中華文化老根在台灣？！（五）
教訊雜誌社社長／高緒業 2004-04-01 10:05
─科學可造福人類 也可毀滅人類（中）
一、元素週期表與碳的循環
凡不能以化學方法分解為更簡單的物質，稱為元素。分為金屬與非金屬兩類。已知有一○五種，其中有九十一種存在於自然界。元素依原子量大小順序排列，則其化學或物理性質是音階般的週期性變化，因此元素，依原子量由小而大排列而成的週期表，就稱元素週期表。
依原子序排列與人類生命生活有關的元素，都排在最前面，氫是1，碳是6，氧是8，而在地球存在的豐富度最高的十種元素是H、He、C、N、O、Na、Mg、Si、S、Fe（氫、氮、碳、氨、氧、鈉、鎂、矽、硫、鐵），而H佔10％，C佔20％，O佔62％。人類呼吸氧生活，而水是氧與氫的化合物H2O，也是人類生活不可或缺的。
大氣中就有臭氧（氧的同位素）層。尤其是碳，所有的有機體化合物均含有碳，為組成生物體細胞的必需成分。化學性質很穩定，為強力還原劑。它的同素異形物有無定形炭、石墨、金剛石與活性碳。石墨、金剛石都是晶體結構，均可用合成法製取。石墨是軟而滑的固體，為熱和電的良導體。金剛石是目前所知最硬的物質，是貴重的金石，並可用於切割。碳跟氫、氧、氮以及某些其他元素，形成約占生命機體物質18％的化合物。碳元素在大氣、土壤、岩層及動植物間流傳的過程叫做碳循環。
生物的碳主要來自植物的光合作用，從空氣中吸收固定的二氧化碳，再經由生物的呼吸作用，屍體的分解、燃燒等形式而回歸大氣。所以碳素循環永遠保持平衡。二氧化碳為空氣成分之一（佔0.03％），如含量達0.1％即有害健康。不能助燃，比空氣重1.5倍，故可作滅火器。固態二氧化碳，即俗稱乾冰，可用於飲料，是地球大氣層次要組成成分。在含碳物質燃燒，發酵和動物呼吸時形成。在二氧化碳濃度為50％的空氣中長時間停留會昏迷或死亡。大氣層中的二氧化碳能避免地球所接收的輻射能的一部分返回空間，因而產生溫室效應。但如果氣溫持續昇高至某一程度，有可能使北極的冰融化，波及全球，就會威脅人類的生存了。
二、電腦時代
電子計算機Computer，不久通稱電腦，原是提供運算的自動電子機器，第一部計算機於一九三九年起，美國哈佛大學與IBM造成了一台長十五公尺高二‧五公尺，重達三十噸的巨大機器，這是第一代，經過六十多年發展，電腦已進入了第五代。
簡單的說，從巨大無比，到細小之極；從有錢買不到，到人人買得起；從處處都沒有，到隨處都有；從資訊細流到資訊瀑布；從大家都不懂，到人人會操作。我們可以大膽的說一句，現代人如不能操作電腦是個半文盲。
數十年來電腦處理資料的速度以萬倍以上的增進。其中影響最重要的因素有二：一是矽晶片的發現（使製作成本大幅劇減），一是資訊科技在軟體方面的應用，經過通訊與電腦的交互應用，光纖與人造衛星的結合，使電話能更普遍應用，傳遞可廣及全世界，使世界進入資訊時代。
電腦的使用有硬體與軟體之分，硬體是指電腦機器本身的製作與改進，軟體是電腦程式的設計，而電腦間的傳輸與溝通，則是網路。燒錄的記憶體晶片叫韌體，是半導體存儲器。
電腦的發展已有五代：一九四六年第一代真空管；一九五四年第二代電晶體；一九六四年第三代IC（積體電路）；一九七○年超大型積體電路（VLSI）；一九九二年到現在AI人工智慧。
電腦的進步帶來四A革命，A指Automation自動化，四A就是辦公室的自動化、工廠自動化、實驗室自動化與家庭自動化。
文書處理機與第三代傳真機完全實現了辦公室自動化，工廠自動化已是全世界普遍趨勢，實驗室自動化最大的成就是促成了新材料革命，發明了超級工程塑膠─高功能樹脂，是超越金屬的新材料，具有高強度、耐熱度、耐衝擊性、耐燃性、耐磨損性、耐藥品性、耐修理性等特性，而且硬度非常高。
電腦的數位空間，也就是資訊的貯存量，科學家預測不到二○四七年，就幾乎裝得下所有資訊，包括大部分的知識、創意與個人的喜好，使人與人間的溝通產生突破，大家可使用感官與他人進行雙向溝通。保守估計，屆時電腦的威力將是目前的十萬倍。但是如果按照摩斯法則，電腦在處理速度、儲存量及網路寬頻方向每年成長60％的話，屆時電腦的威力將是目前的一百億倍。
第五代電腦已具有類似人類的智慧，具備人類的知識與常識，可以理解圖形及自然語言，還能讀書、學習、推理、聯想、判斷、決策、思考、自我反省以及進步。
IBM的「深藍」隊可預知十五至三十個最佳走法，於一九九七年國際世界象棋賽中擊敗了世界冠軍。在最近一次比賽中，電腦又贏了。印象的合成設計和瞭解語言的電腦預計在二○一○年完成，在網際網路當下，使用者透過一、無所不在。二、劃一性。三、統一性等三項空間原則，涵蓋面遠為廣大，磅礡無垠。現在的電腦網際網路，其中「中華萬年網」網頁就包含了整個中國文化資料。
人工智慧（AI）（Artificial intelligence）也譯成人工智能，研究解決某些通常被認為要用智慧才能解決的計算機技術。AI最早研究是在一九六○年代，到現在最顯著的成就有三方面：
一、在人的工作水平上解決化學、生物、地質、工程和醫學中的某些疑難問題。
二、操縱機器人去完成一些有用的、重複的傳感運動的任務。
三、回答用英語提出的問題。
目前AI的領域已逐漸在下列五方面廣泛應用：自動化程式設計、資料庫管理、資料庫查詢語言、電腦輔助教學、人機交互應用。正因如此，第五代電腦就叫AI了。
此外尚有光電腦─利用光子作用的電腦；生物電腦─生物元件促成電腦大革命。由於生命科學及生物技術的進步，將會給「電腦世界」帶來一大革命。
二十一世紀的人類已被視為後人類，人類由生物界→技術界→電子界；已從電腦母體滋生為「數位生物」，同時人類亦在研究發展「人工生命」。
「電子生活」（E Life）成為二十一世紀的風尚，「網路呼叫器」（ICQ，I see you）把人作成「人機複合體」，一方面形成公共性的整個網民社團的居所，另一方面整個居家環境變成數位動物，成為具有意識、智能、性格、記憶，能說話，喜怒哀樂形於色的「超仿生代理」的管家。
三、機器人
機器人這個名字是捷克作家卡列爾查別克在一九二○年所寫的電影劇本「羅薩姆萬能機器公司」裡最先使用，但真實從事機器人研究的是日本人。
日本在江戶時代就有機器木偶。日本的相澤先生於一九一五年創立機器人研究所，他造了七百個以上的機器人。科學家的理想，要製造「完全機器」的機器人是類人類愈好。
最初發明代替人工作的是自動機器。一九六七年開始，工業用機器人就普遍使用。它具有三個優點：反覆作業、使用在危險的工作裡、可以自動控制，最後邁向無人化工廠的實現。
過去有的機器人分兩大類：一、能自我判斷的機器人，包括病患（與病人一般供醫學院學人實習）、接絲、剪票、郵政、領航機器人。二、遙控機器人，包括塗裝、爬樹、消防、監視公害機器人。機器人可以活躍太空（登陸月球、探測火星都要靠它），出入深海（收回氫彈、探勘採掘油田、海中開路）。最後目標是製作智能機器人，智能機器人的先鋒，已有資訊處理、觸覺、會走路、能站立坐下的義足，機器馬（用四腳行走），美國通用公司曾在研究一種能聯結人體，以提高人類作業能力的機器強人。
日本新力電腦科學研究所正在展開「北野共生系統計劃」。機器人從周圍獲得光、聲音等資訊後，可透過相機、麥克風等感知器，感知光、聲音。這些資訊經過複雜處理，可使機器出現某種反應。機器人「共生系統」即機器人將獲得的資訊、內部處理，經複雜「共生」後，與自己反應結合在一起。這個機器人將定名為「匹諾」。該系統計畫另一台柱「共生系統智慧組」共製造出三種機器人（除匹諾外），一是「西格」，只有上半身，有靈敏的聽覺；另一是人形機器人「莫夫」（變態之意），配備了一三八個感知器；外部沒有裝飾物，但能如運動員般運動，北野說希望它的生命與人一般「頑強」。
英國科學團隊在去年年底表示，他們已造出第一具「機器人科學家」，具備的能力可以自動提出理論，訂定實驗、評估結果，再進行接下的實驗，最後得出解答。這個機器人長十英尺，高三英尺。
四、奈米─極小化科技
奈米是最近幾年席捲全球科學與工程領域的一場風暴，各個科技先進國家都競相投入資源在奈米科技上，台灣也不例外。
奈米只是一個長度的單位，一奈米等於千分之一米，大約是十個氫原子（五個碳原子）並排起來的長度。簡單的說，奈米就是「極小化」的科技，其研究領域可以跨越凝態物理、化學、材料、電子、生化等，而且可能建構出更佳化學、力學、光學或電學性能的材料（在奈米級以上還有微米級）。第一個公開討論這個目標的人是物理學家費曼，他在一九五九年一次「這下面空間還大得很呢！」演講中舉例說，沒有什麼道理我們不能把整套大英百科全書寫在針頭上。
顯然，奈米科技已成為廿一世紀最為關鍵的技術之一，美、日、歐等技術先進國家已大舉投入，中國兩岸也積極參與。美國與日本研究機構預測，奈米科技將於二○一○年達到每年一兆美元（約合新台幣卅五兆元）的全球產值。奈米科技已是未來產業的火車頭，目前台灣應用奈米的傳統工業有塑膠、人纖、塗料、建材、造紙、金屬、化工等。科學人雜誌在二○○三年一月號就出版了整本的柰米特刊，要瞭解這一新科技可以參看。
將來的奈米機器人（奈米管）可以放進血管消滅病菌、癌細胞，也可以採集太陽系各星球之資源和能量。真應驗了莊子的「自細視大者不盡」。（待續）
