從輪子到諾貝爾：學校沒教的創新發明

如果突破輪子的概念而發明新的移動工具，或許能贏得諾貝爾獎的肯定
如果只是重新發明輪子，可能就只有搞笑諾貝爾獎可以領了

便利貼的黏合材料開發出來後好多年都沒被採納使用，直有人修改成便利貼以取代做書籤用的小紙條，此產品才開始廣受歡迎。
詹姆斯．瓦特改良蒸氣機之前一百年，已有不少人提出蒸氣機的構想，甚至做出模型，然而直到瓦特發揮巧思，蒸氣機才真正成為穩定的動力，進而促成了重要的工業革命。
成功的創新發明，就是要看見別人沒有看到的東西、構想別人沒有想到的地方、做出別人沒有做過的事情。

本書著重科學發展、創新思維對文明進步的影響；透過生動的比喻、親切的推演，讓看似艱深的科學理論、科技發展，全都成為貼近生活、啟發想像的階梯。例如，從電子貨幣談到無人駕駛系統，再談及科學家們創意無限的研究，在在讓學術走進你我的生活，是一本不可多得的科普讀物。

劉炯朗

麻省理工學院電機博士

曾當選美國電子電機工程師學會院士、美國計算機協會(ACM)傑出會員。2011年榮獲卡夫曼獎(Phil Kaufman Award)，該獎項被認為是電子設計自動化界的諾貝爾獎。

曾任教於麻省理工學院及伊利諾大學香檳校區，1998年回臺擔任國立清華大學校長，作育英才無數；並以資訊工程之國際學術聲望，於2000年獲選為中央研究院院士，是國際上聲譽卓著的科學家、教育家。
近年悠遊於寫作、廣播、演講等領域，以幽默的談吐及豐富的學養談科學、文學、歷史、科技發展等各領域的知識學問，深得大眾喜愛。

作者序

Part One 創新發明，從電子貨幣談起
有錢能使人創新？
要不要保護，兩難
經得起歷史考驗的創新
貨幣制度
貨幣的發明
金本位的貨幣制度
美元本位的貨幣制度
以「信心」來發行貨幣
比特幣
現款、支票、電子支票
無實體錢幣的貨幣系統
比特幣系統的總帳
比特幣系統的交易行為
挖礦
技術問題──散列函數
結語

Part Two 便利生活的創新發明
黏與不黏都有用
三秒膠
便利貼
不用膠也可以
從速度中存活下來
行車安全的思維
安全帶
安全氣囊
駕駛人突然昏了怎麼辦？
無人駕駛系統
在1000萬方公里的地域中找10個氣球
外包和內包
眾包
社會網路
9小時找到氣球的祕密

Part Three 推動歷史的創新發明
突破性的思考
立即獲取照片
貨櫃的發明
農業革命的推手
動植物馴化
工業革命的推手
金屬冶煉
一再被發明的輪子
蒸汽機
從人工到自動化生產
殖民帝國出現
第二次工業革命的推手
內燃機
汽車工業興起
電力的發現
儲電技術
電動車，汽車的替代品？

Part Four 登峰造極的創新發明
諾貝爾獎
死亡販子的遺願
為什麼諾貝爾沒有數學獎
獲獎的限制
搶第一的獲獎
發現氧氣的反思
諾貝爾回顧獎
舞臺劇I
歷史的記載
舞臺劇II
搞笑諾貝爾獎
可保命的胸罩
輪子又一次被發明了
千人協力完成的論文巨作
Z級的央銀總裁
味道的重要
莫非定律
彼得原則
電子雞
死都要避稅
鄉村音樂可以殺人
果子狸咖啡

搞笑諾貝爾獎
評估一個科學研究結果的成就如何，有兩個重要的標準：第一，研究發現了什麼東西或解決了什麼問題；第二，這個研究使用什麼方法或透過怎樣的過程來達到目的。毫無疑問地，能夠獲得諾貝爾獎的研究必須是解決了學術上重大、有深遠影響，可能直接或者間接有廣大應用的題目，此外，還必須經過嚴謹縝密的理論推論或實驗驗證。但是，學術界裡的研究也好，在日常生活裡也好，總有些人會發現一些稀奇古怪、以前沒有人知道以後也不會有人在乎的現象，且費盡九牛二虎之力去鑽牛角尖，解決一些雞毛蒜皮甚至向壁虛構的問題。
這些人使用的方法也許非常嚴謹，也許荒誕可笑，但是從很廣義的觀點來說（甚至經由研究者的強辯和狡辯），可以算得上是發現和發明。既然如此，那麼這些古怪的發現和發明之中登峰造極的作品，是不是也應該得到像諾貝爾獎一樣的榮譽呢？答案當然是YES！而且現在確實有這麼一個獎項，英文叫做「Ig Nobel Prizes」。Ig Nobel這個名詞是怎麼來的呢？在英文裡，Ignoble這個字是「noble」高貴這個字的反義字，那就是不尊貴、不卓越，也就是低級、卑微。把Ignoble這個字拆開為Ig和Noble兩個字，再把Noble這個字改拼為Nobel，那就是IG NOBEL Prizes，也就可以和NOBEL Prizes分庭抗禮了。在中文裡，大家都把Ig Nobel Prizes翻成「搞笑諾貝爾獎」。
什麼樣的學術研究結果可以獲得搞笑諾貝爾獎呢？首先必須空前──就是沒有人想過這樣過，或者願意這樣做；再來必須絕後──就是做出來之後，別人無法重複，或是不該重複去做的結果。那些獲得搞笑諾貝爾獎的研究，往往先令人大笑，而後卻能發人深省。接下來我會介紹一些獲得搞笑諾貝爾獎的發現和發明，這些與獲得諾貝爾獎的發現和發明有許多相似相同的地方，那就是觀察到別人沒觀察到的現象和事實，使用別人沒有使用過的方法去解決別人沒有解決過的問題。
有人說過：「教育的目的是學問而不是學答。」這句話也一針見血地道出了今天我們教育問題的一個通病。在課堂上、補習班裡，老師把標準答案重複地塞進學生的腦袋裡，讓他們只能夠正確地回答教育部所規定的考試範圍，學生沒有提出問題的習慣，也根本不知道如何提出有意義的問題。即使進入研究所，學生也往往直接向老師索求一道指定的碩士論文研究題目。其實老師指導學生研究的一個重要過程，就是經由反覆討論，和學生一起去發掘適當的研究題目，題目若找得好，可以得到諾貝爾獎；題目若找得怪，就有機會得到搞笑諾貝爾獎了。
事實上在諾貝爾獎超過一百年的歷史和搞笑諾貝爾獎不過二十年的歷史裡，有一個人先後獲得搞笑諾貝爾獎和諾貝爾獎，這個人就是2010年諾貝爾物理獎及2000年搞笑諾貝爾獎的得主海姆(Andre Geim)。當然，這是兩個截然不同的研究項目。
搞笑諾貝爾獎自1991年開始，每年選出十名得獎者。這些奬項雖然沒有固定的領域，但通常不出物理、化學、生物、數學、醫學、文學、心理學、考古、經濟、藝術、和平幾個領域。頒獎的儀式在每年十月的第一個星期四舉行，地點是哈佛大學最古老、最大也是最宏偉莊嚴可以容納1,200人的桑德斯劇院。得獎的人可以自費來領獎，有些人會千里迢迢、排除萬難前來；也有些人沒有臉來，或者不敢來；甚至是窮得沒錢來、富得沒有閒來。不過，有幾位在哈佛大學教書的真正諾貝爾獎得主常常會參加，並且扮演頒獎人的角色，在頒獎儀式裡還載歌載舞。總而言之，就是一個大規模的搞笑盛會。

．可保命的胸罩
2009年的搞笑諾貝爾公共衛生獎，頒給獲得美國7255627號專利的三位發明家，他們的專利是一件可以轉變為一個或者多個口罩的衣物。請注意這是描述專利的法律用語，一件衣物可以是任何一件穿戴在身上的衣服，包括大衣、長褲、襯衫、短裙、帽子、圍巾；一個或者多個口罩，可以是一個、兩個、三個甚至許多個口罩。不過，他們接著說，實例就是一個可以轉變為兩個防毒口罩的女用胸罩。這個胸罩有兩個罩杯，每個罩杯的內層鋪有可以過濾灰塵、化學微粒、放射性微粒或細菌的物質的過濾器，過濾器可以固定在罩杯的內層，也可以隨意拆除，而這兩個罩杯可以用繫帶連起來成為胸罩，也可以將繫帶解開來做為兩個口罩，一個自用、一個給別人使用。當然繫帶的設計既可以做為一個胸罩的繫帶，也可以分開做為兩個口罩的繫帶，這種設計的胸罩既可供平時亦可供在戰時使用。
其實，按照美國專利局的紀錄，早在1952年就已有專利是左右罩杯可以分開的胸罩設計，在該專利的描述中還特別指出，這個設計有減低製作成本以及使用時方便左右調整的好處。可惜這個專利沒有想到分開來的兩個罩杯，居然可以用來做兩個防毒口罩的可能。此外也有人想過胸罩分開來的兩個罩杯可以用來做錢包之用，不過這個想法創意平平，沒有達到搞笑的效果。

．輪子又一次被發明了
講到專利，2001年的搞笑諾貝爾技術獎由兩位得獎人分享，其中一位是澳洲的科歐(John Keogh)，他發明了輪子並向澳洲政府專利局申請專利，另外一位是澳洲專利局，因為他們居然批准了科歐申請的專利，這可真是貽笑大方丟人丟到爪哇國去了。輪子的發明和使用可以追溯到五千至七千年以前，人類從用滾動橫放在地上的樹幹來搬運重物，想到在車子上裝上車輪，輪子的基本運作原理就是把輪子旋轉的運動改成車子線性的運動。不過這個古老的觀念，常常被人誤認為是前所未有的新觀念，在英文裡就有諺語「reinventing the wheel」（再一次發明輪子），意思就是把別人早已想出來的主意，當作新的主意。沒有想到到了21世紀，科歐居然還會reinventing the wheel。在他的專利申請書上，洋洋灑灑地描述一個圓形用來輔助運輸的裝置，並指出在雪地上因為摩擦係數很小，可以把貨物放在平的滑雪板上來拖，但是當天氣暖和地面沒有冰雪時，就有必要改用一個圓形的輔助運輸裝置了，並於接下來他很詳細地描寫了一個輪子的結構。科歐獲得了澳洲專利局發出編號為2001100012號，保護期為八年的創新專利，他和澳洲專利局也因此共享了2001年的搞笑科技諾貝爾獎。

．千人協力完成的論文巨作
1993年搞笑諾貝爾文學獎，頒發給1993年2月2日發表在著名的《新英格蘭醫學雜誌》(The New England Journal of Medicine)第329期第10號673頁到第682頁，一篇有關治療急性心梗塞四種方法之試驗的論文，這篇論文的共同作者一共有976人，在僅有10頁的空間裡，光是臚列所有作者的名字就占了不少寶貴的篇幅。這篇文章的共同作者來自不同的國家，我們可以堅定地相信在這976位作者裡大多數彼此從未見過面。這976位共同作者除了地域的區分外，也按照功能別設有指導委員會、協調中心、執行中心、數據和安全監控委員會和中風審查委員會等，幸好這些得奬者沒有出席頒獎典禮，否則光是這批得獎人就會占掉會場三分之二以上的席位了。他們的獎是由《新英格蘭醫學雜誌》的執行編輯代為領取，他在發表領獎感言時指出，以字數來算，每一位作者的平均貢獻是2個字。這篇獲得搞笑諾貝爾文學獎的論文，可能也就成為了科學研究集體創作的濫觴。有50、100、200甚至500位共同作者的論文已經愈來愈多。在2003年，論文共同作者超過500人的有40篇，在2005年更增加到了131篇，不過近年來這個數字似乎已經穩定在一百篇左右。至於共同作者最多的紀錄，目前已知的是一篇在2006年發表，共有2,512位共同作者的論文。
至於獲得真正諾貝爾獎的論文呢？1976年的諾貝爾物理獎頒給了丁肇中（Samuel Ting）和里克特(Burton Richter)，他們在激烈的時間競賽中，差不多同時用實驗證實了J/ψ粒子的存在。在粒子物理學裡，通常都是用一個字做為粒子的名字，例如α粒子、β粒子，但是因為丁肇中的團隊把這個粒子命名為J粒子（雖然是英文字母IJK裡的「J」，不過也有人說可能源自丁肇中的「丁」字），里克特的團隊則把這個粒子命名為ψ粒子（「ψ」是一個希臘字母），因此這個粒子就被命名為J/ψ粒子。
丁肇中團隊的論文發表在1974年12月2日第33期的《物理評論快報》(Physical Review Letters)，這篇論文一共有3頁，共同作者有14位。里克特團隊的論文發表在同一期的《物理評論快報》，也一共有3頁，共同作者35位。
正如前面講過，搞笑諾貝爾獎會頒發給先令人大笑，接下來卻會發人深省的研究結果。當聽到居然有一篇有976位共同作者的科學論文，我們真的會捧腹大笑，但是，大笑之後，確實可以思考一下相關的問題。
在科學研究裡，共同合作是一個正常健康的合作關係，不但大家可以共同討論、彼此激發，有許多大型的實驗，更是必須靠有大量人力的團隊來進行。因此，當研究結果寫成論文發表時，凡參與的人自然都應該成為共同作者。但是，我們也看過很多引發大量爭執的例子，誰作出真正的貢獻，誰只是在旁打邊鼓，誰有份、誰該被排除，再加上隨論文而來的是榮譽甚至財富，大家往往因此吵得天翻地覆。嚴格來說，在共同合作中這些問題是不可能有明確的規範和處理的方式，我們只能小心和公平地來決定和協調。
反過來說，在論文數目掛帥的評估制度下，能夠在更多的論文上列為共同作者是大有幫助的，因此就有了在我的論文上掛上你的名字，在你的論文上掛上我的名字的做法。重要的是，這是學術上誠信的問題，在共同合作中功勞的分享，我們要慷慨大方，但是絕不可以虛偽作假。為了針對以被列為共同作者來增加論文數的做法，在直覺上和經驗上合理的算法應該是：如果我們要算一個人發表的論文的總數，那麼一篇單一作者的論文算1，一篇有兩個作者的論文算1/2，一篇有N個共同作者的論文算1/N，如此一來，1/976就是微乎其微了。
還有，在一連串的共同作者裡，作者的排名次序又如何決定呢？合理的想法是按照貢獻的多寡來排序，但是在976個作者裡，又怎麼可能把每個人的貢獻精確地量度排列呢？另外一個常用的方法是以姓氏筆劃為序，那麼在中文裡姓「乙」、姓「丁」和姓「卜」的就可以名列前茅，而「蘇」和「鰲」都是22劃的姓氏，就只能敬陪末座吊車尾了。在英文裡，按照姓名的第一個字母順序來排序，Aarm 可以領先，Zukowski就要殿後了。在丁肇中和里克特的兩篇論文中，他們都是按照姓名的第一個字母順序排序。
最後，一篇學術論文的共同作者，必須對論文的內容負起學術責任，尤其是當論文裡有刻意誤導、杜撰和揑造時，共同作者不能夠以沒有小心完整地看過這篇論文為推卸責任的藉口，而必須以概括承受的態度來承擔責任。我們可以理解老師或者研究團隊中的領導者無法一一驗證學生或是團隊成員的工作，但是他們仍無法推卸做為共同作者的責任，做老師的必須灌輸給學生對學術絕對真誠的態度，只要我們相信他們不會犯有心的錯誤，那麼無心之過是可以坦坦蕩蕩地更正。
在學術界裡，揑造結果、竄改數據的事件屢見不鮮、層出不窮，更何況許多實驗結果的真偽和解釋，往往又有很多爭議的空間。總之，做為一篇學術論文的共同作者，有他的學術榮耀，也有他的學術責任，這是學術研究最重要的精神。

．Z級的央銀總裁
2009年搞笑諾貝爾數學獎頒給了辛巴威共和國的葛諾博士(Dr. Gideon Gono)，他在2009年出版了第一本書，書名是《辛巴威的賭場經濟：面對異常挑戰的異常手段》(Zimbabwe's Casino Economy: Extra─ordinary Measures for Extra─ordinary Challenges)。葛諾博士是辛巴威共和國國家中央銀行總裁，這本書主要是他描述在2003年12月到2008年11月擔任總裁5年任期內的經驗，不過在2008年12月他又再次被任命新的5年任期。葛諾博士的博士學位由美國國際大學(Atlantic International University)授予，這是一所遠距教學的大學，按照這所大學網站上的描述，他們的遠距教學課程是與眾不同、非傳統性的課程，沒有必須出席上課的規定，也沒有通過美國教育部的學位鑑定，有興趣和葛諾成為校友的讀者，可以經由網址查詢。
言歸正傳，葛諾博士獲得搞笑諾貝爾數學獎的原因，是他的國家中央銀行印發了從一分錢（0.01元）到一百兆元（1以後14個0）的鈔票。因此，販夫走卒、升斗小民在日常生活裡，能夠體驗到極小和極大數字的觀念。
在中國的數字系統裡，從個、十、百、千到萬，那就是1和1的後面有一個、兩個、三個、四個0，然後就隔四個0一跳，1後面8個0是億、12個0是兆、16個0是京。不過現在大家很少用「京」這個單位，反正一京就是一億億，再下去還有更大的數目的單位，其中一個有趣的單位是1後面52個0（一說是56個），叫做一個「恆河沙」，這就是中文裡用「恆河沙數」這個詞來形容很多很多東西的出處。恆河是印度五大河之一，由西藏雪山流入孟加拉灣，因為河的流域遙長，沿河岸又多細沙，因此恆河沙就是很多很多沙了。
至於在西方呢？從one、ten、hundred到thousand，然後每隔3個0一跳，1後面3個0是thousand、6個0是million、9個0是billion、12個0是trillion（剛好是中國制度裡的「兆」），再下去15個0是quadrillion、18個0是quintillion，再下去100個零是googol。這麼大的一個數字單位，的確只有數學家才會想得到，甚至也不見得用得上。
關於googol背後倒有一個有趣的故事。1997年，當現在雄距全球科技企業龍頭地位的網路搜索公司google剛成立時，兩個創辦人佩吉(Larry Page)和布林(Sergey Brin)當時還是史丹佛大學修讀博士學位的研究生，他們就選了googol這個單位做為公司的名字，也很幸運地找到一個風險投資人願意投資25,000美元。可是這位投資人的數學不靈光，把支票上的googol寫成了google。這兩個年輕人一想，回頭去找這個風險投資人再重開一張支票得冒投資人改變投資意願的風險，不如乾脆把公司的名字改為google算了。
在印度和巴基斯坦等幾個南亞國家的數字系統又不同了，從個、十、百到千，千是1後面3個0叫hazaar，然後卻是2個0一跳，1後面5個0叫lakh，7個0叫crore，9個0叫arab。中國人和美國人都會搞昏頭，印度小孩卻微微一笑說：「這可簡單，從小老師就是這樣教我們的。」
那麼對於極小的數字又該如何表示呢？在中國用分、厘、毫、絲、息、微為單位，一厘米就是百分之一米、一毫米就是千分之一米、一微米就是百萬分之一米，和西方的centimeter、millimeter、micrometer是一致的。不過在中國十億分之一也就是10-9的單位是塵，因此一米的十億分之一就是一塵米，然而我們現在依然照西方nanometer的音譯用「納米」來作單位。
發行面額100兆元的鈔票，單獨來看當然可以看成一椿搞笑的事件，但其實在2006年8月，葛諾博士以1,000對1的比例把原來的辛巴威元換成新的辛巴威元，而鈔票最高的面額為十萬元，也就是1後面5個0。一年半之後，最高面額跳到1後面7個0；再過半年之後，跳到1後面11個0；又過了半年，2009年11月跳到1後面14個0，那真是登峰造極之作了。
為什麼貨幣會貶值得如此嚴重呢？讓我們來瞭解整個事件的時空背景。辛巴威共和國位於非洲的南方，早在公元1000年左右，那個區域的原住民已經逐漸成群聚居，開始有文化和商業行為的發展、戰爭屠殺的發生，以及政治結構的形成，而且也對外和葡萄牙的遠航商人買賣交易。到了1880年代，英國殖民主義向非洲推進時，英國人羅德(Cecil Rhodes)靠著堅砲強兵來到這個區域占據土地，掠奪貴重金屬和其他礦物資源，控制當地的勞工苦力，逐漸建立一個白人移民占有優越地位和享有特權的殖民地。這個區域因為羅德的名字而被命名為「羅德西亞」(Rhodesia)，後來就成為今天的辛巴威共和國。
從1800年代起的差不多100年這一段時期，這個地區可以說是充滿了戰爭、混亂與苦難，殖民者對原住民的壓迫榨取、兩極化的社會階級的形成、原住民彼此之間的戰亂、殖民主義的高昂到二次大戰後的衰落，經過一連串變化，1963年英國在將這個地區劃分成三個殖民地區：南羅德西亞後來就獨立成為辛巴威共和國、北羅德西亞後來就成為今天的尚比亞共和國以及尼亞薩蘭，後來也獨立成為了馬拉威共和國。
南羅德西亞建國的過程也是走來一路艱辛。1965年，在總理史密斯(Ian Smith)領導下，由少數白人當政的政府，改名為羅德西亞，在沒有和英國協商獲得同意的情況下，單方逕自宣布獨立，因此被英國視為叛亂，並且要求聯合國對它做出經濟上的制裁。而且除了當時實行隔離政策的南非政府之外，南羅德西亞的獨立也沒有得到世界上其他國家的承諾。同時，國內的內戰接連發生，直到1980年經過一連串的協商，內戰終告結束，一個略具雛型的民主制度建立起來，國名改為辛巴威共和國，也正式被世界各國承認。
不過，政治的動盪、民眾的不滿、糧食的短缺、愛滋病的蔓延、嚴重旱災等帶來了嚴重經濟問題。其實在1980~90年代，辛巴威的經濟成長是穩定的，可是到了1999年以後，經濟開始迅速地走下坡，引發了極大幅度的通貨膨脹，這也就是葛諾博士印發面額100兆元鈔票的時代背景。
在小老百姓的日常生活裡，及整個社會的動態中，生活所需貨物和服務價格的波動，在實質上甚至在心理上都是一件嚴重的大事。在經濟學裡，物價的波動通常用消費者物價指數(Consumer Price Index)來量度，消費者物價指數的概念是相當簡單的，譬如以去年1月一臺斤的米價做為基數，那麼今年1月一臺斤的米價上升或者下降的百分比，就是米的消費者物價指數。總體的消費者物價指數是根據一籃子的貨物及服務來計算的，包括了：食、衣、住、行、醫療、娛樂等的費用加權，特別是對有固定收入的受薪階級和退休人士，消費者物價指數的上升等於購買力的降低，轉變為生活品質的降低，也就是「錢變得不值錢了」。
消費者物價指數上漲有許多因素，許多經濟學家都認為流通貨幣供應的增加是主要因素。此外，貨幣的匯率、銀行的利率以及其他其經濟財務政策，都會影響流通貨幣的供應，因為消費者物價指數增加與流通貨幣供應增加的密切關係，一般人往往就用「通貨膨脹」這個詞來表示消費者物價指數的增加了。
在極度複雜的經濟大環境裡，政府浮濫地發行鈔票，自然會帶來物價上漲、人心不安及社會的動盪。浮濫發行鈔票走到了極端，甚至會為了節省印鈔票成本，而輕易地增加鈔票的面額：在1後面加上14個0，這就是葛諾博士的大手筆，這鈔票在黑市兌換的價格僅是30美元左右。
在2003年，辛巴威的通貨膨脹率還只是32%，到了2008年官方估計已高達11,200,000%，甚至有更驚人的估計顯示231,000,000%，甚至更高。在當時，最誇張的說法是物價每隔1.3天就會增加一倍。
1923年在德國、1946年在匈牙利，也都經歷過極度的通貨膨脹。匈牙利是目前最高紀錄的保持者，曾經發行面額是1後面有20個0的鈔票，物價每隔15小時就會增加一倍。然而許多經濟學家認為，輕度的通貨膨脹對經濟整體發展是有正面效應的，1981年的諾貝爾經濟獎得主托賓(James Tobin)就曾經指出，輕度的通貨膨脹會刺激、提升投資行為，增加經濟的動力，簡單地說，大家會把錢拿去投資，而不是呆放在銀行裡。