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2009/02/21 第138期 訂閱/退訂 看歷史報份
科學Easy Learn 隧道為什麼不會被山壓垮?
科學人觀點 以「眼和手」替代「耳和口」的語言世界
深度報導 以實驗證明天擇說
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隧道為什麼不會被山壓垮?
 
文/楊嘉慧

 

全島面積不到四萬平方公里的台灣,因地殼被擠壓抬升而形成的山脈,縱貫全台南北,3000公尺以上的山脈更超過200座,因此到處可見山岳隧道,然而開挖山岳隧道不僅要考慮山脈壓在隧道上的力量,還要防止岩體軟弱或結構不良等帶來的危險。面對這些難題,工程人員如何防止隧道垮下來?

開闢道路時常需要穿山越嶺,開挖山岳隧道是必要工程。台灣地質年輕,且受到歐亞板塊與菲律賓板塊的擠壓,節理錯綜複雜,斷層厚度不一,又有許多破碎帶或軟弱砂泥層岩體,挖到地質結構不良處,若沒妥善處理,很可能造成坍塌。

台灣大學土木工程學系教授黃燦輝表示,由於每座山脈的狀況不一,開挖的第一步是對山體進行各種「診斷」,以選擇適合的開挖方式。一般會先施以非破壞性的檢測法,例如震測法、地電阻法、透地雷達等,以便了解地質情況,有時也會直接鑽探,取一些地質樣本來檢驗。不過,即使已對疑似斷層破碎帶、含大量水等地帶進行診斷,但由於地質變化複雜,且儀器的精確度尚無法達到100%,因此山岳隧道施工期間還是免不了發生事故,例如雪山隧道開挖過程中,即曾發生過30餘起坍塌意外。

開挖隧道時,會分成許多小段掘進,每次長度約只有1~2公尺。最傳統、最常用的方式是「鑽炸法」(Drill & Blast Method),即在開挖面鑽孔,再埋設炸藥引爆,藉由爆炸快速釋放的膨脹力以及氣壓等衝擊岩體,使之破裂。

黃燦輝表示,為防止隧道壁的岩體因爆炸導致結構不良,或炸出的孔洞嚴重超出開挖線,施工人員會在開挖面上,巧妙安排放炸藥的地方及每個火藥劑量,以達到均滑爆破(smooth blasting)。方法是爆破前先佈孔,即設計炸藥孔的疏密位置,典型的佈孔設計分成兩部份,一是沿著開挖線邊緣鑽的「周邊孔」,另一部份則是靠近中心的「炸藥孔」。一般而言,靠近中心部位是要把整個岩體炸開,較不需考慮爆炸後的美觀,因此所佈的炸藥孔較少、間隔疏、炸藥量較多;而周邊孔炸出的範圍要盡量控制在開挖線上面,每個炸藥孔放置的炸藥量不宜太多,所以鑽孔數相對較多,間隔也較密。引爆時,並非同時炸開,而是由中心逐漸向開挖線一層層炸開。…more


      【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第84期2月號】

 

 
以「眼和手」替代「耳和口」的語言世界
撰文╱曾志朗

 

聾啞生一生背負著多少誤解與非聾啞人有意無意的歧視眼光,由於兩位語言科學家的卓越研究,才使他們漸漸從「心智障礙」的標籤中被解放出來! 

今年下半年,台灣的體育界將會非常熱鬧。接在北京奧運之後,兩個國際性的運動大賽,相繼在台灣南北兩大城市舉行。首先,7月在南風頻吹的海港高雄市,將有來自全球80幾個國家的運動員,一齊湧入那座新蓋好的,可容納四萬多人,造形有如「龍」行飛「騰」,完全以台灣自製太陽能板所拼成的世運會主場館,他們來參加第八屆世界運動會,比賽項目以休閒運動為主,和奧運大不相同,但熱絡、吵雜、歡聲雷動的盛況絕不會輸給奧運會。

接下來,台灣北部首府台北市,將在夏末秋初舉辦第21屆聽障奧林匹克運動會,那是一個真正屬於奧林匹克委員會,為突顯聽障人士的權益所舉辦的大型運動會,有田徑、馬拉松、羽球、籃球、沙灘排球、保齡球、自由車、足球、手球、柔道、空手道、定向越野、射擊、游泳、桌球、跆拳道、網球、排球、水球、角力等20項競賽,雖然和奧運項目雷同,但卻自成一格,參賽的選手和裁判全都靜悄悄的毫無聲響,然而他們肢體移動,手勢翻飛,臉部擠眉弄眼的特殊表情,一定會讓所有觀眾印象深刻;在不同競技場的各個角落,這種令人一生難忘的畫面會一再出現。

只有身歷其境,體會過這一連串沒有聲音的語言交流,才會了解這些聾啞生身體健康如你我,心智能力正常也不後於人,可是他們一生卻背負著多少誤解與非聾啞人有意無意的歧視眼光。1977年,由於兩位語言科學家的卓越研究,才使得他們漸漸從「心智障礙」的標籤中被解放出來!

這兩位夫妻檔科學家,克厲馬(Edward S. Klima)和貝露姬(Ursula Bellugi)結合近代語言科學和認知發展心理學,研究美國聾啞生使用美國手勢語(American Sign Language, ASL)的發展歷史,也使用許多實驗心理學的測量方法,包括腦波的事件相關電位(event-related potential, ERP)以及功能性磁共振造影(fMRI),詳細描繪了聾啞生使用手勢語時的各項認知歷程,從視覺注意力到記憶的儲存與傳遞編碼,到造詞的規則以及詞組串聯的語法規律,到高階的理解與對話所採取的認知策略,得到了一個劃時代的重要結論:聾啞生的手勢語雖然沒有聲音,但它絕對和一般口說語言一樣,都應該享有自然語言的地位!前者因使用者聽不到聲音,就用「眼與手」取代了後者的「耳與口」!…more


   
                        【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第84期2月號】  

 

 
 

生物學家使用最精密遺傳工具,發現天擇對基因演化的影響,可能比之前絕大多數演化學家所想的深遠。

 

以實驗證明天擇說
撰文╱奧爾(H. Allen Orr)
翻譯/陳儀蓁

 

重點提要

●達爾文的理論,也就是提高生存機會的遺傳特徵受到天擇而推動演化,是經歷許多理論競爭後,才在今日生物學中得到認可。
●沒有正面或負面影響的隨機遺傳突變,曾被視為分子層次改變的主要推手,但是最近的實驗顯示,由天擇所推動的有利遺傳突變,其實並不少見。
●植物遺傳學的研究顯示,單一基因的改變,有時候對物種間的適應差異有很大的影響。

有些觀念在科學發展的歷程中較晚才發現,是因為微妙、複雜或是艱難,但是天擇說並非如此。跟其他革命性的科學思想比起來,天擇說的發現是比較晚近的事,達爾文和華萊士在1858年寫下天擇說,達爾文的《物種起源》在1859年才問世,但天擇說的觀念其實相當簡單。在特定的情況下,有些個體適應得比其他個體要好,這些個體產下較多的子代,隨著時間過去而變得比較常見。環境「選擇」這些在現有條件下適應得最好的個體,如果環境條件改變,那些擁有最適合新環境特徵的個體,就會取得優勢。達爾文主義之所以具革命性,並不是因為提出晦澀難解的生物學說,而是指出自然界背後的邏輯其實意外的簡單。

天擇說儘管簡明易懂,仍經歷漫長且曲折的歷史。達爾文對於物種演化的主張很快就為生物學家接受,但他的另一個主張,也就是天擇推動大部份的演化,則不然。確實,直到20世紀後期,科學家才接受天擇是主要演化驅力的說法。

天擇說的地位現在十分穩固,而這也反應了過去幾十年來詳細的實證研究。但是天擇的研究絕對還未完成,不過由於新的實驗技術的出現,加上構成天擇的遺傳機制現在是嚴謹的實證研究主題,跟20年前比起來,天擇的研究今天在生物學中更活躍。近來針對天擇的實驗工作,主要集中在三個目標:確定天擇有多普遍,辨識由天擇引發的適應背後的遺傳改變,以及評估天擇在演化生物學的關鍵問題,也就是在物種起源中究竟扮演了多重的角色。…more

 

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從電玩中模擬演化


150年前達爾文發表《物種起源》撼動了當時的保守社會。近年來科學發展日新月異,分子生物學的創立也證明了演化論與天擇說,甚至在文明科技的影響下,「演化」不再是天擇而是醫學基因下「人擇」的結果。

 

有些遊戲軟體公司研發了需多類似演化發展的遊戲,讓玩家體驗物種與社會的發展,從中了解達爾文的演化世界。你有玩過類似的模擬遊戲嗎?你覺得和達爾文的演化論的同與異為何?歡迎到《科學人》部落格,分享你的虛擬創造經驗。2月底我們將選出二名贈送臉譜出版《跟著達爾文去旅行:第二次環遊世界之旅》一本。

 

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更多專題文章請參閱《科學人》雜誌2009年2月號

1.化石重返演化大戲(紙本雜誌P.64)            

2.研究雞毛鴨喙的大師--鍾正明(紙本雜誌P.114) 

3.電梯:步步高升(紙本雜誌P.132)               

 
 
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