讓人生從此改變的科學思考

〈「降雨機率三○％」是什麼意思？〉

好的，科學講座開始！

一聽到「科學」這兩個字，你說不定會認為「這又不關我的事」。也許求學時期的理科成績就不好，事到如今，也沒有自信與力氣回過頭重讀那些寫滿難懂符號與公式的理化課本，所以你會覺得，科學這種事，交給專家就好了。

然而我們每天都會遇上「從科學角度看待事物」的時刻。早上出門前，很多人應該都會透過網路或電視天氣預報確認「今日降雨機率」，來判斷是否要帶傘吧？假設預報顯示「降雨機率三○％」……

這個數字代表的究竟是什麼意思呢？

天氣預報的天氣圖上都畫著高氣壓與低氣壓吧？氣象機構為了做出預報，會從龐大的資料庫中，找出過去有相同氣壓分布的天氣圖，並計算在這些天氣圖中，共下過幾次雨。假設同樣的天氣圖出現過一百次，其中有三十次下雨，這就是「降雨機率三○％」的涵義。無論是氣象原理還是機率概念，都是典型的科學思考。換句話說，科學概念早已在我們的日常生活中扎下深厚的根基。

和許多人一樣，我是文科出身，以前只要一看到科學的專業書籍，就會嚇得直發抖。然而當我接下NHK《兒童新聞週刊》的主持棒後，就再也不能說這種話了。

在這個節目裡，我曾接到許多有關天氣的觀眾提問，從「降雨機率」的意義，到「氣壓」究竟是什麼，都必須仔細說明。凡是有本國科學家獲頒諾貝爾物理獎或化學獎的時候，也必須以孩子聽得懂的方式，解說最尖端的理論。

包括氣象在內的所有科學知識，我都必須在閱讀專業書籍或聽專家講解後，以自己的方式理解基本原理與機制，並使用較易懂的「比喻」，用自己的話來說明。

像這樣開始試著親近科學後，我再度發現，不只天氣預報等日常生活情境，就連國際情勢，甚至是國家的未來，這各方各面都與科學思維及概念密不可分。

畢竟若沒有物理學的發展，就不會出現左右當今國際情勢的核武；如果不懂生物學，勢必無法理解也許會決定醫界未來的再生醫學；思考「未來三十年內發生機率七○％」的首都直下型地震時，地質學的知識也是不可或缺的。這些重大新聞的背後，正是廣闊的科學世界。

如此看來，科學怎麼可能「不關我的事」呢？

在日常生活中，我們必須充分理解各種媒體所報導的新聞，透過自己的大腦確實領會與思考社會應有的樣貌、國際情勢，甚至是地球的未來。為此，本書將嚴選必要的科學知識，並為大家介紹。

〈「科學」到底是什麼？〉

話說回來，科學到底是什麼？

所謂的「科學」，就是「理論」或「定律」。也許有人馬上就會想到學校曾教過的「萬有引力定律」或「相對論」。雖然我們往往以為理論或定律「百分之百正確」，但事實上，科學理論或定律並非「絕對真理」。

許多電視節目經常以「揭露驚人的事實！」這種方式，把話說得斬釘截鐵，但在自己負責的節目裡，我卻總是要求大家最好別用這種方式表達，因為這樣會讓觀眾誤以為「百分之百正確的絕對真理確實存在」。人類看待事物的觀點並非完美，當然不可能掌握百分之百的正確事實（能做到這一點的，大概只有全知全能的神吧）。

科學也一樣。「真理或許存在。既然如此，至少要盡可能接近。」我認為科學便是運用有限的認知與手段，一點一滴逼近真理的行為。

那麼，科學是如何接近真理的呢？

首先第一步，就從「懷疑」開始。

「大家都認為是A，但這是真的嗎？」

「為什麼會發生這種事呢？」

無論自然科學或社會科學，凡是抱持科學態度的人，都不會對周遭的意見照單全收，而是會懷疑意見的真實性，提出「為什麼？」「怎麼會這樣？」等疑問。

提出疑問後，接下來就是為了解答（回答）問題建立假說，並進行探討。如同字面上的意思，假說是「假設性的說明」，必須經過確認，才能知道它是否正確；換句話說，假說要成立，就必須「驗證」。

驗證的方法很多，最簡單明確的就是實驗。如果實驗結果證明了假說的真實性，應該就能判斷這個假說是「較接近」真理的說明；當然，實驗也可能得出與假說不同的結果。

如果沒辦法得到符合假說的實驗結果，就必須對假說進行修正，並且再度驗證修正後的假說是否正確。就像這樣，再三反覆進行假說修正與驗證，想辦法盡可能接近真理的過程，就是科學。

〈燃料電池為何受到矚目？〉

隨著化學相關研究與日俱進，人類也開始應用其成果，製造出各式各樣的人造物質：塑膠袋、寶特瓶、尼龍、電池⋯⋯如果沒有化學的恩賜，我們的日常生活就無法順利運作。

地球上自然存在的元素有九十二種，除此之外還有二十幾種人工合成的元素。就算把所有元素都加起來，地球上發現的元素也不到一二○種，然而若將這些元素以化學方式結合在一起，就能創造出數千萬種物質，這也算是一種類似煉金術的概念吧！人類雖然做不出人造黃金，但還是可以不斷創造出新物質，我們也在幾乎數不清的化學物質陪伴下生活。

元素可以組合成新的物質，物質也可以反過來分解成為元素。舉例來說，水是氫與氧形成的化合物，在國高中的理化課中，大家應該也都做過將水電解成氫與氧的實驗吧？

那麼，如果將分解過程逆轉的話，會發生什麼事呢？這裡所謂的「逆轉」，就是使氫與氧產生化學反應並生成水，而此時與水一起生成的還有電。近年來的熱門話題「燃料電池」，就是利用這個原理製造出來的裝置。

一般的電池是將電貯存起來使用，但燃料電池與一般電池不同，其原理是從氫與氧的反應中得到電，所以應該將它當成一種小型的發電裝置來看。

燃料電池為什麼會受到矚目呢？

「環保」是一般的解釋。燃料電池的產物只有電與水，不會排放二氧化碳，使得燃料電池被視為對抗全球暖化的王牌，因此飽受期待。關於全球暖化的問題，第六堂課會再提到。

此外，地球上有大量的氫。宇宙最早生成的元素是氫，接著是氦，如果運用得當，不就能從自然界當中取得無限的能源，而且也不必害怕核電廠可能發生的危險了嗎？由此可知，燃料電池被視為一種乾淨的能源，並備受期待。

〈邁向氫社會的課題〉

使用氫能源的燃料電池，也可以應用在家庭中。各家戶以類似室外機的方式安裝燃料電池，使用它所生成的電力。除了家庭用電，無論是燃料電池車，甚至是各種產業，都可以考慮活用氫能源。

「以氫能源為中心的社會」—這就是「氫社會」這個名詞所代表的意義。

不過，為了實現氫社會，還有許多問題必須克服。其中最大的問題就是「該如何生產氫」。

地球上的氫並非單獨存在，而是以水、植物、化石燃料等化合物形式呈現。

那麼該如何從這些化合物當中提取氫呢？

雖然電解水可以將氫提取出來，但電解需要用到電，這些電又該從哪裡取得呢？如果電解使用的電是由火力發電廠產生，就必須為了發電而排放二氧化碳，是一種捨本逐末的行為。

或者也可以從石油與天然氣等化石燃料（碳氫化合物）中取出氫，但如此一來，石化燃料中的碳就會與空氣中的氧結合，同樣會排放二氧化碳。

目前認為最有可能的方式，是從化學工廠與石油化學工廠中，蒐集生產過程所產生的氫。這些多餘的氫是副產品，原本就需要處理，因此可說是一舉兩得。現在採用的方式，是將氫經過高壓冷卻處理後，以液態方式來運送，不過也開發出從化學工業區鋪設管線，透過管線將氫運出的方法。

另外還有一個方法，是使用太陽能與風力等自然能源進行電解。

過去即便使用可再生能源發電，也很難以電池的形式貯存，搬運到遙遠的地方；就算能夠貯存，多半也因為貯存效率不佳而導致自然放電。如果使用這些多餘的電力將水分解，單純只儲存分解後的氫，就能在任何需要的時候發電，同時也能搬運到其他地方。這項技術要是真的能夠實現，可說是劃時代的創舉。

此外，地球中存在最多氫的地方，其實就是大海，如果能找出由海水提煉氫的方法，想必能擁有無窮無盡的能源。

〈基因改造作物有危險嗎？〉

科學家解讀了包含人類在內、各種動植物所擁有的基因後，接下來，他們開始想透過實際的基因改造，為人類帶來助益。而「基因改造作物」就是他們的嘗試之一。

仔細想想，長期以來，人類一直都在進行品種改良，譬如利用不同品種的交配，培育出在寒冷地區也能種植的稻米，或不容易受病害侵襲的蔬菜。因此就結果來看，品種改良與基因改造並沒有什麼不同。

不過品種改良屬於自然配對，因此有成功的時候，也有失敗的可能。既然要花那麼多時間摸索，不如以人工方式製造出新的基因，還來得更有效率。這就是生物科技的概念。

在這個概念下創造出來的就是基因改造作物。

譬如透過基因改造，製造出對除草劑具有強烈抗藥性的玉米。過去如果噴灑大量除草劑，不只雜草，就連玉米也會枯萎，但如果能改造玉米的基因，讓它對除草劑具備強烈抵抗力，就能以飛機噴灑大量除草劑，消滅所有的雜草，卻不傷害玉米的生長。

除了抗除草劑玉米之外，科學家也開始大量製造其他各種不同的基因改造作物，例如更美味的品種、能結出大量果實的品種等。此外，基因改造的玉米與大豆，也開始進口到世界各地。

不過基因改造食品在許多國家的風評並不太好，想必有不少人都對基因改造作物心懷抗拒吧？

我曾向東京工業大學的老師請教：「如果吃下了基因改造的大豆，會發生什麼事呢？」

他給我的回答是：「大豆不管有沒有經過基因改造，都是蛋白質，進入體內後，都會被分解成胺基酸，然後再一次構成新的蛋白質，所以不應該會造成危害。」

但另一方面，基因改造的食物在分解後，也可能會製造出未知的蛋白質，成為過敏的原因。如果吃下去的基因改造蛋白質立刻被腸胃消化、分解成胺基酸，也許不會造成任何問題；但要是沒有經過充分分解就進入血液中，說不定會使一部分人產生過敏反應。

事實上，自然界的物質常常引發過敏反應，但我們可以透過過敏原檢測，得知什麼東西會造成過敏；然而如果是未知的蛋白質，就無法事先預防。有些人基於這樣的風險反對基因改造，他們認為，至少要讓消費者有足夠的資訊判斷，自己吃的是不是基因改造食品。

聽到了這樣的呼聲，使用非基因改造原料的食品開始確實地標示出這一點。

〈全球暖化的災害〉

那麼，全球暖化如果繼續發展下去，會產生哪些災害呢？

就東北亞地區而言，或許會有瘧疾流行的危險。瘧疾屬於重大傳染病，媒介是瘧蚊。因為目前氣溫的關係，這種蚊子只能生存在亞熱帶和熱帶地區；但如果氣溫因暖化上升，瘧蚊也可能會逐漸往北遷徙。如此一來，就會產生瘧疾大規模傳染的危險性。

除了瘧疾之外，海平面上升也是嚴重的問題。有一點必須事先說明，以免造成誤解：北極的冰即使因溫度升高而融化，海平面也不會上升。由於北極沒有大陸，冰都浮在北極海上，所以融化對海平面高度沒有影響。就像冰水的冰塊融化，杯中的水面高度也不會改變一樣。至於南極大陸與西伯利亞等地的冰層位在陸地上，因此融化流入海裡後，當然會使海水量增加，造成海平面上升。

但造成海平面上升的最主要原因，並非陸地冰層融化，而是暖化造成的海水溫度升高。海水的體積因溫度升高而膨脹，海平面便因此上升。

南太平洋索羅門群島的泰羅島上，已有大約一千位居民因海平面上升、島嶼受到海水侵蝕，而決定移居其他島；除此之外，還有許多島嶼因此有淹沒之虞，譬如吐瓦魯島與吉里巴斯。未來將有許多南太平洋的島民，被迫離開居住地。

目前索羅門群島的居民暫時搬遷到其他島嶼，但如果其他島嶼無法收留時該怎麼辦呢？我想，將來或許也會出現這種情況，到時候大概只能移民澳洲了吧！但澳洲即使只是收容一般難民，就已經民眾造成反彈，未來真的有辦法收容大批環境難民嗎？

〈勾勾手，簽下《巴黎協議》〉

接著到了一九八八年，聯合國在世界各國專家的協助下，以調查氣候變遷為目的，成立了名為「政府間氣候變遷小組（IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change）」的組織。其中的「小組」指的是「小組討論」的小組，帶有「所有參加者」的意思。

接著到了一九九二年，聯合國也擬定公約，名為《聯合國氣候變遷綱要公約》，開始採取對策。聯合國使用的詞彙是「氣候變遷」，而非「全球暖化」。締結這份公約的一九五個國家與地區，每年都會召開會議，稱為「締約國會議（COP : Conference of the Parties）」。

第三屆會議（COP 3）於一九九七年在京都召開。會議中訂出目標—將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水準，規定三十六個工業國家在二○一二年前，要減少六種溫室氣體的總排放量，並低於一九九○年排放量的九五％以下。這就是《京都議定書》的內容。

極力促成這份協定的，是當時柯林頓政權的副總統高爾，正因為有他促成，《京都議定書》才得以簽署。後來高爾在美國總統大選中落敗，由小布希勝選。他收取了石油產業的高額政治獻金，站在重商的角度質疑「全球暖化」的相關科學證據，並認為這麼做將損害美國的經濟，於是退出了《京都議定書》。

然而受《京都議定書》目標規範的，只有部分先進國家，發展中國家並未參與，美國也已退出。這些規定了減排目標的國家，其二氧化碳排放量加起來，只占了全球的四分之一左右；而且光是美國與中國的排放量，就占了全球的四成。

這樣的話，《京都議定書》不就沒什麼實際作用了嗎？不過，二○一四年，在祕魯首都利馬召開的第二十屆會議（COP 20）讓事態終於有了改變。無論是先進國家還是開發中國家，都在這場會議中達成共識，根據所有國家共通的規則，訂出溫室氣體的減排目標。

就這樣，世界各國在二○一五年十一月底於巴黎召開的第二十一屆會議（COP 21）中約定，以工業革命前（約一七五○年）的全球均溫為標準，氣溫升幅要控制在攝氏兩度以內，並以一．五度以內為努力目標。這就是《巴黎協議》。

為什麼在京都簽訂的是「議定書」，而在巴黎簽訂的就叫做「協議」呢？

這其實是為了配合美國的需要。

「議定書」屬於國際條約，就美國的情況而言，即使總統同意，也必須經過國會批准才能生效。但當時美國國會無論是參議院還是眾議院，都由共和黨占多數（注：共和黨的能源政策反映的是依賴化石能源推動經濟成長的觀念，認為執行嚴格的環境政策會傷害經濟發展，環保設施的興建也會耗損經濟資源），所以《京都議定書》並未獲得美國承認。但另一方面，如果是「協議」，就不需要國會批准。

換句話說，巴黎「協議」因為考量到美國的國內情勢，所以才稱為「協議」。

再回到前面提到的IPCC，這個組織至今為止已發表了五次正式評估報告，說明溫室氣體增加，將對地球環境產生多大的影響。

最新的報告中提出警告，如果全球不對暖化問題採取任何對策，到了二一○○年，地球的平均氣溫最多將升高四．八度。反之，如果竭盡所能、在相關對策上盡最大努力，則有可能將溫度升幅控制在○．三度到一．七度。

前面已經提過，地球的平均氣溫自產業革命以來持續上升，《巴黎協議》採納了IPCC「必須將溫度升幅控制在兩度以內」的建議，並以此為目標制定規則。世界各國也終於能齊心協力共同面對暖化問題。