科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點

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1月23日　偵探的致敬

1936年，美國物理學家安德森（Carl Anderson）和同事終於將器材運上洛磯山脈的派克峰山頂。四年前，他才發現正子，希望這次也能幸運地在宇宙射線留下的痕跡中發現新粒子。是的，此時粒子加速器還沒發明，物理學家只能從抵達地球的宇宙射線中尋找蛛絲馬跡。安德森的辛苦有了代價，他再次發現一種從未見過的新粒子，而西方也才因此聽聞這位他們從未知曉的日本物理學家──湯川秀樹。

出生於1907年1月23日的湯川秀樹早在1935年就發表論文，預測一種新粒子的存在。他將剛興起的量子力學與狹義相對論結合，提出解釋強核力的理論，指出原子核內的質子與中子就是靠著彼此交換「介子」，才能緊密地結合在一起。他計算出介子的質量約是電子的兩百倍，有正、負兩種不同電荷，並預測可在宇宙射線中發現。只不過湯川秀樹的論文只刊登在日本的期刊，因此並未引起注意。直到1937年，安德森公布他發現的新粒子質量恰好約為電子的兩百倍，湯川秀樹的理論和他本人，才因此獲得西方世界的注意。

後來發現，安德森發現的新粒子其實是緲子，與強核力的作用無關。直到十年後的1947年（第二次世界大戰1945年才剛結束，戰爭讓許多科學家不得不中斷原來的研究工作），英國物理學家鮑威爾（Cecil Powell）發現了湯川秀樹所預測的介子──π介子，湯川秀樹也因此榮獲1949年的諾貝爾物理獎。

湯川秀樹得獎一事，對日本具有極為重大的意義。除了他是日本首位諾貝爾獎得主之外，也因為日本身為戰敗國，正處在百廢待舉的時刻。湯川秀樹是個土生土長、從未出國留學的物理學者，以他這樣的背景，能在此時此刻獲獎，對日本人民可說具有很大的鼓舞作用！

至於湯川秀樹本人，也在1948年應歐本海默之邀，前往普林斯頓大學待了一年，和愛因斯坦等著名科學家成為好友。他在哥倫比亞大學執教四年後，返回日本成立基礎物理研究院，並大力推動日本與西方的學術交流，為日本的基礎科學能在戰後得以迅速發展奠定基礎，也在日本人心中占有極高的地位。東野圭吾筆下的推理小說《偵探伽利略》系列中，主角之所以取名為「湯川學」，正是對湯川秀樹的一種致敬。

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1月28日　決策的悲劇

1986年1月28日，佛羅里達州甘迺迪太空中心的發射臺上，挑戰者號太空梭已準備就緒。當天雖然晴朗，但溫度甚低，空氣冷峭凜冽，現場已有約五百名記者與許多攝影機準備報導。這次的發射之所以特別引人矚目，因為太空梭內有一位身分特殊的太空人──麥奧莉芙（Christa McAuliffe）。她是第一位平民太空人，原本是位高中老師，因為NASA的太空教學計畫，從一萬一千名候選人中脫穎而出，預定在太空中對學童演示科學實驗。

事實上，挑戰者號之前已搭載過許多「第一」的太空人，包括美國第一位女性太空人、第一位非裔太空人，以及第一位華裔太空人王贛駿。

這是它第十次出任務。在眾人的期盼中，挑戰者號終於在美東時間上午11點38分緩緩升空。不料，59秒後，太空梭右側的固態火箭推進器冒出白煙，接著出現火苗；第73秒，挑戰者號就在眾人的驚呼聲中爆炸解體，七名太空人全部罹難。

所有的太空梭飛行計畫因此凍結長達兩年八個月，許多太空研究計畫也因而受到波及，包括原訂於1986年10月升空的哈伯太空望遠鏡。經過調查委員會五個月的調查後，成員之一的物理大師費曼（Richard Feynman）以一目了然的方式

向大眾演示釀成災難的原因：O形環泡在冰水中一段時間後，就會失去彈性，一旦施壓，就無法回復原狀，以致無法發揮密封的功用，而發射前一夜的溫度只有攝氏零下8度。

這只是物理原因。承包商的工程師已在前一天對O形環在低溫下的密封能力表示憂慮，然而公司與NASA的管理階層都不願意為了這項不確定的因素中止發射計畫。也就是說，官僚體系的管理文化與決策過程，正是釀成此一悲劇的無形原因。

費曼在調查過程中對這個現象有很深的領會，因此語重心長地下了結語：「希望我們的建議能確實讓太空總署的官員們實事求是，正視技術弱點和缺陷，並解決這些問題……想在技術上成功，實情必須凌駕在公關之上，因為大自然是不可以欺騙的。」而這段警語永遠值得所有組織與機構深思。

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1月30日　豈止於滑鼠而已　

出生於1925年1月30日的英格巴特（Douglas Engelbart）身材修長，他一路走上舞臺，在電腦桌前坐下。桌上其實只有電腦顯示器、鍵盤、滑鼠與鍵組（keyset），電腦遠在50公里外的史丹佛研究中心。顯示器亮了起來，舞臺上的大螢幕同步秀出畫面，上面分割成左右兩個視窗，左側是一份空白文件，右側則是遠方同事的即時影像。

英格巴特先示範了文件的輸入、編輯與存取，然後讓遠方的同事一起參與編輯。接著他打開一份老婆交代的購物清單，先讓上面的物品自動依名稱重新排列，接著螢幕顯示出一張地圖，上頭已標示出購買物品的商店與路線圖。他點選了圖書館，馬上出現一份書單。之後英格巴特仔細講解整個系統架構，包括硬體、軟體與網路，以及未來建構ARPAnet（網際網路的前身）的計畫，全場觀眾為之目眩神迷，演示結束後，會場爆出如雷掌聲，久久不息。

我們現在會覺得這些演示一點都不稀奇，但英格巴特的示範可是在1968年、將近半世紀之前的事！當時還是用打孔紙片輸入電腦指令、電腦螢幕只能顯示單色字元、既無滑鼠更無網際網路的個人電腦史前時代，而英格巴特在那個時代展示了網路連線、圖形介面、多重視窗、視訊會議、文書處理、協同作業與超文本的整合系統，難怪現場的所有觀眾會被徹底征服，因為這根本是未來世界或是科幻小說才會有的場景！發生在1968年的這場「秀」也因此被稱為「所有演示之母」，賈伯斯日後膾炙人口的演示更是發端於此。

賈伯斯所受的影響不只這樣。當時印表機的龍頭全錄公司（Xerox）深恐英格巴特的技術普及後，將使得辦公室迎來無紙化時代，動搖他們的本業，於是在1970年成立帕羅奧多研究中心（PARC），負責先進技術的研究。恰巧英格巴特的研究預算遭到刪減，於是他旗下的小組成員將技術一起帶進PARC；後來賈伯斯前來參觀時，也才會大受震撼，將滑鼠與圖形介面引進蘋果公司，從此改變個人電腦的面貌。

天才即是見人所不能見，而先知總是看得太遠。兩者兼具的英格巴特超越時代太多，他所展示與勾勒的電腦和網路必須再過二、三十年，等到技術、成本、網路等等各項條件都成熟之後，才能一一實現，並深入每個人的工作與生活。只是他的名字被埋沒太久，英格巴特在人們心中仍未得到應有的地位與榮譽。如今人們會以「滑鼠之父」稱呼他，但他的影響與貢獻又豈僅止於滑鼠？正如蘋果電腦共同創辦人史蒂夫．沃茲尼克（Steve Wozniak）對他的悼念：「我們現在在電腦上所有的一切都可以追溯到他的發想。對我而言，他就是個神。」

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2月14日　世界首部電腦  

「……一部首次能以電子速度處理困難繁重而難以解答之數學問題的神奇機器……它的計算能力比以往的計算機快上一千倍。」《紐約時報》所描述的這部神奇機器叫做「電子數值積分計算機」（ENIAC），在1946年2月14日於賓州大學正式對外發表。

這是全世界第一部通用型電子計算機，由美國軍方資助研發建造。它完全改用真空管、二極體等電子零件，運算速度因為從以往的機械動作改為數位化的電流而大幅提升。最重要的，它是一部可編程的的通用型計算機，只要輸入不同程式，就可以讓它做各種不同的運算──只要重新連接一堆複雜的纜線，再切換一堆開關就行了。是的，光是這樣，就足以令當時的科學家興奮不已，甚至淚流滿面。兩年後，才在馮．紐曼（John von Neumann）的建議下，改良為由打孔的卡片輸入程式，不用再插拔纜線。

這部ENIAC花了軍方五十萬美元（相當於2011年的六五○萬美元），耗時十八個月才打造完成。它有17468個真空管、1500個繼電器、7200顆二極體、6000個開關、一萬顆電容、七萬顆電阻，以及五百萬個焊接點。它高2.4公尺、深90公分，長30公尺，重達27噸，占滿了50坪大小的房間。這部龐然大物耗電高達150千瓦，每秒可做5000次加法、357次乘法或38次除法。現在不管任何一部智慧型手機，其大小、重量、耗電都只有ENIAC的十萬分之一，速度卻快了十萬倍以上。現代的科學家們如果得用ENIAC來運算，肯定也要淚流滿面。

ENIAC在1955年10月2日正式退役，各部分零件因無人重視而失散各處。無論如何，ENIAC終歸還是現代電腦的始祖，因此，美國科技富豪裴洛（Ross Perot）於2006年著手蒐集重建。現在我們可以在美國陸軍砲兵博物館看到它的原始樣貌；親眼目睹，或許更能感受科技的一日千里。

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5月31日　少了桂冠的核子女王 

1956年5月的某一天，三十四歲的楊振寧走進同在哥倫比亞大學任教的吳健雄辦公室。出生於1912年5月31日、大他十歲的吳健雄在核子物理領域已有相當地位，有「東方居禮夫人」的稱號。

當年曼哈頓計畫在核分裂的連鎖反應上遭遇瓶頸，計畫主持人歐本海默特別指名找她，因為「她知道所有關於中子吸收截面的知識」。於是來美國才八年的吳健雄，難得以外國人身分中途加入這涉及國家安全的祕密計畫，她也不負眾望地解決了連鎖反應的問題，原子彈終於順利完成，她的聲望也因而更加鞏固。

楊振寧來找她，是要討論「宇稱守恆」的問題。所謂的「宇稱守恆」，是指大自然是左右對稱的，物理定律對左旋與右旋粒子的作用應該都一樣，這在重力、電磁力、強核力、弱核力這四大作用力都已屢試不爽。不過楊振寧與李政道懷疑，一直令科學家困惑的θ和τ兩種介子之謎──兩個自旋、質量、電荷都完全相同的粒子，卻有不同衰變方式，背後的真相就是：弱核力不遵守宇稱守恆。因為楊、李兩人是從理論出發，因此楊振寧特地來請教對弱核力已做過無數次實驗的吳健雄。

這次討論勾起了吳健雄的興趣，她很快設計出實驗方法。即使楊、李兩人於次月發表宇稱不守恆的論文後，招來各界的質疑與訕笑，吳健雄仍沒有打退堂鼓，繼續張羅所需的器材與人員。量子力學大師包立知道後，認為這是浪費時間，並願意賭上所有錢，實驗結果一定證明宇稱守恆。

聖誕節前，吳健雄率領的實驗小組已發現宇稱不守恆的現象，但吳健雄向來嚴謹，她仍要成員多方查證與驗算，直到1957年1月中旬，才將論文提交《物理評論》。這消息在物理界簡直炸翻天，大家一直深信不疑的對稱性竟真的被推翻了！楊、李二人也史無前例地立刻榮獲物理諾貝爾獎，但更出乎大家意料的是，吳健雄竟不在其列。

對於吳健雄未能同獲諾貝爾獎，許多物理學大師紛紛大抱不平。雖然她日後獲得許多殊榮，但這終究是個遺憾。1989年，她在寫給有長時間同事情誼的史坦伯格（Jack Steinberger）信中說：「……儘管我從來沒有為了得獎而去做研究工作，但是，當我的工作因為某種原因而被人忽視，依然是深深地傷害了我。」

八年後，至死仍保有中華民國國籍的吳健雄因中風過世，享年八十五歲。人們將永遠記得這位「核子研究女王」「物理學第一夫人」對宇稱不守恆的巨大貢獻。

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7月14日　從優生學到大屠殺

1933年7月14日，德國國會通過《遺傳病病患後代防止法》，針對罹患遺傳性疾病、且可能遺傳給下一代的病患，強制實施絕育手術。其中包括：天生智能障礙、精神分裂和躁鬱症等精神疾病、遺傳性癲癇、遺傳性杭丁頓舞蹈症、遺傳性眼盲或耳聾、嚴重的遺傳性身體缺陷以及嚴重酗酒者。

雖然這個法案因為有半年前才接任德國總理的希特勒大力推行，所以毫無異議地迅速通過；卻也沒想到法律公布後，社會輿論竟未出現反對聲浪，似乎大家都認為有其必要。於是，高舉優生學大旗的強身健國之路就此歪斜，最後竟演變為種族清洗的大屠殺。

先是當年十一月，妓女與罪犯也被納入絕育手術對象，結果自1934年開始實行後，兩年內共有十三萬四千人被迫接受絕育手術。1935年10月，進一步規定此等遺傳病病患不得結婚，同年並立法嚴禁猶太人與德國人通婚；1939年9月，德國入侵波蘭、引爆第二次世界大戰後，為了提供更多醫療資源給前線受傷的士兵，祕密展開「T4行動」，直接對前述法律所指的遺傳病病患實施安樂死。沒多久，「T4行動」擴及所有猶太病人；接著，連健康的猶太人也被送入集中營，成為安樂死的對象，六百萬猶太人因此慘遭屠殺。

我們當然可以指責希特勒的喪心病狂，但是納粹實施種族清洗卻有其歷史脈絡，更值得我們審視與省思。「優生」一詞最早是由英國遺傳學家高騰於1883年所提出，他過度演繹表哥達爾文的演化論，主張人類可以超越自然演化，透過有計畫的篩選與操控，使人類基因擇優汰劣，型塑更優良的後代。在當時的時代背景下，高騰的主張很快得到各國認同。

十九世紀中期後，受惠於第二次工業革命的各種發明與技術革新，生活條件大幅改善，使得人口快速成長，尤其以社會底層的人口成長速度最快，馬爾薩斯《人口論》的糧食短缺預言也就更令人憂慮。另一方面，列強在爭奪海外資源時的相互衝突，又加深了提升國力的迫切性，於是在內外雙重壓力下，優生學成了一帖有效的良藥；在政府與學者的倡導之下，也成為社會共識。

因此，德國國會才會順利通過《遺傳病病患後代防止法》，而德國民眾也都認為理所當然。別以為德國只是特例。事實上，在此之前，美國與丹麥、瑞士已經通過類似的絕育法案，只不過他們沒出現希特勒這種集大權於一身的狂人，才沒有演變成種族清洗的大屠殺。

從這個事件可以知道，遭到不當詮釋的科學一點都不科學，在面對「有科學根據」的偽科學時，人人都應該從更長遠、更全面性的角度來思考，才能避免讓自己成為邪惡的共犯。

9月11日　洗腎醫療首度成功

據統計，2013年全球因末期腎臟病接受治療的病患達320萬人，其中除了接受腎臟移植的七十萬人外，其餘250萬人都必須依賴血液透析（也就是俗稱的「洗腎」；臺灣約有六萬名患者）才得以維生。在第二次世界大戰之前，腎臟病一旦到了末期，就是無可挽回的絕症；直到1945年，荷蘭醫師考爾夫（Willem J. Kolff）才以他發明的血液透析裝置，為這些絕症病患帶來曙光。

考爾夫的父親是一所肺結核療養院的院長。自小跟在父親身邊的考爾夫本來完全不想當醫師，因為他覺得自己無法承受看著人們死去。直到年紀漸長，父親的言行在他心中逐漸形成典範，他才終於打消當動物園長的志願，決心當位懸壺濟世的醫師。

1938年，擔任住院醫師的考爾夫眼見一名腎衰竭的年輕人逐漸失去生命，卻束手無策，因而開始思考可以仿造腎臟功能、去除血液中毒素的人工裝置。考爾夫用玻璃紙裝了含有尿素的溶液，密封好後在清水中來回晃動，半小時後，溶液中即測不出尿素，確認了玻璃紙可做為排出尿素的半滲透膜。

然而納粹於1940年進軍荷蘭，考爾夫自然要全力投入醫療傷患的工作，他還成立了歐陸第一個血庫。不幸的是，荷蘭很快就淪陷了，任職的醫院也被納粹接管，不願為納粹效命的考爾夫於是搬到一個小鎮。1943年，考爾夫就在這小鎮的醫院裡發明了血液透析的裝置。

他用玻璃紙做的細長管子一圈又一圈地纏繞在橫置的木桶上，再利用洗衣機帶動木桶緩慢轉動，腎臟病病患的血液流經管子，所含的尿素等廢物就在途中穿透玻璃紙進入水中，回到身體的血液就變乾淨了。

不過，前十五位接受治療的末期腎臟病病患都只多活了幾天，然而都曾從昏迷中清醒過來的病患們，鼓舞了考爾夫繼續他的實驗。1945年9月11日，一位因嚴重尿毒症陷入昏迷的六十七歲老婦人被送進醫院，周遭的人都勸他別浪費資源救這個納粹走狗，但考爾夫認為，醫師沒有權利判人生死。經過十一個小時的洗腎，終於救回老婦人的性命，成為第一個成功案例。

第二次世界大戰結束後，考爾夫不但沒有為自己的發明申請專利，還免費分送了三部血液透析機給英、美、加三國的研究人員。他後來移民美國，轉而研發人工心肺、人工心臟，因而有「人工器官之父」的美譽。如今末期腎臟病不再是絕症，還有無數病患自鬼門關前救回一命，都要歸功於考爾夫的先驅研究與無私精神。