物理與健康

2009/08/18 認真做就是貢獻

幾個星期前聽到一場「使用同步輻射的Ｘ-光及相對比顯像技術來提高斷層掃描解析度」的演講，是由同步輻射中心的胡宇光研究員所給。演講的主要內容是談利用「同步輻射中心產生的高準直性Ｘ-光」以及「相對比（phase contrast）顯像技術」來解決傳統Ｘ-光斷層掃描無法看清微小物體或者軟組織的問題。這項技術在生物醫學的研究上是一個重要貢獻，因為它和傳統Ｘ-光斷層掃描比起來有著「不需要顯影劑」、以及「可以看到更細微結構」的優點，為此胡教授曾獲得行政院94年傑出科技榮譽獎，有興趣的人可以參考這篇報導。

斷層掃描是現代醫學常用的檢測方法之一，簡單的介紹在 這裡 可以看到。它的想法其實是很單純的：

想要看一個東西的裡面，就把這個東西「切成很多很多片」，把每一片都仔細觀察過，再「一片一片地」組合回來，如此就把這東西裡裡外外都看透了！

這想法邏輯上是可行的，但是實際上當要用在「活體」的時候，這個「切成很多片」的動作就不能拿把刀子真的去做，否則這活體就沒得活了！這種情形下通常我們使用Ｘ-光來做這個「切」的動作，因為Ｘ-光可以穿透身體^＊。至於如何「看」Ｘ-光的切片結果，就需要一些數學的幫助，想了解的人可以看看這裡的說明。把這些切片結果「一片一片」組合回來就可以看到一個活體內部器官或組織的立體圖像。

想看圖片的話可以到搜尋網站以「斷層掃描」來「搜尋圖片」，會有不少。

^＊Ｘ-光可以穿透身體，但不是百分之百，其實會有一小部份被身體吸收，造成小小的損壞，所以Ｘ-光的照射劑量不可過高，以免造成身體無法自行復原的傷害。

對我來說「相對比（phase contrast）顯像技術可以提高Ｘ-光斷層掃描的解析度」這件事是相當有趣的，當看到這套方法可以清清楚楚地顯現出老鼠腿部腫瘤四周微血管的分佈狀況時，不自禁張大眼睛發出「哇～！」的讚嘆聲！據講者說目前全世界能夠在不切開身體的情況下把腫瘤四周看得這麼仔細的人寥寥可數。

技術的突破當然是讓人讚賞，但是這個演講讓我最難忘的卻是胡教授的一句話：學物理的人能夠在人類健康方面有所貢獻是很值得高興的事。

～～學物理的人在人類健康方面有所貢獻～～

這句話像個停不下來的跑馬燈一樣不斷地在我腦子裡打轉。

說真的，我從來都沒有想過「學物理的人要在物理以外的領域做出貢獻」這樣的事！一直以來都覺得物理學主要是做基礎研究，像「如何不切開身體看腫瘤」這種「很實際的問題」常常不是我想像得到的（我一直是個不切實際的人）。

不過話說回來，「解決實際問題」本來就是科學研究的發端，也是重要目標，一個很「近」^＊＊的例子就是「積體電路」的發明，原本是為了解決電路設計上的實際問題所進行的研究，兩位共同發明人之一就是學物理的。這項發明在「短短」三十年之內完全改變我們的生活型態，因此另一位發明人獲得 2000 年的諾貝爾物理獎^＊＊＊的一半（另一半是由兩位「發展半導體異質結構用於高速與光電子線路」的人所獲）。

^＊＊積體電路在 1958 年發明，「只有」40 年前，所以說「近」。

其實更近的例子就在今年，2009 年諾貝爾物理講頒給「光纖」及「CCD」的研究者。光纖的研究解決了「用光做為資訊傳遞媒介」的一個基本問題，而 CCD 讓數位影像的獲取變得相當容易，這兩項絕對都是非常「解決實際問題」的發明。

^＊＊＊那位學物理的發明人沒有一起得獎，因為他在 1990 年過世，而諾貝爾獎只頒給還活著的人。

如果他那時候還活著是否會一起得獎？這就不知道了，有「兩個」理由：

1. 雖然是各自獨立完成，但他比另一位發明人晚了六個月做出來。
2. 諾貝爾獎除了「不頒給死人」這條規矩，據說還有一條「不頒給四人」，2000 年的物理獎已有三人。

這個「不頒給四人」是否真的是一條規矩，我不知道，但確定的是物理獎在一百多年來是沒有同時頒給四個人過。

另一方面，我總認為基礎研究通常不會立即有用，做出來的結果可能得等個好幾十年才開始用得上，更別談要廣泛使用，所以在我的想法裡基礎研究短時間內是屬於「無用之事」。物理學既然標榜基礎研究，做著「無用之事」就是理所當然的了（所以我到現在都還是個「無用之人」）。

然而，隨著技術的進展，「基礎研究通常不會立即有用」這個想法已經不見得合用了，一個很好的例子是 1988 年「巨磁阻效應（GMR）」^＊＊＊＊的發現，原本是基礎研究的一部分，但這個發現在二十年不到的時間裡讓我們的硬碟容量從 MB（百萬字元）一路飆到 TB（不知道如何說？），成長近百萬倍！為此兩位發現者共同獲得 2007 年諾貝爾物理獎。

「基礎研究」或是「實際應用」，最主要的其實是「認真去做」，不管什麼問題，只要有興趣、能夠做，就認真去做，這才是最重要的。

^＊＊＊＊巨磁阻效應（Giant magnetoresistance, GMR）就是很「巨」的「磁阻效應」，而「磁阻效應」是說「一個物體的電阻會因為磁場存在而改變」這樣的現象。這個現象和硬碟有什麼關係呢？因為「硬碟是以磁性物質儲存資料」，而電腦卻是以電訊號在做計算，以「磁」儲存的訊息必須先轉換成「電」訊號才能讓電腦使用，所以具有「磁阻效應」的物體便可以拿來做硬碟的「讀」頭。

巨磁阻效應是一種量子現象，必須把磁性、非磁性物質做到「很薄很薄」才會出現，這裡有一些說明。它的發現開啟了「自旋電子學」這個新的領域。

根據瑞典皇家學會的新聞稿，巨磁阻效應可以說是奈米科技「第一個實際的應用」。