化學大未來─兼談培育明日化學家-陳竹亭

陳竹亭
2015-06-03發佈
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講者介紹

身為科學家,陳教授率性不拘泥的個性讓科學教育以活潑、生動且與生活有連結的普及方式,呈現在我們面前。在有限的資源內,透過台大科教中心的平台,舉辦探索科學講座、科學到民間、Magichem魔幻化境等,並且引入開放式課程,建立線上影音平台、成立部落格,讓科普教育能夠深耕文化中。

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影片介紹

化學,一個實驗室中可以讓宇宙爆炸的科學,透過化學反應式創造了人類最蓬勃發展的工業時代,石化燃料催生出地球與人永續發展最大的阻礙,人口爆炸、能源耗竭、全球增溫,讓人類陷入了前所未有的左右為難-經濟發展與自然資源維護。化學作為一個演進中的學科,如何在新世代中一舉洗刷過去的失序,讓人與自然重修舊好?

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逐字稿

大家都喜歡思考未來,人其實沒有辦法預測未來,可是事實上人類大概是這個世界上唯一的生命,我們每天過日子,都會為明天規劃、打算。想想你自己是每一天都會想明天、下個禮拜,甚至於一個月以後的事情?

﹝00:36﹞

在上個世紀(20世紀)90年代初的時候,美國的太空總署做了一件非常重要的事情,放了一個很大的望遠鏡到太空上去,叫做哈伯望遠鏡,距離第一個望遠鏡被發明出來,應該說被浩大地使用,也就是伽利略的時代已差不多400年,它提供了人類很重要的一件事情,就是視野。望遠鏡的英文是telescope;顯微鏡的英文是Microscope,兩個工具都有很重要的事情,就是有一個字根叫做scope,也就是視野。視野提供很重要的觀點,所有的科學家會看事情跟一般人或者是科學家以外的人不一樣,就是因為我們的視野不一樣,視野是讓你圈出了一個範圍,你眼睛可以膠著在你的目標上,好好的思考,然後提供你機智,有新的觀點,當然在全世界的觀點上來講並不是只有科學的觀點是重要的,人文的觀點也很重要,科學的觀點很可能會強調理性,人文的觀點可能更重視感情,可是兩個不同的觀點可以提供我們新的事物。

﹝02:12﹞

睿智的觀點如果集合起來可以提供信念和價值,這是臺灣需要的,台灣要往下走,要有相對共同的信念和價值,換句話說,我們就要有睿智的觀點。

﹝02:30﹞

如果我們把地球的46億年看成24小時,很有趣的一件事情是這個show其實晚上才開始,你可以看到重要的生命大概都在晚上的八、九點以後才出現,可是晚上的show卻花了18個小時,搭一個像這樣子的舞台。很重要的一件事情,全世界大概最重要的、所有的生命,都需要倚賴人,我們雖然不能夠行光合作用,可是我們需要這世界上所有能夠行光合作用的主要植物,或者跟植物類似的生命。所有有葉綠素的生命,在地球上有鐵,然後利用光,產生了氧氣,這個舞台鋪起來了以後,才能夠有植物的出現,然後才能夠有動物的出現。所以我們的世界其實是由生命和物質的世界,也就是這個環境相互的互動,然後在演化的機制下面所形成的,智人在這個世界上其實佔的時間非常少,你看24小時裡頭我們只有兩分鐘的時間,其實我們認為人類只有幾秒鐘的時間,可是生命在這個世界上有35億年的時間,這個在24小時裡頭你一比較,其實大概有少於半天。我們雖然在這個世界的時間非常短,可是我們卻是全世界上唯一能夠遍布五大洲、七大洋的生命,很有趣的事情是,距離現在大約11,700年的時間十分的重要,因為那個時候冰河退去了,人類開始從事農業和牧業,於是我們開始形成了中型或者大型的社會,從那個時候開始,地質上我們稱作「全新世」,你可以記住是在冰河以後的一個世代。

﹝04:56﹞

有一位很重要的化學家,叫做Paul Crutzen,克羅琛事實上是1995年與莫利納、羅蘭三個人一起獲得95年的化學諾貝爾獎,他們最重要的發現是在地球的南極發現了一個很嚴重的臭氧洞,也就是在平流層上面,它的臭氧的濃度特別的少,像個洞一樣,這個嚴重的情形是怎麼樣呢?使得紫外線會照射到我們地表,使的人類可能有機會、更多的機會得到皮膚癌。克羅琛得到諾貝爾獎,可是更重要的一件事情他提出來,雖然現在知道的人不多,他在2000年的時候使用了史多麥爾(E.Stoermer)的一句話,一個名詞,他說:「也許我們現在可以稱人類已經進入了一個新的世代,不叫『全新世』,而稱它作『人類世』,英文是Anthropocene。」這個意思是說,這個世代在工業革命以後,人類的文明其實已經可以在地質上改變這個世界。所以也許我們可以稱它是一個新的世代叫『人類世』,他說:「如果我們溯源我們的溫室氣體、包括了破壞臭氧的氟利昂[1]。他說:『像是二氧化碳就是一個最嚴重的溫室氣體,它使得全球增溫的情形非常的嚴重。』還有,甲烷也是一樣,這些都是在18世紀瓦特發明了蒸氣機以後,事實上才出現。」

那你可以說從最近的200年以來,化石燃料是人類使用最重要的燃料,那這樣燃料的使用在這200年裡頭,包括了大家現在都知道產生那麼多高濃度的二氧化碳,使得人類的世代變的截然不同。

﹝07:09﹞

這個世界改變、這個世界改變事實上在工業革命以後,你會發現之前和之後最大的變化是在工業革命之前的時候,應該說所有人身體都是適應自然環境,你要去配合外在的環境,然後你才能夠生存;可是在工業革命之後,我們創造的差別是我們的生活進到了一個新的世代,我們所有的生活方式跟200年以前截然不同,可是更重要的是我們的文明也同時改變了整個的環境,自然環境改變了以後,所有生命,它的生活的方式、它的適應的模式可能都要跟著改變。

﹝07:54﹞

所以石化工業是化學最重要的工業,這個工業出現以後,你會發現科技很重要的一件事情是使用一級能源開始進入了二級能源,什麼叫做一級能源呢?就是你在大自然裡頭立刻可以使用的,水力、火……。然後你可以用獸力,甚至於人自己的力氣,這個都算一級能源。可是二級能源是轉化過來的,當然最關鍵的就是電,電能出現了以後,我們開始可以創造新的能源、我們可以製造新的物質、人造材料,譬如說塑膠、先進陶瓷、奈米……。如剛剛前面講員所說的:「所有的新物質全部是我們人類用化學或者物理的方式創造的。」主要的是化學,因為化學家可能是這個世界上唯一的專家可以改變物質,或者是創造新的物質。所以我們進到了一個新的物質的時代。

﹝09:06﹞

從這張圖上你可以看得出來,如果我們晚上利用人造衛星所拍照的話,它不再是黑暗的,有許許多多會亮的地方,甚至於可以看出陸地的形狀,當然像這塊非常亮的地方一看就可以看得出來的是北美洲,包括了美國和一部分的加拿大,他們使用的能源佔了全世界的三分之一。歐洲、尤其是西歐、也是如此,他們也使用了大量的能源。在亞洲的部分,你看日本,可能是最先進的,而當然最近的中國也發展的很快,可是你可以看到我們台灣雖然小,仍然是可以在太空上看到是微亮的一個區。然後新的物質可以使我們創造許許多多新的科技。

﹝10:01﹞

在200年以前,生命從外界取得物質,然後我們就可以生存。所以我們過得很辛苦,非常大部分的時間我們要去取得我們所食用,或者我們取得這些可以使用的東西,譬如說蓋成我們居住的地方。可是今天的人類,我們已經充分的利用了科技取得我們所需要的能源,尤其是電,電的能量可以使我們換取的是非常豪奢的物質生活,我們今天所過的日子,一個人所使用的物質,已經不是足以使一個人生存而已,事實上是許許多多的生命可以生存,所以我們可以問:「地球的能源和資源到底可以維持多少的人口?」剛剛有講員有說過:「我們現在的人口數,全世界已經超過了70億,預計在2050年、也就是這個世界的中期,大概會達到90億到120億之間,所以大多可能超過100億。那我們要過什麼樣的生活呢?我們常在說一個笑話:「中國大陸有大約接近15億人口,他們只要有三分之一的人想吃生魚片,你可能在海裡頭都找不到魚了!」

﹝11:27﹞

當我們科學家說:「地球是一顆行星,如果從科學家的觀點,我們的物質跟地球外面是完全隔絕,換句話說,外面的物質基本上不會進到地球裡面來、除了極少的隕石以外;那地球上的物質也幾乎很難溢出地球之外。可是,燃料不一樣,燃料是從有地球開始、也就是46億年前,太陽就源源不絕一直把能源送到地球上來,我們現在生命所有倚賴、恆星所提供的能源就是我們現在所使用的能源,不過有許多是埋到地底下去的。那物質在地球上一定有用完的時候,尤其假若我們浪費,它用完的時間會更快。能源的話,我們一定要轉換才能夠使用,經過了轉換以後,現在我們已經非常有效的能夠把它變成了電。

 

﹝12:33﹞

可是我剛剛說過了,在這個地球上來講的話,它事實上自然界剛說要仿生,你會發現自然界藉著演化的機制創造了物質永續和解、永續的循環,那能源可以有效的循環,也就不斷的有新的物質可以讓我們使用,我們可以看從有機的物質到無機的物質,事實上在植物和動物之間,不停的有光合作用,以及我們能夠讓能源、物質就不停的循環的使用。這樣的cycle事實上自然界早就已經在20億年就能夠存在,所以說仿生是有道理,可是不要忘了一件事情,要仿生的話我們要問我們的時間有沒有地球那麼長?演化最重要的機制,也就是使用漫長的時間來解決所有的問題,所以我們如果問:「仿生能源能夠提供我們永續的解答嗎?」

﹝13:40﹞

我們最熟知的就是石油的能源,尤其是在高雄的朋友們,對於石油非常的了解。林教授也提供:「石油最重要的工業幾乎絕大部分集中在高雄。」他好像是一個夕陽工業,可是我們知道我們現在大概使用了一半的石油,每一個可能用的時間可以很長、起碼可以還用200年,可是我們都知道每一個污染非常嚴重,所以現在大家已經暫時不太用它。我們也使用了非常多的天然氣,天然氣可以很好的燃燒,那我們使用天然氣的時候會發現它的污染相對的少,尤其在最近美國和加拿大發現很多的叫做『頁岩氣』,你可以看到這是天然氣可以存在的地方,大部分在地表,可是頁岩氣是在石頁岩裡頭,夾雜在石頁岩裡,我們現在有很好用的方式能夠把頁岩氣打出來供我們使用,有了頁岩氣起碼幾百年不必擔心能源的短缺,可是這樣表示我們可以無限的消耗嗎?要注意一下你可以看到北美洲、尤其是加拿大,有非常豐富的頁岩氣。在亞洲的話,你也看到大陸、可能在新疆的部分以及中區,有一些頁岩氣。而當然在南美洲也有大量的頁岩氣,可是東亞區域是幾乎沒有頁岩氣的,所以台灣還是要靠外面的輸入才能夠有新的能源。

﹝15:24﹞

如果我們的能源不足的話,我們會注意一下說現在有頁岩氣提供我們使用我們也許就不必太擔心,可是不要忘了全球增溫的問題可能在這個世紀就無法處理。氣候變遷非常的嚴重,人口增加我剛剛說了,到2050年應該有機會超過100億。然後我們活在世界上的人生活和健康有沒有辦法解決?

﹝15:57﹞

那當然化學家還說:「我們有新世代的材料,而且我們可以合成新的物質。剛剛說了:「奈米材料。」然後我們有精密的陶瓷,你說:「陶瓷工業有關係嗎?」我們現在很多年紀大的關節、很多新的機具都靠非常新的精密陶瓷。功能塑膠已經不再像聚乙烯、聚丙烯,或者高濃縮,只有對我們人類有害的。雖然我們現在阻絕大部分的塑膠,我們還不是絕對的處理,但是我們已經有很多的再循環機制在處理塑膠。尤其這個功能塑膠,其實成了我們許許多多光電材料所使用的材料。但尤其我們在於醫藥方面,絕大部分都是合成的,現在許許多多糖尿病、心臟病的藥我們通通都可以合成出來,所以使人類的生命可以延續到大約80歲,甚至是90歲。

﹝17:03﹞

可是我們能夠永續嗎?這仍然是一個未知的問題。我們還需要注意到環境保育,因為環境毀壞的話,我們的生命沒有辦法延續。我們的自然資然如果缺少,我們就沒有辦法轉換新的資源。我們有沒有辦法維持地球上的多樣性?尤其我們的人性要走到哪裡去?

﹝17:28﹞

所以當主辦單位問我說:「要怎麼樣培養未來化學家的話,我們中間有一些年輕人你要想知道如果有哪一些的能力和哪一些的素養是可以成為未來的化學家?」我相信你們的老師們會告訴你們:「許許多多的事情你只要用心都會有用,包括了好好的訓練、增加你活用的知識,以及你的想像力、創意、器識、視野、勇氣都有幫助。」

﹝17:56﹞

可是在我們的教育裡頭被忽略的事情,林教授說:「你需要思考綠色的未來,你對人文的感知,你對團隊的共同工作的態度,你能不能做跟人家不一樣的事情?能不能與人溝通?能不能把你的知識好好的傳達給社會大眾?」最重要的事情Just do it。

﹝18:25﹞

所以,地球上的生命雖然已經存在了35億年,你必須要知道99.99%的生命物種其實都已經滅絕了!

如果你要問:「我們人類的文明還能永續,我們往前走的話會走到哪裡去?」

﹝18:43﹞我給你的答案是生命永遠不會有悲觀的權利。謝謝各位。


[1] http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E6%B0%9F%E4%BA%8C%E6%B0%AF%E7%94%B2%E7%83%B7

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