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揭開上帝祕室惟幕的一角 P.46

揭開上帝祕室惟幕的一角 P.46

雖然每天接觸的都是硬邦邦的電腦主機板,但是出身科技界的華碩副董事長童子賢卻有相當柔軟的感性特質, 愛看書的他最近發現一本科普好書 --- 《財富、生命與智慧,在未來二十年及之後的面貌》,喜歡思考的他,在自己欣賞之餘更大力推薦給身邊好友,以下就是童子賢看完這本書後的深刻感受,他引述書中「電腦革命」、「分子生物革命」、「量子物理革命」的影響力,以及這三種科技互動所可能造成的綜效,並探討這些影響力將引發的改變,包括改變生活面貌、衝擊道德觀、引發新興社會階級或進行財富重分配,甚至造成國家之間實力消長。以下就是童子賢的文稿內容。


在農曆年前我推薦一本書給朋友,這本由大塊文化出版的《財富、生命與智慧,在未來二十年及之後的面貌》,是近年科學知識普通化書籍(科普)中的好書,議題廣而深度較高,比一般以故事為主的書深入問題核心,卻沒有教科書的艱澀枯燥。 作者 Michio Kaku 以一位物理學家兼具人文關懷的科普作家身分,為讀者導覽了改變中的量子物理、分子生物、電腦科技世界,他認為這三項科技發展將是人類目前最重大的主導力量,他也預言了科技神祕力量對二十及二十一世紀的影響,勾勒未來人類文明輪廓。在口頭推薦之餘,我還付諸行動向誠品書店訂購了多本書分贈好友,在此也很樂意與《今周刊》讀者分享。


從「桃莉」羊看基因工程

在一九五三年華生與克里克揭曉 DNA 之謎以後,生物學家就告訴我們, 細胞不再只是堆砌人體的「磚塊」,生物的每一粒細胞都完整儲藏生命的密碼。人造人或人造羊曾只是推理或科幻劇情,但一九九七年「桃莉」複製羊的誕生卻讓過去的科幻成真;「桃莉」是以取出成熟羊乳房上的一顆細胞核,殖入去核卵細胞而發育為一隻成羊。這明示分子生物與基因工程的進展,已改寫高等動物誕生於有性生殖的歷史了。以往我們只見過壁虎斷尾後會再生,看過蚯蚓斷成二節後會各自又生長完整。

或者我們更熟悉農夫用插枝「複製」果樹,我們也用此法在陽台或後院「複製」插枝長成的玫瑰。

雖然自一九五三年的 DNA 祕密發現至一九九七「生物科技」的工藝純熟,花了漫長四十四年,但以人類終自造物主手中窺得生命之奧祕來看,數十年即解千古之謎誠屬可敬可畏。

細胞核內已知儲藏有生命的密碼, 這密碼盒即是 DNA,雙股纏繞的 DNA 呈雙螺旋狀,人類有十萬基因像珍珠般橫亙在 DN A 雙股線上,人之所以成為人而不是一頭牛或一隻黑猩猩的祕密就潛藏其上。 書中第六章「 DNA 地圖顯影」比較人類基因與其他生物差異,赫然發現酵母菌有三○%、牛有九○%、黑猩猩有九八.四%與人基因重疊一樣,而人與人之間的重疊為九九.九%。

人類數百萬年來就靠著一.六%的基因差異與黑猩猩在生物演化上分道揚鑣。

基因工程很可能改變二十一世紀初的醫學面貌,書中也提到這個概念「我們正邁入一個未病先知的年代」。過往的醫學著重治療,而未來將轉變成以預防為主,例如健檢中在血液樣本取得一個月內, 個人的 DNA 序列即由電腦完成,你可以獲知自己在數千種遺傳疾病中的個別罹患機率與何時可能生病,而最佳預防之道也可同時被建議。

但這美好的一切若無「人類基因地圖」與「強而廉價的電腦」來實現,終究只是夢想。我們有多少機會實現這樣的美麗新世界?書中也探討了量子物理將改變電腦所用的材料技術,與電腦協助基因工程發展帶來的遠景。


量子物理與生物學結合解開DNA的祕密

一九五三年詹姆斯.華生與法藍西斯.克里克兩位年輕人, 在英國劍橋以 X 光射入 DNA 分子結晶物中, 而獲得劃時代的成就(可參考華生本人寫的《雙螺旋》一書, 這本書是一位 DNA 發現者兼諾貝爾獎得主的青春告白,中譯版由時報出版公司發行)。

DNA 結晶物內的原子似一面鏡子,將射入的 X 光以各角度反射, 被稱為 X 光結晶學的這門技術成為華生與克里克驗證構思的利器,幫助他們自干射、繞射條紋及雜亂的反射光點圖像中,分析結晶分子的三度空間結構。運氣與耐心加上智慧, 使兩位年輕人解讀出 DNA 分子的三維結構與化學成分,並建構出雙螺旋與生命密碼運作的理論。


DNA 世紀之謎終被解開了

先幾年也有科學家發表生命密碼應是藏在 DNA 之中, 而非主流科學家預測的藏在蛋白質分子之中,另有人成功以 X 光結晶學分析各種生化分子。 但只有詹姆斯.華生與法藍西斯.克里克解說 DNA 結構及它如何精確遺傳給下一代, 又以何種形式控制新陳代謝來表現生命現象。十九世紀以前的傳統,生命總由神祕不可知的力量來運作,近乎玄學及巫術的解釋,殺害了不少患有遺傳疾病的人。

例如杭亭頓舞蹈症患者及家族成員,因身體的抖動而被視為魔鬼附身,因而慘被送上十字架焚燒。現代人類文明的進步象徵之一是,雖不能盡解生命的本質與奧祕,但掀起造物主遮掩祕密帷幕的一角後,已能用理性同情幫助這樣的病患。

當時華生才二十五歲,克里克才三十七歲,兩人年紀輕輕已尋得生物學家終身夢寐以求的「聖杯」,九年後並獲諾貝爾醫學獎的桂冠。值得注意的是,主角之一的克里克是以物理學家的基礎參與生物研究。在認識他之前,生物博士華生對如何以 X 光產生圖像以進行生物分子分析毫無所知, 但兩個人合作卻成就了科學發展史中的佳話,展現跨領域合作的驚人「綜效」威力。

若非量子物理與生物學結合,追尋「聖杯」不可能成功。追溯克里克跨入生物領域動機,更可體會這是跨科技領域間互相啟發的故事。而克里克以物理博士跨入生物領域,則是受了三○年代量子物理大師薛丁格的啟發。

不止克里克如此,九○年代基因研究的巨擘法蘭西斯.柯林斯(美國國家人類基因研究所長)也受薛丁格的影響,而在五○年代自量子物理化學領域轉投入分子生物領域。薛丁格所創立的波動方程式為他獲得諾貝爾物理獎,但他在一九四四年出版的《生命是什麼》 一書,卻促成了分子生物學界的大躍進,並深深影響後來生物學界的發展。

薛丁格在《生命是什麼》 書中主張,生命的現象應可由量子理論解釋生化分子現象而得到答案,他預言「生命的密碼及遺傳因子」封藏在每一粒細胞的基因之中,一如摩斯密碼以○(一短線)與一(一長線)及少許間格表達訊息,他猜測生命密碼也以類似方式存在。傳統對生命的看法是由神祕不可知的力量主宰,薛丁格的論點激勵了許多物理化學界年輕人奮身跨入生物領域,也意外促成了後來數十年分子生物學界的進步。本書及華生的自傳都對這一段物理與生物的結合作了敘述與回顧。一九九○年代分子生物發展,明示或暗示緊接著複製羊之後的複製人、癌症治療、人類抗衰老、作物改良,都有可能由基因工程來完成。這一切的啟動皆來自《生命是什麼》一書的啟示, 或溯自一九一二年布瑞格父子發展 X光結晶學,或更早發展的量子物理學。


量子物理與相對論的影響深遠

分子生物及基因工程發展的戲劇性與轟動程度,使 DNA 或 RNA 這種極端專業的名詞,在數十年來成為社會大眾及流行媒體的通俗名詞,這讓人想起愛因斯坦另一個更早通俗化的公式 E=mc2 已流傳近百年而不衰。

Michio Kaku 在書中稍回顧了量子物理的過去,而更著重未來的影響與應用。牛頓古典物理把宇宙當作靜態舞台,而日夜星辰分布在三度空間的宇宙中,時間則規律流逝永遠不變﹐日月星辰都遵循牛頓發現的重力定律運行不止。

二十世紀相對論及量子物理學則改變了牛頓建立之物理體系。自二十世紀相對論及量子物理發展後,人類對宏觀宇宙及微觀的基本粒子有了革命性看法。現代人已掌握了牛頓物理無法解釋的各種知識。

例如時間不再是永恆的,而是依物體運行速度而改變,甚至當物體趨近光速時,時間也可趨於靜止,一如中國古老西遊記神話中「天上一天、地下一年」的情景;例如空間會受巨大物質扭曲,質與能不再不相關,物質近乎是被「凍結」的巨大能量,把能量釋放出來的過程令人驚心動魄,傳統化學能完全不能類比。量子物理學如今成為基本科學,而化學、分子生物學、半導體等在本質上是物理的衍生應用。未來半導體及超導體等材料的再創新再發展皆有賴量子物理,這門科學發展對世人貢獻將既深又遠。

世人對量子物理的發展得感謝許多大師級人物,在本世紀初的歐洲物理學界,一如中國春秋戰國百家爭鳴、百花齊放,哲學家輩出。世紀初的歐洲物理明星之眾如銀河群星燦爛輝煌,在短短數十年間累積下的成果超越前人千年成績。以蒲郎克、愛因斯坦做為開始,接續而來的波耳、海森堡、鮑立、薛丁格、德布羅意、費米接人才輩出,漸次解開了原子結構之謎,也解開了宇宙運作的許多奧祕。最後終於逐漸侵犯造物主的權力,將人類所能掌握的能量自化學能(木材、火藥)推向原子能。二十世紀前半物理發展終以一九四五年原子彈的發明達到戲劇性的高潮。

人類屢向諸神、向大自然索取更多權力,始自普羅米修斯盜火到人間,到一九四五年歐本海默的原子彈研發小組達高峰。

一九四五年在美國新墨西哥州沙漠引爆第一顆原子彈,隨後氫彈在歐本海默、波耳等人以道德理由反對下,仍被泰勒研發小組於一九六二年在馬紹爾群島成功引爆,其威力已比廣島原子彈強五○○倍達一○○○萬噸黃色炸藥威力。這時世界已開始爭議人類要的權力是否已太多,人類是否有足夠良知使用原子彈。

相對論揭露的質能互換定律以核武器的猙獰毀滅力量懾人,而量子物理學其影響力並不遑多讓,只是以默默改變文明面貌的方式呈現:像前述的協助 DNA 雙螺旋奧祕的解密, 以及促使半導體產生革命的發展,此外雷射與核磁共振等現代應用科技都有賴量子物理學。

一九○○年蒲朗克為解釋黑體輻射問題而導出輻射能量是不連續的,能量只能以量子的整數倍輻射或吸收的觀念,二十世紀的量子力學於是展開了。愛因斯坦在一九○五年呼應蒲朗克理論而發表了「光電效應」理論,同時也發表了大名鼎鼎的相對論,但許多論者以為「光電效應」理論重要性不下於相對論,因為這是量子力學的奠基之作。後來愛氏以光電理論獲諾貝爾獎,而非以相對論獲獎。愛氏說明了能量不是連續波,而是以「光子」為能量的單位,呼應了蒲朗克「輻射能量是不連續」的概念,這是世紀初的量子力學萌芽。後來才有了海森堡、德布羅意、薛丁格等人的發揚光大。

量子物理學默默導引二十世紀科技革命。拜量子物理為基礎之賜, 微電腦晶片研發終於演進成指甲般大小, 華生與克里克則以 X光結晶技術解開雙螺旋的生命之謎,核磁共振醫療儀器與超導材料得以開發。未來或有實現室溫超導體之可能,磁浮列車及分子機器的建造都將因量子物理變為可能。


個人電腦革命啟發人類腦力解放運動

八○年代開始的資訊革命啟發人類腦力解放運動,這是劃時代的改變,正如同引擎的發明解放了人類的體力極限。重新審視人類競爭力的時代到了,無法善用資訊革命的社會,其生產力處於相對貧弱的不利位置。我認為個人電腦潮流最偉大之處,在於計算能力民主化及個人化。 舊的大電腦(如 IBM 的大系統,價值數百萬美元)其計算能力象徵著神祕高不可攀,只有經挑選的祭師與貴族(程式師及管理人員)才能觸碰,永遠置於神殿內(冷氣機房)。現在新的 PC 只要四萬元台幣,其計算能力是十五年前八○○八的一千倍,比十五年前的大電腦都強,可以買成品,也可 DIY *蛢桯q腦。

而網路潮流更使資訊無遠弗屆,舊的資訊交換方式在無預警中遭到解體。現在個人與家庭中隨手可得很強的計算能力(十五年後還會進步一千倍),若結合愈趨便宜的無線通信,無論在海灘休閒或在旅行途中,運算與獲取資料都不再是問題。

Michio Kaku 也指出以電腦作為基礎工具,促使人類基因解碼計畫加快而預算變低。這標示跨三個領域的交互影響,有朝一日生物電腦及量子電腦也可能回頭改變現在半導體、網路及電腦的面貌。近十五年電腦在「摩爾定律」下速度進步千倍, 價格卻漸趨於低廉,但當 IC 已進入次微米技術,0.18um 產品在二○○○年以前會量產,是否 IC 材料發展已接近多年前預測的極限。這就是電腦業界未來可能需自生物及量子物理尋求的幫助。


侵犯造物主的權力是造福或威脅人類?


複製羊出現暗示複製人、甚至複製「侏羅紀公園」電影裡的恐龍,在技術上已是可行的。生物科技遲早會帶來新的道德爭議,人類面對生物科技進步反而困窘與戰慄,一如一九四五年原子彈引爆之初引起的爭議,這到底是造福或威脅人類?未來我們身上掉下的一根頭髮或體檢留下的一滴血甚至頭皮屑, 其上的 DNA 密碼都足以再創造出一如你我的人,而萬一隨意施工改造人類而產生科學怪人又該如何?基因工程帶來優生學觀念是否會濫用造成新的社會階級?無力改造基因者的後代會不會淪為次等階級?實驗室變種的超級毒菌萬一外流落入狂人手中怎麼辦?

因基因改造而長生不老的我們如何面對後來的十代百代子孫?社會結構會不會大亂或崩潰﹖以上種種困惑遲早要來臨,甚至比起原子彈管制問題更切身更複雜,處理不善,人類文明會不會因生物科技而陷入浩劫?

但勿忘了未來抗藥細菌與癌症等危機解決的希望也正在此。基因工程將足以改造出豐盛的蔬果及糧食以解救地球近三分之一處於飢餓邊緣的人。美國冷泉港正進行人類基因地圖的繪製,因上述分子生物的發展,未來癌症與遺傳疾病可望第一次被人類掌控。癌與愛滋病目前令人聞之生畏,然分子生物學的發展終將擊敗此二十世紀黑死病,於二十年內使癌症獲得控制。抗藥性細菌演進之快與人類抗生素發展有一場激烈對抗賽,人類因為受惠於近年分子生物學的發展而快要有能力掌握奧祕,此奧祕即是各種細菌 DNA 的祕密。 人類若占據制高點,則可一覽無遺了解微生物與癌細胞的行軍布陣,兩軍相交本來旗鼓相當,現在人類要略勝一籌了。

後記林語堂先生曾說,一邊抽煙斗一邊談論學術是最文明的生活方式之一。我們不抽煙斗者,天南地北聊聊也說不上學術。但夜間一盞燈一杯咖啡,邊啜飲咖啡邊在燈下觀看「桃莉」羊的誕生與基因之祕,或者了解一下 IC 到了次微米之後是否碰上發展極限,看些喜愛的題目而無關工作無關專業,一書在手純粹只是為了享受好奇與有趣,也不失為頗富趣味的文明生活之一。

這本書英文原名「 VISIONS 」(遠景), 譯者似乎對原書之副標「科學將如何改變二十一世紀」意猶未盡,在中譯本封面又加上「 Next 20 years and after」副標。 這本書由日裔物理學家 Michio Kaku (超弦理論參與建立者之一)所著,作者具學術專業而且寫過多本科普書籍,且兼主持廣播電台節目,由此可以看出其關懷面極廣。而其交遊廣闊可以由書上一長串感謝名單稍見端倪,感謝名單中包括了半打諾貝爾獎得主,其中有以高傲與博學聞名的葛爾曼(六○年代成功建立夸克假說者),也有基因研究的巨擘法蘭西斯.柯林斯(美國國家人類基因研究所長)在內。

Michio Kaku 博學深思而具專業能力,所以本書分析事理多且闡述新觀點多,而浮面報導故事較少。此書大量介紹量子物理、分子生物、電腦發展前景,及前衛預言如有關人造人、超導體、人類基因地圖、星球移民、分子電腦等,這些內容可以彌補大多數以報導科學界聞人故事為主之科普書籍深度之不足。

而陳婷與徐中緒兩位中譯者信雅達兼具,且在章節及引言安排上都下了很深工夫,使這本書成為近來翻譯科普書籍的翹楚。當然不可能每個讀者都全通曉上述三個領域的全部知識,讀者讀來或許會遇上許多專業名詞或科技界的陌生題目,但既然是學習則不要管它這麼多, 大*i放鬆心情像臥在沙發看電視播放有趣的「 Discovery」頻道一般,保持一顆好奇心來探究有趣事物與觀點,順便接受科技新知。在跨入二十一世紀之前,我們有權、也有義務多了解,這個世界究竟被什麼樣的科技力量給改變了。(本文作者童子賢為華碩電腦副董事長)



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