也是攝影機的此產品大眾疑慮太多而下市。如果真有擴充螢幕旅遊時可以邊看教堂眼鏡上同時擴充相關故事與背景說明，這一點大大增加擴充實境的應用，當然兩個問題如果應用程式故意不讓擴充實境的事物與現實有明顯區隔，觀者自己可以分別?另外就是應用程式必然與網路主機相連接才能擷取相關資料，個人隱私是否因此洩漏!在每一張的最後都有一個報乎你知，這是台語的口語化說明要項等。有時候與主題相關性沒有這麼高，這裡談到人有兩個耳朵及眼睛的意義都是為了以視差角確認物件距離，以兩耳聲音差異確認發聲體的位置與移動方向。只有兩個鼻孔卻是當作備用用，實際上是人類左右的鼻孔呼吸氣流速度並不一致，而且每隔幾小時就會交換一次。對於不同物質的嗅覺氣味，不同氣流速度可以感知更大的知覺差異。因為有眼鏡而談到鼻孔也太會扯！

合成生物學，換個說法就是基因改造，拜基因剪刀CRISPR的橫空出世，DNA編輯比以前方便很多，是否可以開始按照意願創造一個超級基因的下一代，且慢就算認出需要的DNA但是如何作用，很多DNA的作用是多種開關才能用，日後除了新基因改造的各種生物，更可以將已經滅絕的古生物復生。哈佛大學教授喬治•麥當勞•丘奇（George McDonald Church)再度出現。已經曾經在其他書籍中看過這個名字。醫學會不會走到為個人量身訂製的境界?

在醫學篇中，作者談到各種比較火熱的話題，精準醫學，這一點與前一章節合成生物學有相關性，由DNA開始，人類可以了解自我對於基因與各種細菌與代謝的反應狀況。這一章節不談道德性與貧窮與富人在使用基因改造的差異等討論。都是談細節問題，如是否準確得知，統計數字與隱私等問題。

接者是生物列印，所有器官移植都有道德疑慮或者淪為買賣標的，這一點作者就指責中國的器官是犯人買賣而來，在基因改造一篇也列出中國使用人體幹細胞的問題，只有說效果不彰卻沒有進一步細節說明。所以改用3D列印有沒有可能解決器官移植的問題?問題在於列印材料如何按照需求的材料，有些需要軟質有些需要硬質?在本章尾報乎你知中談到一種器官移植市場是採取登記制度，連鎖而非利益關係連鎖使用!有興趣可以看看。

最後一個是腦機介面，如何探知腦中神經的各種神經元反映狀況，前教育部長曾志朗的認知心理學派就會使用各種腦神經元探設針有深入有表層去記錄腦波等反映狀況。本書在此介紹不少，所以才能進入重點，透過這個介面能不能為大腦編寫程式，讓自己更聰明？目前是因為腦波的狀況與腦中思考或是認知感覺等語言不等所以暫時只能繼續實驗。作者兩人推測是夫妻，老公常用逗趣的漫畫與幽默的解析，於適當地方出現一個漫畫，可能算是冷笑話吧。

尾聲談到幾個暫時被判定目前無解的科技，除了上述的高溫超導體外，太空太陽能發電，主要因為整體元件太陽板脫離地球的成本過高，至今無解。智慧型義肢這個話題延續最後一章腦機介面中一個話題，如果組織壞死之後是否可以重新連接腦部與義肢的神經連接。已經有體外連接的成功範例，但是智慧型義肢因為需要電池與機械肉體排斥等問題而一起埋入土中。最後一個是量子計算，量子力學有，計算的實現有困難。最後談到鏡人，一班DNA都是順時針旋轉，宇宙中可能出現掌性或稱手性分子（chiral molecule）其DNA是反時針旋轉，有點類似物理粒子中的正子與電子相對鏡像關係。連漫畫中的墳墓碑文都是鏡像字。

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