新知 物理

  • 模擬巨石陣中的聲音

    在冬至時,人群通常會聚集在巨石陣(Stonehenge)(1)觀賞最高的三石坊(trilithon)立柱間的日落,這慣例從我們古老祖先在西元前約2500年豎立薩爾森石(sarsen stones)就開始了。但巨石陣除了觀察它在至點(冬至、夏至)時與日出、日落的排列外,還有更多:當人們為了儀式聚集在一起,他們演說並且演奏音樂――透過石頭反射而放大與改變的聲音。為了全盤了解巨石陣,遊客需要看它外觀以外的東西,包括現場挖掘出來的考古文物,來定量石碑的聲學如何改變它的聲音,以及這些石頭史前的幾何形狀如何可能影響那裡發生的事。

  • 黏彈性流體的無殘留分離法

    流體的彈性性質,是讓旋轉的噴嘴能夠快速且完全注出流體的原因所在

  • 照亮在深海中凝膠狀的生命

    許多透明的動物依靠著由它們自身的黏液所搭建的結構生存。研究人員正使用配有雷射的機器人,來研究水下深處的這些生物。

  • 量測物體表面酸鹼度的顯微鏡

    原子和分子——組成我們周圍一切事物的無形成分——隨著它們的大小及數量的增加而快速地變得複雜。一個僅由兩個原子所組成的分子可能在多種旋轉、振動和電子組態中的任何一種,每種組態在化學反應中可能具有不同的表現。藉由雷射及分子束,物理化學家可以獨立製備和量測多種不同的組態,進而精細地剖析氣相分子的反應動力學。

  • 還記得兒時街邊的愛玉冰嗎? 清涼解暑愛玉背後的複雜膠化物理學

    夏季焰陽下街邊攤販隨處可見販售台灣特有的檸檬愛玉冰。這個涼品的主角-愛玉凍含水量超過 95%,且蘊含愛玉子的香氣、天然取材、高纖低熱量等特質。然而在健康飲食當道之下,為什麼愛玉凍卻沒有如全球馳名的珍珠奶茶跨出台灣呢?主要瓶頸是在愛玉凍的膠凝現象(Gelation)。

  • 2021 年諾貝爾物理學獎

    2021諾貝爾物理獎雖然分為兩部分,但有一個共同的主題,那就是無序和波動。
    Parisi教授所研究的自旋玻璃系統與全球氣候之間到底有什麼關係?

  • 快訊!2021諾貝爾物理獎獎落誰家?

    2021年10月5日瑞典皇家科學院決定將2020年諾貝爾物理學獎頒予三位科學家,由於他們研究對於我們在複雜物理系統的理解有開創性的貢獻。
    其中一半獎項共同頒予真鍋淑郎(Syukuro Manabe, 普林斯頓大學)與克勞斯·哈塞爾曼(Klaus Hasselmann, 馬克思普朗克氣象研究所),由於模擬地球氣候,量化變化性與可靠的預測全球暖化。

  • 我們在車內呼吸的空氣

    在您的日常通勤中,潛藏著疾病傳播的複雜流體動力學途徑。您所乘坐及開窗的位置可能會增加或是降低空氣傳播感染的風險。
    在您閱讀這句話時所進行的那一次呼吸中,您吸入的空氣曾經穿過所有前人的肺部。這項事實提醒了我們流體驚人的能力:空氣可以傳播和擴散其所攜帶的顆粒。在COVID-19疫情盛行的期間,我們都意識到了該疾病透過空氣傳播的可能性。儘管如此,若我們處在通風良好的戶外環境中,在社交活動時所交換的空氣膠或是空氣中的顆粒數量相對是較少的。

  • 一種青蛙找到了雞尾酒派對問題的解決方案

    樹蛙肺部的機制可幫助牠們在自己物種的呼喚聲中,過濾掉環境中的噪音以及來自其他兩棲動物的聲音

  • 威士忌之網:波本威士忌(Bourbon)的蒸發指紋

    用水稀釋過的美國威士忌小液滴蒸發後,會留下自組的網狀圖案,這在蘇格蘭威士忌或白蘭地中是發現不到的。

  • 斷裂之際,與裂縫相距遙遠的分子也遭波及

    只要你曾用一根細針刺氣球,那你應該知道會發生什麼事:原本細小的破口迅速成長為一個或多個裂縫,擴散遍及整個氣球表面。

  • 角度無關的結構色指南

    說到在麻薩諸塞州常見的藍樫鳥( Blue Jay,又名冠藍鴉),牠身上的藍是比較像大海還是更近似於藍天?在海洋裡,紅光會被吸收,而藍光則是被散射出來到我們的眼中;在天空裡,大氣中的藍光會比紅光散射地多,這是一項被稱為「瑞立散射」(Rayleigh scattering)的過程。根據史丹·泰基拉(Stan Tekiela)的眾多野生指南,藍樫鳥既不像海洋也不似天空。「羽毛裡少了藍色的元素,」史丹·泰基拉說,「而折射的陽光會散射出藍色的光。」

  • 閃耀奈米鑽石製成細胞內溫度計

    利用「氮 - 空缺中心」(Nitrogen-vacancy centers)的電子自旋,並仔細追蹤其中心,研究人員可量測到小至0.22°C的溫度變化。當鑽石形成,偶爾會有氮原子搶走了在鑽石晶格中,空碳位旁的碳原子位置。研究人員稱這類的雜質為「氮-空缺中心」(Nitrogen-vacancy centers, NV),且通常他們會故意將這類的雜質添加到鑽石晶格中以應用在各方面的技術,例如:作為量子資訊技術的一部分,或是作為微小的生物感測器。

  • 私人部門加速發展量子電腦

    在量子電腦的研究剛起步之際,懷疑與批評對相關的研究人員是家常便飯。二十年前,理論物理學家Susan Coppersmith(現任職於澳洲新南威爾斯大學)就曾被名聲顯赫的物理學家告誡:不要再浪費時間,量子電腦的錯誤修正太過困難,絕對不會成功。不過,研究上的實質進展,已經讓人們的態度有所轉變。

  • 機械外力促使浮游植物散發萬丈光芒

    英國博物學家亨利·貝克(Henry Baker)在1753年發現了會散發磷光而「使海洋燃燒」的生物,例如圖1所示在台灣沿海散發的光芒,這項發現讓航海探險家深深著迷了幾個世紀。貝克的精湛顯微鏡技術讓他可以辨認出一種「發光的單細胞生物」──夜光藻(Noctiluca scintillans) ──在受到船首或船槳等擾動時會發冷光。與生活在海洋或是淡水環境中的夜光藻、鞭毛藻,以及其他細菌發光的生化過程相關的研究發展得非常迅速。但最後觸發生物體發光的機制是什麼?在1920年,美國動物學家E.牛頓·哈維(E. Newton Harvey)評論道:「這個問題必須仰賴物理學家出面解決。」

  • 外太空從哪裡開始?

    外太空從哪裡開始?要飛的多高才能算是一位太空人?

  • 大西洋裡的無脊椎動物走錯了方向

    為什麼隨著海洋變暖,海底動物會遷移到更熱的水域?

  • 基因「剪刀」:一個可以編寫生命密碼的工具

    名為CRISPR-Cas9的基因編輯器是一項具有驚人潛力的意外發現。一開始,艾曼紐·夏彭蒂耶與珍妮弗·道德納認為可以開發出新的抗生素,而對鏈球菌屬(Streptococcus)的免疫系統進行研究。但最後她們卻發現這項可以精準剪裁基因的分子工具,使科學家能更簡便地改變生命密碼。

  • 奈米繪畫技術

    荷蘭藝術家Johannes Vermeer在1665年左右創作了「戴珍珠耳環的少女」這幅畫。在創作的過程中,Vermeer選用了含有白堊,赭石,木炭等成分的顏料。透過吸收特定的色光,這些顏料成分得以呈現他們獨特的顏色。不過,要產生顏色也可以藉由經過微觀處理的特殊表面,來散射特定色光。研究人員在過去已經製造出種類多樣的超表面(metasurface),能夠呈現出各式顏色。現在,南京大學的Pengcheng Huo, Yanqing Lu, Ting Xu等人打造的超表面已經能夠散射出所有可見的顏色,同時調整其亮度。

  • AI 時代點石成金: 3D列印的物理冶金與循環材料潛力

    自 2016 年的轉捩點:AlphaGo 以四勝一負打敗韓國棋王李世乭的人機世紀對決之後,人工智慧的熱潮似乎也只能再由人工智慧 (Artificial Intelligence:AI) 來超越,例如:完全由深度學習訓練出不用參照人類歷史、累積歷代棋譜,新一代人工智慧的AlphaGo Zero 以一百勝零負打敗前一代贏過李世乭的 AlphaGo。

  • 2020年諾貝爾物理學獎

    2020年10月6日瑞典皇家科學院決定將2020年諾貝爾物理學獎的一半授予羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)英國牛津大學"因為發現黑洞的形成是廣義相對論的牢靠預測"。並且將另一半共同授予賴因哈德·根策爾(Reinhard Genzel)德國馬克斯-普朗克地外物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany)、美國加州大學柏克萊分校(The University of California, Berkeley, USA) 和安德烈婭·吉茲(Andrea Ghez) 加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles, USA)"
    「因為在我們的銀河系中心,發現一個超大質量的緊緻天體。」

  • 雷射光譜學:研究π介子的新方法

    目前最頂尖的原子鐘利用原子共振的頻率來測量時間,其不準度大約只有10^-18。也就是說,如果讓這座時鐘從宇宙誕生就開始運轉,到現在累積的誤差也不會超過一秒鐘。原子鐘能有如此驚人的精準度,得歸功於雷射光譜學。

  • 實驗室等級的可攜式原子鐘

    愛因斯坦的廣義相對論宣稱重力會將時間通道變慢,所以在海平面的鐘走得會比山頂的鐘還慢。這個理論也可以預測這兩者之間的差異,也就是大家熟知的重力紅位移。不過要完整地描述這宇宙 ー 例如可以將重力與其他基本力統一起來的理論 ー 可能還是需要多少修正一下將愛因斯坦的理論。理論的預測如果被精準地測量可以發現實際與預測值的差異且有利於找出哪些修正是需要或不需要的。

  • 單原子熱機

    熱機的功率和工作物質的粒子數量呈現比例關係,即使在單原子尺度也是如此。

  • 最速泳者的秘密:鯊魚表皮如何對抗阻力

    藉由翻起身上的鱗片,鯊魚能夠抑制身旁的尾流中形成渦流,減少游動時的阻力。

  • SIR!我們用南部力學模擬傳染病吧!

    也就是說,即使一種傳染性不強的病,32 個患病周期就能感染全人類嗎? 〝才不會。〞

  • 看破一切的兆赫波鬼影成像

    兆赫波是頻率介於0.3到3兆赫茲的電磁波。從頻譜上來看,位於微波和紅外線之間。兆赫波就像X光一樣,可以輕鬆穿透一般物體;不過因為它頻率和能量都比較小,因此不會對生物組織造成危害,可以用於人體和其他脆弱的生物體樣本。

  • 量子運算:纏結態與閘傳送

    纏結的信使粒子幫助離子位元進行遠距離的閘運算

  • 量子電腦新材料:具有非典型超導體p波對稱性的多晶織構薄膜

    p波超導體的另一重要科學隱喻是具有Majorana費米子(粒子亦為自身反粒子)的拓樸超導體(topological superconductor),此類費米子必須構築於p波超導體的前提之上。或許,在可見的將來,因b-Bi2Pd非典型超導的發現不但催生出量子電腦,乃至更下世代的拓樸量子電腦雛形。

  • 2019 諾貝爾物理獎:瞭解宇宙演化及地球在宇宙中地位的貢獻

    2019年諾貝爾物理獎頒發給吉姆·皮布爾斯 (James Peebles)、米歇爾·麥耶 (Michel Mayor) 及迪迪埃·奎洛茲 (Didier Queloz) 以讚揚他們在宇宙學上的貢獻。