19 May

淺談演化論

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這篇于 2020-5-19 在臉書發表

這一篇很長。。。

說說演化論(或說進化論,evolution)到底是怎麼一回事?

動物園裡的猩猩為甚麽還沒變成人類?

其實演化論顯著的例子比比皆是,你家裡養的金魚是兩千年來中國野生鯽魚人工演化而來的,而博美、哈士奇、鬆獅、等一大堆品種的狗幾百年前都不存在這世界上,它們都是斯皮茨犬(Spitz)人工演化而來的。你今天所買的又大又甜又多汁的水果幾乎全都是人工演化而來的。

怎麼人工演化呢?簡單說就是『去蕪存菁』。將毛色美的、毛髮厚的、眼睛大粒的、肚子肥肥的、多汁的等根據培養者的喜好(或市場需求)保留下來繁殖下一代。這樣一代代下來,所保留的特徵就會越來越明顯。

但那是人工演化呀,你說。

對。人工演化跟自然演化最大的不同點就是選擇權。人工演化的選擇權當然在人類,而自然演化的選擇權。。當然在自然界,物競天擇。自然界演化的選擇關鍵在於生存率跟繁殖力,而非九頭身、六塊肌肉。想當然的,被吃了就甭談繁殖了。

老鼠黑色的毛髮便於躲在黑暗的角落不被發現。青蛙產下數千顆卵就是為了那不到 0.15% 的生存率。羚羊跟花豹一個追一個逃,兩種都演化出不相上下的速度。這些演化都是漸進式的,所以不會像人工演化那樣快速躍進,期間需要幾千、幾萬,甚至幾千萬年以上。羚羊只需要跑快過花豹一點點就能生存,花豹只需要跑快過羚羊一點點就不會餓死,所以你不會發現速度快過花豹很多的羚羊群,因為沒有必要。

是的,演化永遠是有需求下才會發生的,而大部份驅使演化的原因是由於居住環境的關係,像氣候、天敵、食物,等挑戰。

同一個物種會因為那一點點的特徵優勢在數百萬代以後演化成外觀完全不同的後代。猜猜看,河馬(不是你想的那隻!)最親的親屬是哪個物種?豬?大象?正解是鯨魚。正確來說,鯨魚是河馬的旁支,兩者在5千500 萬年前是一家。看圖一。

圖一 鯨魚跟河馬有著共同的祖先https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/images/evograms/whale_evo.jpg

河馬跟鯨魚的分水嶺發生在大約 5千萬年前,河馬屬在經過印原豬屬(Indohyus)的階段之後演化成巴基鯨屬(Pakicetus),開始能在水中獵食。之後逐漸的演化成完全水中的走鯨(Ambulocetus)、庫奇鯨(Kutchicetus)、羅德侯鯨(Rodhocetus)、矛齒鯨(Dorudon)、到今天的鯨豚類(Cetacea),這過程中,用來走路的前肢也演化成蹼,成了地球上最大型的哺乳動物。

回到一開始的問題。動物園裡的猩猩為甚麽還沒變成人類。

這問題本身就不成立。

正確來說,猩猩、人類、猴子、人猿、等都是靈長類(Primates)六千萬年演化出來的結果。看圖二。

圖二 靈長類演化樹
https://en.wikipedia.org/wiki/Primate

先說說靈長類的由來。

所有哺乳動物的祖先起源於一種長得像老鼠,以昆蟲為食物的哺乳動物,科學家給它取了個名字叫摩根錐齒獸(Morganucodon)。這種生物在3億年前的恐龍時代為了保命而像今天的老鼠一樣在地底到處躲藏。6千500萬年前(小行星撞擊地球導致)恐龍滅跡之後,摩根錐齒獸由於天敵的消失而得以光明正大的生活在土地上大量的繁殖,踏出了成為人類的漫長旅程的第一步。

在陸地上的摩根錐齒獸根據不同環境陸陸續續的演化成今天各種各樣的哺乳動物。其中一部份的摩根錐齒獸經過獸亞綱(Theria)、北方真獸高目(Boreoeutheria)的演化階段之後,為了逃避地上獵食者的追捕以及樹上有豐盛食物的緣故,開始往樹上攀爬,成了一群長得像松鼠的動物,長期生活在樹上。

後來一部份為了利於攀爬而演化出修長的手臂與靈活的手指,成了成類似猴子的形態,這就是這就是靈長類,Primates。由於需要長時間在樹上盪來蕩去,靈長類的骨骼跟體型也局限在一定的程度,太大或太重的體型不利於樹上生活。這發生在大約6千萬年前。

順帶一提,由於大陸板塊移動的關係,有一群獸亞綱動物在還沒有演化成靈長類之前就被隔離在澳洲大陸。由於長時間沒有天敵,而有機會演化成今天跟人一樣高大孔武有力的袋鼠。

靈長類演化到人科(或說黑猩猩科,Hominidae),期間用了4千500萬年。

4千500萬年是漫長的,地球環境長時期沒甚麽大改變,食物鏈維持平衡,所以靈長類的演化也非常緩慢,動物們都安家樂業,歌舞昇平。

除了非洲大陸。

非洲大陸在這段期間,茂密的樹林由於種種原因逐漸消失。消失的原因有森林大火、大陸板塊移動造成氣候變遷、甚至還有羚羊出現的緣故、等等的學說。總之,這些因素導致綠油油的大陸逐漸的沙漠化,樹林的減少迫使一部份弱小的靈長類狹鼻小目(Catarrhini,『小目』不是小眼睛,而是分類!)從相對擁擠的樹上走回陸地上。

但這次可跟之前不一樣了。重回陸地上的狹鼻小目,由於有了以前所沒有的靈活手指,變得更靈活更強大了。它們能抓取石頭或木條來當武器,遇到天敵不再總是處於挨打的地位。而且由於少了的盪樹的考量,更何況體型是退敵的本錢,狹鼻小目的體型也開始變大,間接的讓腦容量也有發展的空間,人類的遠祖開始能思考了。

這發生在大約1千500萬年前,人類的遠祖正式跟繼續住在樹上的猴子分道揚鑣,成為人科/黑猩猩科。

爾後演化繼續隨著環境的改變一直在不停的進行著。在1千萬年前跟紅毛猩猩(Orangutans)分別演化。接下來是 900 萬年前跟大猩猩(Gorillas)脫離關係。最後來到800萬年前,跟黑猩猩(Chimpanzee)分家。所以跟人類最接近的動物是黑猩猩。看圖三。

圖三 人科物種的骨骼比較
https://en.wikipedia.org/wiki/Ape#/media/File:Ape_skeletons.png

直到3百40萬年前演化到了人屬(Homo),這時的遠祖稱為南方古猿(Australopithecines)。

之後人類史進入舊石器時代(Paleolithic),這時代維持了相當長的過程,從260萬年前到1萬2千年前。

大約在1百90萬年前,需要以雙手支撐站立的古猿終於演化成能單靠一雙後腿長時間站立的直立人(Homo erectus)。然後在75萬年前一部份的直立人演化成為智人(Homo Sapiens)中的早期智人(Archaic Homo sapiens)。這時候的智人腦容量已經跟現代人一樣,懂得人工取火、用獸皮製衣、埋葬死去的人,等。我們熟知的周口店發現的北京猿人骨頭就是屬於這舊石器時代(50萬年前)的早期人類,考古顯示它們已經懂得製造石器、煮食、生火等。

舊石器時代之後進入新石器時代(Neolithic),一直到2千年前。晚期智人(Anatomically modern humans)在這時候出現,他們的體質特徵上和現代人已沒有明顯差異。晚期智人能精製石器和骨器,懂得繪畫、雕刻等藝術,能修建簡單房屋,男女有明確分工。長江、黃河文明就是發生在那個時代。

之後就是我們所熟悉的三皇五帝、夏、商、周、秦、漢、三國、晉、等等。。一直到今天。

聲明:文章裡所提到的年代、年份、物種、關係等的分類在科學界還是有分歧,但基本概念不變。

基本參考:

https://en.wikipedia.org/wiki/Primate

https://en.wikipedia.org/wiki/Hominini

https://en.wikipedia.org/wiki/Homo

。。。等等其他

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13 May

鑽石鑽石亮晶晶

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這篇于 2020-05-13 在臉書發表

說說水晶。

那之前先說說鑽石。

你買了嗎?買了?別太興奮,請聽我細細道來。

鑽石的成份是接近百分百的碳原子,跟鉛筆芯,或石墨的原子沒有分別,所不同的是它們的化學結構。上次說過(如果你有讀的話)碳原子處在週期元素表中間,所以靈活性特別高。碳原子本身能有多種不同的結構,平面(或二維,2-Dimension)結構是石墨 ,四面體(立體、或三維,3-Dimension)結構則是鑽石。看圖一。

在石墨中,它平面的結構讓層與層之間沒有化學鍵,所以很容易剝落,而且層層不規矩的疊起來,光就被吸收透不過,看起來就是黑色。這就是為甚麽它被用來製造鉛筆芯的原因。

在鑽石中,它獨特的四面體結構讓鑽石處於超級無敵的穩定狀態,所以它特別堅硬堅固,幾億年不變,所以才有『鑽石恆久遠,一顆永流傳』的說法。

記得小時候學到的三棱鏡能折射出彩虹嗎?這是由於不同波長的光在不同密度的的晶體內會有不同的速度(是的,光會慢下來!但這不違反物理定律。改天有機會再談)。鑽石由於密度非常高,所以折射率也高於其他結晶體。利用三棱鏡效應,把鑽石的四面體平整的以某些角度切割(一般切割面能高達 58 面),就能讓它在光源照射下折射出炫目的光彩,迷惑了多少貴婦的眼球與理智。看圖二。

No photo description available.
圖二 高反射率的鑽石在棱鏡效應下反射出比其他結晶體更絢麗的色彩。
https://www.crystalandglassbeads.com/img/cali/diamond-dispersion.jpg

鑽石的結構是碳原子在高溫高壓下形成的,在地球上這樣高的溫度壓力只有在地底深處得到,所以天然鑽石都是在一億年或更久遠之前在深入地底 160 公里或以下處形成的,然後通過火山爆發活動被帶到地表上。

不同顏色的鑽石是由於在形成過程中參入了雜質,impurity,或因為塑料變形,plastic deformation。比如藍色是參了硼,Boron,原子、橙黃色是氮,Nitrogen,原子、青色是鎳,Nickel,原子、等等。

不過現在科學家通過科技也能製造出這樣一個高溫壓力環境來合成鑽石,所開發出來的鑽石不但跟天然鑽石毫無分別,硬度跟純度都能調節到比天然鑽還高,也能達到較大的體積,用於研究下一代電腦芯片或製作儀器。

現在人工鑽石在市場上已經相當普遍,價格比也天然鑽低上百分之三十。有些商人還推出把骨灰(也是一堆堆的碳)合成鑽石的服務,來讓客戶能紀念身邊逝去的人。

傳統鑽石商這下可著急了,急忙推出所謂的認證書來證明天然鑽石的『血統』,以保住它的市場價格。但這不是強制性的,而且美國政府已經裁定不能區分人工或天然鑽石,因為人工鑽石不是所謂的『合成鑽石』,所有人工鑽石跟天然鑽石一樣,是貨真價實的鑽石。看圖三。

所以你手邊如果有很大一顆鑽石的話,別高興,它的價格或許有一天會變的很賤,乘早賣了吧。

本來是要談水晶的。。。。

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11 May

電磁波的偽科學

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這篇于 2020-05-11 在臉書發表

談談電磁波,electromagnetic wave。

腦海中馬上閃出的是手機跟電訊塔之間每次被人投訴接收不良的訊號波。沒有錯,但這只是一部份。

科學家麥克斯韋爾,Maxwell,在 1862年,愛迪生還沒發明電燈泡之前,就已經導出了電跟磁之間的關係,而且還進一步證明了原來光也是電磁波之一,看圖一。

圖表一 電磁波的頻譜
https://imagine.gsfc.nasa.gov/Images/science/EM_spectrum_compare_level1_lg.jpg

目前所知電磁波頻率由 0 Hz(赫茲,計算頻率的單位)到伽馬射線,Gamma Ray,的 10 的 20 次方。而『可見光』,visible light,人的眼球所能感受到的光,在這頻譜上其實只佔了很小的範圍,400-789 THz 之間(T,Tera,10的12次方,遠比我們所知很厲害的 5GHz WIFI 頻率高上 20 萬倍)。彩虹的七種顏色,紅橙黃綠藍靛紫就處在這頻率範圍。400 THz 開始是紅色, 789 THz 是紫色。可見光之外的頻率,比如紅外線,Infrared、紫外線等,ultraviolet,都不在我們的眼球感受神經的範圍。

生物之所以能『看見』光,是幾十億年進化來的結果,就好像舊式 AM 收音機進化到如今數碼電視一樣。

那眼球為甚麽選擇『看見』可見光這個範圍,而不是其他範圍,比如說 X 光、紫外線、紅外線?

這跟原子物理及進化論有極大的關係。

宇宙中處處是正在燃燒著的星星,也就是太陽。這些星星燃燒時產生了波長不一的電磁波,而大部份的星星燃燒時的溫度都在 3,500 到 25,000 K(Kelvin,基本上跟攝氏,Celsius,一樣,K = C + 273.15)之間,所產生最強最多的波長(頻率)就處在可見光頻率範圍,包括我們的太陽。見圖表二。

圖表二 太陽頻譜分佈表
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Solar_spectrum_en.svg

生物在地球上由單細胞到有眼睛的動物,期間的進化大約是這樣的:太陽光能(熱能)是最基本的能源。最初單純的熱感神經能帶領細胞找到能源(光)。後來物競天擇的條件下,這些熱感神經進化為光感(提醒一下,光是電磁波)神經(兩者也或者同步進化),能更有效的在細胞感應不到微量熱能的時候,也能預先知道能源所在處。也順理成章的,光感神經讓細胞能感受到(模模糊糊的『看到』)阻擋物的存在,變成逃避敵人或尋找遮掩物的有效工具。精益求精下,光感神經越來越複雜、解析度越來越高,從只能分辨模糊的光暗比例變成清晰的物體輪廓,成了我們現在的眼睛,所以我們的眼睛是超高解析度兼靈敏度的電磁波接收器。

好像又離題了。硬硬掰回來。

紫外線及以上的波長比可見光短、量子能量高,能將分子或原子分解,造成化學反應。換句話說,就是會破壞細胞結構,提高患癌的機率。這就是為甚麽去沙灘要擦防紫外線的防曬油、X 光不能常做的原因。不過也幸好,由於同一個原因,大部份紫外線以上的光在進入大氣層的時候就被含氧的分子,比如臭氧、氧氣、水分子給吸收去了。

紅外線及以下的波長比可見光長、量子能量低,破壞不了原子分子結構,所以對人類相對安全。

那提高波的幅度,amplitude,呢?

純粹提到電磁波的幅度只能影響原子或分子整體的活躍性,而不能能影響亞原子,subatomic,的結構。比如紅外線能將冰融化成水或將水蒸發成水蒸汽,但其結構還是 H2O,而紫外線則能將 H2O 分解成氫離子(H+)跟氫氧離子(OH-),雖然它們很快又會化合回 H2O。

這就好像詠春跟太極之間的比喻。詠春,拳頭密集(高頻率),打在身上(結構)會造成(破壞)內傷。太極柔和緩慢(低頻率),能借力打力把人(整體)推到(活躍性)十公尺外。提高太極的力度能推到二十公尺以外,但還是不能造成內傷。

一大堆前言,終於來到重點了。

我們的日常電子用品,包括手機、微波爐、WIFI、等產生的頻率遠比可見光頻率低16萬倍以上(看圖表一中的Microwave,Radio),所以科學上一直強調沒有證據顯示這些應用波長會增加患癌的機率,因為電訊塔的功率儘管再大,或許會讓細胞變得更活躍以致殺死細胞(比如過於高溫),但絕對改變不了份子原子的化學結構,也就不會直接提高患癌機率。

一般微波爐,microwave oven,的頻率跟目前 4G 手機(或 WIFI )的頻率 2.5GHz 一樣,所以在 1,200W的微波爐旁的手機訊號多少都會受到影響,但絕不會爆炸。

電磁爐,induction cooker,的頻率更不用說了,只是區區的 50 KHz或以下,比古老調幅,AM,收音機的頻率還低,只能在大功率的前提下在金屬表面製造渦電流,eddy current,跟耗損,進而產生所需的熱能。

倒是紫外線產品,盡量少用吧。

偽科學一方面說電磁波有害,另一方面則說電磁波能治百病。兩方面的共同點是,都拿不出一個完整的學術報告,像個蹩腳的政客在國會裡語無倫次的嚷嚷。

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11 May

電子的偽科學

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這篇于 2020-05-08 在臉書發表

說說量子、離子等超微視觀的世界。

量子,Quantum,不是子,而是指超微觀世界。那麼它的尺度有多小?用數字沒有概念,用比例吧。電子是微觀世界裡最小的物質,如果我們把電子的比例放大成跟一粒蘋果一樣大,那麼,一個六尺大漢的高度就等於三個半太陽系的直徑。如果太陽處在腳底,那麼太陽光需要花一整天的時間由腳底到達鼻子的地方。而,光從月球到地球只需 1.3 秒,由太陽到地球只需8分19秒。

那麼,一個人體內有多少電子?10的28次方。那又是多少?

聽過一個寓言故事嗎?有個君王跟一個人,當然是聰明人,打賭。不理打賭的內容,賭注是,若君王輸了,他必須把一粒米在圍棋格子上由第一格開始順序加倍,一直到最後一格的米的數量給這個聰明人。結果君王當然是輸了,那麼米的數量是多少?很簡單,2 的 64 次方,也就是 18 後面加上18個 0。那又是多少?

一公斤米大概有 55,000 粒,以上換成公斤是 3 後面 15個 0。換成公噸是 3 後面 12 個 0。那又是多少?

馬來西亞年產 2 百萬公噸的米。所以以上的米等於馬來西亞1 百 70 萬年的產量。

全世界年產 5 億公噸的米,所以以上的米等於全世界 6 千 700 年的產量。

君王當然付不起這樣多的米,最後只有把美麗的公主嫁了給這個聰明人了事(我杜撰的)。

那麼這麼多的米跟人體的電子數量相比呢?

很抱歉,人體內的電子數量是以上的米的數量的 5 億倍。

在這麼大的比例下,微觀世界的運動跟宏觀世界,即生物,其實是沒有直接關係的,除非數量非常龐大,換句話說就是需要很大的外來能量來驅動量子運動。但很多偽科學就是藉著微觀世界微不足道的運動來欺騙宏觀世界的人類,比如說水晶磁石、電磁、離子、等。

有啊,MRI, X-光不都是微觀世界的運動嗎?對,但 MRI 的磁場是地球磁場的 10 萬倍,需要外界的能量。

電解水、電磁水、離子水。。你發現了甚麽嗎?都是一些聽不懂的物理名詞。放一根金屬棒,通了電,攪呀攪的,說裡面有能量,喝了能解百病、強身壯體。

一粒 AAA 的電池有 6,000焦耳,Joules,的能量。那裡面有 37 後面加上 21 個 0 的電子伏特,electron volt (eV)。換句話說,這一粒在我們世界連操作遙控器都不足夠的電池能移動比以上的米還多的電子,但你感受到 AAA電池的能量了嗎?沒有。那憑什麼那一堆微不足道的電子運動能影響你?

還是固執的覺得離子對你身體好的話,去買 AAA 電池,經濟耐用。得空把它放在手心裡捏捏,肯定比那些電解電磁離子量子所能給你的能量來的多來得大。

我不用算,這篇肯定沒有三千字。

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11 May

納米量子的偽科學

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這篇于 2020-05-02 在臉書發表

甚麽是科學?甚麽是偽科學?

市面上的有機、磁力、離子,納米、量子等等產品為甚麽不能是科學?

說過了,科學是一個態度,而這個態度也已經被程序化。

首先,扯開一下話題,談談食物,food、補充劑,supplement、及藥品,drug。

生命是很寶貴的,吃進肚子的東西不能開玩笑。基本上食物分成兩種,藥物跟食品。

美國食品藥品監督管理局,Food and Drug Administration (FDA),負責監管食品及藥物的安全。但要注意的是,補充劑食品被歸類在食品,而不是藥品,範圍。而在食品範圍內,美國法律並不規定生產商必須進行安全性和有效性測試,它只能在該膳食補充劑被證明不安全時才能採取行動。換句話說,只要吃了不會有生命危險,FDA 一般都不會過問。

真正藥用有療效的產品只有在獲得 FDA 藥品認證才意味『當直接使用時是安全而有效的』,這認證程序是冗長且耗時間及金錢的,包括研究報告、臨床試驗、不良反應報告、等等。所以一般非藥用(或效果不明確)的產品一般都不會申請藥用認證,比如雞精、養命酒、小麥草、螺旋藻、等等打著『長期服用證明對身體有好處』廣告的產品其實都只是食品認證而已,沒有藥品認證,反正吃不死人,沒人會過問。

這也解釋了為甚麽中醫到目前為止還不是主流科學,因為它的數據並不夠系統化,大部份草藥也沒有足夠有說服力的研究報告。要不效果不明顯,要不充其量只是安慰劑。

FDA 認證常被利用來混餚視聽,因為幾乎沒有人會去看該產品認證書的內容,大家都認為某樣產品只要獲得 FDA 認證就是有效的。

另外一個被拿來魚目混珠的是國際標準化組織,International Organization for Standardization (ISO)。ISO 是一個制定標準的一個機構,其中:

ISO 9001 制定品質管理標準。

ISO 14001 制定環境管理標準。

ISO 50001 制定能源管理標準。

看到了吧,這些都只是『管理標準』,跟產品實質的功效完全沒有關係,只要生產商符合生產程序的管理標準就行了。但同樣的,沒有人會去看認證書的內容,反正只要是 ISO 就是正確無誤的產品。

回到正題,以上這些都是系統化的科學程序。

很多偽科學產品都沒有經過這些程序,而愛用『見證』,testimony,來吹噓產品的功效。邀請一些見證者來發表試後感言,有些甚至安排穿著白袍、打著醫生科學家頭銜的人士作證。先不說這些人的來歷是否正確無誤,醫生科學家也不都是聰明伶俐、高高在上的,他們也會為金錢出賣靈魂的。

見證者不一定說謊呀。對,或許見證者的病真的好了,但不見得就是該產品的功效,它沒有符合『系統化的科學程序』這一條。沒有人知道見證者是不是在服用著該產品的同時也在服用著其他的藥,或者進行著其他的療程。沒有人知道見證者到底有沒有病,還是只是心理病。也沒有人知道見證者是不是真的好了。即使真的好了,沒有人知道這是不是單一案例。這一切完全都是台上那幾個人在自吹自擂。

最容易賣的產品噱頭就是『聽起來很厲害,雖然我不懂是甚麽』的科技名詞。曾經磁力、水晶產品賣得滿堂紅,當熱度減低時,就出現離子產品、接著納米產品、量子產品。改天有機會探討這些產品的功效,這裡只強調它們並沒有經過那一道道的正確認證程序,充其量只屬於『對人體沒有害處』的產品。

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