為了製造出更小的電子設備，消費性電子廠商正不斷提高記憶晶片或硬碟資料儲存的能力，這種趨勢使得大型主機縮小為桌上型電腦，再縮小為筆記型電腦，甚至成為可以隨身攜帶的裝置。最近10年來，微晶片的中央處理器依循著電子元件著名的摩爾定律，運作效能提升了30倍之多，然而廣為使用的儲存裝置——硬碟，在同樣的時間內，平均效能僅僅提升了1.3倍。其中主要的原因在於，硬碟讀寫頭的設計是藉由機械式的懸臂搭配旋轉磁碟片而運作，而這類機械式的操作，限制了整體系統的微型化發展，並使得功率無法有效降低。

在2004年，IBM的科學家發明了一種儲存容量可比擬硬碟、位元運作速度快達奈秒等級的記憶體晶片，稱為磁性賽道記憶體，並於《自然》發表了這項重要的研究成果。如果賽道記憶體被成功證明可行的話，未來電腦系統將只剩下這一種通用的記憶體，可滿足高容量位元儲存需求，並與中央處理單元高速溝通。

這種通用型的記憶體，操作速度比快閃記憶體（FLASH）快上10萬倍，不輸給高性能的靜態隨機存取記憶體（SRAM）或動態隨機存取記憶體（DRAM）；儲存容量將遠大於目前頗為流行的MP3播放隨身碟，而且只需要其1/50的電力，在斷電之後，還具有與快閃記憶體相同的非揮發性記憶特性，因此可讓小型系統即時開機。相較於硬碟，兩者最大的差別在於磁性賽道記憶體完全是由固態半導體材料製成，不但可與互補式金氧半電晶體（CMOS）的製程相容，使製作流程簡單並一貫化，而且去除了懸臂等機械式的運作設計，使耐震指數遠優於硬碟，大幅提升了可靠度，讓「記憶體硬碟晶片」（disk drive on a chip）不再遙不可及，可望取代傳統硬碟。

以電子流推動磁區壁
我們仔細觀察這個新穎的磁性賽道記憶體與傳統的硬碟元件，以運作原理來說，這兩種資料儲存裝置在功能上有許多相似之處（請參見右方〈新舊概念比一比〉）。在硬碟方面，為了增加儲存的位元密度，磁...詳全文]]> 很多人都搭過飛機，一旦上了天空，人體處在低壓環境中，身體可能會產生如缺氧、脹氣、耳鳴等反應，如何才能改善或避免這些症狀？

很多人在搭飛機時都曾有過脹氣或耳鳴等反應，這些症狀總是不知不覺地到來，其實它們都與高空中壓力的變化有關。人類開始意識到氣壓變化會帶來許多生理毛病，是19世紀中葉時，發生數起熱氣球飛行員缺氧死亡案例後，科學家才有系統的研究高空生理問題。

目前大型民航機的飛行高度往往超過10000公尺，此時外界壓力會降至0.25大氣壓力以下，如果客艙不加壓，人體將會呼吸困難而造成缺氧。大多數的人在海拔3000公尺處會感到呼吸困難，而患有胸腔疾病或是長期大量吸菸者可能在未達此高度就呼吸困難，因此，飛機上的客艙壓力調節裝置會使客艙壓力維持在相當於海拔1500~2400公尺的範圍。

高空氣體膨脹效應
根據波以爾定律（Boyle’s Law），定溫下，氣體的體積與壓力成反比。而人體內如消化道等中空的器官內存有氣體，當飛行高度上升時，氣體體積就會增大，使身體感到不適；如果起飛前剛好喝了碳酸飲料，這些飲料中釋出的二氧化碳將會充斥在消化道中，造成脹氣。因此搭飛機前應多留意飲食，不宜喝碳酸飲料，也應避免嚼食口香糖或吃得太快，而吞進較多空氣。

壓力變化也會造成耳朵不舒服，中耳與外耳之間有一耳膜，由於中耳內部壓力不易與大氣壓力迅速平衡，當兩邊壓力不相等時，耳膜會向壓力小的一邊凸出，特別是下降過程比爬升時明顯。飛機爬升時，外界氣壓減小，中耳來不及調整，內部壓力會大於外界的壓力，不過中耳內部氣體可經由鼻腔排出，使耳膜的內外壓力達成平衡，因此不容易造成疼痛；但下降時，特別在4500公尺以下，因壓力變化較大，外耳壓力會很快大於中耳內部壓力，因此耳膜會向內凸出，造成疼痛，感冒的人症狀尤其明顯。

要克服耳膜疼痛的症狀，可以嚼食口香糖，藉由咬合的動作讓頭顱內的腔室間壓力達到平衡，也可以用「閉口、捏鼻、鼓氣」三合一的Valsalva動作減輕疼痛。Valsalva與擤鼻涕動作很像，即嘴巴緊閉，用手將鼻孔捏住，然後用力呼吸，強迫體內氣體從耳咽管進入中耳，即能使中耳、外耳壓力平衡。

高空減壓病
氣壓的變化也會影響氣體在液體中的溶解度，根據亨利定律（Henry&rsqu...詳全文]]> 史上唯一曾經造訪月球的地質學家現身說法，提供自身的經驗給未來造訪火星的太空人，並提出前進火星可能面臨的艱難挑戰。

重點提要
■40年前阿波羅探月計畫開始執行時，主要著眼點其實不在科學，但科學界卻獲益良多——太空人採集月球樣本、取得測量數據，縮小了月球起源的可能假設範圍，並且提供了觀測其他行星的對照組。
■本文作者參與了1972年12月阿波羅17號最後一次月球航行，成為史上唯一造訪過月球的地質學家。他在文中提到，探索月球和在地球上進行地質工作相當類似。他學會了在腦海中排除隕石撞擊所造成的影響，看出下方的岩石種類。不過，在外星環境中不容易判斷距離，僵硬的太空衣手套也影響了動作的靈活度。
■在火星任務中，也會遭遇類似的問題。

40年前的7月，月球表面首度出現生物。40年後，火星會不會同樣出現生物？美國總統歐巴馬重申前任總統於2004年提出的太空航行遠大目標：太空梭將於2010年除役，美國將開發新一代的戰神火箭，於2020年重返月球，接下來可能在2030年代中期繼續前進火星（請參閱2007年11月號〈奔向月球那一天〉），這項計畫稱為「星座計畫」。

就目前而言，美國政策制訂者比較關心的其實不是火星，而是最後一次太空梭升空到戰神火箭首次飛行之間的空檔，因為在這段時間內，美國如果想將太空人載運到太空站，就必須依靠俄羅斯或私人企業。這段空檔時間原本預估為兩年，現在已經延長為六年，今年5月，歐巴馬執政團隊宣佈，將請經驗豐富的航太專家奧古斯丁（Norman Augustine）主持一項計畫審查，設法讓太空計畫重新步上軌道。

儘管距離登陸火星的目標還相當遙遠，美國航太總署（NASA）至少已經開始著手設計日後可以航行於行星間的太空船，規劃人員的參考依據，就是本文作者施密特在文中提到的相關經驗。

比科羅拉多河大峽谷兩側更高的山峰，矗立在細長狹窄的陶拉斯–利特羅峽谷上方；比地球上任何地方所見更加明亮的太陽，照亮了隕石坑底部和陡峭的山坡，與黑漆漆的天空形成強烈對比。1972年，我和同組人員賽南（Gene Cernan）在為期三天的任務中，造訪了這座有將近40億年歷史的山谷，探索了山谷中年代略晚一點的火成岩和火山灰，阿波羅太空計畫就此劃...詳全文]]> 家貓的祖先是誰？牠們何時走進人類家庭？最新的遺傳學研究與考古發現，顛覆了我們以往的猜想。

重點提要
■家貓跟其他家禽家畜不一樣，對人類的存續沒有什麼重大貢獻。研究人員納悶，到底貓是如何，又為什麼會跑來和人類一起生活？

■專家一直以為最早馴養貓的是埃及人，時間約在3600年前。
■但最近在遺傳學與考古學方面的新發現指出，貓的馴化可能發生在一萬年前的肥沃月彎，也就是在農業開始發展的時候。
■這些發現指出，貓會開始待在人類附近，是因為牠們可以捕捉在人類聚落出沒的老鼠，並尋找人類的殘羹剩餚。

時而冷漠、時而熱情，時而穩重、時而兇猛，時而惹人憐愛、時而又令人火大。家貓的性格儘管善變，卻是最受歡迎的寵物，三分之一的美國家庭中有貓科成員，全世界有超過六億隻貓與人類生活在一起。雖然我們很熟悉這種動物，但是對於牠們的起源，卻尚未全盤了解。相對於其他原本野生的動物因為產乳、肉、毛或提供奴役勞力而被人類馴養，貓對人類的生計或勞動力需求等，根本可說是毫無貢獻。那麼，貓究竟為什麼會成為我們住家裡常見的固定成員？

長久以來，學者都相信最早把貓當寵物的是古埃及人，時間約始於3600年前。但過去五年來，在遺傳學與考古方面的發現，修正了這種推測，而對於家貓的身世、牠們和人類的關係如何演化，也有了嶄新的理解。

家貓搖籃
要解開家貓的起源地，是一項大挑戰，原因有好幾個。雖然有些研究人員猜測，所有家貓的變種都源自單一物種，也就是野貓（Felis silvestris），但他們也無法確定。再者，野貓這個物種並不僅僅局限在地球的某一個小角落，其族群生活在舊世界的各個地方──從蘇格蘭到南非，從西班牙到蒙古。一直到最近，科學家都還無法明確界定究竟是哪一個野貓族群衍生出馴貓，也就是我們所說的家貓（Felis catus）。的確，在埃及起源假說之外，有些學者甚至提出，貓的馴化發生在幾個不同地點，各自繁衍出不同品種。讓問題更加複雜的是，這些野貓族群的成員彼此難以區分，而牠們和有著鯖魚虎斑花紋的流浪家貓也難以區分，因為牠們都有一樣的彎曲條紋毛色，又可隨意雜交，更進一步模糊了族群的界線。

重點提要
■開採磷礦來製造肥料，等於以地質循環補充速度的三倍來消耗這種礦物。在數十年內，美國會消耗掉所有本土可開採的磷礦資源，而其他磷礦豐富的國家並不多，這些礦藏也可能在一世紀內開採完畢。

■水裡的磷含量太高會造成藻華，消耗魚類所需要的氧氣，形成「死區」。
■降低土壤侵蝕，並回收農地廢棄物、人類排泄物裡的磷，才可使糧食生產永續發展，並防止藻華。

生命的化學也許很複雜，但是讓植物生長茂盛的條件卻可以精簡成三個數字：19-12-5，這是氮、磷、鉀的比例，清楚印在每包肥料的包裝袋上。這三種養份提高了農作物的產量，20世紀的世界人口因此成長了六倍以上，但它們的來源是什麼？我們可從空氣中得到氮，卻必須從土地開採磷和鉀。全世界的鉀存量足以再使用幾個世紀，但磷就完全不同了，全球易於開採的磷礦，在本世紀結束前會慢慢枯竭，屆時人口數量可能也將達到高峰，有些人甚至認為，地球根本無法永續負擔這麼多的人口。

況且，問題發生的速度可能更快。正如2008年的油價波動一樣，市場在資源尚未耗盡前就會吃緊，更令人擔憂的是，磷礦資源的分佈比原油還不平均。美國是全世界第二大磷礦生產國（僅次於中國），約佔全球總產量的19%，其中有65%全採自弗羅里達州坦帕市附近的礦坑，這裡的礦藏只夠再開採數十年。目前，全球的磷礦有將近40%蘊藏在摩洛哥，它的地位就像產原油的沙烏地阿拉伯一樣重要。雖然摩洛哥的政治穩定，跟美國的關係也很好，但從地緣戰略的角度來看，礦藏分佈不均仍是顆定時炸彈。

此外，肥料也給環境帶來負擔。現代的農業耕作方式讓土壤裡的磷元素消耗速度增為自然速率的三倍，過量的逕流排入水道以後，滋養水中的藻類而造成難以控制的藻華（algae bloom），水中生態系因此惡化。磷向來不像碳、氮等其他元素一樣受到注意，但它確實是當代重要的永續議題之一。

地球也像一艘太空船
我在1990年代中期開始對磷感到興趣，當時我參與了一項美國航太總署（NASA）的計畫，研究如何在太空種植食物。設計這種系統時...詳全文]]> 10年前夏日的午後，我和幾位大娘包餃子、說故事，她們遠從山東和河北來，在雲南的晉寧磷礦廠已工作快30年了。窗外陽光明豔，陣陣淡甜的煤煙混著韭菜肉香，大娘們說笑優雅又風趣，我當然訝異、也享受在那僻遠山區裡的文化底蘊。中國西南的磷礦業曾經火紅，吸引來各省菁英的投效。然而隨著國際磷價下滑，大型的國營磷礦廠紛紛關閉，晉寧廠下崗了3000餘員工，也才有那個悠閒的午後聚會。當時我們在貴州的瓮安磷礦裡，找到了已知最古老的動物化石，就頻繁造訪雲貴各地的磷礦，期待更多的發現，也見證了那集體歇業的蕭條。

然而世事多變，從去年起磷價竟然沖天拔升，磷成了搶手貨，還關係著人類糧食的未來，在這期《科學人》裡的〈磷礦耗竭的危機〉對這新時事有深入的報導。磷是地球生命的核心元素，DNA、ATP、細胞膜、骨骼和牙齒都有它，作物的栽培和禽畜的飼育均需補充大量的磷。人類從150年前開始挖礦採磷，又用魚粉拌飼料，因之農牧大增產，造成今天的人丁興旺，但當礦山挖盡和漁產枯竭時，這才驚覺磷竟然也是資源永續的嚴峻挑戰。

晉寧曾出過大人物，鄭和就是晉寧人，他在600年前七下西洋，是當時人類最偉大的冒險旅程。最近我到馬來西亞，在麻六甲吃娘惹菜，娘惹是鄭和部屬與馬來人合婚的後代，這是會永被傳頌的故事。不過說到人類冒險，最重要的里程碑非40年前阿姆斯壯登陸月球莫屬，當時我是台中一中的高一生，在澎湖的外婆家過暑假，至今忘不了眾人齊聚電視機前，看登月轉播的亢奮。時值40週年，《科學人》當然要緬懷那榮耀，推出了回顧與前瞻的兩篇文章〈從地球，到月球〉和〈從月球到火星〉。

美國人準備在10年後重返月球建基地，20年後登陸火星；而中國人也要在20年後載人登月，40年後登陸火星。月球和火星的土壤、岩石裡都有豐富的磷，地球生命若移居於此，必要的話可以就地取材。只是若火星上有獨立演化出來的生命，它們就不必然需要磷了。我好羨慕年輕的下一代，你們很可能在有生之年與外星生命接觸，〈探尋火星生命〉一文是該先預習的功課。
【本文轉載自科學人2009年第89期7月號】