改變科學的小運氣

名人推薦：《意外地改變科學，也改變了世界》

文/劉辰岫（dr. i，天下雜誌網站專欄作家／PanSci 泛科學新聞網人氣作家）
每位孩童在剛開始學會閱讀時，手中的書籍中一定會有關於科學家或發明家的小故事，而這些故事中，除了描述他們的好奇心和求知慾，內容常常會提到的就是科學家們「意外」的偉大發現。
一直以為這只是用戲劇化的方式來描述科學史，來增加孩童們閱讀的興趣，直到我在德國攻讀物理博士時，才開始體會到，科學的大躍進通常必須跨過人類的一大門檻，而這個門檻就是自己想像力和創意的局限，站在人類知識最前線的科學家們...

太陽醫生

黃疸症的新療法

　　英國東部羅奇福德醫院（Rochford）的早產兒部門，是個由幾間病房築構而成的一個小小寧靜避風港，病房中央有個朝南的鋪磚中庭。有著高額頭，娃娃臉的修女護士珍．沃德（Jean Ward）是該部門的負責人，她為人冷靜、做事認真、令人尊敬，但是也不得不承認，她有點兒讓人害怕。同樣地，沒有人敢違背她的命令，她要求只要天氣一放晴，所有的新生兒在午睡時段都必須到風吹不進去的中庭享受溫暖的日照。
　　珍．沃德非常的擇善固執，她會做這樣的決定，主要是因為她認為醫院裡新生兒的健康比什麼都重要。她認為這種治療方式，比保溫箱中有限的加熱空氣更有益嬰兒的健康。儘管珍．沃德的做法並非想引人注意。但是她知道終究會遭人非議，所以每當聽說有客人來訪時，她會要求同事們趕緊把嬰兒抱回室內。就算這樣的做法有點兒奇怪，但因為沒有發生任何麻煩，所以醫生們也都默許。不久後，他們都慶幸當初沒有反對。
　　因為珍．沃德護士的這個意外發現替後人開創了一項新的醫療技術：治療新生兒黃疸症的光療法。
　　故事開始於珍．沃德護士在一九五六年某個傍晚的發現。這一天，陽光特別的強烈和耀眼，所有的新生兒身上只包了件尿布，在陽光下睡了一個長長的午覺。就在珍．沃德護士將嬰兒抱回室內準備餵食時，當晚的巡房醫生注意到珍．沃德護士抱在手中的嬰兒臉色有點兒發黃，特別是腹部有個橘色的三角型圖案。因為顏色非常暗沈，幾乎讓人誤以為是擦了碘酒。醫生問起這個奇怪的圖案，她只是隨口回答：「應該是日曬的關係吧！」
　　因為擔心是日照曬傷的結果，這位醫生憂心忡忡的要她儘快提出解釋。於是珍．沃德護士決定好好地觀察一番，她的觀察結果開創了一項顯赫的新發現：這名新生兒得了黃疸症。那個圖案是因為棉被的一角遮住了他的小身體。一個沒有曬到太陽的地方。也就是說，並非這個小三角形圖案的膚色改變了，而是其他原本發黃的膚色在日照之下變淡了。經過這一次的觀察後，只得出這樣的結論。那名身上有個三角形記號的嬰兒返家後，身體一切健康，至於醫院裡新生兒的戶外午睡活動依舊在好天氣時持續進行。但是幾個星期之後，珍．沃德的第二次觀察結果讓她想起了前次的經驗。
　　故事說到這裡，有個細節非提不可。新生兒黃疸症是因為器官中累積過多的膽紅素所造成。膽紅素來自於血液中血紅蛋白的正常減量。肝臟將膽紅素轉化之後就可以將它排出體外。但是對新生兒而言，特別是那些早產兒，他們的肝功能尚且無法有效地執行這個排毒的工作。一般而言，這種缺陷都是短期性的，不會留下後遺症。但是，當新生兒的肝臟發育過慢，膽紅素累積過量時，就會對神經系統造成嚴重的傷害。
　　五○年代，當新生兒的膽紅素過高，黃疸症過於嚴重時，只有一種治療辦法：首先，先觀察嬰兒的血液，假如膽紅素超標，便將新生兒體內不正常的血液抽出，再進行輸血，這是唯一的治療方法，十分的困難。
　　一九五六年秋，珍．沃德照顧的一名小女嬰就遇到這種情形，而且狀況危急。嬰兒的臉色已呈現檸檬黃，眼白出現淡黃色，初次抽血即驗出膽紅素過量。醫療小組心急如焚。於是再次抽血送交化驗，但是結果遲遲未到。本來化驗結果早在中午前就應該送回醫院，但是到了下午三點還沒有等到結果。最後結果終於送來了，而且令人大吃一驚。出乎大家的意料之外，膽紅素含量異常地低！這樣的結果實在讓人猜不透。
　　傍晚當化驗室的負責人對這份姍姍來遲的報告表達歉意時，真相終於大白。負責人將細節交代得一清二楚，他說之所以會遲交化驗報告，是因為他不小心做錯了一件事。他不應該把第一瓶血液亂放，放在窗邊曬太陽。他完全不知道自己解開了一個大謎團。倒是珍．沃德把這件事和夏天時觀察到，太陽光可以消除因為黃疸症引發的黃色肌膚聯想在一起，這一次，毫無疑問地，一定和太陽光有關聯！
　　終於有人展開了進一步的研究。兩年後，英國艾塞克斯（Essex）羅奇福德醫院的克勒梅醫生（Cremer）在著名的科學雜誌《刺胳針》（The Lancet ）上發表一篇文章。該文章確認光線可以有效地抑制膽紅素，他並且倡導用光照治療法取代輸血，治療那些因為肝功能發育不全而引發黃疸症的早產兒。
　　這項偉大的改革應歸功於有先見之明的珍．沃德的用心觀察。特別是，以後當你看到婦產科裡的新生兒正在做﹁日光浴﹂時，請緬懷一下珍．沃德！

一隻釘釘子的玻璃鎚！

玻璃陶瓷的發明

　　在智利沙漠中，直徑八公尺的天文台望遠鏡中的鏡片、康寧牌的晶彩透明鍋和彈道太空船的雷達天線罩有什麼共通之處呢？它們都是由玻璃陶瓷製成的。這個材質比玻璃堅固、輕盈，特別的是它還具有抗溫功能。
　　這項純屬幸運的意外發生在一九五四年。擁有化學知識的發明者叫作士丹利．唐納德．斯圖基（Stanley Donald Stookey）。一九四一年，紐約康寧玻璃公司（Corning Glass Company）給了他生平第一份工作，並請他研究玻璃經過氧化作用和加熱後將產生的顏色。他很榮幸能夠擔負這項前所未有的任務，一九四九年，該公司又派給他另一項更複雜的玻璃裝飾工作。這一次，公司要他做出一種可以顯現照片的鍋具玻璃。於是，士丹利．唐納德．斯圖基開始尋找一些可以加在玻璃內，讓玻璃具有感光功能的素材。他利用一些金屬顆粒，初步的效果好極了。在一些描述他的生平的書籍裏，我們可以找到這名研究員的幾張照片，照片中的他正仔細地端詳著一片變成感光片的玻璃。
　　儘管他聰明絕頂，可惜這樣的研究成果似乎毫無用處，大家對那些有圖案的玻璃水杯根本毫無興趣。雖然東西不實用，但是至少技術成功了。所以當這名年輕的化學家看到玻璃上那些構成圖案的特殊小空隙時，他心想該技術應該另有用途。他發現因為沒有受到光的感應，所以氫氟酸（Hydrofluoric acid）溶解這些小空隙的速度其實比那些沒有構成圖案的空隙快一千倍。
　　截至這個時候，我們應該說士丹利．唐納德．斯圖基正處於一個腸枯思竭的階段，因為電視工業的誕生在他的實驗室裡掀起了一場新的科技挑戰。客戶的訂單十分簡單：生產一種上頭鑽了無數小孔的玻璃管。但事實上這真是一項大挑戰！因為無法用鑽孔機啊！斯圖基想了又想。漸漸地，他的腦袋裏浮現了一個想法：重新使用玻璃照相技術，但是必須將技術稍做修改。事實上，他弄到了一張上頭有無數黑點相鄰的照片。之後，他將這張照片放在一張可以作為底片的感光玻璃上。之後，像一般玻璃一樣，放入爐中加熱，再用酸劑去除那些被光感應的黑點。
　　實驗結果很成功，實驗室向他的合夥人展示了一片上頭有無數小洞的玻璃片。一種高品質的光合加工技術於焉誕生。這種技術在商業用途上被命名為Fotoform。另一場幸運的意外發生在實驗室裡，進而發明了玻璃陶瓷。那一天，斯圖基正忙著準備製造這種創新材料的所有樣品。他把一小部分的實驗品放入爐中之後，便埋頭專心計算感光所需的時間。他沒有發覺爐子的溫度計早已壞了。
　　依據計劃，燒烤的溫度不得超過六○○度C。但是溫度卻不斷地上升！當這名研究員睜大眼睛準備確定實驗的進度時，溫度已高達九○○度C。平常一向十分冷靜的他驚慌失措！為了趕緊補救失誤，他急忙戴上手套，焦急地抓著一隻鉗子，想以最快的速度將樣品取出。出乎意料之外的是，當他本來以為將取出一個完全軟化的東西時，拿到的卻是一個堅硬得不得了的東西！
　　在匆忙和驚嚇之下，這一塊玻璃從他的手中掉落在實驗室的石磚地板上。第二個驚喜！本來應該被摔成碎片的樣品卻在地上彈跳了幾下，發出幾聲金屬般的響聲之後，完好如初！斯圖基想不透後一項的前因後果，因為出現了一個與他完全想像不同的新物質。這場意外讓他發明了第一件玻璃陶瓷。
「為什麼這份樣品沒有被摔破？」斯圖基忍不住自問。
　　為了找出答案並理解發生在眼前的一切，他重新設定製作這種新物質的各個燒烤過程。他試著改變「母玻璃﹂中的成分和計量。結果研究出現了一種被命名為微晶玻璃的新物質，一種質地非常堅硬的玻璃，連銷售員都誇張地說可以用來當作﹁敲釘子的鎚子」！
之後，經過了幾百次測試之後，又出現了新的用途。我們必須承認，玻璃陶瓷的用途多到數不完。不相信的話，您可以自己測試；它比燧石堅硬，像鋁一樣輕盈，比不繡鋼堅固，可以抗酸、抗熱
又不導電，而且比其他任何陶瓷的冷卻速度都快。
　　再次強調，本物質的首要研究用途為軍事用途。而大眾則是直到烤盤進入家庭廚房生活之後，才發現玻璃陶瓷的好處。在歐洲，第一批玻璃陶瓷烤盤出現於一九八○年。

嘗嘗這杯青蛙汁吧……

抗生素的發明

　　不要擔心，這個故事不是要告訴你怎麼製造巫婆的魔藥，反而是訴說一位細心科學家的美麗發現！
　　一九八○ 年代晚期， 麥克． 札斯羅夫（MichaelZasloff）在美國國家衛生研究院的基因部門工作。對患有囊腫性纖維化疾病的孩童，進行肺部感染的研究。更精確地說，他研究我們身體細胞中的
DNA分子，如何將攜帶的資訊轉換成維持生命必須的蛋白質。多年以來，他使用在實驗室水族箱裡飼養的多產非洲青蛙卵。
　　為了取出青蛙卵，他會將注射麻醉劑後的青蛙身體劃開一小刀。進行取樣手術的青蛙，被劃開的腹部只有稍微縫合而已，術後並沒有接受任何特殊的療程，很粗魯地又被放回水族箱內！在充滿許多細菌的水中，青蛙身上的傷口竟然康復得很快，而且即便接受未消毒的手術，放回水中的青蛙死亡數量少之又少。
　　有一天，麥克．札斯羅夫的視線不經意地落在這群身體健康的小病人身上。突然間，對牠們特殊的自身消毒能力感到好奇。這段時間以來，他見證了青蛙神奇的復原能力，只是都沒有追根究柢去了解原因。於是，他決定探索這個祕密。
　　直覺告訴他或許這個神奇的能力來自於青蛙的皮膚。沒錯！麥克．札斯羅夫發現從青蛙皮膚上萃取的液體具有很強的抗菌能力。在這個「青蛙汁」中含有兩種特殊分子對抗細菌。這兩個分子是一種蛋白質的胜肽氨酸，由二十幾個氨基酸組成，麥克．札斯羅夫將它們命名為﹁螺旋﹂抗菌肽。因為它們的形狀像螺旋一樣地捲曲。
　　在醫學的歷史中，這並非第一次發現抗菌力強的胜肽。例如：一九二○年，在盤尼西林發現之前，亞歷山大．弗萊明指出在雞蛋的蛋白裡、鼻子黏液裡，甚至在淚液裡，都含有一種稱為溶菌酶的物質，也就是一種可以分解某些細菌的特殊酵素。但是，這種溶菌酶因為無法摧毀感染性強的細菌，所以被沒有深入研究。於是，幾年之後，由微生物合成的分子：抗生素，大軍湧進醫療界，十幾年蟬聯抗菌界的第一用藥。
　　然而，經過幾個年頭後，醫生們意識到細菌對抗生素產生了抗藥性，此時，就請出螺旋抗菌肽上場了。
　　因為抗生素抗藥性的產生，針對抗菌肽的研究如火如荼地展開。後來，還陸續地在青蛙身上發現了其他的抗菌肽！
　　今日，我們知道不僅在動物體內，連植物體內也可以找到大量的PAM抗菌胜肽家族。有了發現後，接下來就必須對抗菌胜肽進行評估：反應方式、效力、直接用在人類身上的毒性、人工合成的可能性……龐大的抗菌胜肽家族中，雖然是同一家族，卻不是每一個成員的反應作用都一樣。螺旋抗菌肽作用在皮膚上抵禦外界的侵犯，然而，其他的抗菌胜肽可能只有在感染時才會反應。除此之外，另外還發現某些抗菌胜肽會攻擊黴菌，某些則會對抗病毒或是抵禦寄生蟲的攻擊。
　　抗菌胜肽具有眾多的好處，而且又是令人安心的分子，被認為未來可能取代抗生素，這個結果都必須感謝那些青蛙，多虧了牠們，才能有這個意外的發現！
　　青蛙出現在很多傳說中，是會救人也能殺人的動物。從南美洲的印第安人的國度到俄羅斯最偏遠的鄉下，帶有神祕氣息的溼滑青蛙總是占有一席之地。牠可能是醫治病患的救星，也可以是下毒致死的殺手，尤其是在狩獵時最常使用這種毒藥。
　　童話裡巫婆的神祕魔藥離現實似乎沒有那麼地遙不可及。

交流電之父

特斯拉改變了世界

一九四三年一月七日，紐約飯店裡，一位八十七歲的獨居老人在他的房間裡辭世。從未結婚、沒有轟轟烈烈的愛情故事，也沒有子嗣，過去幾年的時光，他只有一個唯一的嗜好：每天固定時間，到附近的公園裡餵鴿子。看著這位可憐的老人，身無分文，幾乎跟流浪漢沒兩樣，沒有人可以想像他曾經是上個世紀最偉大的天才之一！
　　他是個具有遠見、勤奮努力的發明家，由於他許多駭然的發明，例如：稱為「死亡射線」，一種極端摧毀的武器，在人生的光輝時期，他不但讓人們欽羨，同時也讓大家恐懼。
　　這位自學的發明家，尼古拉．特斯拉（Nikola Tesla），於一八五六年，在今日的克羅埃西亞出生，一八八四年，他離開歐洲前往美國，在那裡展開了他的研究生涯，電力能源是他偏好的領域。他致力為民眾提供免費的電力，研究結果都卓有成效，一生當中申請了將近七百個專利！為數眾多的發明遍及各個領域，彼此間的關聯不大。多虧了他的發明，大大地改變了幾百萬人的生活，例如：感應馬達、水力能源的使用、家庭用電的普及化、遙控器、機器人的基礎設計、霓虹燈、廣播、雷達原理、遙控電動船，甚至於最初的無線電力傳輸試驗。我們還可以發現其他很有創意的發明，像是：機器人和垂直升降的飛機設計圖稿，另有類似創造人造雷雨與地震這種毛骨悚然的計劃。
　　這位偉大的發明天才可能讓人覺得是一個瘋子。不但富有創造力又很詩情畫意，聰穎的他還精通十二國語言，包括印度梵語！他擁有像照相機般驚人的記憶力，不需要任何圖稿記錄構想，最終還是能做出和事先預想一樣的發明！童年時期，兩件重大事件深深地烙印在他生命中：一個是父母把對去世弟弟的感情轉移到他身上，另一個是發生在八歲時，霍亂差點要了他的性命。從此之後，他便患有細菌恐懼症，而且終生飽受強迫性症狀干擾，每一餐的食物，他都會秤重並檢查是否有異狀，無時無刻出現的異象、奇怪的想法和詭異的點子折磨著他，完全無法控制，然而，這種症狀卻對他聰明的發明有很大的正面影響。
　　他的發明大部分都在一八八一年時期問世。這段時間，尼古拉．特斯拉居住在布達佩斯，為城裡的電話公司工作。一個星期天，當他和朋友安達拉．斯吉傑帝（Antal Szigety）在公園朗誦著浮士德的韻文。突然間，腦中就像被閃電擊中一樣一片空白！接下來幾秒鐘，一陣劇痛、無法抵擋的衝動來襲，需要馬上記下、描繪，畫下腦中出現的影像。他在公園走道中蹲下，隨手撿起一支地上的樹枝，鉅細靡遺地記錄剛才出現在眼前的機器！
　　這個機器就是以交流電源驅動的電動感應馬達。這個想法是前所未有的創新點子。一台可以將電力能源轉化成機械能源的電動馬達，特斯拉的天才點子其實是很聰明地使用了反向發電機的原理。在特斯拉創造出這個發明的年代裡，當時唯一存在的電力馬達是使用直流電力運作：電力來自於電池，而且電力的轉換不易。在研發使用交流電馬達的過程中，特斯拉很清楚手中握有革新電力轉換模式的能力。他人生的夢想之一是向世人展示，將水的流動轉化成電力。這個夢想直到一八九五年才實現，他在尼加拉瓜瀑布建立了第一個水力發電中心。
　　在研發出以交流電發動的感應馬達後，他還展示可以大量生產交流電的方式。大宗電力化的時期也因此展開，更帶來第二次的工業革命（即蒸汽機器革命之後）。交流電甚至傳到每個家庭中，供給各類家電用品的用電。而家電用品正是依據特斯拉交流電感應馬達的原理所製造。這類交流電馬達將成為電軌車、船隻和火車的設備之一。

太陽醫生

黃疸症的新療法

　　英國東部羅奇福德醫院（Rochford）的早產兒部門，是個由幾間病房築構而成的一個小小寧靜避風港，病房中央有個朝南的鋪磚中庭。有著高額頭，娃娃臉的修女護士珍．沃德（Jean Ward）是該部門的負責人，她為人冷靜、做事認真、令人尊敬，但是也不得不承認，她有點兒讓人害怕。同樣地，沒有人敢違背她的命令，她要求只要天氣一放晴，所有的新生兒在午睡時段都必須到風吹不進去的中庭享受溫暖的日照。
　　珍．沃德非常的擇善固執，她會做這樣的決定，主要是因為她認為醫院裡新生兒的健康比什麼都重要。她認...

前言
幸運的意外！
在科學的發明領域中，意外是常見的現象。意外發生的樣貌甚至是千奇百怪：無意間的發現、不小心的錯誤、靈機一動的想法、出乎意料的結果、偶然的結論、一時的疏忽、誤打誤撞的成功、先知先覺的夢想……
這些驚喜的發生可以用一個詞來說明，那就是「意外發現」（Sérendipité），意思是指出現原本並不期待的結果。這個字最早出現於十八世紀的英語中（serendipity），令人意外的是，直到今日，法語字典幾乎還找不到對等的字詞。
「意外發現」一詞的原始出處來自於一個波斯小國的故事，《錫蘭三王子歷險記》（des Trois Princes de Serendip）描述來自錫蘭的三個王子的冒險經歷，Serendip就是現今所稱的斯裏蘭卡。這三名男子擁有敏銳的洞察力，在探險世界的過程中，他們將所見所聞記錄下來，這些紀錄後來為他們帶來了驚人的發現。
受到這幾位擁有觀察入微、高貴心靈特質先人的啟發，路易‧巴斯德（Louis Pasteur）寫下「幸運只降臨在準備好的人身上」。事實上，光靠良辰吉時的庇蔭並不夠，還需要具備犀利的觀察力，及時發現這些小運氣，將它發揚光大，與正在進行中的研究做對比，之後再經過一連串的實驗測試……
現在您手中正在閱讀的這本書以簡單的方式描述五十則發現科學的故事，在這些故事中，發現的「小運氣」和「意外發現」曾與一雙敏銳的眼光相遇，而這眼光知道只要給予足夠的時間，將會出現一項新的發明。

前言
幸運的意外！
在科學的發明領域中，意外是常見的現象。意外發生的樣貌甚至是千奇百怪：無意間的發現、不小心的錯誤、靈機一動的想法、出乎意料的結果、偶然的結論、一時的疏忽、誤打誤撞的成功、先知先覺的夢想……
這些驚喜的發生可以用一個詞來說明，那就是「意外發現」（Sérendipité），意思是指出現原本並不期待的結果。這個字最早出現於十八世紀的英語中（serendipity），令人意外的是，直到今日，法語字典幾乎還找不到對等的字詞。
「意外發現」一詞的原始出處來自於一個波斯小國的故事，《錫蘭三王子歷險記》（des Trois ...

炸聲隆隆的市場
──諾貝爾的炸藥
當磁控管變成廚房小幫手
──微波爐的發明
從喜劇到悲劇
──麻醉劑的發現與應用
一位有點兒胖（真的嗎？）的年輕女病患
──聽診器的發明
塑膠會導電！
──導電聚合物
戰爭藥品……
──抗癌藥物的發現
那個看到蘋果的人，同時也看到了月亮
──牛頓與萬有引力
太陽醫生
──黃疸症的新治療法
拒絕剖開心臟的劊子手
──植入性心臟起博器的發明
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