熱血科學家的閒話加長（The Excited Scientists' Hot Tea）

2026年3月，美國新創公司 Eon System 發布了一段畫質很爛的影片——一隻果蠅在虛擬世界裡跑來跑去、舔香蕉、抖腳理毛。看起來平淡無奇，卻引爆了整個科學圈。因為這隻果蠅不是寫好規則的 NPC，而是擁有「真正大腦」的數位生命。 科學家把一隻果蠅的大腦切成薄片，用電子顯微鏡逐層掃描，重建出 14 萬顆神經元、5400 萬個突觸連結的完整腦神經網路（connectome），再把這張「線路圖」放進電腦模擬——這隻果蠅就這樣在虛擬世界裡動了起來。 這集我們從頭講起：什麼是數位孿生？果蠅的腦圖譜怎麼建的？Google 在裡面扮演什麼角色？這到底是「意識上傳」還是只是一張會動的電路圖？ （未完待續！下集繼續深入探討這項成就的極限與爭議。） #數位孿生 #大腦上傳 #意識上傳 #腦科學 -- Hosting provided by SoundOn

EP.303 腸道菌治百病？最新論文潑了一桶冷水！ 「腸道微生物群系（Gut Microbiome）」與「腸—腦軸心」（Gut-Brain Axis）是近年來生醫學界的大熱門。在許多媒體報導（包括本站）、學術論文中，我們可以常常看到這些講法：「腸道是我們的第二大腦」（甚至是「第一大腦」）、「腸道菌的失調不僅會讓你拉肚子，還可能是憂鬱症、帕金森氏症、自閉症」、甚至是「腸道菌治百病」（再往前一步，就變成「吃 治百病」了…）。 以自閉症而言，如果它源於腸道，那是不是喝喝特製的優格或進行便便移植（FMT，Fecal Microbiota Transplant）就能「治癒」了？如果真的是這樣，可說是一大福音！ 「腸道微生物群的某些特性會因果性地促成自閉症」這個說法起源於 2011 年，近年來逐漸受到重視，以「autism」（自閉症）、「microbiome」為關鍵字搜尋學術論文與研究計畫的結果，也明顯展現這個趨勢。2024年的相關論文數達 102 篇，近年來相關主題的研究經費也達到每年 2000～2500 萬美元以上。 這個研究熱潮也帶來了商機：食品產業、生技新創公司與各種「身心健康」公司開發了各種產品與治療介入措施，包括特殊飲食、「心理益生菌」（psychobiotic），以及提供患者微生物群分析、腸道菌移植等臨床服務，大發利市。 不過今天要講的是一個壞消息。最近愛爾蘭都柏林三一學院的 Kelvin J. Mitchell團隊在權威神經科學期刊《Neuron》上發表了一篇回顧性論文，嚴厲的質疑了此一假說。其實不只是質疑，簡直是翻桌…本文指出一個恐怖的事實，就是支持這個理論的「三本柱」：對人類案例的觀察研究、小鼠模型實驗，以及臨床試驗，根本就是個「偽三角驗證（Pseudo-triangulation）」。本來用三種獨立的方式，如果能互相驗證的話，就會非常具有說服力。但是在「腸道菌—自閉症」研究中，這三種方法看似互相驗證，但由於各自充滿了缺陷，因此一旦嚴格檢驗，就變得搖搖欲墜了。 首先是「對人類案例的觀察研究」。典型的研究情境是這樣：找一群自閉症兒童當實驗組，再找一群神經典型兒童當作對照組（Neurotypical，這是「政治正確用語」，白話文就是沒有什麼問題的正常兒童，但是因為你說這些小朋友是「正常」的，等於是說第一組小朋友「不正常」，現在都要避免這種說法），採集他們的糞便樣本並進行基因定序，看看菌群有沒有差異。Mitchell 團隊分析了大量高引用率的相關論文後發現，雖然大家都宣稱發現了差異，但具體是「哪種」細菌有差異，卻是每篇論文都不一樣。這個領域的研究者發明了一個聽起來很厲害萬用術語，叫做「菌相失調（Dysbiosis）」，但說穿了只是「實驗組跟對照組的腸道細菌不一樣」而已。更糟的是，當樣本數擴大到數百甚至上千人時，那些原本看似顯著的關聯往往就消失了，或者被證明只是「飲食習慣不同」這種無聊的原因所造成的：「挑食」是自閉症兒童常見的習慣，可能根本就是挑食導致了腸道菌改變，而不是腸道菌導致了自閉症，這在邏輯上叫做「反向因果（Reverse Causation）」。我們常用的比喻是「太陽並不是因為你的鬧鐘響了才升起」（以前都是說「公雞叫」，但是這年頭會連結「公雞叫」跟「太陽升起」的年輕讀者可能越來越少了，所以換一種講法）。 接著是第二根支柱：動物模型實驗。生物學家將自閉症患者的便便移植給無菌老鼠（Germ-free mice），然後觀察老鼠是否出現「自閉症行為」，藉此來檢驗腸道菌種與自閉症的因果關係。不過老鼠和人類的腸道構造與生理機制大相逕庭，高達 85% 的老鼠腸道菌屬在人類身上根本找不到。強行把人類菌群塞進老鼠體內，產生看似自閉症的行為，可能並不是老鼠因為這些細菌而發生自閉症，而是根本是因為菌種大亂而導致「系統性崩潰」，牠們的異常行為根本與自閉症無關。 最後是「臨床試驗」。目前市面上充斥著各種聲稱能改善自閉症症狀的益生菌與糞便移植療法，其宣稱的證據大多來自「開放標籤（Open-label）」研究（包括整個領域被引用最多，達 ~1500 次的文章），也就是受試者和醫生都知道誰吃了藥，這種研究方法會引發「安慰劑效應」：你知道你正在接受最先進的治療，往往會「覺得」有改善，然後「有信就有效」，不只心理上、是真的會改善。為了避免安慰劑效應，所以應該採用「雙盲隨機對照實驗」（RCT，randomized controlled trial）。然而要命的是，目前極少數嚴謹的 RCT 研究結果卻顯示，糞便移植組與安慰劑組在症狀改善上並沒有統計學上的顯著差異。 簡而言之，本文所探討的一系列研究，並不是經過「反覆驗證、累積成果」的標準過程，逐漸建構堅實的基礎；比較像是研究者基於「腸道微生物群跟自閉症之間一定有些什麼」的信念，每個研究都採用不同的方法，找出蛛絲馬跡來支持這個信念，而沒有出現一致、可複製的結果。 以本篇文章的觀點來看，在不夠嚴謹的研究下，一窩蜂的將腸道細菌生態與自閉症的成因強行連結，忽略了遺傳、飲食習慣等重要因素，不僅可能浪費了寶貴的研究經費，更可能讓患者與家屬花費大筆金錢，在無效甚至有風險的商業療法中。不只自閉症如此，在其他關於「腸道細菌與疾病的連結」研究中，也常可見這種現象。 這個研究，發表於 2025/11/13 的「Neuron」（神經元）。在這篇論文發表的前一週，非營利組織「Wellcome Leap」宣布啟動一個腸道細菌與自閉症關聯的研究計畫，經費為 5000 萬美元。 當然，這個結果並不是完全否定這方面的研究，而是在提醒科學家們不要被一時的熱潮沖昏頭，為了「搶頭香」而採取了不夠嚴謹的研究方法，一個不小心可能會鬧出學術醜聞反而拖累整個領域的進展。像是今年諾貝爾生醫獎的「調節型 T 細胞」的前身「幻之抑制型 T 細胞」，就是個血淋淋的例子，把「能調控自體免疫的 T 細胞」這個領域整個黑掉，好在得獎的科學家們逆風而行，才讓正確的結果重新浮出水面。 人命關天的醫學研究，不小心可不行哪！ ＃腸道微生物群系（Gut Microbiome）＃自閉症 ＃腸道 ＃細菌 ＃臨床試驗 ＃神經元 ＃細胞 -- Hosting provided by SoundOn

EP.302 是什麼效應，需要花了八十年才被證明？（量子熊＃97） 「量子足跡何處尋」 這次要介紹的是一般日常生活看不到的量子效應，雖然八十年前就提出理論，卻是在2000年才真的被實驗物理學家做出來，這是個什麼神奇的效應？ 請鎖定這集的熱血科學家！ ＃量子 ＃量子熊 ＃量子效應 ＃實驗物理學家 ＃物理 -- Hosting provided by SoundOn

EP.301 飛鴿為什麼不迷路？百年懸案終於破了！ 古人要進行長距離通訊時可不像我們有網路可以用，靠的是「飛鴿傳書」，有時候飛的距離非常遠，鴿子也不像我們有 GPS 導航系統，牠們為什麼不會迷路呢？ 1882 年法國有位動物學家 Camille Viguier 猜想，鳥類（與其他脊椎動物）可能會利用地球磁場來導航：磁場會在內耳的液體中誘發微弱的電流，就像指南針的指針一樣，提供大腦方向的資訊。當時正是電磁學發展如火如荼的時代，有這樣的想法並不令人意外，只是由於當年並沒有可靠的方法來證實這個假說，所以大家也當作是科學家的異想天開，聽聽而已。 目前對於鴿子的導航系統，有三大學派。以推理小說的模式來講，就是有三個「嫌犯」。第一個是「大腦內建羅盤假說」，也就是磁鐵礦理論：鴿子體內的某些地方（鳥喙、某些神經細胞、如「三叉神經」中）藏著非常微小的磁鐵礦顆粒，會跟著磁場方向轉動，進而觸發神經訊號。 第二個是物理學家聽到一定會豎起耳朵的「量子視覺假說」：在鴿子的視網膜裡，有一種叫「隱花色素」（cryptochrome）的分子，光一照到它，就會產生一對糾纏的電子，而這對電子的行為會被磁場影響，在「singlet」（自旋 S=0 的單態）與「triplet」（S=1 的三重態）之間轉換，這會影響視覺細胞內的化學反應，然後改變傳到大腦的視覺訊號，鴿子就能「看見」磁場。 第一個雖然聽起來不像第二個這麼炫，不過「磁鐵」本來也就是量子力學的產物，所以前兩個都算是「量子磁性感覺」。 第三種就是屬於古典電磁學而不是量子力學了，就是 Viguier 主張的「微型發電機說」：當鴿子在地球磁場中轉動頭部的時候，內耳裡的帶有離子的內淋巴液產生電流，這些電流「切割」磁力線，會產生微弱的感應電動勢，然後再被神經細胞偵測到。 到底「真兇」是這三個嫌犯中的哪一個？過去的研究眾說紛紜，最主要的原因是以前大家都是先射箭（決定要相信哪一個）、再畫靶（設計研究來嘗試證明所相信的假說），所以往往會。而這次德國路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學（Ludwig-Maximilians-Universität München）的團隊採取了「不預設立場，對整個大腦同時檢驗三個假說」，因此結果比以前的研究更有說服力。 如果你沒時間看完長文，這裡先講結果，真正的犯人是「三：微型發電機」，100 多年前的 Viguier 是對的。 這次主要的方法是「C-FOS」的基因標記。C-FOS 是一種「立即早期基因」，當外界刺激活化了特定腦區的神經元，短時間內這個基因就會在這些神經元中大量表現（製造蛋白質）。在這個研究中的刺激，就是把鴿子放在一個「會旋轉的磁場」中，這是為了模擬鴿子在地磁中轉頭的動作的「充分控制版」。接著只要去偵測哪裡有大量 C-FOS 蛋白，就知道哪些區域對這個磁場刺激有反應了。 那要如何拿到這個「C-FOS 基因表現地圖」呢？論文輕描淡寫，不過進行這個步驟時請先念三聲「南無阿彌陀佛」…要把鴿子的大腦拿出來，用免疫染色法讓 C-FOS 帶有螢光標記，然後使用「組織透明化技術」把鴿子大腦變得透明。就可以用顯微鏡看到經過螢光標記的 C-FOS 蛋白了（其他東西都變透明看不見了）。 由於上面講到的「二號犯人」也就是「隱花色素的量子視覺」假說，是跟視覺有關，所以實驗要做兩套：一套在完全黑暗的環境中做，一套是在有光線的環境下進行。 接下來就是看磁場刺激後的 C-FOS 蛋白地圖了，一看之下，一號跟二號犯人都獲得了「不在場證明」：三叉神經、主要視覺區，在光與暗兩個條件下，都是一片空白，這些區域的神經沒有因為磁場刺激而活動。 留下「指紋」的是三個腦區：內側前庭核（VeM），講到「前庭」應該大家都很熟：前庭跟半規管就是會讓我們暈車的地方，它接收來自內耳的平衡與空間定向資訊讓我們維持平含趕；此外是尾側中層大腦皮質（MC）以及前背內側海馬迴（HP），這兩者是負責整合多種感官資訊的中樞腦區。 所以以「地圖」來看，第三個犯人「微型發電機」出沒在對磁場刺激有反應的內耳區域，因此涉有重嫌。 不過我們不能光以「出現在犯罪現場」就把嫌犯定罪，還得找出「手法」跟「凶器」才行。 研究團隊經過精密定位，鎖定了內耳半規管底部的一個叫做「壺腹脊」的區域，對那裡一共 9818 個細胞個別進行 RNA 定序，就能知道會表現哪些基因、並製造對應的蛋白質。 結果發現這個區域中「第二型毛細胞」手上有兩種特定的對電壓敏感離子通道BK、CaV1.3 及其特殊亞型 CaV1.3 KKER。CaV1.3 KKER在其他具備「電感覺」能力的動物如鯊魚、魟魚的電感受器中扮演關鍵角色。這些對電敏感的分子，極有可能就是本案中的「凶器」了。當鴿子在磁場中轉頭時，在半規管中的淋巴液產生感應電動勢，這個電壓被第二型毛細胞檢測到，CaV1.3 KKER、BK 這些離子通道因此張開，激發了這些毛細胞，訊號就沿著前庭往後送到大腦皮質跟海馬迴這些中樞腦區，鴿子就感受到磁場了！ 在這次的研究中，科學家不鎖定特定目標，而是如蒙住眼睛的司法女神一般，秉持「我心如秤」的態度，對整個大腦全面掃描，結合了腦影像與分子生物學工具，為鴿子的磁性感覺提出極有說服力的解釋，是非常漂亮的研究。 這個研究，發表於 2025/11/20 的「科學」（Science）期刊。 不過不是最酷的那個「量子視覺」，實在太可惜了… ＃飛鴿 ＃假說 ＃微型發電機 ＃腦區 -- Hosting provided by SoundOn

EP.300 他改變了量子力學，還是被改變？（量子熊＃96） 一個美國人在哥本哈根：一個年輕的美國博士生來到量子物理的聖地——哥本哈根研究所， 信心滿滿帶著他的絕妙好點子，沒想到一番折騰，在大師與大師的大弟子的圍攻下變了樣， 四十年後這個美國博士生還是罵聲不斷， 這段物理史的八卦只在熱血科學家的閒話加長才聽得到喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃哥本哈根 ＃美國 #斯拉特 -- Hosting provided by SoundOn

EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？ 採光、通風好是好房子的重要條件，所以透明的「玻璃窗」不可或缺，然而這可是個巨大的「能源漏洞」。由於玻璃的導熱性太好（大約是 800 mW K⁻¹m⁻¹，空氣則是 27 mW K⁻¹m⁻¹，差了 30 倍），夏天時會讓熱流入、冬天時會讓熱流出，為了維持室內的舒適，只好空調全開。平均而言，窗戶佔建築物表面積的 8%，但是傳遞了 50% 的熱量，也就是說，你為空調付的電費有一半是窗戶造成的。 想要解決這個問題，最直接的方式就是用水泥封掉所有的窗戶，保證節能又省電。但是人類總是貪心，想要「採光」與「節能」兼得，這個時候就需要一種「透明又絕熱」的新材料了。 美國科羅拉多大學與日本廣島大學的研究團隊，開發出了一種叫做「麻糬」（MOCHI）的新材料，解決了這個問題。它的全名是「Mesoporous Optical Clear Heat Insulator」（介孔透光絕熱材料）。它的導熱係數為 10 至 12 mW K⁻¹ m⁻¹，比空氣還低！而且 MOCHI 「比玻璃還透明」！因為它的折射率約 1.025～1.030，與空氣（1.0003）極為接近，折射率的匹配讓光線從空氣進出 MOCHI 時，幾乎不發生反射，表面反射率僅約 0.02%，遠低於玻璃（折射率 1.5）的約 8%。 這是怎麼做到的呢？MOCHI 是一種由聚矽氧烷（polysiloxane）製成的多孔隙材料，孔隙尺寸小於 50 奈米，比空氣的平均自由徑（mean free path，約 60 奈米）還要小。因此空氣分子在彼此撞到發生能量傳遞之前，就先「撞牆」了，因此大大抑制了熱傳導。 不只如此，MOCHI還可以當成新一代的「太陽能」！用它包覆能吸收太陽光並轉為熱能的「黑體」，由於 MOCHI 對可見光與近紅外線幾乎透明，可以將這個波段的光導入內部將黑體加熱，此時本來黑體會放出黑體輻射又散熱給環境，而 MOCHI 的主成分聚矽氧烷對數微米的熱輻射吸收率極高，加上 MOCHI 本身又是絕佳的絕熱材料，因此向外散熱的路徑全部被封死，能量只進不出，這不就是個完美的太陽能收集器嗎？實驗顯示，在沒有任何聚光設備的情況下，這個「MOCHI 包黑體」的裝置就能達到約 300°C 的高溫。即使在陰天，太陽能強度僅有平常的三分之一時，集熱效果依然顯著，以後冬天洗熱水澡就靠它了！ 好處還不只這些，MOCHI 防火、超疏水（不怕髒，類似「蓮花效應」）、堅固耐久、隔音降噪、抗冷凝不起霧。而且用的還是早就廣泛使用的工業材料！高貴不貴！ 這麼讚，趕快量產啊還等什麼呢？還要再等的原因是雖然聚矽氧烷並不貴，但是製程很貴！因為需要用到許多有機溶劑與介面活性劑，所以結構完成時是泡在液體裡的，要在不破壞奈米多孔隙結構的前提之下把液體弄出來置換成空氣，可不是那麼容易的事。所以想要大量生產用在建材上，可能還要再等等… 這個研究，發表於 2025/12/11 的「Science」。 ＃透明隔熱玻璃 ＃採光 ＃通風 ＃玻璃窗 ＃能源 ＃能源漏洞 ＃節能 ＃絕熱 ＃MOCHI ＃聚矽氧烷 ＃太陽能 ＃蓮花效應 ＃製程 -- Hosting provided by SoundOn

EP.298 喜歡物理，結果拿了諾貝爾化學獎？這是什麼展開？（量子熊＃95） 什麼！ 喜歡物理結果變成化學家還得了諾貝爾化學獎～ 這是怎麼回事？？ 這一集的熱血科學家請務必要收聽喔！ 新年賀詞： 馬年馬達不停歇，熱血科學家持續熱血中～新年快樂！！馬年馬力開到最大囉！！ ＃量子 ＃量子熊 ＃諾貝爾化學獎 ＃物理 ＃馬年 ＃新年快樂 -- Hosting provided by SoundOn

EP.297 如果人生突然沒有氣味，會發生什麼事？ 雖說「嗅覺喪失症（anosmia）」以及「嗅覺減退症（hyposmia）」是一種貨真價實的神經學疾病，盛行率甚至超過一成，大家平時並不太會注意到這個問題，可能只是覺得嗅覺遲鈍一點而已，搞不好因此不用聞到各種臭味而覺得慶幸呢。 「直到武漢肺炎來襲的那一天，人類想起了，失去嗅覺的恐懼。」 在前幾年的疫情中，有人暫時或永久的「完全喪失嗅覺」，首當其衝的就是佔了人生樂趣一半（←因人而異啦，我隨便說的）的「吃美食」就大受影響，因為嗅覺跟味覺可是息息相關的。 研究指出，長期嗅覺喪失的人生活品質會顯著下降，且容易罹患心理疾病。因此，如果認為失去嗅覺不如失去其他感官那麼糟糕，就是大錯特錯了。 法國國家科學研究中心（CNRS）的研究團隊，為了讓失去嗅覺的人能重新辨識至少部分「重要的」味道，開發了一種新的技術。 標準的嗅覺恢復研究是這樣：使用儀器（電子鼻）偵測環境中的氣味分子，然後將這種味道編譯為神經訊號，然後去刺激患者的嗅覺神經和嗅球。說來容易，不過嗅覺神經系統非常複雜，人類可以用 400 多種嗅覺受體辨識可能高達數十億種氣味，這可不是能輕易破解的密碼！更根本的問題是，嗅覺喪失的人，就是嗅覺系統壞掉了嘛！所以如果沒有多少殘存一些功能，就算能夠編碼，壞了就是壞了咩。 所以這次的研究者捨棄了正攻法，採用迂迴手段，電子儀器偵測到氣味分子後，並不是把電訊號直接刺激嗅覺系統，而是另一個「三叉神經」（前幾天講鴿子的磁性感知時也提到過）。三叉神經其實不是管嗅覺，它接收來自整個臉部的訊號，也包含了鼻腔內部，可以偵測吸入空氣的溫度以及是否有辣椒、薄荷之類的刺激物。跟嗅覺不是完全無關，但畢竟不是嗅覺。所以這個替代方案的缺點是它不是正牌的嗅覺系統，所以沒那麼靈敏，優點是：「它是好的！」嗅覺喪失者，三叉神經依然能正常運作。而且要刺激三叉神經非常簡單，用個夾子夾在鼻腔內壁，給予輕微的電擊就好了。不同的氣味分子，就用不同的波形來電擊受試者，其實有點像是「鼻腔的點字書」，點字書不能取代完整的視覺，但是可以提供本來由視覺負責的文字資訊。 有些受試者能透過鼻腔內對三叉神經的電訊號刺激區分出不同氣味（這兩種不一樣），不過無法說出對應的氣味是什麼（這是蘋果那是橘子）；其他受試者一開始分辨不出來，但是經過適當的訓練後，受試者都能可靠地區分兩種氣味。 雖然離「恢復嗅覺」還差得遠，不過這個方式相對簡單很多。刺激嗅球雖然能更精確的讓受試者感受到「真正的氣味」，不過嗅球藏在滿深的地方，要直接刺激難度較高，而且它可能已經壞掉了。 這種較為簡便的方法，至少可以讓使用者感知到「重要的味道」，像是瓦斯外洩、爐火燒焦等危險訊號。至於恢復完整的嗅覺，可能還得要再多多努力！ ＃嗅覺喪失症 ＃嗅覺減退症 ＃嗅覺 ＃味道 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.013 失敗的實驗，為什麼成了物理史重要的一步？ 從「干涉儀」的精密干涉條紋出發，回到 19 世紀末那場著名的「失敗」實驗：邁克森與莫雷試圖測量地球與以太的相對速度，結果以「什麼都沒看到」告終。 然而到了 1905 年，愛因斯坦從這個「沒量到」的實驗出發，掀起相對論的革命。 這一集我們就來聊聊，「干涉儀」這個極度精密的測量儀器，如何改寫人類對時空與光的理解？ ＃干涉儀 ＃干涉條紋 ＃邁克森 ＃愛因斯坦 ＃相對論 ＃時空 ＃光 -- Hosting provided by SoundOn

EP.296 為什麼一百年後，我們還在用薛丁格方程式？（量子熊＃94） 就在一百年前的今天，當時默默無聞的薛丁格發表了了震驚學界的論文，裡頭提出了赫赫有名的薛丁格方程式，漂亮地解決了氫原子能階為什麼不連續的大難題。今天就讓我們好好聊聊薛丁格跟他的方程式！ ＃量子 ＃量子熊 ＃薛丁格 ＃薛丁格方程式 ＃百年 -- Hosting provided by SoundOn

EP.295 科學家真的讓房子「出汗」了！ 天氣熱的時候怎麼辦？一般來說就是拿出葛城美里說的「人類的至寶、科學的勝利」—也就是冷氣啦。不過冷氣雖然方便，在能源短缺、全球暖化的今日，如果能有可以取代冷氣的替代方案就太好啦。 在室內覺得熱是因為建築物吸收了陽光的能量，尤其紅外線更是升溫的元兇。想要讓室內變涼爽，最簡單的方式，就是把外牆塗成白色把大部分陽光反射掉，緩和室內升溫。過去我們也介紹過「超激白」的塗料（請在本站搜尋「超激白」就可以找到這篇文章），就是利用這個原理來為室內降溫，現在市面上也已經可以買到這種「輻射冷卻塗料」。不過這種塗料也有缺點：只有在陽光強烈的天氣時有效，但是大家也知道，有的時候即使是陰天一樣熱得要命，這時輻射冷卻塗料就無法發揮降溫的功能了！ 最近新加坡南洋理工大學的研究團隊更進一步，研發了讓建築物能「流汗」的新型塗料「CCP-30」，更提高了散熱的效率。這個新塗料是在水泥中加入硫酸鋇（BaSO4）的顆粒（粒徑 ～ 400 奈米）、聚乙烯醇（PVA）、以及氯化鋰（LiCl）製成。水泥本身凝固後的結構具有許多微米級的孔隙，是一種「多孔隙材料」。硫酸鋇顆粒除了能增加塗料對可見光與紅外線的反射率，減少房屋吸收的能量之外，還能讓塗料內部形成更細密的多孔隙結構，可以大幅增加塗料的「比表面積」（specific surface area，單位質量材料的表面積，詳情請看前幾天的「諾貝爾化學獎」介紹文）。 氯化鋰會從空氣中吸收水分保存在塗料孔隙內，當戶外氣溫上升，水分會開始蒸發帶走熱量。由於其多孔隙結構的超大比表面積，水分的吸收與蒸發的效率很高，讓建築物能以高效率散熱。PVA則是讓塗料的結構更穩定，因為這種塗料孔隙多、裡面又塞滿了吸飽了水而潮解的鹽類，可能會造成結構劣化變得脆弱，所以得用 PVA 來補強。此外，為了要在強度、孔隙率和塗刷性之間抓到最佳平衡，調水泥時的「水灰比」要介於0.38到0.47之間，調好的塗料刷一次的厚度為2.28 mm，可以視需要多刷幾次增加厚度。 研究人員用掃描電子顯微鏡（SEM）、穿透式電子顯微鏡（TEM）、能譜分析（EDS）、X光微電腦斷層（micro-CT）等儀器檢驗，發現塗料的微結構均勻又緻密，孔隙分布和Ca/Si比都比傳統水泥更均勻穩定。7天抗壓強度測試也高於一般水泥，也比只加奈米粒子的配方高，可見 PVA 是強化結構的關鍵。 反射率的實驗顯示，這種塗料在可見光的反射率是 93%，對「熱源」紅外線則可達到 95%，雖然比不上「超激白」塗料的 98.1%，不過因為還有「流汗」的機制，所以抗熱程度更勝一籌。而且硫酸鋇顆粒鑲嵌在水泥的孔隙結構裡，即使經過長時間的風吹日曬雨淋，反射率也沒有受到影響。 為了測試新塗料的效果，研究團隊蓋了三間長寬高分別為50、40、70公分的模型屋，分別在外牆塗上普通白漆、市售的高反射率冷卻漆、以及本次研究開發出來的CCP-30塗料，測試了一個月、歷經不同天候的結果顯示：在各種狀況下，使用 CCP-30 的房屋的室外表面溫度，都比普通白漆低了7~8℃，比冷卻漆低了 5 ℃，而室內溫度不管在什麼天氣下，都比其他二者低了超過 4.5℃。這個非常厲害，如果本來的室內氣溫是 31℃，光靠塗料就能降到 26.5℃，這樣根本不需要開冷氣，開個電風扇就行了。 不過在新加坡這種炎熱的地方，可能還是得要有開冷氣的時候。所以研究團隊不惜血本，再蓋了三間長寬高分別為3、3、4公尺的小房子，在裡面裝了冷氣，在保持室內溫度固定時，CCP-30比普通白漆省電將近40%，比市售冷卻漆省電30%。數值模擬的結果，一整棟四層樓的建築，一年下來可以省下 68333 度電，換算成電費是好幾十萬！當然碳排放也少得多。 CCP-30 塗料結合了「輻射冷卻」與「蒸發冷卻」的雙重機制來達到降溫效果。更重要的是成本極為低廉，沒有用到任何昂貴的材料，有極大的潛力可以成為下一個世代安全、耐用、便宜的「被動式降溫」方案，達到節能減碳的效果。所以雖然原理說起來挺簡單的，但可是發表在頂尖的「Science」期刊喔！（2025/06/05） 不過如果一整個城市都是這種房子，會不會像棒球隊更衣室一樣，一大堆汗流浹背的壯漢（房子）擠在一起，反而變得更熱呢？這就有待進一步研究了！ ＃輻射 ＃輻射冷卻塗料 ＃房子 ＃流汗 ＃降溫 -- Hosting provided by SoundOn

EP.294 量子不是在實驗室，而是在你去過的醫院！（量子熊＃93） 量子足跡何處尋？ 醫院裡就有！ 現代醫療的診療利器，磁振造影就是不折不扣的量子產物。 它背後的原理是什麼？ 它可以做什麼？ 誰發現了這個神奇的技術？ 這一集的熱血科學家的閒話加長告訴您！ ＃量子 ＃量子熊 ＃醫療 ＃磁振造影 -- Hosting provided by SoundOn

EP.293 免疫系統其實有煞車？這次真的拿諾貝爾奬了！ 2025 年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了「工作細胞」…並不是，是頒給了美國系統生物學研究所（Institute for Systems Biology）的 Mary E. Brunkow 與 Sonoma Biotherapeutics 共同創辦人 Fred Ramsdell，以及日本大阪大學的阪口志文這三位免疫學家，表彰他們「發現了周邊免疫耐受性的機制」，也就是人體的免疫系統如何避免攻擊自身的細胞。 他們的研究確立了一種關鍵的免疫細胞——調節型 T 細胞（regulatory T cell, Treg），以及主要的基因 FOXP3。有看「工作細胞」的讀者與觀眾都知道，免疫系統不只有「殺手 T 細胞」這種戰鬥機器、指揮官「輔助 T 細胞」，還有控制整個 T 細胞大軍避免暴走誤傷友軍的「調節 T 細胞」。這次得獎的主題，就是作品中「姐控」屬性滿點的「調節 T 細胞」，在獎項公布時，這個角色的聲優早見沙織還在社群媒體上發文祝賀阪口志文：「我在電視劇《工作細胞》中飾演了調節性T細胞的角色。我想藉此機會進一步了解調節性T細胞！」，底下有人回：「每年看到諾貝爾獎新聞：『啊，這種東西對素人好難喔…』，今年：『這我知道，就是早見沙織小姐配音的那個』」… 抱歉阿宅話題講太多了…以下開始寫給不是免疫學專家也不是阿宅的讀者。 免疫系統是人體的防衛機制，其中的 T 細胞軍團可以說是主力部隊，它們靠著「T 細胞受體」來辨識抗原，這些受體就像鑰匙孔，一「看到」可以插入這個鑰匙孔的鑰匙（可以與受體結合的抗原）時，就會發動免疫反應。不同的免疫細胞「看到」的方式不同：細胞被病原體感染後，會把來自病原體的外來蛋白質片段（鑰匙）掛在細胞表面，也就是發出「媽呀我被這東西感染了」，帶有對應的「鑰匙孔」的殺手 T 細胞（特徵是表面帶有「CD8」蛋白，可視為「工作識別證」）一偵測到這個鑰匙，就會直接發動攻擊打爆這個被感染的細胞，避免感染擴大；如果是巨噬細胞的話，不是靠「抗原—受體」這（鑰匙—鑰匙孔）這種精密匹配的機制，而是「這傢伙看起來就是外來的（具有人體細胞所沒有的特徵），先吃了再說」，吞掉以後將病原體分解，並且把抗原掛在自己的表面上「遊街示眾」，輔助型 T 細胞（帶有「CD4」）透過「鑰匙—鑰匙孔」機制確認「犯人」之後，就會指揮免疫系統，號召各種免疫細胞發動協同攻擊。 不過由於 T 細胞的受體是透過基因重組隨機產生的，要是那個受體剛好跟正常細胞的表面抗原可以匹配，不就會對自體細胞發動攻擊了嗎？是的，這就是「自體免疫疾病」如紅斑性狼瘡、類風濕關節炎的原因。 如果沒有避免這種事發生的機制，那人類應該已經滅絕了。既然人類還存在，表示一定有「免疫耐受」的機制。後來發現 T 細胞成熟之前，會先在胸腺「受訓」，會攻擊自體細胞的 T 細胞，會在這個階段被視為「叛軍」淘汰掉，這就是「中樞免疫耐受」，也有拿過諾貝爾獎。（這個「工作細胞」都有演，還沒看的快去看。還有，以上是極簡化版，歡迎專家吐槽補充） 不過即使是經過胸腺的「特訓」，人體這種複雜東西不太可能做到百分之百精確，還是會有漏網之魚，因此除了「中樞免疫耐受」之外，必定還有「周邊免疫耐受」存在。 在這道外圍防線被找到之前，免疫學界曾經歷一段漫長而尷尬的「黑歷史」。1970 年代，有學者提出「抑制型 T 細胞」（suppressor T cell）假說，認為免疫系統中存在一群負責關閉免疫反應的細胞。這個概念聽起來非常合理，所以在當時成為顯學，短短幾年間，全世界各實驗室競相發表了一大堆相關論文。然而由於當時的技術與儀器不夠精確，許多研究只能用比較間接的方式來推論，簡直就是「看一個影、生一個囝」（台語）。甚至有研究者在證據相當薄弱的狀況下，宣稱找到了「抑制型 T 細胞」主要的「I-J基因」。 隨著時間過去，實驗技術越來越進步，1983 年時，科學家尷尬的發現：那個「I-J 基因」根本不存在。這個結果等於判了「抑制型 T 細胞理論」的死刑，在免疫學界引發了大地震，研究計畫被撤回、論文被撤銷，從此「suppressor T cell」成為免疫學界的「髒話」與「黑歷史」，沒有一個科學家感再提這個。 然而，雖然因為學界操之過急讓整個領域黑掉，但是阪口志文並沒有因此放棄這個其實相當具有說服力的假說，人體的各項機制雖然無法做到百分之百，但是會有第二、第三道機制來降低風險，具有抑制功能的免疫細胞應該還是存在，不然有自體免疫疾病的人應該會更多才對。 他在實驗中發現，如果在小鼠出生三天後切除胸腺，由於喪失了「中樞免疫耐受」機制，「叛軍 T 細胞」在體內肆虐的結果，導致小鼠罹患多種自體免疫疾病。但是如果把健康小鼠中特定的 T 細胞，注射到無胸腺小鼠體內，就可以阻止自體免疫的發生。由此他推論，動物體內確實存在能抑制 T 細胞暴走的 T 細胞。他在1995 年發表的論文中指出，帶有「CD4」（←免疫司令官「輔助型 T 細胞」的識別證）與「CD25」標誌的 T 細胞能抑制免疫反應。當這些細胞被移除時，小鼠會出現多種自體免疫病；若再補回這群細胞，疾病就被抑制。雖然的確是具有抑制功能的 T 細胞，不過為了避免「suppressor T cell」這個「不能說的名字」，阪口將它們命名為「調節型 T 細胞」（regulatory T cell, Treg）。在阪口透過嚴謹的實驗方法反覆驗證後，能抑制免疫反應暴走的 T 細胞理論，終於重見光明。 差不多在同一時期，美國華盛頓州的 Brunkow 與 Ramsdell 也在研究一種「scurfy 鼠」。這是在 1940 年代，美國田納西州 Oak Ridge 實驗室在研究輻射對小鼠的影響時（這是曼哈頓計畫的一部份），所發現的一種 X 染色體突變的品系，由於免疫系統失控，導致產生多種疾病：皮膚乾裂、脾臟腫大、淋巴腺肥大，幾週內死亡。要在長達 1.7 億個 DNA 碼的 X 染色體中找到突變點，簡直像是大海撈針。歷經一番奮鬥，他們於在 2001 年確定突變發生在一個新的基因上，他們將之命名為 Foxp3。只要在突變小鼠中重新導入正常的 Foxp3 基因，疾病就會完全消失。 人類也有一種罕見的 X 連鎖疾病「IPEX 症候群」，患者多為出生後不久的男孩，會出現多種自體免疫疾病。由於特徵實在太像，Brunkow 與 Ramsdell 懷疑這可能是「scurfy 鼠」的人類版。經基因分析後，他們發現這些病童果然也有 FOXP3 的基因突變。 2003 年，阪口團隊進一步證實，Foxp3 只會表達在同時具有「CD4」與「CD25」的細胞中，至此「調節型 T 細胞」完全「驗明正身」：就是會同時表現「CD4」、「CD25」與「Foxp3」的 T 細胞。如果用反轉錄病毒將將 FOXP3 導入輔助 T 細胞，這些細胞會轉化成 Treg 細胞。（如果用「工作細胞」的角色來看，就是把戴著眼鏡、文質彬彬的免疫司令官變成梳著高高髮髻，穿著套裝的冷豔美女秘書）。 結論至此塵埃落定：單一細胞類型（Treg）由單一基因（Foxp3）控制，這套機制發生缺失的話，就會造成「免疫暴走」，引發自體免疫的災難。 弄清楚 Treg 的真面目與機制之後，當然對於與免疫相關的疾病以及治療方法的研發大有幫助，目前有超過 200 種以 Treg 細胞為主角的臨床實驗正在進行中，應用於自體免疫疾病的治療、器官移植引起排斥反應的免疫調控、以及癌症的標靶療法。 ＃諾貝爾生理醫學獎 ＃T細胞 ＃工作細胞 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.012 古希臘黑科技？傳說中的死光砲真相曝光！ 🔥 阿基米德的「死光砲」真的能燒毀敵艦嗎？ 相傳這位天才利用士兵盾牌反射陽光，聚焦熱能點燃羅馬戰艦。 雖然 MIT 實驗用了上百面鏡子，證實了的確可能；但現實中敵艦會移動，士兵也難以長時間「完美追焦」。 儘管用於實戰恐怕不切實際，這項「聚光原理」如今已成功應用於沙漠中的太陽能發電！☀️ ＃科學冷知識 ＃阿基米德 ＃物理 -- Hosting provided by SoundOn

EP.292 我們得獎了！量子熊拿下物理教育年會大獎！（量子熊＃92） 哇！得獎了！ 自從國中畢業典禮之後，久違地又得獎了。 量子熊這次得到物理教育年會的肯定，得到團體的教育推廣獎，真是太榮幸了。 想聽聽成員們的得獎感言嗎？ 請不要錯過這集喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃得獎 ＃得獎感言 ＃物理教育年會 -- Hosting provided by SoundOn

EP.291 能用「分子」蓋房子的科學，拿下 2025 諾貝爾化學獎！ 2025 年的諾貝爾化學獎頒給了日本京都大學的北川進（Susumu Kitagawa）、澳洲墨爾本大學的理查・羅布森（Richard Robson）與美國加州大學柏克萊分校的奧瑪・亞吉（Omar M. Yaghi）三位科學家，理由是他們開創出一類全新的「分子建材」，名為「金屬有機框架」（Metal–Organic Frameworks，簡稱 MOF）。 ＃諾貝爾化學獎 ＃分子建材 ＃金屬有機框架 ＃MOF -- Hosting provided by SoundOn

EP.290 物理學家不只拚實驗，還要拚語文造詣？（量子熊＃91） 物理學家不只要懂物理，還要比試希臘文？ 當年發現介子的美國物理學家為新粒子取的名字，為何被一改再改？ 今天我們要聊的就是這個八卦，請絕對不要錯過喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃卡爾．大衛．安德森（Carl David Anderson）＃物理 ＃物理學家 -- Hosting provided by SoundOn

EP.289 被諾貝爾獎遺忘的女人：她其實才是 DNA 雙股螺旋的關鍵！ 在科學史上，許多女性研究者的名字被淡化，然而她的軌跡燦爛而深刻 — 羅莎琳．艾西．富蘭克林，雖未獲得諾貝爾獎的榮耀，卻用實驗與影像為後世揭示 DNA 的結構。 出身於英國倫敦猶太裔家庭，她從小聰穎好學，高中就讀為少數對女學生開放科學課程的聖保羅女子學校。 她選擇化學作為志業，並於劍橋大學榮譽畢業。 戰時期間，她對煤炭顯微結構的研究奠定物理化學基礎，取得博士學位。 1947 年，她赴巴黎，習得 X 射線繞射技術，並於此期間實踐廣泛興趣：語言、政治、人權、游泳、登山，她都投入自如。 1951 年回到英國，進入倫敦國王學院從事 DNA 結構研究。 她率先辨識出 A 型與 B 型 DNA 的差異，並指出磷酸骨架應位於分子外側，為雙股螺旋模型留下關鍵線索。 儘管她拍攝出清晰的 X 射線繞射圖，為詹姆斯·沃森與弗朗西斯·克里克所提出的模型提供重要依據，但她的名字卻並未出現在 1962 年諾貝爾生理／醫學獎得主名單中。 當時，她於 38 歲因卵巢癌病逝，英年早逝。 今天，我們在倫敦大學國王學院看到以她命名的研究大樓，在美國也有以她為名的醫學大學校院，成為向她致敬的標誌。 她用堅持與熱情告訴我們：科學探索，不該被性別主流或權威定義。 她的一生，是科學競爭、偏見與卓越交織的縮影。當我們回首這段歷史，她的故事為現代女性科學家奠下榜樣：不僅追求知識，更為平等與尊重開闢道路。 ＃羅莎琳．艾西．富蘭克林 ＃雙股螺旋 ＃DNA ＃科學 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.011 超級英雄變大變小真的沒問題嗎？ 超級英雄變大變小真的沒問題嗎？ 當蟻人縮到螞蟻大小，他講話其實只有蝙蝠聽得見？ 巨大化超人力霸王，開口就是地鳴？ 欲知科學詳情，請聽本集分解！ ＃超級英雄 ＃螞蟻 ＃超人力霸王 -- Hosting provided by SoundOn

EP.288 看起來像教授，其實是武林高手？大師兄的真面目公開！（量子熊＃90） 「空手道是世界上最強的武術。」 「在座的各位都是垃圾。」 「我不是針對你，我是說在座的各位都是垃圾。」 大家還記得破壞之王的斷水流大師兄嗎？ 不！ 我們這一集要講的這位是為文質彬彬、氣質優雅的大師兄 唯一與破壞之王的斷水流大師兄相同的地方就是「武功高強」！ 他是誰？ 他的什麼工夫厲害？ 聽完這集熱血科學家的閒話加長你就知道囉！ ＃破壞之王 ＃斷水流大師兄 ＃武功高強 ＃克拉莫斯 -- Hosting provided by SoundOn

EP.287 《新世紀福音戰士》裡的聖經梗，學界終於給答案了！ 《新世紀福音戰士》從1995年播出到2021年落幕，26年間每次推出都成為熱門話題。 這部動畫故事的主軸似乎來自真實存在的「死海文書」的記載，但表現非常隱諱又故弄玄虛，只留下濃濃的陰謀論味道。 死海文書大約成書於兩千多年前，內容對猶太教及早期基督教起源的認識影響巨大，但具體年代一直存有爭議。 最近荷蘭團隊透過放射性碳14定年法，搭配名為「以諾」的AI模型，精確分析筆跡，首次證明許多古卷實際年代比原先學界推測要早很多。 例如著名的「以賽亞大卷」兩名抄寫員竟然幾乎同時抄寫，並非前後接力。 「傳道書」殘片更被推定為目前最早的聖經書卷之一。 這次研究不只是修正了年代，更可能促使學界重新理解甚至改寫那段重要歷史。 不過，到底有沒有看到「第三次衝擊」寫在哪裡啊？ Science新聞（2025/06/04）：https://www.science.org/……/some-dead-sea-scrolls…… PLOS ONE 論文（2025/06/04）：https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0323185 ＃新世紀福音戰士 ＃死海文書 ＃猶太教 ＃基督教 ＃荷蘭 ＃以諾 ＃以賽亞大卷 ＃傳道書 ＃第三次衝擊 -- Hosting provided by SoundOn

EP.286 意外的斜槓人生：我怎麼變成說故事的人？（量子熊＃89） 這一集要來談談阿文如何踏上科學傳播這條被人視為不務正業的過程！ 所謂無心插柳柳橙汁，本來做理論強子物理的專業科學從業人員是怎麼踏上這條不歸路的？😝 ＃量子 ＃量子熊 ＃阿文雜談 ＃強子物理 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.010 共振的威力—美國大橋垮下來！ 美國的塔科馬海峽大橋在風中劇烈扭曲、崩塌，整個過程被完整拍下，成為史上最著名的工程災難之一。 這座外型優雅、通車不到五個月的跨海大橋，設計上能承受時速 160 公里的強風，卻在只有 65 公里的微風中瓦解。 究竟發生了什麼事？ 這一集，我們將從盪鞦韆的節奏到風中的渦流，揭開「共振」這個看似抽象卻威力驚人的物理現象，如何摧毀鋼筋混凝土建造的巨大橋樑。 ＃共振 ＃美國 ＃塔科馬海峽大橋 -- Hosting provided by SoundOn

EP.285（搞笑諾貝爾工程設計獎）鞋櫃裡的「生化武器」，終於有解！ 2025年的搞笑諾貝爾工程設計獎，頒給了印度科學家Vikash Kumar 與Sarthak Mittal，得獎的研究是「從工程設計角度分析了臭鞋子如何影響鞋架的良好使用體驗」。 這其實是一個「人因工程」的問題。人因工程是一門研究 人與系統互動 的科學，目標是讓設計更符合人的特性，提升 安全、健康、舒適與效率。 核心精神是：產品設計應配合人，而非讓人去遷就產品。 許多人都有這樣的經驗：去到人家家裡、或是需要脫鞋的公共場所，鞋子一脫下來發現旁邊的人都皺起眉頭，露出「你是野原廣志逆？」的表情（野原廣志是蠟筆小新的爸爸，以腳超臭聞名）。 這時候就會陷入極度的尷尬…最好的解決辦法是：「啊，我突然想起有事…」趕快離開，大家（包括你）的表情就會突然放鬆了。 腳臭來自於一種叫做「Kytococcus sedentarius」的細菌，它會分解汗液與皮膚角質中的蛋白質、脂質，產生一些含硫化合物與有機酸，這些副產物就是「腳臭」的主要來源。 在印度，這個問題更加嚴重，因為氣候炎熱潮溼，身體稍微活動一下就很容易大量流汗。如果沒有注意通風與清潔，鞋子當然就會變得臭死人了。 本文研究者想做的是鞋架的設計，而且要能解決這個「臭鞋問題」。 不過他發現，過去在人因工程的領域中，幾乎沒有任何相關的研究。 大部分都在說「多用途」、「不管幾歲的家人都易於使用」、「在站立時能清楚看到所有鞋子」、「提供繫鞋帶的座位空間」、「容易清潔、美觀、能防塵防潮」，以及「使用安全」。 當然不是說這些不重要，但是怎麼能忽略「鞋子太臭」了？ 一雙臭鞋就已經夠糟了，要是鞋櫃一打開有幾十雙惡臭的鞋，說不定就要叫救護車、不、化學兵部隊了啦！ 為了探討並解決這個被忽視的大問題，研究者先進行了一項先導性的問卷調查。調查對象是來自於作者服務的印度Shiv Nadar University的 149 名一年級學生。男性佔 80%，女性佔 20%，平均年齡為 18 歲。以下為本研究的重要結果與推論： (a) 54.6% 的受訪者會因自己鞋子的臭味而在他人面前感到不自在。 (b) 約 52.4% 的人曾經遇到尷尬情況，需要因他人鞋子發臭而離開現場。 (c) 鞋子太臭時會如何處理：44.3% 洗鞋子，38.3% 拿去曬太陽；其餘還有將茶包放進鞋內、撒小蘇打粉、撒抗菌粉、噴除臭劑，還有少數人會很霸氣的直接買新的。 (d) 當研究者向受訪者展示市面上可用來防臭的產品圖片時（後述），88% 的人表示不知道這些產品。 (e) 多數受訪者對現行的解決方案並不滿意，希望購買能真正解決問題的新產品 (f) 90% 的人使用後，會把鞋子放在鞋櫃裡。 (g) 受訪者平均擁有 4 雙鞋，但常穿的只有 2 到 3 雙。 這個結果，多數人確實面臨鞋子發臭的問題，卻缺乏有效的解決方式。同時，大家普遍缺乏對市面上相關產品的認知，現有的解方有這幾種： (a) 茶樹精油與椰子油對抗黴菌感染有效，並被建議用於處理腳臭。 (b) 百里香精油因含有高濃度的麝香草酚（thymol）或香芹酚（carvacrol），已被證實為合適的真菌抑制劑，能夠預防鞋子異味。 (c) 使用臭氧對鞋子進行消毒，已被發現能抑制細菌的繁殖，甚至已有相關裝置獲得專利。 (d) 在鞋子內部使用濃度 70–99% 的異丙醇並加上鹽巴，被發現也具有成效。 除此之外，市面上也有一些產品聲稱可以透過消毒或殺菌來解決鞋子異味問題，不過根據來自線上顧客評論的意見，對這些產品的滿意度並不高，覺得效果有限，而且一次只能處理一雙，家裡通常有二位數的鞋子，所以需要「更高效率」的產品。 作者經市場調查後，發現沒有找到任何在設計上有考慮到「家庭鞋子總數」的除鞋臭產品。 於是靈機一動，想到了「除臭鞋櫃」的點子。 幾乎每個家庭都有某種類型的鞋櫃；若能有一款鞋櫃能讓鞋子保持無異味，將會帶來極佳的使用體驗。 本文作者將「臭鞋」視為重新設計傳統鞋櫃、以改善使用者體驗的契機。 在探索各種能夠殺死細菌（臭味的元兇）的方法後，研究者最後選擇使用「紫外線」作為解決方案。 他們使用了可謂「臭鞋界的王者」，也就是校隊運動員的鞋子做為對象。 實驗裝置非常簡單：波長 270–280 奈米，額定功率 11 W 的紫外線燈管，並搭配開關式電源供應器。 整個實驗裝置連鞋子放在一個紙板做的盒子裡，以避免紫外線直接照射到眼睛。由於細菌主要聚集在鞋頭區域，因此將紫外光源對準該位置。 實驗結果顯示，只要照射 2–3 分鐘，就能殺死細菌並消除異味。 因此作者主張，鞋櫃好用當然很重要，不過千萬別忽略了腳臭問題啊！ 設計一個內含紫外燈管的鞋櫃，就能解除這個困擾了。 不過呢，雖然研究者顯然已經設計了這個除臭鞋櫃，不過由於具有商機，所以在論文中並未揭露其細節。 這個研究，發表於 2021 年於印度舉辦的「Humanizing Work and Work Environment」（HWWE 2021，人性化的工作與工作環境）研討會，這個會議因為疫情而改為線上舉辦，論文集「Ergonomics for Improved Productivity」由Springer Nature 出版。 ＃搞笑諾貝爾工程設計獎 ＃野原廣志 -- Hosting provided by SoundOn

EP.284（搞笑諾貝爾獎化學獎）減肥不用節食？這群科學家竟想讓你「吃不沾鍋」！ 2025年的搞笑諾貝爾化學獎，頒給了美國的研究團隊Rotem Naftalovich、Daniel Naftalovich（兄弟檔），以及 Frank L. Greenway。 得獎的理由是「提出以鐵氟龍作為『零卡食物』，達到減肥的效果」。 不過他們並未出席領獎，可能是這個好點子雖然拿到了美國專利，但是沒有通過 FDA 這一關，所以不能把鐵氟龍當食物。 把聚四氟乙烯（PTFE），俗稱鐵氟龍）粉末混進食物裡，它「有份量、有重量、無熱量」，吃下去把胃撐開，有了飽足感，大腦就會送出「飽了！」的訊號，讓你停止進食。 由於鐵氟龍沒有熱量，所以可說是減肥聖品！ 但是鐵氟龍欸，那不是拿來做不沾鍋塗層的東西嗎？ 大家不是說不沾鍋有毒？ 其實不沾鍋的食安問題主要有兩個，第一個來自製程：過去製造鐵氟龍時經常會用到「全氟辛酸」（PFOA）、「全氟辛磺酸」（PFOS）這些有毒物質，可能會殘留在鐵氟龍中，日後會慢慢釋出而被吃進肚子裡。 第二個則是高溫：當不沾鍋溫度超過 300°C，可能會分解釋出有毒氣體如「四氟乙烯」。 關於第一個，PFOA 與 PFOS 目前已經被嚴格管制，選購時請找標明不含有這些成分的產品；但跟這兩者同屬的「PFAS」家族，也被認為都有疑慮，不過這類化學物質高達上萬種，環境裡已經到處都是…至於高溫的部分，只要避免鍋子空燒，一般來說烹飪時溫度都在 250°C 以下，不會有問題。 「鐵氟龍不沾鍋到底安不安全」，是個吵不完的問題，以上只是提供一些資訊給大家參考，不是本文的重點，請不要在這裡戰這個。 還是回到這個得獎的研究主題吧！ 人會覺得「飽」主要來自食物的重量和體積，而不是「內容」。 所以如果能用不含卡路里的東西把食物「灌水」，即使沒有攝取到熱量也會飽。 現有已經有一些作法像添加膳食纖維，不過有副作用：會改變食物的味道跟口感所以有人不喜歡，而且會讓c變鬆軟又很大坨（這或許不算缺點）；還有像「黃原膠」（xanthan gum）這種增稠／增量劑，但是加太多的話很容易烙h。 所以鐵氟龍似乎是個好選擇：化學活性超低，幾乎不跟任何東西反應、耐熱（不要超過 300°C 較好）、無味且柔軟，不干擾口感、鐵氟龍容器連工業用強酸都能裝，胃酸這種程度是小 case、摩擦係數低，可以順利通過消化道（不然怎麼做不沾鍋）、用在醫療上的資歷很深（人工血管、導管、牙線等），在「人體相容性」上已經通過無數檢驗。 當然要來當食物的替代品，安全性還是首要考量，在這個研究中作者回顧了大量的文獻，得到的結論是：在基因毒性、生殖安全性、發育毒性、皮膚接觸、免疫毒性、致癌性、神經毒性、胃腸道吸收與生物累積各方面，鐵氟龍都是安全的，拿來當「零卡食物」應該是沒問題，不過為了萬全的考量，建議的標準如下： 1. 使用原生（virgin）PTFE 樹脂粉 2. 不含「分散劑」（反正又是一種化學添加物） 3. 製程中不可使用 PFOA（C8） 4. 顆粒平均粒徑 130±15 微米 關於粒徑的部分，過去的研究指出，人體組織會吸收的顆粒最大是 20 微米，做大一點可更確保不會被吸收，而且這麼大的顆粒排出後容易沉澱分離，可以從環境中回收。 但是也不要大太多，以免影響口感。 研究者建議，把食物和鐵氟龍粉末以 3：1 的體積比混合，應能明顯提高飽足感、降低實際吃進去的熱量。 當然啦，想歸想，最後還是得用嚴謹的臨床試驗來驗證才行，不過後來在 FDA 被卡關，也就無疾而終了。 不過就算可行好了，鐵氟龍這種東西可不便宜！ 如果一餐吃體積 500 mL 的份量，就需要 1/4，也就是 125 mL，鐵氟龍的比重是 2.2，也就是 0.275 kg，以原料而言，工業用等級當然比較便宜，但是大家應該不會想吃這種，醫療級的話每公斤可達一百美元，這樣算下來，光是一餐就要多加 800 元！ 這種減肥餐可能很多人吃不下去吧！ 這個研究，發表於 2016/01/24 的「糖尿病科學與技術期刊」（Journal of Diabetes Science and Technology） ＃搞笑諾貝爾獎化學獎 -- Hosting provided by SoundOn

EP.283（搞笑諾貝爾獎和平獎）外語講不順？研究：喝點酒或許有用！ 2025年的搞笑諾貝爾和平獎，頒給了來自荷蘭、英國與德國的團隊，得獎的研究是「人喝了酒以後，外語能力會提升」。 為什麼是和平獎？ 應該是喝了酒之後，即使是不同國家的人，也能在酒後語言能力突飛猛進，溝通無礙吧（才怪）。 這篇論文的標題是「Dutch Courage? Effects of Acute Alcohol Consumption on Self-Ratings and Observer Ratings of Foreign Language Skills」，劈頭就把這種現象稱為「荷蘭式勇氣」，這其實是一句酸人的話，表示「只不過是藉酒壯膽，不是真正的勇氣」。 英文中有許多「Dutch」開頭的酸言酸語，例如「Dutch Uncle」（荷蘭叔叔）指的是不管幹嘛都只會嚴厲教訓你的機車長輩；「Dutch comfort」（荷蘭式安慰）指的是「你本來可以更爛的，還好只有這麼爛」的這種看似安慰的補刀行為；「Dutch concert」（荷蘭式演奏會）就是樂團裡每個樂手演奏的曲子都不一樣，亂成一團。我們很熟悉的「Go Dutch」（各付各的），來自「Dutch treat」（荷蘭式招待）：「我請客、錢分攤」。 至於為什麼有這麼多用「荷蘭」酸人的話呢？ 據說因為在大航海時代，英國跟荷蘭爭奪海上霸權，還發生了數次的「英荷戰爭」，以性格機掰聞名於世的英國人，就創出了這些話來靠北荷蘭人很機掰。 言歸正傳，眾所周知，喝酒會影響腦袋的運作（例如今年的「搞笑諾貝爾航空學獎」）。過去的研究顯示，急性飲酒會讓我們的執行高階認知任務（思考、語言、邏輯等）的能力變弱，比如：抑制控制（inhibitory control，指的是「壓抑錯誤反應」的能力）、工作記憶、還有靈活轉換思維模式的能力，這些功能都跟語言有關。 如果酒精會讓大腦的控制力下降，應該會讓講外語更「卡」才對。 可是，在現實生活裡，很多雙語者反而覺得「喝一點酒之後外語比較順」。 本研究就是想要回答到底哪一邊是對的，還有，這個影響是「講者的自我感覺」，還是「聽者覺得如此」？ 受試者是 50 位母語是德語，通過「荷蘭語作為第二語言」（NT2）考試的荷蘭馬斯垂克大學心理系二年級的外籍生，一共 50 位，平均年齡大約 22.6 歲，女生占 70%，都是至少偶爾會喝酒（很會喝也OK，但是滴酒不沾當然不行）。 測試材料是酒精濃度 37.5% 的 Smirnoff Red 伏特加，加上碳酸飲料「Bitter Lemon」調成一杯 250 mL 的調酒，喝下去大約會讓血液酒精濃度達到 0.04%。 對照組則是一杯同樣容量的冰水。 實驗流程如下： 1. 先量呼氣酒精濃度。 2. 喝下實驗飲料（酒或冰水），10 分鐘內喝完。 3. 一邊聽音樂一邊休息 15 分鐘，然後再測一次酒精濃度。 4. 外語任務測試：用荷蘭語講兩分鐘「你支持或反對動物實驗？」。如果提早結束，實驗者會丟一些標準化問題，像「你對動物實驗了解多少？」讓他們繼續講，把時間用完。這個過程全程錄音。 5. 任務結束後，先由參與者自己評估剛剛的表現（流暢度、文法、詞彙量、發音、理解度等，總共有 9 個評分項目，用 0–100 mm 的滑尺量表，這是一把真的尺，有個可以滑動的標記）。 6. 接著，兩位荷蘭語母語者來聽錄音（他們不知道聲音來自哪一組），給一樣的 9 項評分，還要另外給發音、文法、詞彙、論述品質四個成績（1–10 分）。 7. 之後參與者再做一個算術任務（2 分鐘解 13 題，從簡單加法到複雜算式）。做完要給自己一個 1–10 分的「自我評價」成績。正確題數則是「客觀評價」。 8. 最後填 Rosenberg 自尊量表（10 題，總分 0–30），看看喝酒以後自尊自信程度是上升還是下降。 首先是酒測結果：酒精組喝完 15 分鐘後，血液酒精濃度 = 0.32±0.1 g/kg，冰水組為零（廢話）。 這個實驗過程看起來還滿開心的欸…當然抽到喝冰水的可能就沒那麼爽，至少也給杯可樂嘛！ 或是那個 Bitter Lemon 也好啊，這樣才能把「操縱變因」限定在酒精，不然我們可以說這個語言能力的改變可能是來自 Bitter Lemon 啊！ 實驗的控制還要加強喔。 實驗前所有人自評過荷蘭語能力，平均大約是「中上程度」，而且兩組之間沒有差異。 （前面「心理學獎」，每個人都自認是「中上程度」，果然沒錯） 喝完後自評外語能力：酒精組 55.53 ± 12.96，冰水組 53.59 ± 15.69，沒有顯著差異（p = 0.64，要低於 0.05 才算顯著）。 所以喝酒組並沒有讓他們「自我感覺良好」。 荷蘭母語者評估之外語能力：酒精組 61.53 ± 5.69，冰水組 56.65 ± 7.67，差異顯著（p = 0.02）。 這個差異主要來自「發音」，文法、詞彙、論述並沒有差。 在酒精組內，血液酒精濃度和語言表現（無論自評還是他評）沒有顯著相關。 在算術任務方面，兩組不管是自評，還是答對題數，都沒有顯著差異（冰水組成績比酒精組好一點點）。 有個假設是，酒精對主觀外語能力評分的影響，可能可由「飲酒後普遍信心提升」來解釋。 飲用後，自尊值的確有顯著上升，但是跟喝酒或喝水無關，兩組都是上升，所以也沒有「喝酒讓信心爆棚」這回事。 對於這個結果，研究團隊認為，可能是微醺時能讓人放鬆，降低了「語言焦慮」（講外語時緊張、怕講錯的感覺），所以講得比較順暢，發音上更自然。 不過這只是推測，因為這次的實驗並沒有測量語言焦慮，需留待下次研究了。 有趣的是，這跟之前的研究指出的「酒精會降低母語語音流暢性」（大舌頭）的研究剛好相反，似乎酒精對母語與外語的影響是不同的。 不過這種反向影響到也不錯，比如說要跟老美用英文交談時，喝個一杯，對方變鈍了，我們變流利了，那不是就剛剛好嗎？ （用中文交談也一樣，只是反過來）應該就可以聊得很順利了，難怪會得「和平獎」啊！ 這個研究，發表於 2017/10/18 的「精神藥理學期刊」（Journal of Psychopharmacology）。 ＃搞笑諾貝爾獎和平獎 -- Hosting provided by SoundOn

EP.282 一塊電路打破常理，拿下 2025 諾貝爾物理獎！ 2025 年的諾貝爾物理獎，是一個從 1、2、到（幾乎）無窮大的故事。 得獎者是 John Clarke（加州大學柏克萊分校）、Michel H. Devoret（耶魯大學）以及 John M. Martinis（加州大學聖塔芭芭拉分校）。 得獎的理由是「發現在電路中的巨觀量子穿隧現象以及能量量子化」。 最近「量子」成為社會上的流行語，除了「量子疊加」、「量子糾纏」是大熱門以外，聽過「量子穿隧」這個名詞的人應該也不少：巨觀的物體（比如說一顆棒球）碰到比總能量還高的位能障礙（比如說一堵牆壁）時，絕對無法越過，一定會被反彈回來。但是在量子的世界中，由於粒子具有波的特性，「碰到位能障礙」猶如「穿過不同介質」般，會有「部分透射、部分反射」的現象，那個透射的部分，就是「量子穿隧效應」。 不過包含穿隧在內的量子效應，通常只會發生在「又小又冷」（比原子小、接近絕對零度）的條件下才會出現。關鍵就是： 「你的 h 在哪裡？」（讓量子詐騙現形的咒語） 的那個「h」，也就是「普朗克常數」，它的值小得不得了（10 的 -34 次方），所以在巨觀世界中，幾乎是可以忽略的大小。 1957年，江崎玲於奈實驗觀測到「一」顆電子在半導體中的穿隧效應；1960年，Ivar Giaever證明了這在超導體也能發生。 最有名的故事則是，1962年，還是個研究生的 Brian Josephson 提出，「二」個電子組成的庫柏對，可以在兩個超導體之間夾一層薄薄的絕緣體時（稱為 Josephson junction），成對穿過那一層絕緣體（位能障礙）。 在這篇論文發表的幾乎同時，「超導教主」，也就是「BCS 理論」中的老闆：John Bardeen 也發表了論文，說「電子成對穿隧是不可能的事」。後來兩人在倫敦舉行的「第八屆低溫物理會議」中狹路相逢，當庭辯論，Bardeen還是堅持「想也知道這不可能！」，身為菜鳥的 Josephson 直接嗆回去：「想也知道？你真的有算嗎？我有算喔！」在氣勢上壓倒了早就名滿天下的諾貝爾獎得主 Bardeen。 後來實驗證明真的可以，Bardeen 不但爽快認輸，還推薦 Josephson 給諾貝爾獎委員會，後來 Josephson 與江崎玲於奈、Ivar Giaever一起獲得 1973 年的諾貝爾物理獎，當時 Josephson 才 33 歲。而 Bardeen 自己也在前一年（1972）拿到他的第二個諾貝爾物理獎，成為一段物理史上的佳話。 （上面的「前情提要」在量子熊頻道的「量子超級英雄」系列中有一大堆，需要惡補的快去看） 不過一顆電子也好、一個庫柏對（兩個電子）也好，基本上都符合「小、冷、擠」的原則。 不過今年的諾貝爾物理獎打破了「小」的這個限制，證明了「巨觀量子穿隧效應」。 這個「巨觀」有多大呢？ 是一個一公分見方的電路晶片，的確是日常生活看得到、拿得到的大小。 在 BCS 理論中，兩個本來都是自旋 1/2 費米子、得要滿足包立不相容原理的電子，配對成功變成庫柏對，庫柏對的自旋可以是 0 或 1，成了自旋為整數的玻色子，不再受不相容原理的約束，在極低溫時可以所有的庫柏對都擠在能量最低的狀態，全部用同一種模式運動，此時系統變成了超導態。這個狀態的特殊之處，就是有一個整體共同的「相位」（可以想成波形高高低低變化時，是在波形中的哪個位置）。而庫柏對能穿過 Josephson 接面，就是受到兩邊超導體各別相位（φ₁、φ₂）之相位差（δ = φ₁ - φ₂）所驅動。 然後在 1978 年，英國物理學家 Anthony J. Leggett（2003 年諾貝爾物理獎得主）說「我有一個大膽的想法」：對應於一個單純的粒子而言，空間中的位置 x 是一個「好的物理量」，所以我們寫一個波函數 ψ(x,t) 來描述這個粒子在時空中的行為，只要知道空間中位能的分布 V(x)，就能寫下薛丁格方程式把 ψ(x,t) 解出來了；那麼在Josephson 接面中，既然兩邊超導體的相位差 δ 是描述一個超導系統「好的物理量」，我們當然比照辦理，把這個系統的整體波函數寫成 Ψ(δ,t)，然後找出隨著δ而變的能量 U(δ)（相當於位能，這裡的 δ 類似位置的角色），就可以寫下薛丁格方程式來解這個系統了。 這時的 Ψ(δ,t) 的數學形式，根本就像一個「單粒子波函數與它的薛丁格方程式」，也就是這時候這整個系統的行為，就好像是「包含了系統中所有電子的一個假想的巨人粒子」一樣。他做到了，這個U(δ) 的長相很簡單，就是一個「斜坡上的波浪」或是「洗衣板」：U(δ) 跟 -(cosδ + δ×I/I₀) 成正比，其中的 I 是接面兩頭加的偏壓電流，I₀ 是個特定的電流值。當不外加電流時，這就是一個單純的 cos 函數，在 δ = 0、2π、4π….時是在「位能井」中的低點。加了偏壓電流 I 後，這個波浪就會往一邊傾斜，但是那些位能低點仍能保持是「位能井中局部低點」的狀態，等到 I 超過 I₀，因為太過傾斜，就沒有所謂位能井，而只是「比較斜」或是「比較和緩」的斜坡了。 好啦，當 0 < I < I₀ 時，假如我們讓這個系統的能量在位能的某個局部低點，這個系統的位能以及「巨人粒子」的「位置」，就幾乎跟我們在量子物理裡面講到的單粒子穿隧效應一樣，只是這裡的「位置」，其實是接面兩邊的波函數相位差δ。 接下來就做「連連看」就行了！單粒子的穿隧效應，是從起初位能井中較低的位置 x，穿過位能比粒子總能量還高的位能障礙的區域（位於 x 與 x’ 之間），跑到隔壁位能井中的低點 x’。對比到我們的 Josephson junction 系統，則是「巨人粒子」在從位能井低點 δ 越過位於 δ 與 δ’ 之間的位能障礙，跑到隔壁低點 δ’ 去。所以「穿隧」不是發生在我們熟悉的「位置 x 的空間」，而是在「相位差 δ 的空間」。 不過不管是哪個空間，穿隧就是穿隧。這件事（δ→δ’）發生時，會在接面上量到一個電壓脈衝，這就是 δ 發生變化的證據。 你可能會覺得「蛤」？我們很容易比「巨觀穿隧效應」想像成發生在我們熟悉的巨觀世界中，類似一顆電子穿過位能障礙一樣，發生了像是「一顆棒球穿過牆壁」的現象，一般媒體也會這樣引導，連諾貝爾委員會的「科普版」的圖也這樣畫。至少想像中也要有一大坨電子在空間衝過一個位能障礙吧？並不是這麼直接了當的事。 超導體中，是一大堆（10²³個之類）分不出誰是誰的庫柏對，大家的波函數相位都一樣。在 Josephson 接面的左邊跟右邊的超導體，一邊的相位是 φ₁ 另一邊是 φ₂，相差了 δ，穿隧發生後，兩邊相位都改變了，相位差變成δ’。我們沒有具體的看到「一大堆庫柏對突破絕緣層的位能障礙，從一邊衝到另外一邊去」這種穿隧，而是所有兩邊的庫柏對同步的改變了它們的相位，也就是量子態。由於所有的庫柏對都是完全一樣無法辨識的（這是量子多體系統裡最重要的一件事！），所以「這些庫柏對跑到那邊去」這樣的說法其實是沒有意義的，但是它們能夠超越那個能量障礙，做出了「協調的改變」，稱之為穿隧也不為過啦！ 講了半天，那這次的諾貝爾物理獎，為什麼要頒給這三位物理學家呢？ 他們量到了「因為相位差改變而發生的電壓脈衝」，沒了。 就這麼簡單喔？ 簡單個鬼，要量到這個難死了。原因是，有其他「不是巨觀穿隧的原因」，更容易產生電壓脈衝，要排除這些，實驗的設計與操作，要精密到接近變態的程度。 首先要將系統降到極低溫（數十 mK 程度），這個工程在 1980 年代當然不小，不過你只要口袋夠深，能養得起昂貴又嬌貴的「稀釋冷凍機」就做得到。溫度沒降到這麼低系統可能因為熱運動得到能量而越過位能障礙，不過這是因為你的能量變高所以「越過去」而不是「穿隧過去」，這時量到的電壓訊號就是假的，不是巨觀穿隧。 另外一個是電磁輻射，它們可能被系統吸收而能量變高，越過了障礙，這也是假的，所以得要把所有的電磁輻射屏蔽掉。他們開發了「銅粉微波濾波鏈」（copper-powder microwave filter chain）這個秘密武器：在連接樣品的導線上串接一連串濾波器（針對不同的頻率波段），每個濾波器都填滿極細的銅粉，外層再包覆銅的外殼。當微波沿導線進入時，電磁波在銅粉的狹小縫隙中被無限次散射與吸收，最後只剩下極低頻與直流訊號能通過。這個濾波裝置能對 0.1 到 12 GHz 的頻率範圍內的電磁波造成超過 200 分貝（dB）的衰減。你可能覺得 200 dB 聽起來沒什麼了不起，但是 dB 這東西是指數函數，200 dB 代表把外界電磁雜訊能量砍到原本的「一億兆分之一」（10⁻²⁰）！夠變態了吧。 這麼一來，導線上的訊號就可以說是幾乎「純淨無雜訊」了。 不過被濾波器裡面的銅粉吸收掉的電磁波能量跑到哪裡去了呢？答案是熱能。這不就糟糕了嗎！不只溫度會上升，還會因此產生黑體輻射，那「熱」與「電磁雜訊」這兩大殺手不都又回來了？這個問題當然需要處理，每一個濾波器都被固定在高導熱性的冷卻金屬板上，濾波器一吸收到能量轉成熱能，就會被冷卻板帶走，不會留在系統裡。 另外一個要小心的是偏壓電流。偏壓加得高，那個往下傾斜的斜坡可以降低位能障礙，增加穿隧的機率，不過不小心加太大（超過 I₀）的話，位能井就不見了，等於沒有障礙，相位差 δ 本來就可以到處亂跑，當然也就沒有穿隧可言了。 好，把那些「來亂的」假訊號排除後，就要來量「脈衝電壓」這個「巨觀穿隧的指紋」了。由於穿隧效應是量子力學的機率事件，所以每調一個參數，就得重複數千到數萬次的量測，才能得到所需要的數據分布，簡直搞死人… 看到了！排除了所有雜訊，「巨觀量子穿隧效應」的確存在。 他們更進一步，用微波將系統的波函數激發到第一、第二、第三激發態，由於能量較高（但尚未超過能量障礙），可以觀察到穿隧效應的發生機率也變高了。而這些激發態的能量，與 Leggett 的理論（以及後續與他的學生提出的 Caldeira-Leggett 模型）吻合。 這些結果，可以說是將 1980 年代的實驗技術推到極致才得到的。這些人簡直是「穿隧了當年的物理實驗技術之壁」，才有這番成就。當然啦，經過了快 40 年，實驗技術突飛猛進，做起來就不像當年那麼累了。 這個成果，對於現代量子電腦影響甚鉅。許多現在發展中的量子電腦技術，特別是超導量子位元的部分，都是這個現象與技術的延伸。 所以啦，今年的諾貝爾物理獎公布後，大家都是心服口服，不像去年頒給 AI，幾乎可以開一個「靠北諾貝爾物理獎」的專版了。不過去年頒給 AI 的先驅、今年「量子科學技術年」頒給量子科技的先驅，我懷疑諾貝爾委員會其實是在追時事梗… ＃諾貝爾物理獎 -- Hosting provided by SoundOn

EP.281（搞笑諾貝爾兒科學獎）母乳風味不是想像！媽媽飲食影響寶寶行為！ 2025年搞笑諾貝爾兒科學獎，頒給了 Monell Chemical Senses Center的兩位科學家 Julie A. Mennella 與 Gary K. Beauchamp，得獎研究主題是「媽媽吃的東西，會不會真的影響母奶的味道？會不會因此改變寶寶喝奶的方式？」兩位科學家都親自到場領獎。 這個研究發表於 1991 年，標題是「Maternal Diet Alters the Sensory Qualities of Human Milk and the Nursling's Behavior」（母親飲食會改變母乳的感官特性，也會影響哺乳嬰兒的行為）。 也就是探討「媽媽吃什麼→母奶味道怎麼變→寶寶有何反應」。 1980～90 年代有一波推廣餵母奶的潮流，重點多放在營養成分與提供抗體上，關於母奶的氣味、味道會不會受媽媽飲食影響、寶寶的喜好，了解其實不多。 動物研究倒是已經有一些結果：乳牛吃的東西會改變牛奶的味道；更有趣的是，哺乳動物會偏好幼時「曾在喝奶時出現過」的那些風味。 這篇研究有兩個主軸，第一：媽媽吃的特定食物的味道會不會跑到母奶裡？ 這個研究選了大蒜這種氣味強烈、而且完全是「大人趣味」的食物。 由過去在以乳牛為對象的研究已經得知，大蒜裡的含硫揮發物會進入乳汁。 第二，如果母奶氣味真的變了，寶寶的喝奶行為（吸吮的時間、奶量以及節奏）會不會跟著改變？ 研究者招募 8 對健康的母嬰（媽媽大約 30 歲、寶寶 3～4 個月，幾乎都全母乳），每位媽媽都做兩次實驗：一次吃大蒜膠囊，一次吃長得一樣但裡面沒料的安慰劑膠囊，兩次相隔一週。 這樣同一個寶寶自己跟自己比，就不會個體差異問題了。 測試前幾天媽媽要避免吃重口味的含硫食物（大蒜、洋蔥、蘆筍等），測試當天不能用香水、香皂、除臭劑；整體飲食設計成低硫，確保若有變化，就是來自於大蒜膠囊。 寶寶吸奶行為的量測：每次哺乳前後都精準量體重，以差值估算寶寶喝的奶量；哺乳過程全程錄影，事後分析影片，統計「含乳頭總時間」「吸吮次數」等指標，分析者並不知道當天媽媽服用的是大蒜膠囊還是安慰劑。 那母奶氣味的變化則是靠「人類的鼻子」：研究者找了 11 位嗅覺正常的成人當評審，把同一位媽媽同一天、服用膠囊前後各採得的兩份母奶並排，評審一定要挑出「味道比較像大蒜」的那一杯。 結果顯示，在「安慰劑日」，「嗅覺評審」的選擇接近隨機：服用膠囊前後的母乳各有約半數被判定為「味道較重」，由於評審無論如何一定要選一邊，所以這個結果表示吃膠囊前後如預期的，母乳氣味沒有改變。 而在「大蒜日」，有八成的評審正確的挑選出「服用大蒜膠囊後」的樣本，可見大蒜的含硫揮發物的確進入了母奶，味道足以讓評審分辨出來。 寶寶的反應呢？ 結果發現，這兩天的餵奶次數、換邊吸的頻率都差不多。 主要差異是「吸吮時間」在媽媽吃大蒜膠囊那天顯著變長了，從「安慰劑日」的 27.4 分鐘增加到「大蒜日」的 32.8 分鐘，而且延長的主要是在母奶氣味變強的時段，也就是吃完後 1.5～3 小時之間。 而且「吸吮動作次數」在這段時間明顯上升：從安慰劑日約 600 多次，增加到大蒜日的 900 多次。表示當蒜味出來時，小寶寶不只吸得更久，吸吮動作也更頻繁。 那喝的量有因此增加嗎？ 雖然小寶寶喝得更賣力，但總攝取量只呈現「多一點點」，並沒有達到統計上的顯著。研究者推測是「雖然味道變了，但是奶就那麼多」。 幾位媽媽的證言也是：「我差不多已經被榨乾了。」。 小寶寶可能是被新奇的味道吸引而努力吸，但是沒有實質上的「進帳」。 本研究的結果顯示，母親攝取大蒜後，乳汁的氣味會在大約 2 小時後出現顯著變化，且這種氣味變化會被嬰兒察覺並影響其哺乳行為。 雖然嬰兒並未確實增加攝取的乳汁總量，但他們在乳頭上的停留時間與吸吮次數皆顯著增加。 這些結果顯示，嬰兒的飲食經驗的確與母親飲食相關。 而且嬰兒經歷了母親飲食帶來的味覺、嗅覺等感官線索之後，對食物的偏好會受到影響。 之前的動物研究證明，泌乳期間母體飲食所帶來的風味經驗，會使幼體更容易接受這些風味食物。 這個研究結果也提供了人類可能也有類似機制的初步證據。 所以參與這個實驗的小寶寶們，長大之後可能會成為大蒜的愛好者… ＃搞笑諾貝爾兒科學獎 -- Hosting provided by SoundOn

EP.280（搞笑諾貝爾營養學獎）2025 搞笑諾貝爾營養學獎：頒給愛吃披薩的蜥蜴！ 2025 年的搞笑諾貝爾營養學獎，頒給了來自義大利、英國以及多哥的科學家組成的研究團隊，得獎的研究是他們發現了「在多哥一個海濱度假區的彩虹蜥蜴（rainbow lizards），愛吃『四種起司披薩』」。 多哥是位於西非的國家，在此有一種很常見的蜥蜴，叫做「多彩蜥蜴」（學名是 Agama agama），這種蜥蜴的環境適應力很強，不管在野外還是在都市，都可以看到牠們的蹤跡。 多彩蜥蜴主要以昆蟲為食，本來在野外的習性是嚴格的「日行性」，只在白天活動。但由於牠們已經很能適應都市環境，有些蜥蜴還會在晚上利用燈光當熱源，在夜間覓食，展現像壁虎一樣的行為模式。 雖然是食蟲動物，過去也有人觀察到，牠們在靠近人類聚落的地區，也會吃人類加工的「以麵包為基底的食物」。 本篇研究論文的主題是，描述在西非多哥一處海濱度假村，發現這些食蟲蜥蜴食用一種「先前未被報導過的麵包基底食物」。 講了半天的「a previously unreported bread-based food type」其實就是披薩，只是這種拐彎抹角的講法比較有種學術論文的「喟口」（台語）。 事情的起因是，研究者在多哥首都洛美（Lomé）附近的 Baguida 海濱度假村「Pure Plage」（可能正是度假時），偶然看到一隻成年雄蜥爬上遊客的桌子，搶走了一塊「四起司比薩」。 這個場景讓研究者很好奇：牠們好像沒吃過這種東西，這次只是偶發行為，還是牠們其實經常這樣做，只是我們不知道呢？ 於是在 2020 年 10 月，以及 2021 年 4 月到 5 月之間，研究者在「Pure Plage」度假村展開了觀察。 這幾天的天氣都是晴朗的日子，觀察時間在中午 12 點到下午 3 點之間，氣溫大約 31 ～ 33°C。 一共記錄了 9 隻蜥蜴的行為，其中有 5 隻是成體（3 雄 2 雌），另外 4 隻是亞成體或幼體。 在兩個不同日子裡，研究者同時在地面上放置兩盤比薩：一盤是之前看到的「四起司」，另一盤為「四季」（也就是四種口味的披薩各四分之一組成的拼盤），兩者相距約 10 公尺，並且距離先前觀察到成體蜥蜴的樹木約 10 公尺，然後在距離放置點約 15 公尺處觀察牠們的行為。 在實驗開始後 15 分鐘內，蜥蜴們就開始跑出來大吃比薩，甚至會為了搶奪食物而打架，有時候還會從最遠 15 公尺外直接衝過來吃。這樣的情況持續了大約 2 個小時。 最有趣的是，所有蜥蜴都只吃「四起司」那盤，對於「四季」則不屑一顧。 很挑欸！還是說「我們美食家才不屑吃那種拼盤式食物啦」？ 研究者認為，這些觀察顯示，雖然多彩蜥蜴本來是食蟲為主，但似乎已經習慣了人類製造的食物，而且還有明顯的偏好。 為什麼會這樣呢？ 有幾種可能：一是「四起司」比薩裡可能有某些化學訊號吸引牠們；二是這種比薩的營養組成，也許比其他種類更容易被牠們消化。 這是第一次有研究清楚記錄到，一個族群的多彩蜥蜴不只是偶爾，而是習慣性地經常吃人造食物，甚至表現出「挑食」的行為。 研究者也提出了下一步的問題：如果這些蜥蜴經常吃這些替代食物，會不會比只吃昆蟲的同地區蜥蜴更健康，或是有更好的身體狀態？ 還是相反？ 這部分還需要未來研究去驗證。 ＃搞笑諾貝爾營養學奬 ＃起司 ＃披薩 -- Hosting provided by SoundOn

EP.279（搞笑諾貝爾心理學獎）一句話就能打碎自尊，誰沒經歷過？ 2025 搞笑諾貝爾心理學獎頒給波蘭與澳洲的 Gilles E. Gignac 心理學家。 他們設計了一個有點壞心的研究，揭開我們有多在意別人的看法，又有多自我感覺良好的真面目。 361 位受試者，先做標準的智力測驗，再被「隨機」告知成績高或低（其實分數是假的，跟你實際測驗拿到的分數無關），接著立刻重填自我智力評估與自戀程度相關問卷。 結果顯示，被告知「你很聰明」的人，會瞬間提升那股「我很特別」的獨特感；被告知「你低於平均」的人，則自我評價下滑得更厲害，然後會開始牽拖說測驗不準。 也就是：壞消息的殺傷力大於好消息的鼓舞力；我們不只被評價改變自我感，還會啟動防衛機制保護面子。 這對家長與老師的啟示是什麼？ 讚美能提升自信，但是過了頭會養出自戀狂；批評容易經常會打擊過頭，更需要小心使用。 教育真的好難啊！ 2025 搞笑諾貝爾獎得獎名單：https://improbable.com/ig/winners/#ig2025 Intelligence 論文（2021/11）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160289621000799 ＃搞笑諾貝爾心理學獎 ＃心理學 ＃智力測驗 ＃聰明 ＃自戀狂 -- Hosting provided by SoundOn

EP.278（搞笑諾貝爾生物獎）農業損失數十億美元，卻被幾條黑白線解決？ 2025 年搞笑諾貝爾生物獎，頒給了日本愛知縣農業研究中心與京都大學的團隊。 他們把水性顏料在黑毛和牛身上畫上黑白相間的「斑馬紋」，結果竟然能大幅減少牛隻被吸血蒼蠅叮咬。 這個研究看起來有點好笑，不過這可是畜牧業的大問題！ 蚊蠅叮咬讓牛吃不好、睡不好，牛肉長不出來、牛奶變少，這個問題光在美國每年就造成超過 22 億美元的損失。 傳統做法是用殺蟲劑，但會有抗藥性、環境污染與食安問題。 這次科學家改用視覺干擾的「物理方法」。 實驗結果，畫上斑馬紋的牛，身上的蒼蠅數量幾乎少了一半，趕蠅動作也減少兩成。 特別是甩頭、跺腳這種大動作明顯下降，表示牠們真的輕鬆多了。 趕快把所有的牛都 Cosplay 成斑馬啊，還等什麼呢！可惜水性顏料只能撐幾天，得反覆補漆，牛很多大型牧場操作起來就累了。 不過這個方法提供了一個新思路：也許未來牧場裡會出現一群不怕蚊蠅的「斑馬牛」喔！ 2025 搞笑諾貝爾獎得獎名單：https://improbable.com/ig/winners/#ig2025 PLOS One 論文（2019/10/03）：https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0223447 ＃搞笑諾貝爾生物獎 ＃黑毛和牛 ＃斑馬紋 ＃物理方法 ＃斑馬 ＃斑馬牛 -- Hosting provided by SoundOn

EP.277（搞笑諾貝爾航空學獎）研究揭露：蝙蝠「酒駕」比清醒慢一倍！ 酒駕人人喊打，但你知道嗎？蝙蝠也會「酒駕」！ 2025 搞笑諾貝爾航空學獎頒給了一群以色列與德國的科學家，他們探討埃及的水果蝙蝠吃了「帶酒味」的水果後，飛行能力與類似聲納的回聲定位是否會出問題。 研究人員分別餵蝙蝠兩種液態食物，一種含有 1% 的酒精，另一種不含酒精，也就是對照組，再讓牠們飛過一條 6.7 公尺長的走廊。 結果清醒蝙蝠平均只要 2.19 秒，喝醉的蝙蝠卻拖到 3.49 秒，花的時間多了 60%。 夜空飛行時反應慢成這樣，可能就是「被貓頭鷹抓走」跟「存活下來」的差別喔！ 不只如此，喝醉的蝙蝠發聲模式也出了問題，造成導航系統大亂，更容易撞樹、撞牆。 過去的研究顯示，埃及水果蝙蝠會避開過熟發酵的水果，這不是挑食，而是演化留下的生存策略。 而人類明明知道酒駕危險，卻總是學不乖，看來我們真的不比蝙蝠聰明啊！ 2025 搞笑諾貝爾獎得獎名單：https://improbable.com/ig/winners/#ig2025 Behavioural Processes 論文（2010/06）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376635710000446 ＃搞笑諾貝爾航空學獎 ＃蝙蝠 ＃酒駕 ＃貓頭鷹 -- Hosting provided by SoundOn

EP.276（搞笑諾貝爾文學獎）他花了 35 年觀察自己指甲，竟然拿下「搞笑諾貝爾文學獎」！ 「指甲」給人的印象有點淡薄，大概就是「長長了就得剪」，有時候還會不小心剪到肉而該該叫、或者是太長沒剪不小心撞斷而碎碎念一番。 但像是要撕開標籤貼紙、還是要抓癢的時候，沒有指甲又很麻煩。 2025 年的搞笑諾貝爾文學獎，頒給了一位花了 35 年研究自己指甲生長特性的醫師 William B. Bean。 Bean 醫師出生於1909年，已經於1989年去世，這次由他的兒子 Bennett Bean 代表領獎。 本文介紹的是他在研究這個問題 10 年後，發表的第一篇文章「A Note on Fingernail」，35 年的那篇很可惜的還被期刊鎖著，要付錢才看得到。 不過只要看「十週年」這篇，應該就能對這個研究有所了解。 比恩醫師的方法非常簡單，不需要高科技儀器，需要的是驚人的毅力：每個月的第一天，他固定在左手大拇指的指甲根部與拇指皮肉的交界處，也就是剛從「甲小皮」下長出的地方——劃下一道小刻痕。一開始他用刮鬍刀片，後來發現小玻璃藥水瓶附的小挫刀更好用。 這道刻痕隨著指甲生長會慢慢往前推，直到跑到指甲和甲床（與指甲體中間的大部分下面緊密連接的皮膚組織）分開的懸空邊緣。 從根部到末端的距離是 1.45 公分。只要記錄每次刻痕「跑完全程」的天數，就能算出平均的日生長速率。 他本來計畫做更多：同時記錄左手所有手指、右手拇指，以及雙腳大拇趾的指甲。 後來發現手指甲速度都差不多，腳趾甲很難刻痕還常忘記記錄，最後乾脆專心在左手大拇指。 不過他在放棄腳趾甲記錄之前就發現：腳趾甲的生長速度，大約只有手指甲的四分之一到三分之一。 有人可能會想，有更簡單的方法：收集每次剪下來的指甲，量它們的長度或重量不就好了？ 其實這種方法你想得到，Bean 當然也試過，卻發現這完全行不通。 因為指甲在日常活動中會磨損。磨損量少則 25%，多的時候達 50%，平均下來大概三分之一。 這個不確定性讓「用剪下來指甲的長度或重量推算生長速度」完全行不通。 十年下來，得到的平均生長速率是每天 0.119 毫米，最慢時是 0.112 毫米，最快時是 0.132 毫米。 而且這個速度，隨著年齡增長，有緩步下降的趨勢。 長好一整片指甲（也就是一個刻痕跑完整段 1.45 公分）需要的天數，在 32 歲（1942 年）時，平均需要 117 天；39 歲時，增加到 123 天；40 歲時變成 126 天。 另外，指甲的生長是否跟季節有關？ 夏天萬物生長快，指甲也一樣嗎？ 1938 年英國學者 Le Gros Clark 的論文中的確提到，夏天指甲生長較快（他看的是一群學生的指甲而不是自己的）。 但 Bean 醫師的十年觀察，卻沒有發現固定的季節性規律。 對此，他提出了兩個可能： 第一，現代生活削弱了季節影響。 即使在 1940、50 年代，美國的冬天也有暖氣，夏天開始有冷氣，我們不再長時間暴露在極端氣溫之下。 第二，是他自己的問題，他的生活方式十分多變。 他不只做研究，還打網球、壁球、騎車、園藝，軍旅時期甚至待過高溫實驗室，還跑過沙漠與熱帶。 這些環境與活動的「雜訊」，可能掩蓋掉了微弱的季節性效果。 同樣地，他也沒看到搬家、換工作、壓力大小和指甲速度之間的明顯關聯。 倒是偶爾會有持續數月的「加速期」或「減速期」，但怎麼回想都對不上生活事件。 這些波動，至今還是謎。 真正明顯的變化出現在疾病。 1951 年 2 月，他得了腮腺炎。 那個月刻痕抵達末端的時間整整多了七天。 換句話說，在生病期間，指甲生長明顯變慢。 康復後，下個月的生長速度就完全恢復正常了。 這是文獻中第一次明確記錄「急性感染會短暫影響指甲生長」。 至於感冒、流感這些小病，他自己沒觀察到效果。 這也引出一個問題：是不是只有特定類型或比較嚴重的疾病，才會在指甲留下痕跡？ 如果答案是肯定的，指甲生長速度或許能成為健康狀態的潛在指標。 其實 Bean 醫師不只是觀察自己的指甲，在他 1982 年發表的「關於臨床研究的個人回顧」（Personal Reflections on Clinical Investigations）這篇文章中就提到，在他年輕時，臨床研究沒有像現在的規範以及標準流程。 研究者第一部經常就是「以身試藥」，拿自己當白老鼠。 Bean 也不例外。 他回憶自己做過「上百次自我實驗」：吞下各種新合成的化合物、用止血帶和加熱墊製造局部缺血。 為了研究「糙皮病」（當時還不知道這是缺乏維生素 B3 所引起，只知道跟飲食有關），他連續十天吃「糙皮病飲食」：玉米麵包、玉米粥、鹹豬油、糖漿。 結果十天內體重掉了十磅，虛弱到無法工作，只好中途停止。 後來發現這種病可以用「菸鹼酸」治療，不過會有臉部潮紅、心跳加快的副作用。 Bean 醫師進一步研究，發現「菸鹼醯胺」也能有效治療，而且不會有這些副作用，成為臨床上更受歡迎的選擇。 二戰爆發後，美軍配給的口糧經常被士兵嫌難吃，甚至直接丟掉。 Bean 受命設計新的軍糧，他很清楚：「再完美的營養，如果士兵不吃，就是零分。」他參考美國家庭最常購買的 20 種食品，設計出「九餐不重複」的菜單：例如雞肉燉菜、火腿燴豆子。 之後他率領研究團隊，在科羅拉多的派克國家森林，對整個步兵團進行大規模實驗。 他們記錄了每個士兵的營養狀態、體能表現、臨床檢查結果，甚至用 IBM 打孔卡片進行數據處理：這在 1940 年代是相當前衛的做法。 結果顯示，新設計的軍糧確實被吃下肚，士兵體能也有所提升。這次經驗成為美軍日後改進軍糧的重要依據。 我知道有一堆阿宅看了他的指甲研究會想到的是「吉良吉影」這個變態，不過看了這些文獻後，我覺得他是一位了不起的醫師與科學家，跟吉良吉影剛好在兩個極端。 那麼，這個研究為什麼會得到「文學獎」呢？ 因為論文是以少見的「第一人稱」視點敘述，讀起來比一般論文生動有趣得多，除了科學價值之外，也深具文學性，所以拿到文學獎，沒問題！ 這個「十年指甲研究」，發表於 1953 年 1 月的「皮膚病學研究期刊」（Journal of Investigative Dermatology）。 超中二物理宅雜記 話都給我說就好 其之525 圖上左、右：說到「長年累月的研究指甲」會想到的是…（ジョジョの奇妙な冒険©荒木飛呂彥／集英社） 圖下左：Bean 醫師的 10 年指甲生長記錄，縱軸為年，橫軸為指甲生長完成所需要的天數。唯一突破 130 天的就是得到腮腺炎那次。（來源：Journal of Investigative Dermatology） 2025 搞笑諾貝爾獎得獎名單：https://improbable.com/ig/winners/#ig2025 Journal of Investigative Dermatology 論文（1953/01）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022202X15483861 ＃指甲 ＃搞笑諾貝爾文學獎 -- Hosting provided by SoundOn

2025 年搞笑諾貝爾物理獎，破解「Cacio e Pepe」（起司胡椒麵）醬汁容易結塊的大問題！ 把 Pecorino 起司丟進滾燙麵水，沒有變成「夢幻起司白醬」，而是「白色塊狀＋稀湯」的大災難！ 😱 經過一番努力，得到了解答：澱粉濃度要剛剛好。 低於起司重量的 1% → 鐵定結塊。 2–3% → 最佳範圍，滑順又穩定。 超過 4% → 醬汁不結塊，但反而變「米粿」。 不要再用難以控制濃度的煮麵水了，改用玉米澱粉、太白粉，發揮科學的精神，精密量測醬汁中澱粉的含量吧！ 更有甚者，如果你是愛用食品添加物的「科技萬歲派」，也可以不用澱粉，改成 2% 的「檸檬酸三鈉」，更能讓你所向無敵，醬汁絕不失敗！ 最後，研究團隊還非常貼心的提供了「最佳科學食譜」，讓廚藝不佳的各位也能成功做出「Pasta alla Cacio e pepe」！ 好好研究物理，也能做出好吃的義大利麵喔！ -- Hosting provided by SoundOn

EP.274 萬惡波爾復活！哥本哈根的黑暗計劃曝光！（量子熊＃88） 什麼，波爾又出現了！ 是的，萬惡的波爾又來了，這一次他又在鼓吹什麼奇怪的理論來顛覆我們的認知？ 他在哥本哈根的巢穴裡又有什麼惡魔黨級的陰謀？ 請鎖定這一集的熱血科學家的閒話加長！ ＃量子 ＃量子熊 ＃波爾 ＃哥本哈根 -- Hosting provided by SoundOn

EP.273 不是科幻！黑洞炸彈被實驗證實可行！ 超輻射？ 黑洞炸彈？ 這不是機器人大戰新武器，而是貨真價實的物理理論，甚至已被實驗模擬出來。 1970 年帶，物理學家預測：只要黑洞轉得夠快，能量就會從黑洞移到波上，把波增幅，這就是「超輻射」效應。 物理學家更進一步設想：若將黑洞放入一個可反射波動的「鏡子空間」中，波就會來回反射、反覆放大，形成正回饋——黑洞炸彈。 這機制一開始不需要什麼高能量的條件，即使是從超級微小的熱雜訊或量子波動出發也能引爆黑洞。 2025年，這個概念已經被實驗物理學家做出來了！ 什麼？！ 這會不會太危險了！ 其實他們沒有真的做出一個黑洞，而是利用一根高速旋轉的鋁圓柱與三相 RLC 電路構成系統，在特定轉速下，電磁波能量從背景雜訊中自發成長、被旋轉的鋁柱增幅，甚至導致電阻燒毀，相當於電磁波在黑洞中被增幅、最後導致黑洞爆炸。 雖然不是真的黑洞炸彈，不過它證明了黑洞炸彈真的是有可能發生的！ ＃超幅射 ＃黑洞 ＃黑洞炸彈 ＃鏡子空間 ＃RLC ＃RLC電路 ＃鋁圓柱 ＃黑洞爆炸 -- Hosting provided by SoundOn

EP.272 量子詮釋大亂鬥：時空只是背景道具？（量子熊＃87） 你是否被量子力學的各種詮釋搞得頭昏眼花？ 如果你覺得還不過癮的話，來來來，這一集保證讓你腦洞大開！ 時空的本質與量子物理有什麼關係？ 時空有可能是更基本的結構湧現出來的幻象嗎？ 請聽熱血科學家這一集的閒話加長！ ＃量子 ＃量子熊 ＃量子力學 ＃量子物理 ＃時空 ＃詮釋 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.009 熱力學第二定律真的牢不可破嗎？馬克士威的幽靈來踢館！ 「溫度＝冷熱的程度」，是我們日常生活中很熟悉的概念；在「氣體動力論」我們學到，溫度與分子平均動能成正比：（k 是波茲曼常數）。 在一杯100°C（373K）的熱水中，水分子的平均動能是0°C（273K）冰水的1.37倍，將這兩杯質量相同的水混合，會變成50°C的溫水——完全符合我們的常識以及前述溫度的定量定義。 水分子在杯子裡隨機亂跑互相碰撞，會不會在某個時刻，剛好這杯溫水中跑得快的水分子都出現在杯子的右半部，跑得慢的水分子都留在左半部，變成半邊熱水半邊冷水呢？ 我們知道這不會發生，不然就得小心「被溫水燙傷」了。 物理學家發現，所有的系統都會自發性的往「越來越混亂的狀態」演進，這就是「熱力學第二定律」；並提出「熵」這個物理量來衡量系統的混亂程度，所有自發性的反應必定會讓熵值增加。 冷熱水分開時熵值較低，均勻混合變成的溫水熵值較高，所以冷熱水一經混合就無法自動再次分開。 這對於「夏天要吹冷氣」的我們來說可不是好消息，如果空氣能自發性的分成「低速分子待在教室裡，高速分子跑到教室外」，那教室的溫度不就下降了嗎？ 可惜這個過程違反了熱力學第二定律。 馬克士威的時代還沒有冷氣可吹，不過他也嘗試挑戰了這個定律，就是「馬克士威的幽靈」！ 這個思想實驗如下：一個盒子被隔板分成左右兩邊，隔板上有個小門，門邊有個小小的智慧生物「馬克士威的幽靈」。 當高速分子由左而右接近小門，幽靈會開門讓它進入右邊；如果來的是低速分子就不開門。 同樣的，低速分子由右向左時，幽靈也會開門讓它進入右邊。 如此會讓高速分子逐漸集中在左邊而升溫，而右邊則是聚集了低速分子而降溫。 圖：馬克士威的幽靈示意圖（來源：維基百科 https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_demon ） 由於幽靈很小，而且只是控制僅供氣體分子通過的小門開關，消耗的能量小到可以忽略，卻可以讓系統自發性的產生溫差讓熵減少，這否打破了熱力學第二定律的限制呢？ 這裡忽略了一個重要的問題：這是一個擁有智慧的幽靈，它觀察分子的狀態並做出開關門的決策。 物理學家發現，看似只存在虛擬世界的「資訊處理」與物理世界「熵的變化」居然有關！ 就算馬克士威的幽靈真的存在，而且能幾乎不消耗能量的來讓盒子的熵降低，但是它處理資訊的過程所增加的熵會更多，因此熱力學第二定律還是牢不可破的。 也就是說，我們還是無法讓教室裡的空氣「自發變冷」，只能靠冷氣機作功來降低室內溫度，並且乖乖付電費了！ ＃溫度 ＃氣體動力論 ＃動能 ＃碰撞 ＃熱力學第二定律 ＃熵 ＃馬克士威 ＃幽靈 -- Hosting provided by SoundOn

EP.271 真鍊金術登場：LHC揭示超周邊碰撞如何讓鉛變金！ 真‧鋼之鍊金術師來啦！ 「把低賤的鉛變成高貴的金」，是古代鍊金術師——包括偉大的牛頓在內——夢寐以求的目標。 CERN（歐洲核子研究組織）利用大型強子對撞機（LHC）做出來了！ 今天講的這個實驗，是用安裝在 LHC 上的一套叫做「ALICE」（A Large Ion Collider Experiment，「一個大型離子對撞實驗」……一聽又是為了湊縮寫取的名字）的裝置所完成的。 其實這不是第一次「點鉛成金」的研究，那為什麼重要？ 是能大量生產嗎？ 根據研究者的估算，在 LHC 的 Run 2 時期（2015-2018年），所有實驗加起來總共大約產生了860億個金原子核。 860 億聽起來很多欸！ 但換算成質量，大約只有29皮克（picogram），也就是一兆分之 29 克，今天台灣銀行牌告黃金價格為每公克3155元，所以產出黃金約值台幣一億分之九（9/100,000,000）元。 如果要打一個一錢重（3.75公克）的金戒指，需要這個數量的 1300 倍！ 所以，高能物理學家想靠這個發財，恐怕是不可能的。 其實這個研究的重要性在於，這是科學家第一次能非常精確地測量到鉛原子核在高能碰撞中變成金原子核的機率。 也就是說，而是我們能觀測到這個轉變過程中，原子核之間的互動許多細節，可以來驗證並且修正核物理的模型。 ALICE 原本主要的任務其實是要研究宇宙大爆炸初期產生的「夸克膠子電漿」，但它的設計碰巧對另一種現象也特別敏感，叫做「超周邊碰撞」（ultraperipheral collision）。 跟我們平常聽到的粒子對撞比起來，這種「超周邊碰撞」聽起來是不是很厲害的樣子？ 其實並不是，超周邊碰撞是指原子核彼此靠近的程度比直接對撞遠，可以說是一種「擦邊球」，這很容易理解，因為鉛的原子序是82，金是79，稍微擦撞一下把三個質子撞掉就行，不見得需要用傳統的猛烈正面對撞。 兩束鉛原子核在 LHC 裡以光速的99.99993% 的高速進行前述的「擦撞」，會有什麼反應呢？ 接近的鉛原子核帶了82個正電荷，周圍會產生極強的電磁場，可以視為是一束高能量的「虛擬光子」脈衝。 正是這些虛擬光子掃過另一個鉛原子核束上，引發了「電磁解離」（electromagnetic dissociation, EMD）的現象。 也就是強烈的電磁場把原子核內部的結構稍微「震散」，結果就會導致有一些「原子核的屑屑」，也就是質子跟中子被敲出去。 如果剛好敲掉三個質子，那麼這個鉛核就剛好變成了金原子核。 ALICE搭載的「零度量熱計」（zero-degree calorimeters, ZDCs），這裡的零度指的是偏折角度為零而不是溫度，因為用這種方式敲出去的質子幾乎都是沿著本來原子核束運動的直線上，所以偏折為零度，ZDCs可以計算被敲出來的質子數，並且推算出不同質子數對應的「散射截面積」（與事件發生的機率相關）。 研究團隊將這些實驗數據得到的散射截面積，與RELDIS模型（RElativistic Light ion DISsociation model）計算的結果比較，發現對於敲出0個質子（只打出中子，鉛還是鉛）跟3個質子（鉛變成金）的事件而言，模型與實驗相當吻合，但是模型低估了敲出1顆與2顆質子（變成鉈跟汞）的散射截面積。 除此之外，他們還用了一個叫 ZEM 的偵測器，專門用來排除那些真正發生直接碰撞（強子碰撞）的事件，確保分析到的都是純粹由電磁作用造成的現象。 透過這個實驗，科學家第一次得到了精確的測量數據，能夠去驗證並且修正現有的電磁解離理論模型。 除此之外，這個研究對加速器的「健康」很有用。 當這些鉛原子核變成金、汞、鉈等等不同元素之後，它們的質子數改變，電荷改變了，跑的軌道也會跟著改變，可能就會偏離原來的路徑，撞到加速器管壁上，造成粒子數流失。 這種損失會影響 LHC 或未來類似加速器的性能，所以能夠預測這些不同產物發生的機率，有助於工程師精確預測粒子損失，並且改善未來加速器的設計和效率。 還有，宇宙中有比LHC對撞更極端的環境，例如中子星或黑洞附近，是否也正在發生類似的「宇宙煉金術」呢？ 也是個很值得繼續探索的問題。 總之這次的「真‧鍊金術」雖然無法發大財，不過卻能讓我們更瞭解原子核的奧秘。 這個研究，發表於2025/05/07的「Physical Review C」。 繼續等下一個可以真的發大財的實驗ing…… 超中二物理宅雜記 話都給我說就好 其之519 ＃煉金 ＃強子對撞機 ＃LHC ＃ALICE ＃夸克膠子電漿 ＃超周邊碰撞 ＃虛擬光子 ＃電磁解離 ＃零度量熱計 ＃煉金術 -- Hosting provided by SoundOn

EP.270 時間是單向的嗎？量子說：不一定！（量子熊＃86） 未來能夠影響現在嗎？ 可以讓波包不塌陷嗎？ 微觀世界與宏觀世界的差別可以抹除嗎？ 讓你腦洞大開的量子詮釋：交易詮釋，你一定不能錯過喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃未來 ＃現在 ＃波包 ＃微觀 ＃宏觀 ＃量子詮釋 ＃交易詮釋 -- Hosting provided by SoundOn