物質 Archive

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從英雄故事到跨域知識:淺談原子彈內傳

作者|梁家祺副教授(元智大學通識教學部)

在一次偶然的機會筆者看到《雪地英雄》這部1965年拍的電影,描述二次大戰期間,盟軍計畫破壞德國納粹在挪威設立重水工廠的歷程。

重水是製造原子彈的重要原料,因此英軍與挪威游擊隊在1942年至1944年間數次突擊與轟炸重水工廠,導致後期德國決定把工廠設備和重水運回國內,載著幾千加侖重水的海德羅號行經挪威廷湖(Tinn lake)時,爆炸沉入湖中,從此德國失去製造原子彈的重要原料來源。筆者向來著迷於英雄故事,對於二戰歷史中沉沒於廷湖的海德羅號的裝載物充滿好奇,也對重水在德美的原子彈競賽中所扮演的角色充滿疑惑。

此圖片摘自《雪地英雄》劇照。

60年後,一群水下考古學家藉由尋找海德羅號來解謎《核武機密》,打撈上岸的桶子的確裝了濃度不同的重水,但是總量卻很低,根本無法運轉一座核反應爐,這其實解釋了大戰後期盟軍發現希特勒根本沒有製造原子彈的計畫,充其量就是個原子反應堆實驗室,因此盟國早期認為重水是德國用來製造原子彈的看法其實不正確,也就是說挪威突擊隊英勇炸沉的海德羅號中所裝載的重水其實沒那麼重要。

其實重水量的多寡並不是重點,重點是為什麼選擇用重水,因為重水相當不易製備,其含量只佔水的萬分之一,所以要大量提取相當困難,根本是個不可能的任務。[1]

貝特(Hans Bethe)曾在《今日物理》發表一篇文章,談到二次大戰期間對於德國和美國使用中子減速劑的差異,當時所知道影響核裂變鏈式反應的減速劑為石墨和重水,德國實驗物理學家波特(Walter Bothe)用石墨作實驗,發現無效就斷然採用重水,文中提到德國人因為過度相信權威而沒有懷疑波特的結論,貝特甚至直言若有一位德國科學家重複做此實驗,結果應該會改變,或許也就沒有後續佔領挪威重水廠和盟軍突擊隊英勇抵抗的感人故事。

問題是美國的物理學家費米(Enrico Fermi)也在做同樣的石墨實驗,結果似乎也不好,為何費米沒有放棄用石墨轉而用重水,其中關鍵的因素在於同為物理學家的研究夥伴席拉德(Leo Szilard)之前的化工背景讓他們對於石墨的純度產生懷疑,在改善石墨純度後繼續進行實驗,果然成功並進展快速。由於石墨便宜又提取方便,所以在減速劑的選擇上德國就已註定計畫失敗的命運。[2]

沈致遠先生在《科學是美麗的》書中,藉由貝特的這篇文章談寬廣知識的重要性,並進而反思學科間的壁壘分明的問題,此對於現階段台灣高等教育的困境如同當頭棒喝。

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【知識通訊評論】上帝粒子的隱憂

【全文原載於《知識通訊評論月刊》118期〈上帝粒子的隱憂〉】

如以當前經濟情勢來看,莫說是美國,整個歐洲的風雨飄搖,比諸當年,不知嚴峻幾許,這對需要龐大經費建造加速器的粒子物理來說,自是極端不利……

七月初在瑞士日內瓦的歐洲粒子物理中心,終於宣佈傳聞已久希格斯粒子的發現。由於這是粒子物理領域的一個大成就,加上希格斯粒子又有一個「上帝粒子」的稱號,所以得到相當大的媒體關注,有些引述認為這是近代科學的一個大成就,與發現DNA相提並論,甚至有說法認為這是粒子物理一個新黃金時代的開端。

上帝粒子引來全世界的關注(圖片來源artist in doing nothing@Flickr)

希格斯粒子的引起高度關注,主要因為粒子物理自上世紀五○年代以降,理論發展逐漸成形,對於宇宙物質的基本結構和作用力,都有一個相當能令人滿意的解釋理論,爾後又有一連串實驗結果,佐證這些對一般人來說,事實上相當玄奧難喻的理論。

但是在粒子物理學家稱為「標準模型」的理論之中,卻一直缺乏這個希格斯粒子的實驗證據,沒有這個粒子存在的證據,「標準模型」理論中一些粒子質量的問題,就不能有圓滿的解答。

目前兩個實驗組得到的證據指出,他們在一個相當可靠的統計效應之內,這個理論預測粒子的存在機會相當高(專業術語是西格瑪五,也就是誤差小於千萬分之三)。在物理實驗科學方面,目前還需要驗證的,是這個粒子的自旋數是零,實驗物理學家說,到今年年底累積更多的實驗證據,如果都符合理論的預測,希格斯粒子的發現才可以說是塵埃落定。

希格斯粒子發現的討論中也談到,最後結果無論是不是希格斯粒子,都將給粒子物理帶來一個新的境界,是希格斯粒子自然跨前一步,就算不是,也會對於所謂如「超對稱」以及「弦論」等後「標準模型」理論,帶來發展契機,這也正是粒子物理黃金時代來臨說法的道理。

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(A Biologist’s) St. Patrick’s Day Song 有趣啤酒之歌

整理|楊玲(臺大跨科際對話平臺)
翻譯|蔡松源(臺大跨科際對話平臺)

最近在Youtube有一首名為”(A Biologist’s) St. Patrick’s Day Song”的影片,已突破20萬人點閱。內容是一位男子自彈自唱慶祝愛爾蘭傳統節日St. Patrick’s Day,當天最重要的活動就是喝啤酒歡騰。這首歌以輕鬆方式描寫啤酒如何釀出及人們喝醉後逗趣反應。音樂旋律輕快,歌詞相當有趣,十分吸睛,這也展現科學傳播另一種有趣途徑。

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【跨科際閱讀】電晶體的發明

電晶體的發明是天時、地利及人和促成的。

撰文│林天送(美國聖路易華盛頓大學化學暨神經科學系)
原載於【科學發展446期】2010.02.01 Read the rest of this entry »

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【跨科際閱讀】想像比知識重要

法拉第以高明的科學想像力,體認到電荷之間的場才是描述電磁現象的關鍵。

Michael Faraday@wiki

Michael Faraday正拿著一個1845年當時他使用的那種玻璃棒。1845年,他發現了抗磁性(diamagnetism;法拉第效應)現象:一個線性極化的光線在經過一物體介質時,外加一磁場並與光線的前進方向對齊,則此磁場將使光線在空間中劃出的平面轉向。這個實驗證明了光和磁力有所聯繫。

撰文│高涌泉(臺大物理系教授)

原載於【科學人雜誌】2008.06.01 Read the rest of this entry »

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【跨科際閱讀】原子會發光

不同的原子有不同的光譜這件事,被美國科學促進協會列為所有公民必備的知識。

撰文│高涌泉(臺灣大學物理系)

原載於【科學人雜誌】2007.06.01

元素發射光譜-01

發射光譜可以用來確定材料的組成,因為在週期表上的每一種化學元素都有各自不同的發射光譜。例如,分析接收到的光譜可以確認恆星的組成。

前一陣子我在圖書館看到一本討論科學素養的書,內容是關於「所有(美國)學生在小二、小五、國二、高三等各階段末,對於科學、數學、技術等領域所應該知道、或有能力去做的事」。這類的書頗多,一般而言並無特殊之處,但這本名為《科學素養指標》(Benchmarks for Scientific Literacy)的書卻相當值得參考。它是由著名的美國科學促進協會(AAAS)所發表的,屬於「2061年計畫」(Project 2061)報告的一部份。這個研究計畫的目標是促進所有未來美國公民的科學素養,以便「有助於人們能過個有趣、負責、且豐富的一生」。 Read the rest of this entry »

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【跨科際閱讀】能自動分解的塑膠──可降解塑膠

在今天,塑膠製品已經進入千家萬戶中,垃圾中的廢棄塑膠也越積越多。合成塑膠有很高的化學穩定性,不僅耐酸、耐鹼,並且不蛀、不霉、不腐蝕等,有人稱它是「白色汙染」。由於科學的進步,人類已經可以做出能自動分解的塑膠,避免造成環境汙染。

撰文|蘇明德(嘉義大學應用化學系)

原載於【科學發展448期】2010.04.01 Read the rest of this entry »

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【論壇平台】自由論壇NO.3-鬥陣來讀冊!台灣奇蹟 揭新流感之謎…

面對新流感疫情,從去年9月開始到12月,政府因應疫情制定325停課標準,科學家及業界積極研發疫苗並生產。目前,新流感疫情消聲匿跡,而數據也顯示每年因季節性流感的死亡疫情並未發生,是公衛政策奏效?疫苗施打成功?您會怎麼看這件事?

gillesroy@flickr

疫苗接種停、看、聽

轉載自聯合報2010.03.01

撰文│蘇益仁(成大醫學院講座教授)

去年八九月時,學界都在猜測新流感發展。現時序已進入三月,過完了農曆春節,今年的新流感不但沒有再流行,就連每年必來的季節性流感A型及B型病毒也消聲匿跡,揭開了學界久來所好奇的謎。此波疫情中所展現的防疫措施,包括藥物及疫苗的製造及使用,都是人類醫學史上的大事,而值得大家回顧與檢討。 Read the rest of this entry »