在夜空中無數的眾星靜靜地掛在天上，隨著地球運轉畫出週而復始的規律軌道，看起來彷如萬古不變。這些星體大多已存在超過億萬年，讓人類的壽命和歷史相形見絀。但現代天文學利用先進的望遠鏡們進行涵蓋整個電磁波頻譜的觀測後，發現到宇宙其實相當熱鬧，像有大大小小不間斷的煙火般，有許多在人類可感知的時間幅度、從數年、數天、到轉瞬之間發生變化的天體現象，稱為瞬變(transient)天體。當中有些瞬變事件爆發短暫而劇烈，讓我們得以發現宇宙最奇異且高能的天體存在。例如大質量恆星在生命結尾耗盡核融合燃料時塌縮造成的超新星爆炸，它的亮度可以超過擁有千億顆恆星的星系，爆炸的核反應過程是宇宙各種貴重金屬的主要來源。 1960年代發現了會規律發射無線電波脈衝的脈衝星(pulsar)，並了解它們是高速旋轉、由中子組成的緻密天體──中子星。另外有些X射線瞬變現象提供黑洞存在並撕裂和吸積周遭恆星和雲氣的證據，讓原本只存在於廣義相對論的理論中、即使光線也無法逃離的黑洞成為真實。觀測這些瞬變天體，不僅加深我們對宇宙和星體演化的認識，它們擁有的極端物理條件，如超高溫度、密度、強磁場、強重力，也可以試驗我們所了解的物理定律，擴展了人類對物質的認知與想像。

當我們在沒有光害的的夜晚仰望天空，除了滿天星斗之外，映入眼簾的還有一條橫跨天際的銀帶，我們稱之為銀河。自古以來，人類就對這片璀璨的星海充滿好奇。古代的觀星者將銀河視為神話中的天河，承載著無數傳說與故事。而隨著科學的進步，我們逐漸揭開了銀河的神秘面紗，發現它其實是一個龐大的星系——我們現在稱之為銀河系。這個星系包含了數千億顆恆星，其中包括我們的太陽。
星系，顧名思義，就是由眾多恆星形成的系統。星系是在廣袤宇宙中的一座座小島。物質在此聚積、反應。氣體在此形成恆星，開始發光發熱。這些能量的輸出反過來影響宇宙的演化。一個星系裡由數百萬至數千億顆恆星，大量的氣體、星際塵埃、暗物質、以及在星系中心的超大質量黑洞組成。所有這些物質都受到引力的束縛而不會四處逸散。而我們的宇宙中，有著大大小小，特性各不同的數千億個星系。
如此巨大且複雜的系統，絕非憑空瞬間蹦出來的。天文學家利用各種望遠鏡和觀測技術，以及數值模擬計算，深入探索星系的結構、組成和動態，試圖了解星系如何形成及演化，同時揭示宇宙演化的全貌。這篇文章將簡要介紹何謂星系、我們目前對星系的認識、最新的研究進展，以及未來有望拓寬我們知識邊疆的探索。

封面圖片來源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:StreakingCamera.jpg什麼是光脈衝？什麼是阿秒？阿秒物理學是一門研究及利用阿秒（10-18秒）級別的光脈衝來觀察和控制原子及分子內部電子運動的科學。阿秒是一個非常短的時間單位，如果比較阿秒與一秒的差異，這會相當於一秒與宇宙年齡的比值。阿秒物理學的發展不僅是物理學和光學領域的一項重要進展，也為理解物質的微觀世界提供了新的視角和工具。如何產生短的光脈衝一直是雷射物理學家很重要的研究課題，這邊講的光脈衝指的是一光源只在一定的時間範圍內有光(如圖(一a))，而阿秒級別的光指的是有光的時間範圍在阿秒的時間尺度。這樣的光就像相機快門只在很短時間開啟以捕捉快速移動的物體一樣，短脈衝允許科學家觀察物質在極短時間尺度上的動態。這對於理解化學反應、分子電子運動等快速過程至關重要。光脈衝在研究光與物質交互作用及其物理機制和應用方面扮演著重要角色。例如，奈秒（10-9秒）或更長的光脈衝常用於探究與熱效應相關的物質交互作用，如材料加工和雷射切割。在這些過程中，光能被物質吸收並轉化為熱能。

隨著石化能源的枯竭，加上2026 年歐盟將開始徵收碳排放稅及達成2050 近零（碳）排放的目標，如風能、太陽能等的再生能源（Renewable Energy）越來越被重視。然而，風能及太陽能有能量密度低及可發電時段不穩定的問題，意即需要大範圍的面積才能有足夠的能量輸出。除此之外，能夠設立風力發電及太陽能發電的場域，受到風場、日照、季節等影響，是受限制或有較高不確定因素的發電方式。因此，建立一個可以穩定輸出、可控、能量密度高的發電方式，便顯得格外重要。

Ⅰ . 前言
這個夏天， 世界極不平靜。在臺灣七月底八月初的大雨造成不僅財務上的損失，更有不幸的傷亡。極端的高溫更是史上罕見，北京的水改道，就連夏威夷都有森林大火，極端氣候肆虐地球已經是新常態，這些異常的天氣也許都是人類自己造成的，姑且不論2050 零排碳是否能及時拯救地球，挽救人類免於環境惡化的災難。但做總比不做好，世界各國都朝這個方向努力。為了完成2050 零排碳的目標，各國把各種綠能推上檯面，例如：太陽能、地熱、風能，和傳統的核分裂電廠。核融合當然是一些科技先進國家的選項之一。筆者認為核融合是終極綠能，它應該在零排碳的計畫中擔任一定的角色，但是目前沒有商轉的核融合電廠。英國、中國和美國計劃在2040-2045 有小型的核融合發電廠，以加入零排碳的行列。所以2050 是核融合研發成果驗收的關鍵年；如果到時核融合無法參與零排碳的陣容，大規模的核融合研究大概也走到了盡頭。核融合的研發已經有將近一百年的歷史，從開始由一小群人在少數幾個國家內從事研究，到現在形成一股世界洪流，有成千上萬位科學家和工程師參與其中，橫跨數十個國家的研究人員努力地要完成核融合發電的目標。目前在所有的核融合裝置中離發電最近的是托克馬克（Tokamak），其他裝置的參數例如慣性（Inertial）核融合，仿星器（Stellarator）等，都比托克馬克落後一兩個數量級，所以第一代的核融合電廠最可能的是托克馬克電廠。第一代核融合電廠最有可能是用氘和氚做燃料，氘和氚是氫的同位素，這是因為相對於其他反應氘和氚融合反應的機率高，且所需溫度在20 keV 左右，是所有核融合反應中比較容易達成的。氚是有放射性的，它釋放出貝它粒子，氚的半衰期是12.33 年，因此氚是要小心處理的。

前言在這充滿挑戰與機遇的時刻，核融合成為了全球科學家、工程師和政策制定者高度關注的新興能源形式。核融合仿效太陽的能源產生過程，透過高壓力或高溫度將輕原子核融合成更重的原子核，同時釋放出巨大的能量。太陽本身以核融合反應，不斷持續能源產出，這一自然過程激發了科學家的好奇，引發了對如何模仿太陽以實現清潔、永續能源的深入探討。在這篇文章中，我們將介紹核融合的基本原理、其所帶來的優勢，以及實現核融合的挑戰和前景，同時探討核融合對解決當前能源和環境危機的潛在影響，以及如何改變未來的能源景觀。核融合研究不僅是一種科學追求，更是為了維護地球和後代子孫的生活環境所做的努力。

1. 晶格與倒易晶格
為了介紹超晶格（superlattice），我們得先從晶格（lattice）談起。晶格是介紹固態物理最常見的出發點，廣義來說是指一群點所形成的陣列，可以是有限大，也可以是無限延伸，可以是規則，也可以是不規則。當然，固態物理所關心的晶格，指的是無窮延伸且規則分布的點。對於某個晶格，假如可以找到一組原始向量（primitive vector），使得任一個晶格點的位置向量，都可由這組原始向量的整數倍疊合而成，且無一例外，那麼這個晶格就是個布拉菲晶格（Bravais lattice）。這個定義也可以換句話說成：假如有一組原始向量是 \(\textbf{a} {1},\textbf{a} {2},\textbf{a} {3}\)（當然，若是二維晶格，就只需要 \(\textbf{a} {1},\textbf{a} {2}\)），使得考慮 \(n {1},n {2},n {3}\) 之所有整數後便能讓晶格向量（lattice vector）
\(\textbf{L}=n {1}\textbf{a} {1}+n {2}\textbf{a} {2}+n {3}\textbf{a} {3}\)      (1)
無一例外地描述了某個晶格的每個晶格點，則該晶格為布拉菲晶格。以對稱性質來分類的話（這其實是個涉及群論的大工程），三維空間只有十四種布拉菲晶格，二維則只有五個。常聽到的體心立方（bcc）與面心立方（fcc），就是十四種三維布拉菲晶格當中的兩種，而近年熱門的二維材料石墨烯（graphene），就是五種二維布拉菲晶格當中的一種：六方晶格（hexagonal lattice）。

隨著科技的不斷發展，人們對於材料的需求越來越高，尤其是在新興領域的能源、電子、光電、生物等方面，對於高性能、低成本、綠色環保的材料需求日益增加。而二維材料作為新型材料的代表之一，已經引起了科學家和工程師的高度關注。筆者目前已研究二維材料相關元件（如圖一）超過十載之久[1]，以下從幾個觀點切入，引導讀者在輕鬆的閱讀過程中，能很快了解二維材料裡的奧秘。

前言：
在日常生活中，我們經常聽到「真空」這個名詞，它指的是一種沒有氣體或極低氣壓的環境， 在科學、工業和技術領域中扮演著重要的角色。真空技術的應用已遍布民生、工業以及軍火；舉凡用吸管喝飲料、吸塵器到蒸汽機， 從科學研究到半導體製造，從太空探索到高速列車的運行，都需要利用真空來實現。

最近在課堂上問學生:為什麼我們需要創造一個真空的環境?得到的回應琳瑯滿目,但卻不脫日常生活的應用,如真空吸盤、吸塵器、真空保鮮盒、真空保溫瓶 ...... 等等,果然生活經驗會大大決定大腦的思考範圍。
然而,我們知道真空的應用不僅止於此。若我們將真空的應用依所用到的真空特性來分類,大致可以有下列四種,相對於大氣環境,在真空中:
(1)氣體壓力比較低
(2)單位體積內的氣體粒子數目比較少
(3)氣體分子平均自由徑比較長
(4)物體表面吸附單層氣體分子的時間比較久

本篇短文試圖提供一些導出弱無序金屬的電導（conductance, \(G\)）和電導率（conductivity, \( \sigma \)）的物理圖像，不追求數學上的嚴謹推導。本文可作為〈安德森局域理論的起源〉一文的補充說明，應有助於讀者更容易掌握和深入理解無序系統的導電問題。

電子—原子核雙共振實驗顯示：施子電子的電荷和自旋都沒有擴散。你使盡方法拼命地跑，以便維持在同一位置。（Now here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place.）—19 世紀數學家Dodson 之言（引自安德森諾貝爾獎演講詞[1]）