給未來總統(tǒng)的物理課

內(nèi)容概要

　  請問總統(tǒng)先生：　  如果有恐怖份子威脅我國國安，您該優(yōu)先把心力放在哪裡？　  我們應(yīng)該不計代價發(fā)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(zhàn)嗎？　  您要如何化解民眾對核電廠的疑慮？我們該擔(dān)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?wù)嫦啵家喽稽c物理：　  這是史上第一次，由加州大學(xué)柏克萊分校享譽盛名的物理教授，　  替歐巴馬總統(tǒng)量身撰寫的一堂物理課?！? 包括如何防範(fàn)恐怖主義，如何找出新能源，解決能源危機？　  核電廠若發(fā)生災(zāi)變該怎麼應(yīng)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?！? 《給未來總統(tǒng)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(xué)真相》不只美國總統(tǒng)必讀，世界級領(lǐng)袖必讀，　  更是每個世界公民必修的科學(xué)常識！　  報告總統(tǒng)先生，　  這是您就任時最重要的一份「科學(xué)提要報告」：　  總統(tǒng)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(guān)研究資助、限武協(xié)定、來自北韓或伊朗的威脅、間諜刺探和偵監(jiān)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(zhuǎn)換成汽油，那麼您該如何領(lǐng)導(dǎo)您的國家，邁向使用潔淨(jìng)能源的未來？　  身為世界公民，你需要培養(yǎng)更多智性上的好奇心與深厚的科學(xué)知識，　  不只現(xiàn)任總統(tǒng)要看，想要教育優(yōu)秀下一代，想要選出好總統(tǒng)的人更應(yīng)該看！　  這是你從未有過的總統(tǒng)級待遇！由世界最頂尖的物理科學(xué)家，　  替你簡報一堂未來世界級領(lǐng)袖一定要知道的物理課?！? 你將跟總統(tǒng)一起聽到，一個總統(tǒng)若要在最短時間學(xué)到最有用的物理科學(xué)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(guān)！　  在這些頭條新聞背後，真相都跟物理有關(guān)：　  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(zāi)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(wǎng)路搜尋來的資料就能夠設(shè)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(yīng)該立即疏散民眾嗎？疏散範(fàn)圍該多大？

作者簡介

　　理查·繆勒 （Richard A. Muller）　　柏克萊加州大學(xué)享譽盛名的物理學(xué)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?！　∷眠^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(chuàng)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(xué)領(lǐng)域?qū)W生開設(shè)的著名獲獎?wù)n程?！　　鲎g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(chuàng)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。

書籍目錄

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(tǒng)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(jié)局能源：總統(tǒng)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　核瘋癥第十二章　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(tǒng)提要報告第四篇：太空第十五章　太空和衛(wèi)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(jiān)太空：總統(tǒng)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(yīng)第二十一章　一項非?？赡艿钠鹨虻诙隆∮凶C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(tǒng)提要報告─責(zé)無旁貸

章節(jié)摘錄

　  車諾比核災(zāi)的真相　  車諾比究竟是怎麼一回事？不是已經(jīng)證實一個高中生就有辦法設(shè)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(fā)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(fā)一起極重大事故。反應(yīng)爐深處的連鎖反應(yīng)失控，釋出巨大能量，反應(yīng)器爐心爆炸。那是次小規(guī)模爆炸；核能反應(yīng)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(guī)模已經(jīng)足夠損壞反應(yīng)爐，還引燃一場嚴重火警。龐大數(shù)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癥?！? 這是一九八○年代最重大新聞報導(dǎo)之一；當(dāng)時已經(jīng)成年的人，全都記得那起事件。那座發(fā)電廠的放射性，隨風(fēng)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(jīng)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(xiàn)在事發(fā)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(jīng)下降到原始數(shù)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?！咀?】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(yún)煙飄散，只有靠近地表的輻射，才影響到災(zāi)區(qū)居民。要想估計照射人類的總輻射量相當(dāng)困難。據(jù)信反應(yīng)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(fā)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(fā)常態(tài)癌癥致死的六千人之外，那種風(fēng)險造成的癌癥死亡人數(shù)，應(yīng)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(qū)，全部都要徹空。那片地區(qū)的放射性逐漸消散，時至今日（二○○八年）大半已經(jīng)降到遠低於每年一侖目。所以，原則上民眾已經(jīng)可以搬回去了?！? 這就構(gòu)成一道棘手問題，而這也正是當(dāng)總統(tǒng)的人，有可能必須應(yīng)付的那種難題：當(dāng)初疏散車諾比區(qū)的措施明智嗎？思索這道問題之前，先設(shè)想你並不是未來的美國總統(tǒng)，而是個車諾比居民，而且事故才剛發(fā)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(jīng)說明，那個劑量會把你的致癌風(fēng)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(fēng)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(fēng)險很輕微，放棄住家損失卻相當(dāng)慘重?！? 假使你是總統(tǒng)，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(fēng)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癥病例。這道難題我不回答，因為我沒有答案。這不是物理學(xué)問題。物理學(xué)能陳述不同選項帶來的後果，明智領(lǐng)袖卻必須下達艱難的決定。民眾面對風(fēng)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(qū)也納入計算，預(yù)期死亡人數(shù)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(shù)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(fàn)圍。車諾比事故的預(yù)期過量癌癥病例總數(shù)是多少？要計算這個數(shù)值，我們必須取得高低劑量區(qū)的居民人數(shù)，然後把這所有人的暴露侖目值累加起來。我們（依線性效應(yīng)）假定，每兩千五百侖目就會出現(xiàn)一起癌癥。由於這個數(shù)值深受國際社會重視，如今業(yè)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(lián)合國協(xié)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(shù)應(yīng)為一千萬除以兩千五百，計算得過量癌癥死者總計四千人。誠如我前面所說，這比預(yù)期鄰近地區(qū)死亡五百人要多出許多?！? 圖8.2. 歐洲受車諾比災(zāi)變波及地區(qū)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(shù)預(yù)測準(zhǔn)確，也很難確認哪些人死於車諾比事故。當(dāng)?shù)厝丝诳倲?shù)達到好幾百萬，基於其他因素引發(fā)的癌癥相當(dāng)普遍，很難查出這其中多出的四千名死者是誰。特定幾類罕見癌癥可以歸咎核災(zāi)事故。釋出的放射性大半構(gòu)成放射性碘，這會在甲狀腺中聚集並誘發(fā)甲狀腺癌。甲狀腺癌十分罕見，車諾比災(zāi)區(qū)卻出現(xiàn)十幾起病例，幾乎肯定禍?zhǔn)拙褪悄瞧鹗鹿?。甲狀腺癌可以治療，然而車諾比區(qū)卻有九名甲狀腺癌病患死亡。除此之外，其他癌癥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、長崎生還者的癌癥病例情況相同。　  我們該不該擔(dān)心統(tǒng)計看不出的死亡事例？當(dāng)然應(yīng)該。這四百人原本都不會死於癌癥。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(fā)的癌癥悲劇還更嚴重得多。　  車諾比區(qū)有幾種疾病的致死案例更多，可說比這種受輻射誘發(fā)的癌癥還更嚴重。其中兩種是密集吸菸和酗酒引發(fā)的癌癥和心臟病。倘若災(zāi)區(qū)疏散措施在人口群中引發(fā)壓力，從而導(dǎo)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(yīng)?！? 到頭來，額外癌癥死亡人數(shù)還可能低得多，說不定只有五百人，而不是如今預(yù)測的四千人。箇中原因出自放射能學(xué)門最重要，爭辯也最劇烈的議題之一：線性假設(shè)。　  線性效應(yīng)前面已經(jīng)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(shè)相稱。這是種簡單設(shè)想，假定我們在癌癥圖解（如圖8.1）上畫出的直線，就高低劑量而言全都相當(dāng)準(zhǔn)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(fā)現(xiàn)，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(shè)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(shè)之所以號稱假設(shè)，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(biāo)繪圖。我這裡要重新作圖，重點呈現(xiàn)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(zhuǎn)折。由此看來，這幅標(biāo)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(biāo)繪的直線，從零到六侖目都沒有出現(xiàn)癌癥。接著超過六侖目底限，線條彎轉(zhuǎn)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：過量癌癥機遇　  圖8.3. 致癌劑量標(biāo)繪圖的低劑量區(qū)，從圖8.2放大。標(biāo)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(yù)料會出現(xiàn)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(shù)據(jù)定點（垂直短線則代表統(tǒng)計不確定性），勝過前面不彎折的直線。有些科學(xué)家論稱，就學(xué)理來講，這樣畫也比較合理。多數(shù)毒物都會觸發(fā)一種生物防衛(wèi)機制來修復(fù)損傷。事實上，有些低劑量物質(zhì)還會刺激、鍛鍊防衛(wèi)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(tǒng)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(xué)家還提出一項學(xué)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(fā)突變，因此致癌數(shù)量必然和劑量呈比例關(guān)係，沒有底限閾值。細胞隨時都會遭受創(chuàng)傷，那兩成比率就是這樣來的。稍微提高這個比率，癌癥案例就會增多。　  真相為何？線性假設(shè)對不對？還有這有關(guān)係嗎？既然這種效應(yīng)那麼微妙，那麼知不知道答案真的很重要嗎？　  結(jié)果或許要令人驚訝，答案是肯定的。讓我們再想想車諾比。聯(lián)合國使用線性假設(shè)估出，全球被車諾比洩漏的輻射害死的人數(shù)為四千。倘若六侖目閾值效應(yīng)果真存在，而且線性假設(shè)錯了，那麼凡是接受輻射低於六侖目的人，過量癌癥機遇就全都等於零。由於確實有許多人遭受更高劑量，癌癥致死總數(shù)依然很高（超過五百），卻遠低於線性假設(shè)估出的四千。這是場悲劇，然而和發(fā)生在世界各地的眾多災(zāi)難相比，卻又遠遠沒有那麼悲慘。事實上，當(dāng)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癥風(fēng)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(yīng)，那麼有關(guān)核能的許多顧慮都要煙消雲(yún)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(xiàn)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(shè)閾值。再者，倘若出現(xiàn)放射性外溢事件，政府規(guī)定清潔作業(yè)必須持續(xù)進行，直到剩餘放射性發(fā)出的劑量，每年不得高於0.025侖目。擬定這個數(shù)值的邏輯大概是這樣：倘若線性假設(shè)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癥病例。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(qū)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(qū)域？或者政府應(yīng)該修改先前制定的標(biāo)準(zhǔn)？民眾對這兩種決策會怎樣反應(yīng)？　  還有一件事情讓這全盤處境更為複雜，那就是環(huán)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──從巖石、土壤所含天然鈾質(zhì)逸出的氣體。似乎沒有人擔(dān)心這點，因為事實證明，縱然含有輻射，丹佛罹癌致死人數(shù)，依然低於國內(nèi)其他地區(qū)的案例數(shù)。　  等你當(dāng)上總統(tǒng)，線性假設(shè)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(yīng)依然太過微小，無從觀察。【注9】最大指望來自能夠闡明癌癥機制的實驗。政府要國家科學(xué)院重新檢討這道問題，他們在二○○六年發(fā)表了一篇報告。國科院全面審視論稱存有閾值效應(yīng)的報告，歸結(jié)認定證據(jù)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(shè)為其立法依據(jù)?！? 未來的總統(tǒng)必須注意，那是種政策判斷，不是個科學(xué)結(jié)論。許多人都曾論稱，那項政策的效應(yīng)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(shù)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(zhàn)打仗等），那麼線性假設(shè)就不再是種保守的選擇。這是政策，不是科學(xué)──至少目前還不是。

媒體關(guān)注與評論

「本書枝節(jié)瑣事已經(jīng)減到最少，幸喜還不談數(shù)學(xué)，只鋪陳總統(tǒng)需要知道的事項，好讓他們據(jù)此做出（有可能生死攸關(guān)的）明智決策?！供ぉぶ炖?middot;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?？娎盏目茖W(xué)審慎態(tài)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(fēng)格，簡明又令人信服，這是未來總統(tǒng)必讀書籍。你有在聽嗎……歐巴馬總統(tǒng)？」──《新科學(xué)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(xué)基礎(chǔ)。」──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(xué)上課，這本書也正是從課程衍生而來，能巧妙解構(gòu)迷思，闡明底層科學(xué)根柢?！供ぉゑR克·米爾斯（Mark Mills），「富比士」網(wǎng)站（Forbes .com）「這是一份重要的『總統(tǒng)提要報告』，縱述二十一世紀世界領(lǐng)袖要面對的眾多艱鉅挑戰(zhàn)。繆勒以簡練、明晰的文筆，俐落、敏銳的分析，建構(gòu)出穩(wěn)健的論述。」──《種子》（Seed）雙月刊「繆勒採用非技術(shù)詞語生動地鋪陳內(nèi)容?！供ぉっ垩﹥?middot;普勒斯（Michelle Press），《科學(xué)人》（Scientific American）「下一任總統(tǒng)必須懂得的物理學(xué)?！供ぉ啔v希斯·馬德利加（Alexis Madrigal），《連線科學(xué)》（Wired Science）「科學(xué)與公眾交流的出色實例?！供ぉた夏崾?middot;佛斯特（Kenneth R. Foster），《科學(xué)》（Science）

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