新知 物理

  • 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?

  • 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。

  • 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。

  • 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

  • 冥王星:「Error 404–找不到古柏帶天體碰撞」

    透過重力的知識來建立模型,天文學家相當了解直徑數十公里的天體如何組成直徑數千公里的行星並演化成今天的太陽系。但星際氣體和塵埃之間的重力小得可憐,它們到底如何組成直徑數十公里的天體呢?這是讓天文學家們頭痛已久的問題

  • 氙元素的同位素訴說了地幔裡揮發性再循環的故事

    現今的地幔(地函)將來自地殼與地表的揮發性物質再加工。但是在過去的幾十億年裡卻不是這麼回事。

  • 元素的起源︰從地水火風到B2FH

    「這世界是由什麼組成的?」這問題從古代就一直縈繞於人類的心。而古人猜想宇宙由四種或五種元素組成,這些元素可能是「地、水、火、風」,也可能是「金、木、水、火、土」

  • 利用PCM重新定義離地球最近行星

    一提到距離地球最近的行星,你會想到誰呢?大部分的人會很直覺地回答:「金星。」從中學起,或是更早,「水金地火木土天海」的太陽系行星排列口訣早已深植我們的心,但近來有科學家經過模擬發現,平均而言,距離地球最近的行星竟是水星。

  • 第三代重力波探測器︰讓重力波參一腳進宇宙學吧!

    重力波的加入始於3年前的2015年9月14日,當天歐美兩地宣佈偵測到重力波,成為全球一時佳話。其後的2017 年 8 月 17 日,兩顆中子星結合時發出的重力波亦成功被偵測。

  • 惱人的滴水聲

    不管是沒拴緊的水龍頭滴水到水槽中或是下雨時的雨滴落入湖裡,這種小水滴落入水攤裡所產生的特殊、但也很擾人清夢的滴答聲早在一個世紀前就已經引起科學家的好奇心了。而在1989年休·龐芙瑞 ( Hugh Pumphrey ) 和他的合作團隊指出這種聲音的來源是由水滴撞擊時,水面上的空氣被擠到水面下而造成的振盪氣泡 ( pulsating air bubble ) 所產生,但是一直到最近才終於清楚知道這些氣泡是如何產生這種人耳聽到的滴答聲。本文中描述的研究是進一步透過一些當年龐芙瑞沒有的儀器,來瞭解水滴是如何產生這種特有的聲音。

  • 原來,南極洲並未與世隔絕

    南極的生命非常地與眾不同:除了我們熟知的企鵝、海豹和其他大型動物之外,這片地球上最南端的陸地和水域也孕育了特有的苔蘚、地衣、水藻、魚類和無脊椎動物社群。這裡的生態系統可以說從18,000年前的末次冰盛期(Last Glacial Maximum)結束後幾乎就與世界脫鉤了。

  • SI制單位的嶄新面貌

    在21世紀的今天,常用的質量單位(公斤)是以存放於法國巴黎的鉑銥合金標準原器所定義,但以此類人造原器做為基本單位的定義會有許多缺點(例如:現任鉑銥合金與其複製品因不明原因以每年0.5微克的誤差逐年增加,而今誤差以累積至50微克,使一公斤的標準逐年變動)。因此有必要以新的方式定義基本單位,而新的SI制單位必須滿足不隨時間而變化的特性,方能做為科學上精準量測的依據。

  • 手機過熱的救星—創紀錄的高熱導晶體

    當你已經連續玩了四個小時的手機遊戲,可能會感覺到手機開始發燙,此時該考慮讓手機休息一下了,因為過熱會損毀內部的線路,造成整體工作性能降低,對於用電效率和裝置壽命是有害無益。各種手機和平板裝置持續追求輕薄,不過越小的電子元件,它的電阻會越大。如何讓裝置有效散熱已經成為科技產業的一大挑戰。

  • 在亂流中出生的恆星

    恆星從氣體雲誕生的機制至今是個難解的謎;不過,這神秘的面紗一旦被揭開,瞭解形成行星、星系甚至宇宙的奧秘也就不遠了。

  • 大氣的季節性標示了外行星存有生命

    基廷(Charles Keeling)近期在美國夏威夷茂納羅亞火山(Mauna Loa, Hawaii)山頂上對二氧化碳所做的量測發現,這種溫室氣體的濃度自從1950年晚期之後數量上增加了30%,而在變化的趨勢上,他們也記錄到了,隨著北半球的樹木和其他植物從開花、繁茂到落葉、冬眠的過程,顯現出的一個波浪狀的季節變化曲線。如果有一個外行星能夠容身生命,而且如果它的轉軸也是傾斜的,那麼它的大氣組成也應該會隨著季節有所變化。那樣子的變化有可能經由遠距光譜法而被偵測得到?

  • 拯救名畫大作戰︰膠帶撕不掉?把它溶掉吧!

    翹首以待已久的你終於收到2018年4月號的《物理雙月刊》了,你把它放了在桌上,打算待會回來再看,這時,你赫然發現你媽要把它拿了來墊鍋子!

  • 正子與電子的龜兔賽跑:正子激發磷光強度遠勝電子

    不過引發陰極發光並不是電子的專利。電子的反物質—正子,也有同樣的效果。在德國普朗克離子物理研究所的Eve Stenson和她的團隊,在最新的研究報告中比較同樣能量的電子與正子造成的磷光強度。實驗證實,正子能夠激發更亮眼的發光效應。

  • 超臨界的過冷水

    X射線散射實驗―通往水那難以捉摸的第二臨界點之路!一個25年前的理論預測了液態水在非常過冷的狀態下也有兩種截然不同的相結構。雖然實驗上已經找到這個兩種液態相存在的可能證據,但是從未直接觀測到相變的現象。

  • 地震?光纖報給你知

    他們將一條四公里長的光纖電纜淺淺地埋在地下20公分處。為了做比較,他們也在同樣的地方埋入地震儀。在一次芮氏強度3.8的地震發生後,他們將光纖上的壓力改變率轉換成地面的加速度後發現和地震儀顯示的強度和相位有非常強的相關性。

  • 一種用噴的材料能夠翻新牆壁而在地震時拯救生命

    添加水泥基底材料層能將建築物非結構部分的砌石牆(masonry walls)變得可彎曲而避免破裂

  • 烏賊球狀水晶體中的漸進式折射率是怎麼變出來的

    “凝膠化(Gelation)維持了頭足類動物眼睛裡的蛋白質密度的變化梯度,這防止了這些動物的眼睛產生像差。”