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給未來總統的物理課:從恐怖主義、能源危機、核能安全、太空競賽到全球暖化背後的科學真相
定  價:NT$350元
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商品簡介

作者簡介

名人/編輯推薦

目次

書摘/試閱

請問總統先生:
如果有恐怖份子威脅我國國安,您該優先把心力放在哪裡?
我們應該不計代價發展替代能源,減少對石油的依賴嗎?
未來的能源是什麼?在哪裡?我們真有可能為了能源跟別國開戰嗎?
您要如何化解民眾對核電廠的疑慮?我們該擔心到何種程度?
……
這些問題,物理都能幫助您找到最正確的解答!

想要制定重大國策,解讀新聞真相,都要多懂一點物理:
這是史上第一次,由加州大學柏克萊分校享譽盛名的物理教授,
替歐巴馬總統量身撰寫的一堂物理課。
包括如何防範恐怖主義,如何找出新能源,解決能源危機?
核電廠若發生災變該怎麼應變?全球暖化要如何遏止?
這種種的議題,如果沒有多懂一點物理,將絕對無法做出正確的判斷。
本書不只美國總統必讀,世界級領袖必讀,
更是每個世界公民必修的科學常識!

報告總統先生,
這是您就任時最重要的一份「科學提要報告」:
總統先生,如今的重要決策,許多都帶有高科技成分,甚至可說多半都有。
如果您只嫻熟政治議題,卻不懂科技,那麼您又該如何下達決策,裁定有關研究資助、限武協定、來自北韓或伊朗的威脅、間諜刺探和偵監的重要事項?
如果您不了解太陽能,或者不懂該怎樣把煤炭轉換成汽油,那麼您該如何領導您的國家,邁向使用潔淨能源的未來?

※    ※    ※

身為世界公民,你需要培養更多智性上的好奇心與深厚的科學知識,
不只現任總統要看,想要教育優秀下一代,想要選出好總統的人更應該看!
這是你從未有過的總統級待遇!由世界最頂尖的物理科學家,
替你簡報一堂未來世界級領袖一定要知道的物理課。
你將跟總統一起聽到,一個總統若要在最短時間學到最有用的物理科學知識,
那會是什麼?而原來有這麼多的國策施政與重大危機,竟都與物理息息相關!

在這些頭條新聞背後,真相都跟物理有關:
在九一一倒塌的紐約雙子星大廈,其實不是被飛機撞倒的,而是被兩枚超大型飛行「汽油彈」造成的火災造成的。
製造核彈到底有多困難?如果報紙上說,有高中生用網路搜尋來的資料就能夠設計出核彈,那國家安全還有保障嗎?
炭疽熱病毒真能輕易裝在一個信封裡,寄到世界各個角落,殺死一大堆無辜者嗎?
核電廠如果因為意外爆炸了,威力等於投下一顆原子彈嗎?應該立即疏散民眾嗎?疏散範圍該多大?

理查.繆勒 Richard A. Muller

★柏克萊加州大學享譽盛名的物理學教授,以及隸屬美國能源部的「勞倫斯伯克利國家實驗室」(Lawrence Berkeley National Laboratory)高級研究員。
★他得過俗稱「天才獎」的麥克阿瑟獎(MacArthur Fellowship,得獎人本身需要具有特別的原創性、過去有顯著的成就且未來具有更大的前瞻性。)
★這本書衍生自他為非科學領域學生開設的著名獲獎課程。

譯者簡介
蔡承志

全職科普書譯者。譯著包括《食物與廚藝II:蔬、果、香料、穀物》、、《食物與廚藝Ⅲ:麵食、醬料、甜點、飲料》、《創作大師的不傳之祕》、《大腦比天空更遼闊》、《大氣:萬物的起源》、《知識的365堂課》、《無限大的祕密》、《如何幫地球量體重》、《療癒場:探索意識和宇宙的共振能量場》、《飛行的奧祕》等。

媒體推薦 
林明瑞教授‧高涌泉教授  專業推薦
胡忠信‧陳鳳馨‧趙少康‧蘭萱  聯合提問

「本書枝節瑣事已經減到最少,幸喜還不談數學,只鋪陳總統需要知道的事項,好讓他們據此做出(有可能生死攸關的)明智決策。」
──朱利安.布魯克斯(Julian Brookes),《赫芬頓郵報》(Huffington Post)

「一部迷人的有益讀物。本書開頭先扼要重述九一一攻擊事件。繆勒的科學審慎態度,讓原本就令人心寒的故事帶來更凜冽的寒意。」
──凱文.威廉森(Kevin Williamson)

「撰述邏輯一如費因曼風格,簡明又令人信服,這是未來總統必讀書籍。你有在聽嗎……歐巴馬總統?」
──《新科學人》(New Scientist)

「理查.繆勒這本引人入勝令人著迷的新書,完美道出頭條新聞背後的科學基礎。」
──麥可.摩蘭(Michael Moran), 倫敦《泰晤士線上報》(Times Online)

「繆勒的文筆輕快活潑,讀來就像在大學上課,這本書也正是從課程衍生而來,能巧妙解構迷思,闡明底層科學根柢。」
──馬克.米爾斯(Mark Mills),「富比士」網站(Forbes .com)。

「這是一份重要的『總統提要報告』,縱述二十一世紀世界領袖要面對的眾多艱鉅挑戰。繆勒以簡練、明晰的文筆,俐落、敏銳的分析,建構出穩健的論述。」
──《種子》(Seed)雙月刊

「繆勒採用非技術詞語生動地鋪陳內容。」
──蜜雪兒.普勒斯(Michelle Press),《科學人》(Scientific American)

「下一任總統必須懂得的物理學。」
──亞歷希斯.馬德利加(Alexis Madrigal),《連線科學》(Wired Science)

「科學與公眾交流的出色實例。」
──肯尼士.佛斯特(Kenneth R. Foster),《科學》(Science)

緒論

第一篇:恐怖行動
第一章  九一一
第二章  核子恐怖攻擊
第三章  下一輪恐怖攻擊
第四章  生物恐怖行動
恐怖行動:總統提要報告

第二篇:能源
第五章  能源重大奇聞
第六章  太陽能
第七章  石油的結局
能源:總統提要報告

第三篇:核子裝置
第八章  放射性和死亡
第九章  放射性衰變
第十章  核子武器
第十一章  核瘋症
第十二章  核能動力
第十三章  核廢料
第十四章  受控核融合
核子裝置:總統提要報告

第四篇:太空
第十五章  太空和衛星
第十六章  重力的用途
第十七章  人類上太空
第十八章  以不可見光來偵監
太空:總統提要報告

第五篇:全球暖化
第十九章  氣候歷史簡述
第二十章  溫室效應
第二十一章  一項非常可能的起因
第二十二章  有證為憑
第二十三章  不是辦法的辦法
第二十四章  垂到地上的果實
第二十五章  新科技
全球暖化:總統提要報告─責無旁貸

車諾比核災的真相
車諾比究竟是怎麼一回事?不是已經證實一個高中生就有辦法設計出一枚核彈嗎?核廢料的真正危險有多高?我們真的必須儲存廢料好幾萬年嗎?恐怖分子集團或「流氓國家」要有哪些條件,才能發展出核子裝置?

一九八六年,烏克蘭車諾比城附近的一座核能電廠爆發一起極重大事故。反應爐深處的連鎖反應失控,釋出巨大能量,反應器爐心爆炸。那是次小規模爆炸;核能反應爐不可能像原子彈那樣爆炸,理由我們後面再來討論。不論如何,爆炸規模已經足夠損壞反應爐,還引燃一場嚴重火警。龐大數量的放射能釋入大氣,說不定佔了爐中放射性總量的三成或更多。撲滅那場烈燄的消防隊員,有幾十人死於輻射病症。
這是一九八○年代最重大新聞報導之一;當時已經成年的人,全都記得那起事件。那座發電廠的放射性,隨風飄往人煙稠密地帶。甚至還有部分飄到美國。
接著我會分從多方面詳細探討這起事故,因為想要影響政策的人士,經常會提到這件事情。這種事情很容易誇大其詞或避重就輕,所以了解真相會很有幫助。
那起事故造成的損害,多半出現在事發頭幾個星期。每顆原子核只能爆炸一次,所以放射性會耗光。十五分鐘過後,放射性已經下降到原始數值的四分之一;一天之後,降到十五分之一;過了三個月,只剩不到百分之一。【注8】不過仍有些殘留下來,連今天都有。大半輻射名符其實如過眼雲煙飄散,只有靠近地表的輻射,才影響到災區居民。要想估計照射人類的總輻射量相當困難。據信反應爐附近的三萬人,每人平均接受劑量約為四十五侖目,和廣島生還者接受的平均劑量雷同。請注意,這個平均水平很低,不足以誘發輻射病,不過輻射暴露民眾的額外致癌機遇為45/2500=1.8%。除了自然因素誘發常態癌症致死的六千人之外,那種風險造成的癌症死亡人數,應該達到五百名左右。政府決定疏散,凡是民眾終身接受劑量達到三十五侖目或更高的地區,全部都要徹空。那片地區的放射性逐漸消散,時至今日(二○○八年)大半已經降到遠低於每年一侖目。所以,原則上民眾已經可以搬回去了。
這就構成一道棘手問題,而這也正是當總統的人,有可能必須應付的那種難題:當初疏散車諾比區的措施明智嗎?思索這道問題之前,先設想你並不是未來的美國總統,而是個車諾比居民,而且事故才剛發生。想像除非你離開,否則就要遭受四十五侖目的輻射劑量照射。前面我已經說明,那個劑量會把你的致癌風險從20%提高到21.8%。倘若你有選擇餘地,你願不願意放棄住家,以免風險這樣提高?有些人會說願意,而且就算沒有奉命疏散,他們也會撤離。另有些人則會留下來。按照他們的判斷,額外風險很輕微,放棄住家損失卻相當慘重。
假使你是總統,強迫民眾撤離會不會讓你覺得不對勁,或者你會不會讓他們自行決定?風險似乎很小,不過以一群三萬民眾,這多出的1.8%就會釀出五百起過量癌症病例。這道難題我不回答,因為我沒有答案。這不是物理學問題。物理學能陳述不同選項帶來的後果,明智領袖卻必須下達艱難的決定。民眾面對風險認為值得一搏,你卻強迫他們退避,這樣對嗎?你有辦法挽救五百個人,卻放手看他們喪命,這樣對嗎?你該怎樣排解這類衝突議題?
倘若你把世界遠方遭受小劑量輻射影響的地區也納入計算,預期死亡人數就會明顯更多。若有兩萬五千人分別接受0.1侖目,合計依然要多出一個罹癌死者,況且數字還遠不止於此。圖8.2的地圖顯示早期一項針對歐洲各地民眾接受劑量所作評估。
請注意,最深色地帶是居民暴露劑量達到一侖目或更高的範圍。車諾比事故的預期過量癌症病例總數是多少?要計算這個數值,我們必須取得高低劑量區的居民人數,然後把這所有人的暴露侖目值累加起來。我們(依線性效應)假定,每兩千五百侖目就會出現一起癌症。由於這個數值深受國際社會重視,如今業已投入大量心力來測定輻射分佈情況。二○○六年,國際原子能總署(和聯合國協同)提出總劑量最佳估計值:約一千萬侖目。這就意味著,車諾比事故致癌死亡總數應為一千萬除以兩千五百,計算得過量癌症死者總計四千人。誠如我前面所說,這比預期鄰近地區死亡五百人要多出許多。

圖8.2. 歐洲受車諾比災變波及地區的輻射水平

有一點讓許多人都感到驚訝,就算這樣計算是對的,即使罹癌人數預測準確,也很難確認哪些人死於車諾比事故。當地人口總數達到好幾百萬,基於其他因素引發的癌症相當普遍,很難查出這其中多出的四千名死者是誰。特定幾類罕見癌症可以歸咎核災事故。釋出的放射性大半構成放射性碘,這會在甲狀腺中聚集並誘發甲狀腺癌。甲狀腺癌十分罕見,車諾比災區卻出現十幾起病例,幾乎肯定禍首就是那起事故。甲狀腺癌可以治療,然而車諾比區卻有九名甲狀腺癌病患死亡。除此之外,其他癌症病患就根本不可能確認病因,指出哪個人是由於車諾比釋出輻射才患病,這和廣島、長崎生還者的癌症病例情況相同。
我們該不該擔心統計看不出的死亡事例?當然應該。這四百人原本都不會死於癌症。這裡有個古怪弔詭:悲劇逐漸成形,卻又藏匿無蹤,因為其他不明原因引發的癌症悲劇還更嚴重得多。
車諾比區有幾種疾病的致死案例更多,可說比這種受輻射誘發的癌症還更嚴重。其中兩種是密集吸菸和酗酒引發的癌症和心臟病。倘若災區疏散措施在人口群中引發壓力,從而導致菸酒藥物濫用情況加劇,這就可能成為這起事故的更重大健康效應。
到頭來,額外癌症死亡人數還可能低得多,說不定只有五百人,而不是如今預測的四千人。箇中原因出自放射能學門最重要,爭辯也最劇烈的議題之一:線性假設。
線性效應前面已經討論過。沒有人真正不認同此說。不過另有一項重要議題,一般以線性假設相稱。這是種簡單設想,假定我們在癌症圖解(如圖8.1)上畫出的直線,就高低劑量而言全都相當準確,連非常低劑量也不例外。這似乎是個合理的假定,不過後來還發現,這其中帶有非常重大的政策意義,卻有可能是錯的。這項假設影響及於多道問題的答案,包括底下所列:核廢料有多危險?一枚核子髒彈會殺死多少人?放射性洩漏有哪些長期後果?輻射達到哪種水平,我們才必須考慮疏散受污染地帶?
線性假設之所以號稱假設,是由於我們還不知道這能不能成立。讓我們回頭檢視致癌劑量標繪圖。我這裡要重新作圖,重點呈現低水平部分,不過這次我要把線圖畫得稍微不同(見圖8.3),用來闡明這項爭議。請注意,新畫的直線帶有一處轉折。由此看來,這幅標繪圖彷彿具有一個底限閾值,而且就我們所知,輻射病和病毒性疾病也都具有雷同的底限。依圖中標繪的直線,從零到六侖目都沒有出現癌症。接著超過六侖目底限,線條彎轉採線性提升(也就是順著一條直線提升)。
〔*圖說〕
X軸:輻射劑量(侖目)
Y軸:過量癌症機遇

圖8.3. 致癌劑量標繪圖的低劑量區,從圖8.2放大。標繪這種折線是要顯示,倘若六侖目致癌底限確實存在,這時我們預料會出現什麼情況。

這種折線真有可能成立,而前面沒有彎折的直線有可能錯了,是這樣嗎?是的;事實上,折線確實更能穿過數據定點(垂直短線則代表統計不確定性),勝過前面不彎折的直線。有些科學家論稱,就學理來講,這樣畫也比較合理。多數毒物都會觸發一種生物防衛機制來修復損傷。事實上,有些低劑量物質還會刺激、鍛鍊防衛機制,讓你更能抵禦其他攻擊。害不死你的,會讓你變得更強大。
這是不是就表示,折線是正確的,而舊的直線錯了?不對,不見得。我剛才是說,直線有可能錯了,沒說就是錯的。就統計而論,我們無法分辨這兩種可能性熟是熟非,因為誤差不確定性太高了。而且有些科學家還提出一項學理論證來支持那種不彎折的直線。他們說,不論劑量多小,輻射都有若干機會誘發突變,因此致癌數量必然和劑量呈比例關係,沒有底限閾值。細胞隨時都會遭受創傷,那兩成比率就是這樣來的。稍微提高這個比率,癌症案例就會增多。
真相為何?線性假設對不對?還有這有關係嗎?既然這種效應那麼微妙,那麼知不知道答案真的很重要嗎?
結果或許要令人驚訝,答案是肯定的。讓我們再想想車諾比。聯合國使用線性假設估出,全球被車諾比洩漏的輻射害死的人數為四千。倘若六侖目閾值效應果真存在,而且線性假設錯了,那麼凡是接受輻射低於六侖目的人,過量癌症機遇就全都等於零。由於確實有許多人遭受更高劑量,癌症致死總數依然很高(超過五百),卻遠低於線性假設估出的四千。這是場悲劇,然而和發生在世界各地的眾多災難相比,卻又遠遠沒有那麼悲慘。事實上,當年或許完全沒有必要疏散那片遼闊地帶,因為那裡的民眾接受的劑量,只會達到六侖目或更低。倘若真有個閾值,那麼這種低水平暴露造成的過量癌症風險就等於零。
這項議題就算在美國都很重要。倘若真有個閾值效應,那麼有關核能的許多顧慮都要煙消雲散。核廢料儲存不是問題,因為就算廢料洩漏,民眾接受的輻射劑量,也不大可能高於幾侖目。
就現況而言,美國政府為一般大眾制定了一個放射性暴露上限。你認為那個容許上限有多高?先猜猜看再接著讀下去。
答案是0.1侖目,遠低於假設閾值。再者,倘若出現放射性外溢事件,政府規定清潔作業必須持續進行,直到剩餘放射性發出的劑量,每年不得高於0.025侖目。擬定這個數值的邏輯大概是這樣:倘若線性假設成立,那麼就連0.1侖目都會致癌,或然率為0.11/2500,也就是0.004%。倘若美國全人口,所有三億人全都暴露於那種輻射水平,就會多出一萬兩千起癌症病例。這太糟糕了。所以我們把上限定得很低。為什麼不行?求謹慎並不難。
然而,那個很低的上限,卻可能帶來嚴重後果。比方說,假使有個恐怖分子在一座大城釋出放射能並波及遼闊區域。讓我們假定輻射水平為0.1侖目。那麼在那裡工作、生活的所有民眾,致癌機會都要提高,好比從20%提高到20.004%。政府該不該疏散那片區域?或者政府應該修改先前制定的標準?民眾對這兩種決策會怎樣反應?
還有一件事情讓這全盤處境更為複雜,那就是環境含有天然放射能。後面我還會提到這點,不過目前只考量一項實情,那就是住在丹佛的人,天然放射性暴露劑量偏高,每年約比紐約市民眾多出0.1侖目。我們該不該疏散丹佛,把那裡清潔一下?事實證明我們沒辦法清潔丹佛,因為那種輻射出自天然氡──從岩石、土壤所含天然鈾質逸出的氣體。似乎沒有人擔心這點,因為事實證明,縱然含有輻射,丹佛罹癌致死人數,依然低於國內其他地區的案例數。
等你當上總統,線性假設的有效性,恐怕還是不大可能確認定案,就算你以百萬隻小鼠進行實驗,一侖目輻射的效應依然太過微小,無從觀察。【注9】最大指望來自能夠闡明癌症機制的實驗。政府要國家科學院重新檢討這道問題,他們在二○○六年發表了一篇報告。國科院全面審視論稱存有閾值效應的報告,歸結認定證據不夠令人信服,毋須修改政策。所以美國政府依然以線性假設為其立法依據。
未來的總統必須注意,那是種政策判斷,不是個科學結論。許多人都曾論稱,那項政策的效應不只及於保健,還涉及國家政策的其他核心層面。舉例來說,害怕核能的起因,大半出自有多少人會由於低水平輻射罹癌病死的推估數值。倘若政策施行致使民眾因其他理由受害(從撤離他們的住家乃至於參戰打仗等),那麼線性假設就不再是種保守的選擇。這是政策,不是科學──至少目前還不是。

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