《科學素養練功房：科學驚歎號》
地球上第一個生命
你可能無法想像，地球上的第一個生命是從滾燙的海水裡誕生的。根據科學家的推測，就在四十億年前，第一個生命可能是從海底熱泉的噴發口，也就是俗稱「黑煙囪」的地方誕生。
這個類似細菌的單細胞生命被暱稱為「露卡」，科學家認為它可能就是現今全世界生物共同的老祖宗。
水深火熱的環境
光看黑煙囪咕嚕咕嚕冒出的濃煙，不難想像溫度有多高。黑煙囪就像海洋版的火山口，溫度高達攝氏350度！誰也沒想到，在這麼滾燙的地方竟含有胺基酸，而胺基酸可以組成蛋白質，給露卡的誕生提供了充足的材料。
抱在一起，變成多細胞
露卡出現後，海裡足足安靜了三十多億年，直到六億三千萬年前，才出現多細胞生物。從單細胞演化到多細胞真有那麼困難嗎？到底發生了什麼事？ 「糟糕，有毒氣！」
原來，遠古地球因為藍綠菌製造許多氧氣，對原本的單細胞生物來說，氧氣是有毒的。它們不是死亡，就是被逼得躲到更深、氧氣更稀少的深海裡。當然，也有一些想出了新生存策略。它們集結起來，好幾個抱成一團，組合成多細胞生命的雛型。
事實證明，這種「團結力量大」的策略很有效。大伙兒抱成團後，多半只會損失外圍細胞，內裡的細胞則能度過難關，存活下來。這種「抱團求生」的結構，也就演化成了後來的多細胞生命。
宇宙的誕生宇宙的誕生────大霹靂
「宇」是指上下四方，「宙」代表古往今來，因此「宇宙」不僅包括「空間」，也涵蓋了「時間」。
回到宇宙誕生前一剎那，時間位在零點，空間尚未出現。一股龐大的能量凝聚在極小的點上，即使最先進的電子顯微鏡也捕捉不到它的蹤跡。特別的是，這個小點潛藏的爆炸威力，是億萬顆太陽也無法比擬的。
137億年前的某一瞬間，一個稱為「大霹靂」的事件，能量竟轉變成物質，啟動了時間與空間，創造出我們所知的宇宙。
短短不到0.0000001秒，宇宙膨脹得像葡萄柚那麼大。驚人的是，大霹靂才發生1秒鐘，宇宙的大小已經與太陽系不相上下。
到了第3分鐘，氫與氦的原子核形成。這些數量不多，但更加穩定的物質，讓宇宙平靜了許多，溫度也降到攝氏10億度──還是非常非常滾燙！
吹氣球，膨脹再膨脹
打從大霹靂發生那一刻起，宇宙的時間與空間不斷以驚人的速率擴充、成長。當時間來到10萬年，宇宙的物質變得愈來愈多，逐漸占了優勢。宇宙的空間也像吹氣球似的，膨脹、再膨脹！由於空間膨脹，熱能分散了，因此溫度漸漸冷卻下來。
宇宙膨脹的速率原本已相當驚人，後來又以更驚人的速率不斷膨脹。就在此刻，當你閱讀這一段文字的時候，遠方的星團正飛快遠離我們，「咻──」總共狂飆了160萬公里遠！大霹靂發生50億年後，無數恆星聚成範圍更大的銀河系。隨著空間與時間不斷擴展，宇宙星系成群，組構成難以想像的巨大時空。
《科學素養練功房：科技變魔術》
機器人怎麼學習
「Pepper，明天天氣如何？」
「明天溫度下降，記得多穿點衣服喔！」
現代機器人可以跟人談天說地，還會噓寒問暖，就像人類會做的事。怎麼辦到的呢？聊天第一步：聽懂對方說什麼。
比對聲波，前後連貫
機器人要聽懂人類的語言，從比對聲波開始。方法是：從大量語音檔案自我學習！先輸入很多很多音檔，讓機器自己去找出每個發音的共同特徵。未來當機器接收到陌生語音，就能從特徵去比對，判斷它屬於哪個發音。
不過，每個字都有上下字，每句話還有前後文，機器必須一起考慮，才不會鬧笑話。比方說「我鑰匙掉了」，因為各地口音不同聽起來可能會像「我要死掉了」。究竟是哪一句，機器必須依據前後文來判斷。
看電影學回話
當人說：「你好嗎？」
機器回答；「我很好。」
這是怎麼辦到的呢？過去科學家使用舊方法，大海撈話─把人類所有可能的對話組合輸入機器。但只要機器沒聽過的對話，它就無法應對。
後來科學家換了一種方式，請機器人「看電影」，自主學習！當輸入的對話數量達到百萬等級，機器就可以學會語言的文法。更厲害的是：即使機器沒有聽過的對話，一樣能對答如流。
比方說：「蔡依林是誰？」，機器如果還沒學過這句，該怎麼辦？一旦機器聽過的對話夠多，它應該接受過「周杰倫舉辦演唱會」以及「蔡依林舉辦演唱會」這類句子，因此把兩人歸為同一類名詞。如果它又聽過「周杰倫是歌星」，就能舉一反三，組合出：「蔡依林是歌星」。舉一反三，這是不是和人類的學習很類似呢？
看表情、聽聲音
「真高興我週末必須在家看書、趕作業。」
咦，這個人真的愛讀書？還是反諷功課太多？單看字面很難分辨，必須進一步了解他的表情和口氣。
未來的機器能聽、能說之餘，還要能感受人類的情緒，做出正確又貼心的回應。意思是要「善解人意」，看懂臉色、聽懂口氣。
人的臉色會出賣他的心─尤其瞬息萬變的「微表情」。比方說：微笑和假笑差別很微小，意義卻大不同。現代機器已經從百萬筆人臉學會「看臉色」，知道不同情緒的表情特徵。
閉上眼睛，仔細聽人說話，你會發現人的聲音也充滿了「表情」。高興時，講話速度快、音調上揚；心情低落時，音量小、速度緩。現代機器可以從大量「有情緒」的聲音檔，找出不同情緒下的聲音特徵。
創作，也能學嗎？
「機器人這麼厲害，那它會創作藝術嗎？」當然。每種畫派、樂派、詩歌類型，一定具有某些特徵。現代機器有能力找出這些特徵，創造出真假難辨的藝術品，讓人分不清創作者是機器，還是人類大師。
「大師？怎麼可能？機器只是模仿，怎麼會是大師創作呢？」
機器創作藝術的方法很有趣，它的內在彷彿分成兩個大腦，一個是創作腦：沒有看過任何藝術品，完全是原創；一個是鑑賞腦：大量學習不同風格的藝術作品，掌握藝術特徵。
當創作腦完成作品，鑑賞腦會反覆執行：
1. 判斷這個作品是否太偏離過去的藝術？如果是，鑑賞腦會提點一下：「太怪異了，觀眾很難接受。」並要求創作腦重新再來。
2. 判斷這個作品是不是很容易歸類為某種風格？如果是，創新就失敗了，鑑賞腦也會要求創作腦重來。
想不到吧？看似冷冰冰的機器，也會像人類一樣，藉由不斷自我質疑、自我修正，探索人類的藝術疆界！
塗層好厲害
同樣是紙，許多書籍的封面光亮滑溜，與內頁大不相同，這是塗層的效果。再說紙杯，明明是紙做的，竟能裝水不漏，和其他紙餐具一樣，這也是塗層的功勞。
還有，不沾鍋、乳液、眼鏡、液晶螢幕⋯⋯等，許多生活日用品全都運用了塗層！
選用孤僻材料，做成不沾鍋
塗層，就是把某種材料塗在物體表面，讓物體的性質功能改變。比方說，鐵鍋導熱快，可是煎魚、煎蛋容易黏鍋。「黏鍋」的意思是鐵鍋和食材起作用了！
解決方法可以利用塗層：找一種「孤僻」的材料，把它塗在鐵鍋表面，讓鐵鍋變得孤僻，不喜歡和食材作用，這樣一來，煎肉煎蛋就不沾鍋了。鐵氟龍就是一種孤僻材料，碰到誰都不搭理，獨來獨往，不沾不黏。不過有個問題，如何讓孤僻的鐵氟龍願意和鐵鍋「在一起」，塗布在鐵鍋上？
科學家想到一個絕妙好招！「好，就趁它尚未變成鐵弗龍、還能跟別人打交道之前最後一刻，強迫它和鐵鍋在一起！」科學家把握最後一道步驟，把鐵氟龍的「前身」放在鐵鍋上，讓它和鐵鍋表面起化學反應。
自潔塗層：自動分解髒汙
汽車的門把材料是塑膠，看起來像金屬，因為塗層改變了表面光澤，薄薄一層，具有裝飾效果。鍍金或鍍銀也是運用塗層來展現金銀的特質。另外，建築物或家具塗了油漆，清洗髒汙時就怕掉漆，或者有些地方清洗不到。
為了解決問題，科學家把二氧化鈦做成奈米顆粒，塗布在油漆分子的表面，製造出「自潔塗層」，能自動分解髒汙，自己清潔自己。
塗層是專門用來解決問題的，想要吸水或防水、導電或不導電，需要什麼功能就選擇什麼材料，然後想辦法塗上去，道理簡單，成效卻很驚人！
《科學素養練功房：工程打造酷世界》
直竄天際的摩天大樓
你能想像一棟「像山一樣高」的房子嗎？杜拜的哈里發塔，足足有163層，高度超過 800 公尺，比一座小山還高。從大樓底下往上看，高聳入雲的氣勢，令人震懾。
摩天大樓之所以能夠興建，多虧了「鋼材」這種革命性建材。比起傳統的鐵、石塊或磚，鋼材更加堅固，卻又更輕盈，得以支撐龐然大物，而且不會沉重得上層壓垮下層。
另一個關鍵性發明，則是電梯。想想看， 如果你住在五十樓，出門上下樓只能一步步走樓梯，住摩天大樓宛如住在高山上。這樣的摩天大樓即使再豪華氣派，恐怕也沒有人要住。光有電梯還不夠，電梯的速度、數量和配置也很重要。
紓解人潮有一套
一棟百層的摩天大樓，每天可能有成千上萬人出入。要應付這麼多人上下樓，不可能只有一部電梯。台北101就裝設了44部電梯；美國帝國大廈的電梯則多達 73 部，如此才能紓解人潮。
另外，電梯的停靠也要精算，不能每層樓都停。否則，從一樓搭到一百樓可能得花半小時以上。實際的做法是這樣：電梯分組運作，不同組的電梯停靠不同樓層。當然，電梯升降速度也要加快，例如時速超過 60 公里時，從一樓到九十樓只需 39 秒！
地震和強風
居高臨下的摩天大樓會遇到兩大問題：強風和地震。高處的風勢強勁，讓建築經常處於輕微搖晃的狀態。因此，摩天大樓的窗戶通常都設計成無法開啟，避免強風吹入，把室內的東西吹得亂七八糟。
為了降低強風襲擊大樓的巨大壓力，有些大樓的表面會設計成圓形或弧形，或是在建築中間開一個大洞，讓風能夠輕易通過。
至於「地震」這個摧毀房屋的頭號敵人，摩天大樓也有策略，是採用「以柔克剛」的柔性構造。儘管地震時，建築本身會緩慢而明顯的搖動，但地震的能量會在搖晃過程中被吸收，讓建築物不致因強大的力量而毀壞。
垂直的城市
目前世界最高的摩天大樓，是位於杜拜的哈里發塔，未來應該還會出現更高的。
其實，樓高數十層的摩天大樓已經不是一棟建築，而是一座小型的「垂直城市」。大樓裡面不只有住宅，還規劃了商場、電影院、餐廳、健身房等各種生活所需的設施，甚至還有休閒散步的空中花園，以及直升機停機坪。
未來，摩天大樓可能會成為城市的主流嗎？讓我們拭目以待。
會吸水的海綿城市
一會兒淹水、一會兒缺水，受到地球暖化影響，原本極端的氣候漸漸變成了常態。許多地方要不就是久久不下雨，鬧起旱災，一旦下雨竟是嘩啦嘩啦豪雨成災。城市究竟該如何解決缺水、淹水問題呢？
過去，我們把能夠蓄水的土壤、天然沼澤和水塘，變成不透水的柏油路和建築物。難怪一遇上豪雨，城市容易淹水成災。
「找個地方蓄接雨水吧！」現代化的城市，道路地面要能透水，讓雨水滲進地下留存，就像超大的蓄水池。
吸水、保水的「水銀行」
再看公園、停車場和運動休閒場所，地面刻意設計得微凹，像個淺淺的碗，大雨來時能幫忙蓄水，避免附近淹水。
另外，城市還會規劃水溝、池塘、溼地和人工湖，好讓水有地方可去。河川兩邊的土地也必須設計得寬敞些，使雨水漫流，目的除了避免淹水，更是設法讓雨水在地上停留得久一點，供我們使用，例如拿來澆花、清洗。
這種現代化城市就像海綿一樣，能吸水、保水，如同「水銀行」。國家有了許多水銀行，水資源就會顯得充裕。
哇，沙漠變綠洲！
海綿城市還有另一個好處：調節當地氣候。
夏天站在湖邊，是不是感覺涼爽？這是因為湖水能吸收熱氣，使水蒸發，空氣中因此充滿水汽。如果環境有水，不僅吸收熱氣，水汽聚集時，也容易降雨，當地的水循環是暢通、健康的，環境因此舒適宜人。除了吸水、保水，水的循環再使用也很重要。不管家庭廢水或工業廢水，都可以透過淨化，變成乾淨水，拿來清潔、沖洗，或者引進池塘、溼地，當作生態用水。過去的城市有如「水泥沙漠」，雨水留不住，城市又乾又渴。現在則要創造「海綿綠洲」，讓整個城市有水、有綠意。
《科學素養練功房：想不到的數學》
中國紫禁城的大面積
紫禁城是皇帝的居所。它的規模：南北長約961公尺，東西寬約753公尺，面積約為723600平方公尺左右，四面有12公尺高的城牆，還有52公尺寬的護城河，氣勢磅礡、格局宏偉。
我們來思考一個非常有趣的問題：如果當初建城時，築牆的材料是固定的，也就是說，如果最後完成的圍牆長度是固定的，那麼要讓整座城的占地面積最大時，長、寬各應是多少公尺？
如何創造最大面積？
在平面上，周長相同時，面積最大的是圓形。因此，若用長度固定的繩子圍出完整周長的形狀，能圍出最大面積的就是圓形；如果只能選擇圍成四邊形，那麼四邊邊長愈接近，面積就愈大，所以，四邊形中又以正方形面積最大。而當四邊形的長、寬差距愈大時，面積就愈小。
再回到前面紫禁城的問題，紫禁城的長、寬分別是961公尺和753公尺，並不是正方形。如果城牆總周長不變，將形狀改成正方形的話，邊長就是（961＋753）÷ 2 = 857公尺，這樣一來，整座城的面積變成857×857≒734400平方公尺，比現有面積大了10000平方公尺以上。
懂得這個訣竅之後，往後若要以固定周長來圈圍面積，只要記住：愈接近圓形，面積愈大，也就是說：圓形＞正八邊形＞正六邊形＞正方形＞長方形，是不是很容易掌握呢？
西班牙奔牛節多快被追上？
每年七月六日到十四日，無數遊客為了一年一度的奔牛節從世界各國蜂擁而來，擠滿了西班牙東北方的小城潘普隆納。
舉行奔牛活動的街道是一條狹窄的石板路，全長848公尺。參加奔牛的群眾穿著白色衣褲、圍著紅色領巾和腰帶，成千上萬的人擠滿了街道。重約500公斤的公牛從牛棚衝出後，在短短4分鐘裡，以超過20公里的時速在混亂的人群中狂奔，直到被引進鬥牛場為止。整個過程緊張刺激，險象環生。
奔牛的追趕問題
西班牙奔牛節有一個有趣的數學問題：如果有一個人在牛隻放出柵欄之前先起跑，經過1分鐘後，牛衝出柵欄並全速狂奔，請問多久之後，牛會追上先起跑的人？
我們先舉個類似的例子來思考：阿維和爸爸比賽吃水餃，阿維1分鐘吃3個，爸爸1分鐘吃5個，如果阿維吃了4分鐘之後，爸爸才開始吃，幾分鐘之後，兩人吃的量一樣多？
阿維先吃，所以爸爸開動時，阿維已經吃了3（個）× 4（分鐘）＝ 12（個）。題目問的就是爸爸要花多久時間，才可以趕上這個差距？
爸爸每分鐘比阿維多吃2個，也就是說，即使阿維已經先吃了若干個，這個領先的差距也會以每分鐘2個的速度減少。答案呼之欲出了：阿維先吃了12個，爸爸每分鐘趕上2個，12÷2＝6，只要6分鐘，爸爸就和阿維吃的一樣多！
現在回到奔牛的問題。如果先起跑的人每分鐘跑150公尺，牛隻每分鐘跑400公尺，人先跑了1分鐘150公尺，但牛隻每分鐘比人多跑400 － 150 ＝ 250公尺，所以這領先的150公尺只要150 ÷ 250 ＝ 0.6（分鐘） ＝ 36（秒）就被趕上了。
珍奶換季大降價
天氣愈來愈冷，學校對面的飲料店生意變差了，各家紛紛推出「珍奶換季大降價」！我們放學經過，都忍不住想買上一杯。
這裡有三家飲料店，三家珍奶原本的價錢一樣，但是現在打的折扣不一樣。哪一家最便宜呢？
第一家 85折
第二家 買3杯送1杯
第三家 加量20%不加價
算了老半天，怎麼也搞不清楚哪家最便宜。
忽然，小英說：「我看，還是選擇第二家：買三送一！」 「為什麼？」
「你們一人買一杯，送的那一杯就……給我啦！」
小英開心的說：「這樣對我最『便宜』！」
我們當然沒便宜了小英。最後，大家都在第一家店買珍奶，但還是不知道這家是不是最划算。「比價」到底有什麼訣竅？
現在，我們就來公開私房省錢大絕招！不管促銷花招是什麼，打折也好，買幾送一都好，想成為「超級比價王」，最簡單的方法就是找出「單位價格」。
舉例來說，木瓜促銷方案一：3 顆 100 元；方案二：5 顆 150 元。哪一種方案比較便宜呢？只要利用除法，算出單位價格，就能清楚了！
方案一 木瓜的單位價格：1顆木瓜的價錢＝ 120 50＝33.3 元（貴！）
方案二 木瓜的單位價格：1顆木瓜的價錢＝ 120 50 ＝30 元（便宜！）
觀察上面的算式，你發現了嗎？計算單位價格，只要把「總金額」除以「總數量」就好了！
回到珍奶大降價的問題，同理可證，如果能算出每家珍奶打折後的單位價格，就知道誰最便宜了……以第二家店來說，買 3 杯送 1 杯，等於用 3 杯的原價買到 4 杯，因此：
每一杯打折後的價格＝3 杯的原價÷4 杯＝0.75 杯的原價
換句話說，一次買 4 杯時，每一杯可以打到 75 折。計算後就清楚了！第二家店一次買 4 杯，竟然可以打到 75 折，比第一家店的 85 折便宜多了！
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