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2015年7月6日 星期一

You think you understand dust explosion. But do you? (2) - How exactly does dust explosion occur?

話先說這前頭,在處理八仙塵爆這個事件上,這一篇一點都不重要,因為這篇要來講一講,到底什麼是粉塵爆炸,以及他是如何產生的。而如上篇所述,我認為防止悲劇是屬於公安做為,背後的科學反而沒那麼重要。

寫這篇,主要是要說明粉塵爆炸這個概念,到底有多不常識,還有為什麼判斷當下會不會發生爆炸,已經遠超出普通教育可以處理的範圍。真的要仔細研究這個主題,可以寫一本書了,所以這裡我只針對一些最基本的概念,說明一下。

粉塵爆炸,顧名思義,就是一堆細細小小的粉塵,在空中發生爆炸。在物理上,爆炸是一個不太容易定義的概念。也因為這樣,所以網路上有很多似是而非的說法,譬如說像下面這一段,就是不正確的觀念:




以定義上來講,爆炸指的是很大量的位能(pothential energy),在極短時間內,被轉換成工作能(work)的一個現象。這樣大量的能量釋出,會使得物體的分子,在一瞬間獲得能量,讓分子間的間距迅速拉開,導致體積大幅增加。大家一定都喝過可樂,把可樂打開的時候,會有氣泡一直冒出來,如果搖一搖,更會連著液體一起噴出來,那是被高壓力溶在可樂裡的二氧化碳,快速汽化,導致體積增加,於是跑出來的現象。更極端一點的例子,是曼托珠丟可樂,導致快速氣化,氣體體積大幅增加,塑膠瓶身強度不夠,所以瓶子會爆開。

可是如果今天這個瓶子夠堅固,氣體獲得能量造成的壓力,不足以把瓶子撐破,體積就不會增加,反而是瓶內壓力會大幅上升。譬如你把籃球充氣,籃球會鼓起到一個程度,變得硬硬的,之後再充氣,除非充爆籃球,不然便是體積不變,但籃球裡面壓力變大的狀況。

所以,體積增加,並不是爆炸的一個必要條件。壓力增加也不是。哪一個狀況會發生,得視情況而定。我個人比較不喜歡固定體積的概念,也就是「爆炸是一個,當發生在固定體積時,會讓壓力急速且大幅增加的一種,在極短時間內發生的超劇烈放熱化學反應(exthothermic reaction)」這樣的闡述方式。

至於體積增加這個角度,則比較和我胃口。這是因為,爆炸的其中一個特色,就是由於體積快速增加,產生所謂的shock wave(抱歉我真的不知道這個的中文是什麼)。你在電影裡,看到爆炸的時候,東西會飛走,主角會被震飛(雖然很神奇的都不會死),那基本上就是shock wave造成的。或許你可以把它想成一團快速變大的空氣,朝你撞過來,把你彈飛,可能會比較容易理解。

所以說爆炸必須要在密閉空間發生,是不正確的認知。而粉塵的密度,也不能這樣一概而論。後面這點,下面的文章會有比較詳細的說明,不過這裡我們暫且壓下,先處裡其他部份。
爆炸定義的模糊,會讓討論變得太複雜。是以接下來,為了討論方便,我們就先把爆炸限縮成是一個「在極短時間內,大量工作能被釋放」的一個現象。

由於上面那個定義,在量上(magnitude),並沒有給一個精確的定義,所以很多人會爭論,體積增加,或著壓力增加,要到什麼快到程度,以及要劇烈到什麼程度,才算爆炸。

但這在八仙粉塵爆炸這個例子上,並不是太重要的爭論,因為不管你是否把那個現象的強度當作爆炸,他產生的基本原理,都是一樣的。而且我也不相信你有辦法透過影片,就看出當時體積增加的強度。

回到正題。

粉塵爆炸發生的原因,絕大多數是由燃燒所造成。而燃燒,是一個極劇烈的氧化還原反應,所以你也可以把粉塵爆炸,看成是一個在極短時間內發生的,一連串失控的氧化還原反應。

那要什麼在條件下,才有可能發生一個「極短時間內可以釋放大量能量」的氧化還原反應呢?

首先當然就是要有能量來源,去引發這個反應,這個過程叫做引燃(ignition)。

每個東西,依其性質不同,會有不同的引燃溫度,我們稱之為最低引燃溫度(Ignition temperature)。這個最低引燃溫度通常是在實驗室裡測出來的,也就是說,他是在一個控制良好的環境裡面(溫度、濕度、壓力、粉塵濃度、粉塵顆粒大小等),利用像是加熱到一定溫度的金屬板之類的東西,來測試能否產生一開始,讓空氣和粉塵產生足夠強的碰撞,造成引燃的實驗。因此,在嘗試把這個結果給轉換到現實生活中時,必須注意,即使是同一個東西,像是同樣是玉米粉,其最低引燃溫度,會因為外在環境的改變,而發生變化。而不同物質間,即使在實驗室裡,最低引燃溫度,差到好幾百度,有是常有的事。

除了直接引燃的最低引燃溫度之外,還另一種溫度也必須注意,我們叫做悶燒溫度(Smouldering temperature)。我想大家應該都看過木炭燃燒,那種很慢很慢,沒有火焰的燃燒吧?一般有火焰的燃燒,燒的是被熱直接氣化的木頭,也就是木頭成份中,形成氣體的部分。而沒有火焰,像是木炭那樣的無焰燃燒,燒的則是剩下沒有氣化的部分,也就是直接燒固體。

這種固態的東西,直接被降解的過程,我們叫做熱降解(Pyrolysis)。熱降解這個過程,本身是不需要消耗氧氣的。會消耗氧氣,是等到熱降解產生之後,物體被降解成可燃燒的氣體,這些氣體,和氧氣作用,才會形成浩氧的燃燒。而留下來的固體,通常都是一些碳的聚合物,這些剩下的探,燒得很慢,但也燒得很久,這個就叫做悶燒。

能夠產生悶燒的物質,通常都有很多小孔,可以讓氧氣流過,增加接觸面積,也保留氧氣。點燃的香煙,也是屬於無焰燃燒的一種。

這種無焰悶燒,在某些情況下,也可以點燃粉塵,不過不是像引燃那種方式。想像一下,如果今天漫天落下的粉塵,完全蓋住了一根還未熄滅,掉在地上的香菸。這根香菸,在仍可以接觸到樣氧氣的情況下,就被悶在裡頭慢慢燒。這個時候,由於外面這一層粉塵,就形成了很好的隔熱層,讓熱能在裡頭快速累積。在這樣的情況下,這些粉塵,就會被以相對較的一的溫度給點燃,點燃之後,就有了火源,於是就能快速引燃空中的粉塵,形成粉塵爆炸。

是以,通常悶燒溫度,會比最低引燃溫度還要來得低,有時候低上一兩百度,都沒問題。網路上有些人說,香菸是點不燃粉塵的,這是一個非常籠統的論述。由上述說明,你至少可以知道,悶燒的香菸,透過間接的方式,是可以引發粉塵爆炸的。至於香菸能否直接引燃空中的粉塵,這得視很多條件而定。簡單講,我們在講會不會引燃時,真正在討論的其實是最低引燃能量(Minimum ignition energy)這個概念,也就是要在這個特定的條件之下,引燃某個特定的粉塵,需要的最低能量是多少。

每種東西的最低引燃能量都不同,而提高溫度只是提供能量的一種方式,當然也還有其他方式。是以香菸能否直接引燃粉塵,也要視它能否提供足夠的最低引燃能量而定。

但光是引燃還不夠,要引發粉塵爆炸,你的反應時間還得要夠短,發生的速度要夠快才行。那怎樣可以產生一個極快速的化學反應呢?

這個時候,我們需要一點點基本的國中理化概念。所謂的反應速率,指得是化學反應發生的速度。以燃燒來說,你可以想像有一堆氧氣,圍繞著一根木頭,不斷產生氧化還原反應。這些氧分子,必須和木頭分子碰撞,這個反應才有可能發生。

因此,倘若根木頭如果很粗很大,一開始的時候,只有外面那一層,接觸得到氧氣,裏頭的部分,必須等外頭反應完,才有辦法接觸到氧。因此,這根木頭裏頭的部分越大,一開始能接觸到氧的面積就越小。

為了方便說明,我們假設今天有一個正方形的木頭,他的邊長是2公分。因此,它的體積,就是8立方公分,而它的表面積,則是24平方公分。那他表面積與體積的比,就是(24/8) m^−1,也就是3 m^-1。

若是我們把這個正方形的大木頭,均分成八個邊長1公分的小木頭。這個時候,這八個小木頭的體積,還是8立方公分。但是他們的總表面積,就變成了48平方公分。因此他的表面積與體積比,就會變成6 m^-1。



因此,同樣大小的一個物體,他能夠和氧接觸的表面積,就變大了,所以反應速率,自然也就變快了。

如果用圖像來表示,或許我們可以這樣理解:



由上面這張圖,你可以看到,左邊的藍色物體,是排列比較緊密的,我們就把它當成是一個,由二十個木頭分子,組成的一個大木頭。這個木頭最中間那六個,被我打叉叉的木頭分子,在反應一開始的時候,是接觸不到外頭深紅色的氧分子的,也因此,這時就等於只有十四個分子在反應。

反之,在右邊的圖中,這二十個木頭分子,分得比較開。因此,所有的木頭分子,都可以和暗紅色的氧分子反應。在這樣的情況之下,應該不難想像,右邊的反應,會比左邊的反應,進行得更快。

這時候,如果你去計算表面積與體積的比,左邊的比例,會像上面正方形木頭顯示的那樣,比右邊的比例還要大。

由此,我們可以導出一個很簡單的推論:反應速率,和表面積與體積的比成正比。

這個表面積和體積的比,我們有一個專有名詞,叫做Specific Surface Area(SSA),定義上寫作是"total surface area per unit volume",也就是每一單位體積的表面積。

是以,反應速率,和SSA,是成正比的。因此,當體積相同時,我們就可以下一個簡化的結論:【表面積越大,反應速率越快。而相同體積的東西,被切成越小的顆粒,表面積就越大,因此反應速率就越快。】

在得出這個結論以後,其實我們就已經抓到了粉塵爆炸要能夠產生,必須具備的其中一個重要條件:「粉塵的顆粒要夠細。」

大家可以用一個簡化的模型想像一下。如果今天一個可以被氧化的東西,被分割成一百萬個非常細小的碎屑。這些碎屑因為質量非常小,所以不太受地心引力影響,讓他們能夠因為浮力浮在空氣中。

這些小顆粒,如果散佈得夠開,就能夠均勻的和氧氣混合在一起,像是上頭右圖那樣。與氧互相碰撞的粒子,會發生化學反應,釋放出能量(也就是燃燒)。而這些反應釋放的能量,也可以激起其他顆粒的引燃,造成鏈鎖反應。

由於這些顆粒非常小,反應速率非常快,快到鏈鎖反應發生在一瞬間。這時候我們可以把這個反應,視為一個一百萬顆分子,在同一時間釋放能量的反應。而這樣短時間內巨大的能量釋放,就會形成我們認知中的爆炸。

由這樣簡單的模型,我們可以得到一個初步的認知:粉塵越細,一旦引燃,粉塵爆炸發生的可能性就越高。

然而,這樣的論述,只在一定範圍內適用。

當粉塵細到一個程度以後,反應速率太快,還來不及和氧氣反應,他們很可能會直接被熱降解成氣體(pyrolysis),於是這個反應,就變成了氣體燃燒的反應。

所以如果粉塵細到會直接產生熱降解,那粉塵爆炸,也不容易發生。

同時,前頭提過,當粉塵變得越來越細時,其受地心引力的影響也越小,所以他們能夠漂浮在空中。然而,在這個時候,粉塵之間的作用力(inter-molucular forces,譬如說凡德瓦力),扮演的角色就會相對提高。這個粉塵間的作用力(cohesion),和反應速率類似,都是和SSA成正比,所以顆粒越小,把這些顆粒黏在一起的作用力總和,就會越大。

因此,這些超小的粉塵,就會受彼此間作用力的吸引,而黏在一起(cohesion)。但即使黏在一起了,他們的質量,可能還是小到可以漂浮在空中。

在這樣的情況下,即使單一顆粒本身變得再小,都沒有意義了,因為這些黏在一起的超小顆粒,就和大顆粒一樣,會有比較小的SSA。

所以顆粒變小,對於反應速率增快的幫助,是有其極限的。

而除非你有火眼金睛,不然我是不太明白,要如何能夠要光用看的,就可以看出來現在這個顆粒大小,發生粉塵爆炸的機率有多大。

從這裡我們又可以引出另外一個概念,就是濃度對於爆炸發生機率的影響。

許多人會和你說,只要粉塵可燃,濃度又夠高,一旦引燃,就會發生粉塵爆炸。但這是完全錯誤的觀念。

事實上,能夠引發粉塵爆炸的粉塵濃度,只有一個很小的範圍,他的下限我們稱為是爆炸下限濃度(Minimum Explosible Concentration),上限則稱為爆炸上限濃度(Maximum Explosible Concentration)。

濃度不夠高,無法引起爆炸,這應該很好理解。你就想像在一條長達五公里,烏漆抹黑的隧道中,你在其中一個盡頭,用手電筒照射。因為距離實在太遠了,你的光源是不可能傳到另一頭去,讓站在另一個盡頭的人看到的

同樣的道理,當一個空間中,粉塵的濃度太低,粉塵顆粒彼此的距離太遠,一個小顆粒的能量,無法傳到另一個小顆粒,或著只能傳給有限的小顆粒,這樣就無法引起連鎖反應,爆炸就無法被引發了。

那為什麼當粉塵濃度太高,也不容易引爆呢?

讓我們先從剛剛提過的凡德瓦力說起。凡德瓦力的另一個特性就是他和距離成反比。也就是說,距離越近的兩個分子,他們之間的凡德瓦力越大。而當一個固定空間中,粉塵的濃度很高的時候,粉塵彼此的距離就會很近(想像一下下班時候的捷運臺北車站),這些擠在一起的粉塵,會受到凡德瓦力的影響,黏在一起,於是就會像上面說的,跟粉塵太細的時候一樣,反而導致SSA變小,讓反應速率下降。

更重要的,是當一個固定空間裡某種東西太多,其他東西就擠不進來了。在這樣的情況下,像是燃燒所必需的氧氣,數量就會減少,反而造成反應不容易發生,或著無法讓每一個小顆粒,都進行不受限的燃燒反應。下面是一個示意圖:

我們一樣把藍色當成粉塵,紅色當成氧。在左邊那個圖中,於一個固定空間內,粉塵的密度,或說濃度較低,所以有足夠的氧可以進來,和他進行碰撞,產生然生反應。然而,在右圖中,粉塵濃度太高,氧反而擠不進來,這樣就沒辦法進行燃燒反應。

把這個密閉空間的概念做一個延伸,或許你可以把濃度過高的情況,想成是粉塵彼此之間的距離太近,太擠了,導致氧擠不太進去這個粉塵形成的雲霧中(dust cloud),因此無法發生快速且不受限制的燃燒反應,於是爆炸,也就不容易發生了。

由於粉塵散佈在空中時,很可能不是處在一個很侷限的密閉空間,他們要像低進開水中的墨汁一樣,均勻地在水杯中擴散開來,會需要時間,而這時間,又會受到很多不同條件的影響。是以,在一個開放空間中,粉塵的濃度,很可能不是處於一個均勻的狀態,這會讓分析,變得更加困難,也不容易用能度或密度的概念,去描述粉塵的分佈。因此,我們在講粉塵濃度時,往往會用粉塵的分佈(dust dispersibility),去配合濃度的概念,一起去評估爆炸的可能性。如果粉塵分佈的距離恰到好處,近得讓濃度夠高,但又遠得讓粉塵間的作用力不夠大,且氧可以擠進來,那這樣爆炸的可能性,就大大的增加了。

以上,大概就是粉塵爆炸的一些基本概念,也差不多是我能夠簡單描述的極限了。上頭每個點,都可以再更深入的討論,但要講那些,我就需要去翻論文了。

必須要強調的幾個點是,上頭提到的幾個,決定粉塵爆炸會不會產生的因素,都是一個定量的概念,且彼此都會互相影響。一旦改變了其中一個變數,往往其他的變數也會跟著連動,所以會不會爆,完全是一個遠超過一般教育中,理化程度有辦法處理的問題。因為即使你每一個概念都學過,還必須有很深的思考深度,和夠好的科學概念,以及一些經驗,去判斷每一個變數的狀況。某種程度上,你甚至可以說,這是一個條件機率的問題。講說濃度太高一定會爆,或著某種粉一定不能用,這都是缺乏probability thinking,以及無法判定不同前提的半調子科學概念。

同時,也因為變數太多,且變數間會連動的特性,會使得粉塵爆炸是否會發生,變成一個根本無法用直觀的方式去判斷,現在的危險性有多高的問題。
當然,我可以很籠統地說,因為粉塵雲(dust cloud)非常鮮明的高光學密度(optical density)性質,所以一旦發現你的視線,會被粉塵遮蔽,那你就應該高喊塊陶啊。但如果沒有火源,或著粉塵顆粒太大,又或著濃度過高,甚至粉塵本身是類似小蘇打這類的不可燃物,那即使看得到視線無法穿透的粉塵雲,也沒有什麼危險。

在這樣的情況下,如果我們做的,只是用半調子的科學培養恐懼,往往會遮蔽掉其他很多更重要、更應該檢討的地方。


我舉個我在別處寫過的例子。

譬如我們一直告訴大家,在辦派對的時候,一直噴色粉,就會引起粉塵爆炸。於是大家都不再參加到處噴色粉的派對,甚至政府下令禁止。

但萬一其實色粉要引起爆炸,是需要很多條件加在一起的,我們是因為很多地方沒做好;是因為很多公共安全措施,沒有確實執行;是因為主辦單位犯了一些錯,所以才造成這樣的悲劇事件。

可是我們只專注在粉塵很危險。

那下一次,辦別的活動,會不會因為其他層面的公共安全沒做好,繼續犯錯,而導致其他類型的悲劇發生呢?

預防永遠都是防止悲劇最好的方式。

粉塵爆炸的研究,已經有很多年的歷史,也早就發展出很多預防的方法。要執行這些預防措施,甚至不需要很好的科學概念。

譬如說,燒傷要沖脫泡蓋送,你不用了解背後的科學或醫學原理,也會照著做啊。

檢討我們執行這些預防措施的SOP,或著讓民眾了解這些預防措施是怎麼執行的、去參加派對時,要注意主辦單位有沒有留意哪些預防措施,我想一定比貼一些根本沒做好control,且意義不明的實驗,或著講一些半調子的科學概念,要有用很多。

2015年7月1日 星期三

You think you understand dust explosion. But do you? (1) - Complicated science, simple safety assurance

最近八仙樂園發生了粉塵爆炸(dust explosion)事件,colour run成為眾矢之的,很多「專家」跑出來說colour run使用大量玉米粉,非常危險。又說粉塵爆炸是「科學常識」,這次事件足顯我們科學教育的失敗云云。

我一個在當老師的朋友,前幾天剛好和我聊到這個悲劇事件。他說看了實在很難過,讓他最近都不太想看新聞。另一個朋友安慰他,說至少他可以好好的教學生,讓他們學到正確知識。

我聽了以後,就半開玩笑地說,對啊,記得要專門教粉塵爆炸。

那個當老師的朋友,聽了以後很得意地說:「你開什麼玩笑,這學期教材,4-1,濃度與表面積對反應速率的影響。」

我聽了以後其實還滿有感觸的。的確,粉塵爆炸的基礎知識,就是從這裡來的,某種程度上,基礎科學教育,的確是有涵蓋到這個範圍。

但另一方面,我們的課本,也沒有明確指出,這個概念和粉塵爆炸有什麼關聯,得要學生自己舉一反三才行。

我是不知道現在的學生到底厲害到什麼程度,至少我自己,是不會在看到「濃度與表面積對反應速率的影響」這個標題的時候,就想到粉塵爆炸。講真的,在發生八仙樂園事件之前,我甚至不知道colour run是什麼東西。我猜如果我在現場,看到一堆粉噴下來的時候,第一個想到的也不會是粉塵爆炸。

我對粉塵爆炸這個東西有概念,是因為我爸以前在工廠工作,常常會提到這是非常常見的工安事件。細小的粉末,只要濃度夠高,就有爆炸的可能性,而工廠是密閉空間,很容易不小心就達到這個臨界濃度,所以要很小心。

做為一個理科人,這樣的科學概念,大概會被很多人說是「不太及格」、「欠缺常識」。不過另一方面,我真的很懷疑,有多少人在這點上,會比我好上很多。

讓我換個角度說明這件事好了。在臺灣發生這個爆炸事件之後,也有不少亞洲國家,對這件事情非常關注。新加坡就是一例,因為他們接著在八月,馬上就要辦colour run了。

國際上,舉辦colour run的組織,叫做The Color Run。在臺灣發生這個事件之後,他們的主辦人,還是認為,他們辦的colour run是安全的。他們甚至舉出例子,說目前全世界已經舉行了超過500場的colour run,但從來沒發生過粉塵爆炸的意外。



The Color Run主辦人說的狀況,和我的印象還滿符合的,這是我的第一次聽到,灑一堆色粉和粉塵爆炸連在一起。

但如果使用玉米粉真如專家說的這麼危險,有這麼高的機率導致粉塵爆炸;如果我父親說的沒錯,粉塵爆炸是非常常見的工安意外,那為什麼到現在才發生第一起,由色粉造成的粉塵爆炸意外呢?

這是因為,粉塵爆炸要發生,是需要一定條件的。粉塵的濃度夠高,只是其中一個條件。大家隨便把粉塵爆炸這幾個字,拿去餵google,應該都可以查到這些條件。

但是我們要如何判斷,一個環境,是否已經達到會引起粉塵爆炸的條件了呢?這個,就是一個要把理論實際應用在現實生活中的問題。而粉塵爆炸,因為太容易在工廠發生,其實是有很多研究,在找尋監測方法的。這些研究累積了很多年,現在我們已經有一套比較好的方法,可以用來監測、預防粉塵爆炸,甚至能夠在工廠裡,建立一些設施,在粉塵爆炸不幸發生時,降低爆炸的破壞[1]。

讓我在這裡強調一下:這些是學術研究,是學術論文。這不是什麼常識,什麼國、高中生,就應該懂的理化、科普。

不然各位不是國、高中生的朋友,各位「理科」的大大,可以試著解釋一下,什麼叫做primary dust cloud,什麼又是secondary dust cloud。還有什麼是lower explosive limit,什麼又是dust cohesion跟dust disperbility,這些名詞和粉塵爆炸,又有什麼關係。

他媽的這些詞我連中文翻做什麼都不知道。

這些並不容易的東西,卻是判斷粉塵爆炸會不會發生的重要因素。如果不知道這些概念,不知道怎麼測量,那你怎麼有辦法判斷,到底colour run在什麼情況下,會發生粉塵爆炸,或著到底colour run發生粉塵爆炸的機會,會有多高?

讓我做一個最寬容的假設,假設今天這個八仙樂園的悲劇,是要好幾個人為疏失加在一起,才會有1/500的機率,發生粉塵爆炸,那「噴玉米粉很危險,很容易導致粉塵爆炸」的論述,真的成立嗎?若只是知道粉塵爆炸這個現象,就把恐懼無限放大,遇到粉塵就快逃,那我看以後那些現場揉麵的麵館,也別幹了,全都收一收就好。

退一萬步來說,當電視上的專家,和The Color Run的主辦人,在說法上出現不一致的時候,到底我們應該相信誰?到底政府該不該禁止colour run,和其他大量使用色粉的活動?這些在我看來,都不是「常識」可以解決的問題。

事實上,真正的「科學研究」,支持的看法是,用科學方法和邏輯來思考事情,本來就不是容易的事,而且我們通常需要足夠的「內容」,也就是背景知識,加上很好的訓練,才有辦法做到。換句話說,一個受過很好訓練的生物學家,面對經濟問題的時候,很可能也會因為經濟知識不足,而沒辦法善用自己被訓練得很好的科學頭腦[2]。在這樣的情況下,就我看來,認為大眾能有足夠的「常識」,知道什麼時候看到粉塵,應該要快逃,什麼時候不要緊,是一個很不切實際的期待。

可是另外一方面,粉塵爆炸,卻肯定是「工安意外」的常識。因為這個現象,過往太常發生了,他幾乎可以說是很多工廠進行工安教育時,一定會碰觸到的內容。要預防工安意外,需要的不是什麼神乎其技的判斷力,而是要能夠遵循一些簡單的指令。

我舉一個很簡單的例子。我們在實驗室做實驗,總是會有很多藥品。有的藥品很毒,有的有點毒。那些特別危險的,會有特殊的管制方式,你得受過訓練,獲得核可,才能夠接處與使用。另外一些,比較沒那麼危險的,通常就放在所謂的chemical room裡面。

在運作良好的chemical room中,一定會有一些指示,而在你能夠使用chemical room之前,也一定會給你一個induction,讓你知道,如果你不小心把藥品打翻,應該要怎麼處理,才能避免發生危險,另外我們也一定會有專門管安全的員工,如果真的不會處理,就要去找他們來幫忙。所以,要在實驗室裡,維護自己的安全,你需要的,不是對每個藥品都很了解的知識,而是知道,並能夠遵守指示的能力。

用一個更具體的方式說明。我們實驗室裡,一個常常用到的化學藥品,叫做DMSO。DMSO本身,其實沒有非常危險,但因為他會把各種東西,帶進你的皮膚裡,所以萬一你的皮膚上,沾到了一些本來不會進到體內,且在體外毒性很低,但進入體內毒性就很高的東西,而你又去碰了DMSO,那就很麻煩。

實驗室藥品百百種,要去分辨哪些東西是「本來不會進到體內,且在體外毒性很低,但進入體內毒性就很高」,是一件超難的事情。但站在工安的角度,我們根本不需要知道這些,只需要知道,並且遵循「使用DMSO時要戴手套」這樣的原則就好。

這就是所謂的工安基本知識。而這些知識,是要由專業的工安人員,去教給其他人,讓其他人能夠以最容易的方式來遵循的。

我覺得colour run這個事件也是一樣。根據CNN的報導,在這次使用的粉塵的外包裝上,有寫著可燃的警告標語。也就是說,主辦公司,是有線索知道這些粉末,是可能造成粉塵爆炸的。

我不知道在臺灣要舉辦這類的活動,需要什麼樣的申請程序,還是說隨便發個公告,就可以舉行。不過不管怎樣,既然你要舉辦這個活動來獲利,你就有責任,要把安全給弄好。

且如同前面說的,粉塵爆炸的發生,是工安中很基本的概念,該如何預防,也有許多研究。我相信臺灣一定也有懂這方面的安全人員,所以我們一定有能力,去預防這樣的意外。

是以,在我看來,如果真要咎責,責任也絕對是在主辦單位,而不是在民眾的「常識」。

而如果要寬容一些,假設主辦單位也不懂的話,我們要在這次事件學到的教訓,絕對是要去建立一套預防粉塵爆炸的SOP,把這個SOP,納入所有可能和粉塵有關的群眾活動中,來保障公共安全。我們應該要檢討的,是我們可能長期對於許多公共安全,和工作安全的忽視,這樣一個結構性的問題,而不是在這場悲劇之中,學到臺灣人的科學常識,有多麼貧乏。

何況依照The Color Run主辦人的說法,這是一個在全球,有超過4百萬人參加過的活動。真要說的話,臺灣人的科學常識,也不過就是和全球其他4百萬人,一樣的「貧乏」而已。



後記:

我在臉書上,看到了一個故事,因為是權限是開public,我想分享這在裡應該沒關係:

【觀光客不知道的倫敦】

這個故事理由有一段話我特別喜歡,是這麼說的:

「我想指出這個思維值得學習之處:抗議團體的矛頭不是指向所謂肇事的卡車司機,而是背後的大結構,因為那個小圓環共有七條主要道路與兩條小路交匯,技術再好的駕駛或騎士在尖峰時間都有無能為力的時刻,因此需要有權力改變這個劣質結構的人承諾做改善。回顧台灣剛發生的重大公共災害,與其指責業主不顧安全,我們更要問:何時,政府才會重視活動中的安全規範、事先把關,不讓無知再度造成傷害。」

共勉之。






2015年5月15日 星期五

Brief introduction of good manufacturing practices

在上一篇的最後,我說明了站在毒理學的觀點,Fipronil超標一點點,擺在NOAEL和ADI的概念下,其實不是太嚴重的事情。這件事情之所以很嚴重,是因為它代表著我們的GMP制度出現了問題。這裡,我就簡略說明一下GMP(good manufacturing practices)是什麼。

在進入正題之前,我得先說明一下,我接觸比較多的,是藥品的GMP。藥品的GMP和食品的GMP當然會有所不同,在多數時候,我們對藥品的要求,會比食品更高。然而,雖然guildlines會有不同,但在基本概念上,食品和藥品的GMP概念非常類似,所以我雖然是從藥品的觀點出發,但套到食品上應該不會差太多。

下面這個,是針對藥品,寫出來的GMP定義:



要了解GMP是什麼,得從為什麼我們需要GMP開始。讓我先講個小故事。

我剛到英國的時候,為了省錢,於是決定開始練習自己買菜煮飯。在臺灣已經習慣外頭便當30分鐘解決的我,對於煮菜完全沒有概念,所以我決定去買食譜來參考,看看大廚是怎麼做菜的。

英國這裡有位很有名的廚師,叫做Jamie Oliver。我什麼也不懂,於是就決定崇尚名牌,上了他的網站,研究他的食譜,然後照著做。接著我很快就發現,雖然我努力照著他的方法做,但做出來看起來實在不太像他網站上放的食物。

身為一個臺灣人,很自然就覺得這是缺乏練習的結果,只要勤加練習,我的菜一定會變得越來越像食譜上的樣子。

同一道菜做個幾次之後,大概就會比較熟悉了,也會變得越來越好吃。但很快也會發現,我每次做出來的菜,都會有一點不同,有時鹹了點,有時焦了些。而這樣的差異,主要來自於食譜的描述並不夠詳細,很多地方還是有模糊的空間。加上我買來的材料,每次品質都不一樣,像有一次我買到了不新鮮的雞肉,整盤菜就毀了。

當時我恰好正在上GCP(good clinical practices)的課程,這東西就是GMP的臨床測試版本。然後有一天我忽然就頓悟了,我的菜之所以煮出來每一次都不一樣,就是因為缺乏GMP的緣故。所謂的GMP,放到廚房,就是一整套為了要讓你每道煮出來的菜,吃起來都一模一樣,而設計的guildlines。GMP要保證的事情,就是只要你照著GMP的guildlines做,那你每次做出來的菜不但品質都夠高,色香味俱全,而且會每次做出來都一樣,或著更精確地說,每次做出來的差異,都小到可以被接受。

這個「差異小到可以被當作一樣」的概念,會有人為詮釋的空間。這也是為什麼藥物的GMP和食品的GMP,會有前者較嚴格,後者較鬆的狀況出現。而要保證做出來的東西,品質夠高,且可以被認定為一樣,我們就必須先給予一個定義,再設計一套方法去檢驗,譬如在藥物上,我們就定義了一個名詞,叫做bioequivalence,按照這個定義去設計實驗,檢驗兩批藥物,在品質和特性上,是否能夠被認定為一樣。

現在讓我們簡單想像一下,有一個A藥物,分成X和Y兩批,被製作了出來。當初送審的時候,我們是拿X那一批去送審,並得到了核准上市的資格。那當Y被生產出來的時候,我們該怎麼證明Y和X的差異,小到可以被認定為沒有不同呢?假設X批的A藥物,當初做檢驗的時候,每一公克含有90%的主成份M,8%的副成分N,還有2%的其他物質,那我們就可以拿一點Y批的A,然後用一樣的檢驗方式,去檢驗看看,是不是Y批的A,也含有90%的M、8%N。

這個在產品被做出來之後,拿去檢驗,看看品質是否符合要求的動作,我們稱之為quality control(QC)。

這種事後檢驗,會讓我們知道產品合不合格。可是如果每次都要在產品做出來之後,才能夠知道,這樣對於廠商來說未免過於損失慘重。一樣用煮菜當例子的話,若每次煮完試吃,才知道品質是否合格,這樣既沒效率,也浪費材料,自己煮還罷了,經營餐廳的話肯定很快就會倒了。所以我們也會希望能夠在事前就做一些準備,讓我們能夠預防品質不夠的產品被製造出來,譬如我們我們熬湯的時候,邊熬會邊撈一點起來試喝,看看會不會太鹹或太淡,這種在完成之前先檢驗,預防產品品質不足的方式,我們就把它稱為quality assurance(QA)。

這兩步在每個工廠理論上都會做,是一般製造業維持品質,讓產品品質符合要求的作法,差別只在於這些動作,是廠商自己對品質做要求,還是政府有強制規定。對於藥品和食品,因為牽涉到健康,民眾會希望規定能有強制力,所以多數國家最後都會走到用法律對其品質要求作出規範的這一步。

像我先前說的,我們會希望知道後來生產的藥品,和原來拿去做檢驗,通過審查而能上市的藥品,可以被當作一樣。在食品上,標準會寬鬆一些,可是還是會需要符合特定要求。為了量化方便,這些特定要求會被我們設定成一些數值,譬如說以前發生過三聚氫安參入奶粉的事件,就是因為奶粉會有特定的品質檢驗,像是含氮量要在多少以上。不肖業者就是利用這點,設計出可以欺騙事後檢驗的方法,來通過QC的檢查。

這就是為什麼光靠事後檢驗產品是不夠的,只要知道檢驗設計的原理,就一定有辦法作弊。同時,如果我們再更一步仔細思考,像是在先前茶葉驗出農藥的新聞裡,我們在意的,往往不只是某東西的主成份而以,還有這東西裡面含有什麼雜質,這些雜質的成份和量是多少。一樣用上面那個A藥物當例子,我們想要知道的,還有那2%的其他物質,含有什麼東西。

但要知道這2%是什麼東西,是一件極為困難的事情,實驗設計上難度很高,而且時間和成本也很驚人。

所以比較好的辦法,還是從過程中,就去做管控,然後利用高度管控的過程,去預測要檢驗的項目有哪些。舉例來說,要做A藥,需要用化學反應產生M。假設現在有兩個化學反應,一個是P+Q→M,這個化學反應會產生K這種副產物,這個副產物可能會有毒性。而H+I也可以產生M,但這時候副產物會是F,這個F也有毒。

在這樣的狀況下,倘若我們能夠確定他們的生產流程,一定是由P+Q產生M,那我們就可以設計實驗拿掉副產物K,然後事後做檢驗的時候也可以很專一的檢驗K。

然後我們再進一步假設,譬如P是從某個國家的某種植物來的,該國家的土地已知長期遭到12種農藥污染,所以P很可能會有這些農藥的殘留,那我們就可以設計另外一個實驗,來做檢驗,看看P有沒有殘留這12種原料。

但是什麼原料都要自己檢驗,這樣成本就太高了。所以我們可能會把這些原料,分成幾種等級,譬如說食品級、實驗室級等等,像實驗室級,因為不用吃,所以可能在污染物上就不會要求這麼嚴格。為了方便說明,我們就假設實驗室級不用檢驗農藥,而食品級則要把所有農藥殘留都去除掉,那這樣食品製造商,只要找專門進口食品級原料P的廠商,由他們出示證明,這樣就可以確保自己買到的原料不會含有這12種農藥。這個就是之前毒油風暴時很多專家一直在強調的源頭管制。

現在我們再回到餐廳的情境裡。我們吃飯,除了食物材料的來源,和煮飯的時間會影響菜的風味和衛生之外,廚師的技術,也對菜最後吃起來怎麼樣,會有很大的影響。有的時候只是一些處理順序上的差別,或著菜多洗一次,還有牛肉多熟成一個禮拜,就會對最後菜餚的衛生、營養和風味造成天壤之別。所以,廚師的訓練,如果能夠有一個標準規格,讓他們都照著standard operating procedure(SOP)去做,這樣就比較能保證菜餚品質的統一,這對於連鎖餐廳,特別重要。

食品工廠和藥廠也是這樣。我們必須對於工廠裡的員工,給予嚴格的訓練,讓他們都以符合規範的SOP來做事,這樣才能夠保證他們做出來的產品,每一批之間可以被認定為相同,且符合規範的機率可以提高。

同理,不同功率的微波爐、炒菜是用瓦斯爐還是電磁爐,煮出來的菜很可能也會不一樣。所謂巧婦難為無米之炊,是以用哪些設備煮菜,這些也需要事先規範好。

除了廠內生產時的管理之外,生產完之後,藥品或食品的儲藏,還有再送到消費者或通路時的運輸,也都需要有一定的規範,才能讓一個藥廠出產的藥品,或著食品廠產出的食品,以最好的狀態,被送到消費者,或著通路上。所以這些部分,也需要規範(食品的部分我不確定運送有沒有被納入)。

最後,要讓這些東西都被好好執行,還要能夠隨時檢查,就需要一大堆紀錄,所以我們需要超多資料,準備著以備查核。這樣的查核有兩種,一種稱為inspection,簡單說就是政府單位,例如FDA(美國)、MHRA(英國)或著TFDA(臺灣),直接派人以定期及不定期、通知及不通知等不同方式,直接到廠裡面檢查。另一種就是純粹查核資料,把所有該有的資料拿出來抽查,這種叫做audit。

以上這些,從原料、製成、儀器、QA、QC、人員訓練、儲藏、運輸的管理,就是GMP。也就是說,GMP包含了工廠生產的所有面向,全部的東西,包山包海,就是為了要保障藥品或食品的品質。




下面是藥品GMP比較詳細的條列式guildlines:




如前所述,在很多國家,GMP會被寫入法規,使其具有強制力,這樣才有辦法確保食品和藥品的品質。一般來說,這個部分會由發放證照,或著產品能夠上市這兩關來管控,譬如說要符合GMP規範,才發給營運執照,當新人加入或增加新產線、產品時,也必須讓他們都符合GMP才能讓人開始工作、新產線的產品得到上市的核可。同樣的,食品的規範會比藥品鬆一些,所以實際的要求會做到哪種程度,可能得去細看法規才知道。

而政府機關的角色,並不是在發放證照之後就結束了,還必須不斷做上面說的inspection和audit,特別是沒有事先通知的抽查,來保障GMP一直都有被確實執行。

而臺灣現在會到處驗都驗到有問題的食品或藥品,很大一部分就是因為我們的主管機關,過往根本就沒有做好他們稽查的工作,加上一些環境的問題,讓很多工廠不管有意無意偷工減料,產出的產品根本不可能合格。且就我所知,我們的GMP,並不是全然被寫入法規之內的,很多賣食品廠商過往也不見得一定需要證照才能營運,這樣當然就問題多多。

因為這些食品和藥品安全的問題實在太過複雜,想要確保安全,就一定必須倚靠GMP這樣整個流程的完整管控,而現在臺灣食安和藥品安全的連環爆,就是GMP崩壞的一個現象,如果不從確保GMP被完整納入法規,主管機關強制執行GMP這點去解決,大家做到死也不可能有辦法把食品和藥品的安全給建立起來。

另外很麻煩的一點是,像GMP這種高度倚賴公權力的東西,一旦遇到效能不彰的政府,就會完全失去credibility。像是某大國政府,他們給的證照大概就不會有人敢信,因為政府幫忙偽造證照的情況太多了。以臺灣目前政府的效能,我想也很不樂觀。而現在很多市場上的狀況,例如健保造成幾乎沒有利潤的藥價,也是在提供廠商偷雞的誘因,配合沒有效能的公權力,自然就是食安、藥安問題,遍地開花了。

結束以前,我想額外強調一件事情。前面講的GMP,有那麼多要求,其實就是用政府的力量,為了民眾的健康,去增加廠商的營運成本。廠商不可能沒有利潤,所以最後這些成本,會反應到消費者身上。我們不可能要食品和藥品超級安全,嚴格執行GMP,卻又要廠商自己吸收為了照顧我們的健康,而增加的成本。臺灣因為健保的關係,長期習慣過於便宜的藥價和醫療價格,卻又要享受超高品質與效率的醫療,這本身就是很矛盾的事,一旦廠商或醫院開始入不敷出,就是提供他們造假的誘因,或著讓大家乾脆退出市場。

食品的狀況也很類似,你當然可以要求我們進口的檢驗標準世界最嚴,但你就要願意讓廠商把成本轉嫁到我們消費者身上。不知道大家有沒有聽過P&G這間公司?他們買原料的標準就是世界嚴格,什麼都要你付檢驗證書,所以要賣他們原料,就得自己額外花錢去做檢驗。可是他們出得價格也很好,且一旦原料用了合適,就不會輕易為了一點點價格的差別換供應商,所以還是會有廠商願意配合他們的條件,專門做他們的生意。

食品也是一樣,只要有利可圖,一定會有人願意進來做生意。但我們得考慮到自己的市場大小,還有願意付的價格,訂出合理的法規,而不是什麼都要世界最嚴,把歐盟美國法規上各自最嚴格的部分截取出來,拼湊成我們自己的法規,然後宣稱食、藥品安全書面達標,宇宙最強,但又不願出高價,導致實際上沒人做得了我們的生意,正正當當的廠商不願意進來,剩下的就大家來比走後門,這樣的政治勝利的食、藥安,其實也不過是夢一場罷了。

2015年5月14日 星期四

Parts per notation is not advisable when describing toxicity

這幾年來臺灣的食安問題層出不窮,甚至連藥品也出現了原料來源上的問題。我由於研究的關係,接觸了很多藥品相關的研發與製造法規,也因此接觸到了GMP (Good manufacturing practices)和GCP(Good clinical practices)等概念。在我看來,GMP正是現在食品和藥品管控危機的根源。食品GMP我雖然不熟,但在基本的概念上,和藥品的GMP是極為類似的。因此我打算分享一下我對GMP的了解,看看能不能稍微提供管控食品安全的一些思考面向。

不過在進入GMP之前,有幾個資訊正確性的問題還是需要處理一下。這部份loading就很重了,所以這篇文章會先處理這個部分,GMP等到下篇再說。

這個資訊正確性問題在媒體上還頗為氾濫,不過我在這裡不想講這些糾正不完的新聞,倒是打算從一篇在臉書上被轉載很多次的文章說起:

這篇文章把好幾件不同的事情扯在一起講,讓這個議題變得太過複雜,因此第四點之後,那些過度推論,以及已經被糾正過的水處理問題,我就不發表意見了,這裡只針對我熟悉的部分做解釋。而這可以粗分為幾個比較大的問題,以下我們一個一個來處理:


【五十嵐、、英國藍,到底誰毒誰不毒?】

首先讓我非常感冒的一點,是他的毒理學概念幾乎完全是錯的。關於毒理學的基本介紹,我以前在 ⟪Toxicity is a time-dependent dose-response relationship⟫ 這篇文章裡就介紹過了,有興趣的朋友可以點進去看看。這邊,就讓我們長話短說,難事化簡。

站在人類的立場來看,最簡單的說,一個毒物之所以有毒,是因為他對人體,會產生不良的作用。但毒理學裡頭一個基本的觀念是,每個物質,只要劑量夠高,就會對生物體造成毒性。因此即使如水一般無害的物質,只要喝太多,也是會出現水中毒的症狀。

而一個東西吃進去會不會有毒,基本上是建立在人體對這個東西有多敏感之上。像某些蛇毒,或是氰化物,因為作用機轉的關係,人體對他們非常敏感,所以只要很低的劑量,就足以殺死一個人。反之,我們可以說,人體的生理,對於水份就沒那麼敏感,所以可以吸收很大的量,還是不會有中毒的現象。

有了這個基本概念之後,我們應該就可以很清楚地知道,一個東西毒不毒,和他在茶葉或著便當裡驗出來有多少沒什麼直接的關係,而和人體對他的敏感度有關。假設一個便當驗出含有50公克的農藥A,但是人要吃下超過100公克的農藥A才會產生毒性反應,那吃了這個便當也不會怎樣。反之,另外一個便當若驗出0.002公克的農藥B,但人體只要吃0.00001公克就會死亡,那這0.002公克就很明顯太多。

在這樣的情況下,我們就可以得出一個概念:兩個不同毒物,驗出來的量,是沒辦法直接比較的。是以,該篇文章中:「跟英國藍比起來,英國藍洗洗睡。」的論述是不成立的,因為英國藍雖然含有高量的DDT,但光靠這個資訊,你是無法知道含有0.003ppm Fipronil的五十嵐,是有毒還沒毒,或著有多毒的。我們必須知道人體對Fipronil有多敏感,造成的毒性反應又是什麼,才有可能有辦法判斷。

此外,從超標的量來看,我們也無法判斷,到底DDT和Fipronil比起來,到底誰比較毒,誰的超標又比較嚴重。事實上,DDT以急性毒性(acute toxicity)來看,並不是一個非常毒的物質(LD50是113 mg/kg,也就是說要吃到這個量,才會有一半的實驗動物死亡),DDT的可怕之處在於它是環境賀爾蒙(xenoestrogens),會對很多動物的生殖系統造成影響,劑量高且長時間接觸,也可能對人類的生殖系系統造成影響,甚至影響胎兒發育,像是早產、流產、不孕等等。

反之,Fipronil的研究指出,這東西對某些無脊椎動物,例如某些昆蟲很毒。而在人身上,則可能有一點致癌性。

這樣完全不同的毒性反應,會讓這兩者完全無法比較。想想看,我們要怎麼比造成人類流產和可能在人身上致癌哪個比較毒?要怎麼比較很低劑量就會殺死昆蟲,和會造成老鼠生殖系統的傷害,哪個比較毒?這完全是不同層面的事情,放在不同context會有不同答案,根本不能這樣概略的比較。

不過如果我們分開來看,要知道每一個物質,吃下去特定的量,對人類會不會有毒,這倒是有辦法。一般來說,要判斷這件事情,我們會需要兩個數值,一個叫做NOAEL,另一個叫做ADI或TDI。這部份我講過很多次了,懶得再重寫,就把之前和朋友做的解釋貼上來,想要更詳細的了解,可以點 ⟪Toxicity is a time-dependent dose-response relationship⟫ 這篇文章,裡頭會有更仔細的解釋。

「No observed adverse effect level (NOAEL)是一個劑量,常常會用mg/kg表示,代表的是在這個量以下(含),實驗動物上看不到任何急性與慢性的毒性反應。用mg/kg表示,是因為要對體重做normalisation。譬如說這次五十嵐查到的Fipronil,他在大鼠上做出來的NOAEL是1.9 mg/kg,就表示對一隻1 kg的大鼠來說,他每天做多吃到1.9 mg的Fipronil,在實驗室裡看不到任何毒性反應。

在實驗動物身上找到的NOAEL要轉換到人身上,為了安全,通常會除上一個safty factor,一般來說從大鼠轉到人我們會抓100。這個值完全是由經驗來的,研究時間越短,safty factor會抓越大。譬如做兩年的實驗會除上safty factor 100,但做2個月可能就會除上1000。假設我們用超高標準去看待Fipronil的毒性,把Fipronil在人身上的NOAEL抓在0.0019 mg/kg好了(1.9乘上safty factor 0.001),這樣就是0.0019 ppm(百萬分之0.0019)。以一個60 kg的人來說,他每天可以吃0.114 mg(60 x 0.0019)。這個0.0019 mg/kg的量,又被稱做是acceptable daily intake (ADI),這才是用來判斷Fipronil吃進去會不會有毒的數值。」


【ppm到底是什麼?0.001 ppm到底是大還是小?】

接著讓我們來處理一下「0.001ppm微乎其微」這件事。

在那篇文章中,作者寫道:「去年七月以前國家標準是0.005ppm,去年七月修法以後才改成0.002ppm導致他超標,合理推斷超標的是庫存茶不然就是誤差(0.001ppm微乎其微)」這裡的推論,有一些明顯的問題。

首先,讓我們來定義一下ppm。ppm的全名,是parts per million,他是parts per notation的其中一員。以ppm為例,1 ppm的定義是「在每一百萬個單位中,含有一個單位」。這樣講很拗口,直接用例子解釋會比較簡單。譬如說,今天在一公斤的石頭中,含有百萬分之一公斤的黃金(mg/kg),或著一百萬公升的溶液中,含有一公升的乙醇(L/1M L),又或著在一百萬莫耳的分子中,有一莫耳的葡萄糖(1 mol/ 1M mol),甚至一百萬赫茲中的一赫茲(1 Hz/ 1M Hz,常用在nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy),這些都叫做ppm。

由上面的例子,我們可以知道,ppm是一個「比例」,而比例,是沒有單位的,因為你分子和分母的單位相同,相除之後,單位就消掉了。

這樣就會造成幾個問題。首先是只看ppm,我們無法知道本來的單位級距是什麼。0.003 ppm的Fipronil可以來自一公斤的茶葉,也可以來自一公克的茶葉,而不知道這件事情,會讓我們沒辦法判斷一個東西毒不毒。下面我再次引用我自己寫過的例子來解說:

「現在我們驗到茶葉含有0.003 ppm的Fipronil。為了簡化,我們就假設這裏是1公斤的茶葉,會含有0.003 mg的Fipronil。假如說一公斤的茶葉可以泡一杯五十嵐,那就是一杯五十嵐會含有0.003 mg的Fipronil。換句話說一個60公斤的人,喝到撐死,也不太可能超過0.114 mg的ADI,而且一公斤的茶葉泡一杯五十嵐是超嚴重的高估,幾十公克通常就濃到喝不下去了。

所以根據這樣算,五十嵐本身查出來的Fipronil量算是很安全。但是這沒辦法光從茶葉驗出有幾ppm的Fipronil直接判斷,你得做上面那些換算才行。假設今天茶葉是需要用100公斤去泡1杯五十嵐,那麼一杯五十嵐就會含有0.3 mg的Fipronil,這樣只要一杯就超標了。這就是為什麼0.001 ppm不見得是微乎其微。ppm是一個比例,不是一個絕對的大小。1的百萬分之1很小,但一百億的百萬分之一卻是很大的絕對值。所以用驗出來的ppm是多少去說一個東西毒不毒,根本是在胡扯,你一定要有ADI,然後進行一系列的換算,才可以判斷。」

從這個例子裡,我們可以知道,0.001 ppm,到底是不是微乎其微,會取決於你起始的絕對值。像那篇臉書文章中石門水庫的例子,雖然0.001 ppm是很小的比例,但在「有效庫容量2億123萬噸的石門水庫,0.001 ppm,就是202公斤的Fipronil」。

202公斤大不大?當然大啊,別說吃死你了,壓死你都可以呢。

而從這裡,就可以回答該篇文章關於實驗誤差的疑問。各位可以想像一下,我們現在要把一個叫做A的東西稀釋十倍。理論上,你是把1 μl的A,加入9 μl的水中,還是把100 μl的A,加入900 μl的水,意思是一樣的。

但假設我們今天在把1 μl的A,加入9 μl的水中的稀釋時,我們使用的工具,多沾到了一小滴的A。一小滴的A,我們假設大概是1 μl的量好了,那你就變成加了2 μl的A,到9 μl的水中,變成了2/11,而不是本來的1/10。以體積濃度來看,這是一個從0.10變成0.18,差了1.8倍的誤差。

可是如果你做的是100 μl的A,加入900 μl的水,然後你不小心多沾了五滴A,那就是105 μl的A,加入900 μl的水,變成105/1005,從體積濃度上來看,就是從0.100變成0.104的誤差,只差了1.04倍。

上面這個例子,是在告訴我們,決定實驗誤差影響大小的,是你的實驗誤差量,佔你實驗總量的比例。所以一般來說,當我們在實驗室做連續稀釋時,雖然理論上把1 μl加入9 μl的稀釋,和把100 μl加入900 μl的稀釋,是完全一樣的,都是稀釋成10%,但我們都會建議把體積放大一點,這樣誤差才不會太大。

而如前所述,ppm剛好就是一個比例的概念,它不是一個絕對值,也沒有單位。所以一個實驗的誤差值,佔實驗值的比例,會不會大到影響實驗結果,是沒辦法從ppm這個資訊去判斷的。如果套到前面那個例子,我們自己創造一個比例叫做parts per ten,ppt好了,那上面兩個例子,都是1個ppt,可是一個的誤差,會大幅影響到你的實驗結果,另一個則不會。是以,要知道0.001 ppm的差距,是否可能是由實驗誤差所造成,你得知道實驗得到的絕對數值,和誤差的絕對數值,才有辦法。

從某個角度上看,這也是我一直都非常反對使用parts per notation的原因。Parts per notation因為沒有單位,也無法從他的數值看出絕對值,因此若這些資訊不給你,你根本無從判斷他現在在講的是體積的ppm、容量的ppm、長度的ppm,還是莫耳數的ppm,也不知道我們現在講的是怎樣一個級距(scale)的概念,是mg/kg,μg/g,還是ng/mg?

這些資訊在每個特定學界,都有約定成俗的用法,所以如果你是巷子內的人,那當然不是問題,你看到人家寫ppm,就會知道大概是在講什麼級距的什麼單位。但隔壁條巷子的人,很可能就讀不懂你的ppm了,因為你的ppm,和我的ppm,很可能是完全不同的兩件事。

把不同單位的ppm弄混,會有什麼問題呢?我下面用把體積和質量弄混來當例子。體積要換算成重量,必須知道密度(密度等於質量除以體積),也就是說我們會在這邊多加入一個因子,把問題變得更複雜。

這通常不是什麼太大的問題,因為在生物體上,大部份的時候,我們都是在處理很稀薄的水溶液,而水的密度大概是1 kg/L,所以這時候體積(或容積)和質量是可以很直觀的轉換的。因為一公斤的水體積大概就是一公升,所以我們在表示ppm的時候,可以把1mg/kg當作是1mg/L,因而直接用1 ppm表示。但是1mg/L = 1 ppm在概念上是錯的,parts per notation必須要分子分母單位相同(dimensionless),才能夠成立。

若回去探究毒理學研究的最源頭,其實我們在做研究時,真正給藥測毒性的時候,常常用的是濃度單位,不管是莫耳濃度,還是體積濃度,他們的分子和分母,單位都不會一樣,也就是說,他們都不應該直接用parts per notation來表示

之所以會用濃度單位有幾個原因,第一個是大部份這些毒物或藥物,都是配成水溶液,在實驗上才會比較好操作。不論是直接加到cell culture中,或著給老鼠做靜脈注射,在操作和藥物動力學的計算上都都會簡單許多。

另一個學理上的原因,是因為我們真正在做毒理學測試的時候,藥物或毒物在生物體內的有效濃度(bioavailability),才是我們真正關注的。一個毒物,不管透過什麼路徑給藥,最後都會進入體循環,也就是血液系統中,這是一個水溶液的系統。而該毒物在這個水溶液系統裡面的濃度、酸鹼值和水溶性,會影響到他跑到不同組織裡的量(distribution)。在組織中若累積多了,就可能會對組織造成毒性,所以在研究毒理學的時候,都要把這些因素考慮進去。

一般而言,我們會把體循環當作是一個單一的空間(single-compartment model),來去做一些簡單的藥理學或毒理學計算,而這裡都是用濃度下去轉換的。也因此,實際上我們做出來的NOAEL,應該是一個濃度。不過我們可以很容易從濃度得到量(dose,通常單位是質量),所以只要做一個簡單的換算,就可以得到吃進去的總量,而量的概念比較直觀,也比較容易對體重做normalisation,所以NOAEL才會以mg/kg這樣的方式表示,也才有之後換成ppm的空間。

換言之,從嚴格的定義上,當一個東西進入到體循環裡面,會形成一個濃度,也就是該物質的量,去除上血液的總體積。然後這個濃度會影響到該物質在體內的分佈,也因此會影響特定組織中該物質的量有多少,量若高到會產生毒性反應,那這東西才會有毒。因此我們給的毒物雖然可以定量,可是這個物質在生物體內的濃度,才是真正影響這個物質毒裡特性的關鍵。

也因此,量的概念,只是一個非常概略的概算法。有的時候,我們可以透過控制某一物質的釋放速率,來改變它在血液內的濃度,讓同樣的量,達到不同的效果。而如果關鍵是濃度,那要考量的,就應該是多少量的某物質,進入到多大體積/容積內(總血液量)

所以當我們用mg/kg做normalisation的時候,其實我們是做了一個體重(body mass)和體積成正比的假設。

這個假設通常不會太離譜,所以我們可以這樣簡單的概算。同時,在不考慮釋放(liberation)的情況下,同樣的量吃下去,或著跑到血液中之後,產生的分佈體積( volume of distribution,吃下去的藥物總量,除以血液中的藥物濃度,可以看出藥物有多少跑到組織中)應該是一樣的,所以這樣的概算通常不會有太大的問題。

也因此,當我們在表示NOAEL,或著ADI的時候,可以直接用mg/kg來表示,也就能夠被換成ppm。加上我們都會除上safety factor,所以就算有一點誤差,理論上還是安全無虞。而食品中規定能夠驗出來的量,通常是除了safety factor之後,還要再低個幾十倍,所以我們可以大致的說,即使驗出超標的某物質,只要不具有生物累積效應,且有辦法快速代謝,基本上應該不會對健康有非常直接且快速的負面影響。

這樣一路推論下來,這裡沒差,那裡可以省略,或許各位會覺得,那使用ppm也沒什麼不可以。從某個角度上來看是這樣沒錯,不然就不會到現在,學術界很多人都還是用ppm來表示自己的研究。可是這裡沒差,那裡沒差,不斷簡略的結果,很可能就是在搞不清楚的情況下,最後做出有差的錯誤判斷,像是這篇文章引用的臉書文,就是這樣,概念上既模糊,又錯誤百出。這也是為什麼我一直很不喜歡用簡略的概念去說明事情:簡化是一種對已經理解道理的人,用來偷懶的方法,但直接解釋簡化的道理,卻很可能會造成不懂的人的誤解,於是基於不精確的前提下,做出離譜的推論。

最後,我這篇文章東扯一點,西拉一些的,有點雜亂,所以要來歸納一下幾個重點:

1) 毒物之間,多數情況下無法直接概略比較誰毒誰不毒;

2) ppm是一種比例,無法回推單位,也無法回推scale。ppm的分子和分母,必須是同個單位,mg/L不是一種ppm的表示法;

3) 描述毒性的時候,最好使用有單位的數值,會比ppm更清楚;

4) 我們無法光從一個產品(譬如茶葉),驗出特定量的毒物(例如Fipronil),得知他有多毒,或有沒有毒。

5) 超標不代表吃下去就有毒,這點是由NOAEL來決定的。人類身上的NOAEL通常是除上safety factor的概略值,所以並不精確,但通常頗安全。

這樣看起來,Fipronil超標一點點,擺在NOAEL和ADI的概念下,好像也沒什麼差,不太嚴重的樣子。但實際上這是一個非常嚴重的事情,因為這代表著整個GMP架構的崩壞,而這也將會是下一篇文章的重點。現在,我們只需要知道,看到某某東西驗出毒物超標時,從這東西有多毒去切入,是很難直接建立關聯性的,也就是說,現在多半的報導,都是用不精確的方式,在製造恐慌。而除去恐慌,才是能夠正確分析事情的第一步。

2015年5月1日 星期五

Fear the power when you are in a position of authority

在柯文哲在選市長的時候,我寫了一篇文章支持他。

現在回頭看,柯文哲仍舊很明顯是兩人之中比較理想的選擇,但他在選舉時就暴露出來的一些問題,也慢慢浮現。身為一個崇尚自由、多元、小政府的人,柯文哲最讓我感到警覺的一點,當然就是他的強人政治,與大政府的傾向。


包含先前的監聽爭議,和這一次柯文哲對於「用監視器抓違規停車」的一連串發言,在在顯示出柯文哲對於法治概念的缺乏。






法治概念的部分,除了已經有錢建榮法官提出解釋之外,大法官林子儀也曾釋憲:

林子儀提到:「此刻,我們必須停下來思考,究竟我們想要什麼樣的社會?想要以什麼為終極目的的國家?如果一個社會裡的成員,人人皆盡透明,沒有什麼動態可以逃脫於國家的監視之下,所有成員的資訊都鉅細靡遺地掌握在國家機器之中,並且可以輕易地透過某一則個人資訊追溯其全部行蹤與活動,這或許將是一個零犯罪的社會,而且很可能是一個非常有效率的政府,但人們也可能將過著充滿被監視恐懼的生活。治安與效率都是國家應該追求之重大公益,惟其終究必須停留在某個界限之後,不能無止境地一昧向前,犧牲其他一切。」

另外關於法治思想的部分,網友汞燈也寫了一篇文章,說明人治思考與法治思考的不同。

這幾位都是法學專業,學有專精的人士,解釋起法治概念,自然比我更到位,在這裡我就不班門弄府了。我這篇文章想說明的,是很多臺灣精英對於自己所處的相對位置缺乏概念,這樣一個普遍的情況。

這麼說好了,應該很多人都看過哈利波特。在哈利波特裡,我印象最深刻的人物,本來是妙麗,但到了最後一集,卻變成了鄧不利多。

在最後一集裡,哈利進到了鄧不利多的思緒裡面,瞭解了鄧不利多的生平,也知道鄧不利多之所以不斷拒絕魔法部長,是因為他深知權力是他的弱點。

這一段一直讓我感到印象深刻,因為我覺得這是一種對自己所處位置,有非常透徹認知的想法,也是一種讓人敬佩的自知之明。

我一直覺得,人生在世上,是不可能平等的。有的人,生下來就擁有非常不對等的優勢,也有人生下來就帶著幾乎難以擊倒的劣勢。

若我們先專注在優勢這點,這就好比有些人生出來就比較聰明,另一些人則生在千金之家。可能對很多人而言,資質聰穎而獲得成功令人敬佩,所以阿扁三級貧戶當總統的故事才會始終讓人津津樂道,而靠家世背景則會惹人嫌惡,好比連勝文在選舉中的慘敗。但對我來說,這些都叫做生下來就擁有的優勢。

這種生下來就有的優勢,就造就了不公平,因為有些人競爭力就會比較強,另一些人的競爭力則會比較弱。更複雜的是,這種天資和家境背景的影響,往往是錯綜複雜,難以一刀兩斷的。以我自己為例子,前陣子我爸的客戶,和他聊天時說到我在英國唸書的事情。他說能拿到獎學金,真的很不簡單,我爸聽了很得意,就跑來跟我說。

確實拿到獎學金是我付出很多努力的結果,但不可否認的,這也是因為我不用畢業就煩惱留學貸款的問題、煩惱要分擔家計,甚至養家活口的問題。我沒有什麼酗酒老爸、吸毒老媽。我受教育的過程雖然跌跌撞撞,但家裡也沒有什麼東西真正攔著我,讓我沒辦法做自己想做的事情。是以,就我出國唸書這件事而言,其實就是好幾個因素- 而且大多是運氣,集合而成的結果。

在這個脈絡之下,對我來說,一個人是靠家世獲得競爭力,還是靠天份,差別其實沒有那麼大。差別比較大的是,當你以你的競爭力,爬到社會上相對較好的位置時,你是怎麼做事的。而這點,我認為和你對於自己所處的位置,有著怎麼樣的認知,息息相關。

讓我這樣解釋吧。我以前寫過一篇文章,叫做【The true elite】。那篇文章,除了旨在批評連勝文之外,另外一個我想表達的重點,是「真正的elite,是一群對於自己所處的位置,有非常深刻的了解,知道自己比起其他人,有更多的競爭優勢,因此比較容易爬到社會上相對較好的位置的人。

以鄧不利多而言,他的競爭優勢是他的天縱英才,所以他有機會當到魔法部長。以連勝文而言,他的競爭優勢是他的家世背景,和臺灣曾被國民黨長期專制統治的歷史,所以他可以出來就選臺北市長,沒事幹就接捷運董事。

不管這個優勢是怎麼來的,他們因為擁有優勢,因此他們會比較容易拿到更有權力、更有影響力的位置。以政治而言,這些位置是立法委員、臺北市長,甚至總統;在哈利波特的世界裡,則是魔法部長,至於在商場上、職場上,則可能是公司的董事長、執行長,是社會中收入和地位都較高的醫師、律師。

而不可否認的,這世界上,的確有一些位置,會比其他位置,擁有更多權力,能夠影響更多人。以產業界來說,Bill Gates搞的基金會,就影響了無數人的生活,也讓熱帶開發中國家,許許多多受項瘧疾等傳染病所苦的人,有了許多希望。或著Steve Jobs,帶領著蘋果的團隊,用一個又一個令人醉心的產品,改變我們的生活,甚至影響我們文化的走向。

更明顯的當然是在政治領域,像是臺北市長,就是一個很典型的例子。

以柯文哲而言,如果不是他先有好的天資,不錯的家境,他大概不會有餘裕去重考,進入臺大。如果他沒有背景和先天優勢,他大概也很難建立世界級的ECMO團隊,成為出名的醫師,儘管得罪很多人,仍能在臺大雄踞一方。而倘若沒有他利用自己優勢建立起的第一流醫師聲望,他大概也不會成為公民力量的出口,最後順利選上臺北市長。

你大概可以想像,即使今天柯文哲不是醫師,他人生也多了更多不幸,讓他的人生旅途比現在還不順遂許多。他的天資,還有他的背景,還是會讓他對這些不幸,或著不幸運,多了很多抵抗力。像是他在臺大醫院被修理,然後登高一呼,出來選臺北市長,居然就真的當選了,就是一個很好的例子。

反之,如果今天是一個資質普通的人,出生在老爸家暴老媽植物人的家庭,他對逆境的抵抗力,就會弱上很多。

這樣我們就有了兩個需要考量的面向,一個是這些人,我們簡稱是菁英好了,他們在社會上,會比較容易爬到相對高的位置,也因此他們會對社會擁有更多的影響力。像是公司的董事長,對公司的整體方向和策略,做出決定之後,將會影響到整個公司的人。更明顯的當然就是政府首長,他們對於政策方向的想法,更是會依其位置,影響到整個市的市民,甚至整個國家的國民。

另一個面向,則是剛好這些有能力做決定影響他人的人,又是相對來說對於政策造成的負面影響,有比較強抵抗力的人。

這兩個面向加起來,就形成了一個頗為恐怖的現象:這些社會菁英,可以很輕易的藉由對制度與政策的制訂,讓優勢繼續不斷倒向他們,讓負面的效果由他人承擔。他們可以很輕易地有意為之,圖利自己或與自己交好的人,然後犧牲其他弱勢、對逆境抵抗力較弱的人的權益。臺灣為人詬病的政商關係,和很多讓人憤怒的不合理政策,大部份都是由此而來。

很多人可能會認為,這是這些菁英滿肚子壞水才會發生的情況。所以,我們只要選一個做事正正當當的好人上去,就可以解決這些問題了。然而,這世界上好心腸卻造成悲劇的例子,卻是多不勝數。舉例來說,當年林義雄要求立委席次減半,就造成了臺灣現在不但票票不等值,而且選區劃分很有問題的結果。我知道當年因為朝小野大,因此在通過修法時,國民兩黨的協商,很可能最後讓這個法案走了樣,也因此很多人主張,不應責怪林義雄。但追究責任歸屬,仍屬於次要重點,最重要的是,我們必須有所認知,很多事情,並不是說只要你立意良好,最後就會得到好結果。中間變數太多,也可能會有意想不到的副作用,且不論過程為何,最後結果出來的這些副作用,就是大家一起承擔,然後抵抗力比較弱的非菁英們,很可能就是會最先陣亡的一群。

就是因為會有這樣的情況,所以我們才要有許多法律,去限制這些菁英,坐到相對較高的位置、手握權力之後的作為,讓他們做起事情來沒那麼方便。

然而,這些法律也不見得是完美的保障。有時候,基於民氣可用,就會有像柯文哲這樣,提出要修法,讓他施政更容易的狀況。在這種時候,就有賴群眾對於限制有權力者的認知,來形成反抗力量。這點,就我這幾天臉書和電視節目聽到的評論看起來,臺灣人比我原本以為的要警戒很多,讓我非常開心。

不過這篇文章,主要說話的對象,還是那些所謂的精英,那些有可能做到較高位置,得到權力,進而影響他人生活和人權的人。我自己知道我部落格有些科學的東西寫得很硬,很多論述寫得很長,可能需要一定的教育水準,或著滿滿的熱情與毅力,才有辦法看得下去。而這三件事情,又是我認為要成為菁英,很重要的三個條件。所以我假設有在看我部落格的人,以後都是有機會爬到那個我所謂相對較高位置的人。這篇章的說話對象,就是你們這些人。

我想說的是,這些離位高權重只有一步之遙的人,或著已經站在那個位置上的人,你們得像鄧不利多一樣,對權力有所恐懼才行。你們要知道,自己的任何一個念頭,付諸實踐時候,都會影響到成千上萬的其他人。而這些其他人,因為資質不夠好、背景不夠好,或著其他任何形式的運氣不好,他們不會像你對於逆境有那高的抵抗力。甚至我可以說,站在國家機器面前,只要機器不是由你操控,再好的資質與家境背景,也都一毛不值。

所以你在做任何決定之時,都要警覺,自己是否濫用了權力、是否可能造成侵犯他人人權的後果。你得知道,那些不方便、看似阻力的法律、規定,是限制你濫權,幫助你不要不小心就傷害別人人權的助力。

而這才是我認為柯文哲最大的問題。

修法讓違規停車在違停熱點以攝影取締變得合法,不管有沒有道理,我都覺得是一個可以討論的問題。透過討論,也可以讓大家對人權和法治有更清楚的認識。

可是身為當權者,柯文哲卻沒有認為因為這樣我做事比較方便,公權力執法比較輕鬆,所以要為我修法的餘裕。你想怎麼做,以及這麼做的利弊得失並不重要,重要的是你有沒有對於手握權力這件事情有基本的恐懼。

換句話說,我會寧可看到柯文哲在他所謂「不見得是弊案的五大弊案」裡頭,因為隨時記得自己的權力要被限制,而沒辦法大快人心的修理廠商,也不希望看到他為了解決這些問題,而讓公權力過度擴張,去達成對市府與市民有利的結果。這是我對權力恐懼的態度,還有我對限縮政府權力的堅持,即使我再怎麼希望看到這些國民黨政府長期執政的遺毒被痛扁一頓,我都不希望當權的政治人物忘了手握權力的自己,可以多麼可怕,帶來多大的遺毒。換個角度想,現在這些棘手到不行的案子,不也就是當年政府毫無節制,對自己手上的權力可能帶來的禍害,毫無恐懼的結果嗎?

在柯文哲學會這點之前,他都不會是一個合格的有權力者。而我們能做的,就是更用力的監督他,逼得他要不就跟上時代,要不就被淘汰。

2015年4月27日 星期一

Constraining freedom of expression should never be an option

最近臺灣鬧很大的一個新聞,是由一個女藝人自殺,而引起對網路霸凌的討論。

這件事情和網路霸凌有何關聯,還有很大的爭議,也不是我今天想討論的重點,所以就先按下不談。我今天想談的,是由網路霸凌衍伸出來,對於網路實名制,和以限制網路表達自由的方式,來達成壓制網路霸凌討論。

網路霸凌,或著任何形式的言語霸凌,是確實存在於這個世界上的事情,而且也是一件需要被關注與處理的事情,對於這一點,我想大部分人都不會有疑義。所以問題的重點,就應該擺在我們應該如何處理這樣的事情。

對於許多臺灣的政治人物而言,直覺式的反應,似乎是覺得限制網路上的表達自由,或著改採實名制的方式,就可以抑制網路霸凌的產生。然而,這樣的連結,卻很可能是過於簡化的錯誤連結。實名制的部分,我們在學校,在生活中,還有很多其他大家知道彼此身份的場合,霸凌事件也從來沒少過。是以,覺得實名制可以透過讓身份曝光的方式,來解決霸凌的問題,顯然是太過天真的想法,更別提像臉書和ptt這樣的平台,其實早就已經非常接近實名制了。

那限制網路言論自由的部分呢?

關於這點,我想從我最近非常喜歡的一個節目,John Oliver的Last Week Tonight講起。

這個HBO的當紅節目,每週都會討論一個上週的熱門話題,從死刑、貧富差距、藥物廣告,到警察裝備的軍事化、基礎建設的維護和美國小姐的競賽等等,John Oliver都會透過誇張、幽默的脫口秀方式,以喜劇的形式呈現這些議題,非常有趣。

讓人驚訝的是,即使在美國這樣一個強大的國家,透過John Oliver的呈現,你也會發現,他們還是有非常多的問題,存在於美國社會上的每個角落。John Oliver呈現這些議題的方式,除了幽默之外,底下其實還藏著非常犀利的批判和嘲諷,如果你是被批判的對象,我相信聽了不會太好受。而這個劍橋畢業生,也的確收過頗有創意與諷刺意味的信件,對他節目中的評論做出很有風度,但也很犀利的反擊。

先不說John Oliver的呈現方式,是否會誇大問題的嚴重性,至少透過他的脫口秀,我們可以接觸到這些議題,如果引起興趣了,就可以自己去做更多功課,多了解這些議題一些。

如果今天美國政府,因為不喜歡John Oliver的批評,因此禁止John Oliver的節目,我們就不會知道,原來在美國這樣的國家當中,有這麼多問題存在。更恐怖的是,這些問題,不會因為表達的平台不存在了,就跟著消失。他們只是不會再被提起,不會受到那麼多人的關注,但還是會繼續存在美國人身邊,侵蝕他們的社會。

同樣的道理也可以搬來用在臺灣這次的網路言論限制事件上。即使我們今天限制網路自由,不讓大家使用某些文字來表達自己的想法,進而達到抑制霸凌的效果,這並不代表霸凌就會在我們的社會上消失。他頂多是轉個形式,變成用另一種形式繼續發生,或著換個地點發生而已。把問題掃到檯面下,從來都不是讓問題消失的辦法。

關於這點,我們其實可以參考中國當作借鏡。中國的網路管制相當嚴格,大家都知道,在中國上網,是查不到六四的。但是六四並不會因為這樣就不存在,只會讓當權者和人民活在謊言之中,失去反省的機會。又或著像這次臺灣的課綱修正,把228拿掉,也把白色恐怖拿掉,但這些並不能抹滅這些歷史事件曾發生過的事實,只會使得這些曾經發生過的問題變得難以被矯正。因此,即使我們透過限制網路上的表達自由,禁止了檯面上的網路霸凌,很可能也只是讓這樣的情況,變成在檯面下發生而已。而檯面下的問題,永遠都比檯面上的更難處理。

再加上我們在限制網路自由之後,將會大幅失去資訊傳遞的容易程度,很多社會上的問題,要傳達到多數人的耳中,將會變得較為困難,這樣一來,我們將失去很多瞭解並解決社會上問題的機會。如果像美國這樣的國家,社會上都有這麼多值得關注,且需要被處理的問題,民主發展相對不成熟,政府需要被高度監督,政商關係也必須被強力監控的臺灣,若失去任何一個資訊得以傳遞的平台,將會失去很多讓我們的社會更進步的機會,也將難以控制這個失能又權力過於擴張的政府。

一個最明顯的例子是去年的太陽花學運。若是少了網路,少了那台把議場內資訊傳達給大眾的iPad,少了那些臉書和其他平台上的溝通串連,很可能學運的力道會被減弱不少。同理,如果沒有網路,那些警察打人的片段未必能夠這麼快流傳出來,正義將無所伸張。

不管你是否支持太陽花學運,你都不可否認,這樣的群眾力量,是對抗政府,限縮政府權力極為需要的。縱使你是國民黨和馬英九的死忠支持者,也得接受,國民黨還是會有在選舉中輸掉的時候,臺灣會有政黨輪替的一天。屆時,你們也會有需要上街頭,對抗自己不喜歡的政府的機會。反之,即使你是民進黨的支持者,也難保由民進黨組成的政府,不會有做錯事的時候,或著有違法濫權的一天。而這個時候,能夠保持所有資訊平台的暢通,讓我們擁有言論自由,可以表達想法,並號召群眾上街頭抗議,就是非常重要的事情。

也就是說,限制網路的言論自由,除了解決不了問題,只會讓問題藏到檯面下,變得看不見,且更難處理,也會大幅失去網路資訊傳遞快速的好處,可說是有害無益。

除了實質的抗議之外,網路訊息傳播的無遠弗屆,也可以刺激社會中組成份子的思考,讓我們對自己所處的社會,該是什麼樣子的,做出充分的討論,讓每個人都能發聲,彙整多元的意見,形成多數人的共識。

最近一個很好的例子,是不斷在臺北市引起關注的新科市長柯文哲。柯文哲的許多施政作為,都令人叫好,但我們也可以從他許多的言論中,看出他的威權思想。他到目前為止,都沒有發展出法律是用來限制政府權力的認知,這點讓人擔憂。

這個問題目前仍不嚴重,因為他的一言一行,都會透過媒體,忠實呈現出來。也因為我們有言論自由,所以我們可以針對自己關注的部分,對其作出批判。柯市長目前的整體作為,應該可以說是正面大於負面,所以很多他的問題,並沒有被特別抓出來批判,但至少我們的言論自由,透過網路傳播,會讓很多人知道,這些問題的確存在。先前柯文哲好幾次被罵到道歉,多少也是因為這種網路言論自由的結果。

另外一個典型的例子,是壹電視的正經限時批。正經限時批曾經因為批評慈濟一事,而讓主持人彭文正和李晶玉兩人,雙雙請辭。當時網路一片撻伐,最主要的原因,就是這種打壓言論自由的方式,令許多人不齒。在此同時,也因為我們擁有言論自由,因此某些不喜歡彭李兩人的人,就挖掘出了他們反對多元成家,打壓同性戀者自由的立場,讓大家知道他們也不是在每件事情上面,都讓人讚賞。

這些都是言論自由的好處,人和事,本來就是擁有多元面向的。而言論越自由,意見和切入的角度就越多,因此越能刺激我們思考,我們也就越能看清事情的真相,也才能在社會上形成共識。是以,我們從來都只需要擔心,言論不夠自由,以及自由的言論傳遞速度不夠快、廣度不夠大。

這樣的自由,當然會帶來一些副作用。很多反烏托邦小說,像是1984和記憶受領員(The Giver)這樣的小說,都有寫過在一個沒有自由、不多元的社會,會有怎樣的優點。其中一個最明顯的優點,就是秩序。可是隨著故事發展,我們也會開始看出,這些反烏托邦社會,往往有很多可怕的問題存在,卻因為高度壓制自由,使這些問題根本無法被處理,甚至無法被看見。

記憶受領員裡面,有一個我個人非常喜歡的橋段,大意是這樣的:

在小說裡那個高度受管控的世界中,統治者消除了差異。他們消除了種族的概念、消除了顏色的概念,也消除了不同的文化,讓大家都變得一致。

但這些統治者沒有笨到以為這些東西就不被需要了,所以他們把對於這些東西的記憶,都交給一個特定的人保管,這個人,就叫做記憶受領員。

記憶受領員當然也會老、會死。所以他必須把記憶傳給他的徒弟,這時候他就變成了記憶傳受者,也就是The Giver這個名稱的由來。

故事的主軸,就是圍繞在老的記憶傳受者,開始把這些世界還是多元的時候的記憶,傳給下一代受領員的過程在打轉。

有一回,老的傳受者把顏色的概念傳授給新一代的受領員。看到世界多彩繽紛的一面,新一代的受領員感動得哭了,他哭著問老受領員:「怎麼會有人要消除這麼美好的東西?」

老受領員告訴他:「顏色、種族、宗教,當人們選擇活在沒有這些東西的世界,我們就創造了sameness。當人之間有所不同,就會出現嫉妒、憤怒、憎恨。所以我們需要一個什麼都相同的世界,我們需要sameness。」

年輕的受領員說:「我完全同意。但我還是覺得,顏色好美。」

我很喜歡這一段plot的原因,是因為他說明了自由和多元的美好,以及他們無可避免會帶來的副作用。

我從不否認言論自由,會帶還很多爭論、甚至可能出現霸凌。可是就和記憶受領員心中的感受一樣,即使知道有這些缺點,我們都無法拒絕承認,言論自由帶來的美好。

更重要的是,在現實世界中,我們是有辦法魚與熊掌,兩者兼得的。

如果網路言論,涉及到毀謗、造謠的部分,我們可以透過法律途徑解決。我們也可以利用網路強大的傳播力,宣導正確的反霸凌概念,對霸凌做出精確的定義,教導大家如何處理、面對這樣的事情。我們甚至可以成立反霸凌粉絲專頁,或著類似的基金會,去匯聚力量,制止霸凌的發生。

最近,前紅襪隊投手,血襪Curt Schilling,就曾經利用網路社群的力量,找出了在twitter上霸凌他女兒的人,讓他們付出代價。他並沒有採取任何利用法律壓制言論自由的方式,一樣達到了這樣的效果(詳細的故事請看這篇文章)。

也許你會說,那是因為他是Curt Schilling,是名震天下的大投手、嘴砲王。而且他因為個人經歷,擁有別人沒有的網路資源與對網路的理解。但我要說的是,一個人的力量也許不夠強大,可是一個社群的力量卻絕對不可忽視。我們只要利用網路的特點,利用我們在網路上擁有的言論自由,任何人都可以透過自己的方式,保護自己不被霸凌。也因為我們擁有網路自由,所以隨便上網一google,都可以找到一堆關於反霸凌的資訊,教你如何去處理這樣的事情。

透過這樣的方式,我們就可以既享受言論自由的美好,又正面對我們不想要的副作用做出正拳回擊,一拳扁在他臉上。

在有這麼多其他方式可以處理網路言論霸凌的情況下,我們實在沒有理由,選擇用一個明知不會有什麼效果,又有一大堆缺點的方式,去處理這樣的問題。

是以,我主張,在處理網路霸凌這件事情上,限制言論自由,永遠都不應該是我們的選項。

2015年4月26日 星期日

Evidence-biased misunderstanding (3)- individually weak, collectively robust

在1920年代,因為一系列的發現,分子生物學家們開始瘋狂尋找所謂的「遺傳物質(genetic materials)」到底是什麼東西。

倘若你翻開分子生物學教科書,例如Benjamin Lewin著名的Genes系列,或由James Watson掛名作者的Molecular Biology of the Gene,在描述這段歷史的時候,多半會提到Frederick Griffith的transformation實驗、第一次確認純化DNA為遺傳物質的Avery–MacLeod–McCarty experiment,和用標定技術確認DNA為遺傳物質的Hershey-Chase experiment。後兩個實驗,一般會被當作是確認DNA為遺傳物質的重要里程碑。但如果你的教科書寫得夠仔細,一定也會提到,在這兩個研究發表之後,大多數的科學家,卻仍然不太願意接受「DNA就是遺傳物質」這樣的概念。

了解這段歷史,對於了解到底為什麼科學有其極限,以及為什麼科學如此強大,還有到底為什麼evidence-based decision是一個既主觀,卻又非常能夠讓人信賴的方法,會有很大的幫助。所以接下來,就讓我們來稍稍回顧一下這段有趣的分子生物學發展史。


【The Streptococcus pneumoniae transformation】

Streptococcus pneumoniae的中文名字,一般應該是翻作肺炎鏈球菌,而他最著名的特色,就是會在人體引起肺炎,同時他也會感染老鼠。

肺炎鏈球菌有幾種不同的亞型(strains),其中一種亞型,Griffith將之稱為S亞型,因為這種亞型的肺炎鏈球菌,在細胞壁的外頭,還有一層多醣體莢膜(polysaccharide capsule)。這種莢膜滑滑黏黏的,讓S亞型的肺炎鏈球菌,在形成聚落(colony)之後,會看起來有比較圓滑的外觀,因此被稱做是S亞型(S for smooth)。這種亞型的特色,是他在給染老鼠之後,會很快地造成老鼠死亡。

Griffith還發現有另一種亞型,他稱作R亞型。這種亞型沒有多醣體莢膜,看起來比較粗糙(R for rough),且在感染老鼠之後,也不會造成老鼠死亡

Griffith首先發現,如果他用熱殺死S亞型的肺炎鏈球菌,然後再注射這些細菌的屍體進入老鼠之中,老鼠並不會死亡。也就是說S亞型要致老鼠於死,必須要是活得才行。

但接下來Griffith發現,如果他把死掉的S亞型和活的R亞型混在一起,注射到老鼠裡,老鼠卻會死亡。更有趣的是,當Griffith再把肺炎鏈球菌,從注射了混合S和R而死掉的老鼠中分離出來,再把這些新的肺炎鏈球菌注射到新的老鼠中,這些新注射的老鼠,便又都會死亡,而且這些新的肺炎鏈球菌所形成colony,看起來會和S亞型一樣,變得圓滑。

從這些實驗的現象,Griffith推論,那些死掉的S亞型,不知道怎麼的,會把R亞型變成S亞型。這個現象,Griffith把它稱作「轉型(transformation)」。


【The Avery–MacLeod–McCarty experiment】

Griffith的研究發表之後過了大約20年,科學家開始有能力使用比較精確的分離技術。因此, Oswald Avery、C. M. MacLeod和M. McCarty決定著手研究到底造成轉型的是哪一種物質。

他們把用熱殺死的S亞型用不同的方法做簡單的分離,然後看看分離出來的哪一個部分可以用來造成R亞型的轉型。受限於當時的分離技術,以及對於到底哪個物質可以造成轉型完全沒有概念,這幾個Rockefeller的研究者,只能用相對粗糙的方離方式,依照物質的物理和化學性質,將他們大致的分離。他們發現只有其中一種分離物,可以造成轉型,且按照其物理和化學的特性,他們認為這個物質應該是DNA (The inducing substance, on the basis of its chemical and physical properties, appears to be a highly polymerized and viscous form of sodium desoxyribonucleate)。

不過這種粗糙的分離技術,以及用物理和化學性質去猜是什麼物質的方法,並不夠精確,且他們無法排除是少量和DNA性質相近,殘留在DNA萃取液中的RNA,造成轉型這個可能性,所以為了更加確定DNA就是轉型物質,Avery等人決定反過來做,使用不同的酵素,一次移除一個物質。

他們使用可以切除蛋白質的酵素(trypsin)移除蛋白質,發現S亞型的屍體依然可以造成轉型。接著他們試了可以切除RNA的酵素(ribonuclease),結果也一樣。但當他們使用只能切DNA的酵素,他們發現S亞型屍體造成轉型的能力就消失了,因此他們就下結論,認為DNA就次造成轉型的物質。而由於這個轉型物質可以一代一代傳下去的特性,因此這也被認為是第一個提供了DNA就是遺傳物質證據的實驗。


【Criticism and reluctant acceptance of the academy】

即使以現在的標準來看,這個實驗都算是做得滿好的了。但考量到當時的技術水準,這個實驗還是有很多可以被批評的地方。例如分離技術的限制,導致很多科學家認為他們的分離物可能不夠純,裡頭少量的不純物,可能會造成解讀上的錯誤。

本來Avery他們使用酵素,就是要對付這樣的批評。然而,再度受限於當時技術的限制,他們其實並沒有辦法分離出高純度的DNase,也就是只切DNA的酵素。他們能做到的,只有分離出可以切DNA的"crude extract",但裡頭到底有什麼東西,或沒有什麼東西,其實他們也不太知道,唯一能確定的是裡頭一定有可以切DNA的酵素。

這雖然是一個頗大的弱點,但卻不是Avery–MacLeod–McCarty experiment不被接受的主要理由。主要的理由是,在當時的科學界,主流的想法是蛋白質才是遺傳物質。

這個想法背後的理由很簡單:「遺傳物質必須準確傳遞非常多樣、非常複雜的性狀,所以這個物質本身的複雜度必須很高」。而由20種氨基酸組成的蛋白質,顯然比只由四種不同核苷酸組成的DNA要複雜得多。因此,雖然客觀上Avery等人的實驗提供了相當不錯的證據,支持DNA才是遺傳物質,但主觀上,大多數的科學家並沒有被這一個實驗給說服。


【The Hershey-Chase experiment】

1952年的時候,Alfred Hershey和Martha Chase做了一個實驗。當時已經知道,T2 噬菌體(phage)會感染細菌,並在大腸桿菌體內複製。Hershey和Chase認為,T2噬菌體要精確複製自己,就必須把遺傳物質送進大腸桿菌裡面。因此,如果他們能夠知道是什麼東西被送進了大腸桿菌,就能提供遺傳物質到底是什麼的證據。

前面提過,當時科學界的主流,是認為蛋白質才是遺傳物質,但是Avery等人的轉型實驗卻支持DNA才是遺傳物質。恰好,當時已經知道,T2噬菌體是由蛋白質和DNA兩種物質組成,因此就成為了解決這個爭議的好材料。

Hershey和Chase很聰明的由DNA和蛋白質的分子組成下手,利用DNA含有磷而蛋白質沒有,然後蛋白質帶有硫,但DNA沒有的特性,分別以同位素磷32和同位素硫35標記DNA和蛋白質。

他們讓帶有兩種同位素的噬菌體分別感染大腸桿菌。噬菌體在感染大腸桿菌之後,Hershey和Chase利用果汁機,輕輕的把留在大腸桿菌表面的噬菌體外殼,和大腸桿菌給分離開來。這裏的假設是,噬菌體在把遺傳物質打入大腸桿菌中,開始複製之後,他的外殼,依舊會留在大腸桿菌表面。所以如果他們能夠把大腸桿菌的外殼,和噬菌體給分離開來,他們就可以分辨到底是什麼物質留在大腸桿菌裡面,而這個東西,就應該是遺傳物質。


把大腸桿菌外殼震掉之後,Hershey和Chase利用離心的方式,把病毒外殼和大腸桿菌給分成兩層。接著他們發現,當感染細菌的噬菌體,標記著磷32的噬菌體,總是會和大腸桿菌層出現在一起,反之,標記著硫35的噬菌體,總是會出現在病毒外殼那一層。更重要的是,標記著磷32的噬菌體,其後代也會帶磷32,但標記著硫35的噬菌體,其後代並不會繼續帶有硫35。


研究至此,Hershey和Chase就可以相當有信心的下結論:會進入大腸桿菌中的物質,是DNA,而非蛋白質。且DNA可以傳到下一代的噬菌體中,所以DNA才是遺傳物質。






【Doubts remain

Hershey-Chase experiment發表之後,DNA是遺傳物質這點,應該就已經非常明顯了。然而,科學界對於這個實驗結果,卻仍然抱持著懷疑的態度。有些人依舊認為污染是一個很大的問題,另一些人則認為,噬菌體和細胞畢竟不同,所以這個結論,不見得有辦法套用到細胞中。DNA在分子組成上遠比蛋白質簡單,而噬菌體也遠比細胞在構造上來得簡單,所以DNA能夠作為噬菌體的遺傳物質,但不能作為細胞的遺傳物質,這樣的說法,似乎也有其道理。

除了這些質疑之外,也有許多科學家也開始思考,假設Hershey和Chase的研究結果是對的,那麼分子組成簡單的DNA,到底是透過什麼樣的方式,將生物體驚人的複雜性,相對精確的一代一代傳下去?也是因為這樣的疑問,才引領了之後的一堆研究,最終導致James Watson和Francis Crick找出舉世聞名,開創現代分子生物學的DNA雙股螺旋結構。

回過頭去看,我想我們可以很公平地說,Avery–MacLeod–McCarty experiment,成功的立下了DNA是遺傳物質的基石,而Hershey-Chase experiment則是讓這個DNA是遺傳物質這個假說,變得難以忽略。可是你卻沒辦法清楚地找出一條界線、一個單一的實驗或一篇論文,清楚的告訴你,DNA就是遺傳物質,case closed。在這個建立DNA是遺傳物質的過程中,每一個實驗,都是建立在先前實驗的結果之上,或著透過不同的角度,去驗證先前提出的實驗結果。在這樣的過程之中,讓眾多支持DNA是遺傳物質的實驗證據,變得越來越不可忽視,也慢慢的,變成大家的共識。


【Individually weak, collectively robust】

這段建立DNA為遺傳物質歷史,完美地說明了用科學強大與脆弱的原因。科學實驗的特點是,每個實驗,都不會是完美的。即使你設計了再漂亮的實驗,你的結論,都可能會有瑕疵與無法說服別人的地方。甚至其他人,可以光靠主觀上的不認可,就拒絕你的研究,對你的實驗結果提出許多質疑。

可是當實驗結果不斷累積,以不同角度研究同一件事,從不同面向提供指向同一個方向的證據,或著以後續實驗,強化先前實驗的結果,彌補先前實驗的弱點,補強其不足之處,研究的結果將變得越來越難以忽略,也越來越難提出有力的質疑。慢慢地,某一結論變成大部分人都接受的共識的那天,就會到來。這就是為什麼,我們會說單一實驗證據,並不是拿來當作決定性證據,但科學研究整體而言,卻是decision-making最強大的基石。

如果能夠對這點有所認知,就會明白evidence-based decision making,是一個就現有證據,主觀下判斷的過程。而隨著證據越來越多,我們的主觀判斷,會和客觀事實越來越接近,也因此會讓我們的判斷能夠更貼近現實。

這個朝客觀事實靠近的過程,經常都不是直線前進的,他會有些曲折,甚至有時會發現我們走錯了路,所以我在這系列前面的文章中,才會一直強調,提出單一論文當作證據,要別人都閉嘴的做法,並不符合evidence-based decision making的精神。

但另一方面,科學提供了我們能夠自我修正的能力,使得我們最終能夠根據一大堆證據,做出相對貼近客觀實驗證據支持的判斷,這個,才是我們要推動vidence-based decision making的最重要原因。