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那年,波耳與愛因斯坦一起領的諾貝爾物理獎│科學史上的今天:10/7

張瑞棋_96
・2015/10/07 ・1284字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 513 ・六年級
Bohr with James Franck, Albert Einstein and Isidor Isaac Rabi (LR)
波耳與詹姆斯·法蘭克、阿爾伯特·愛因斯坦及伊西多·拉比。圖片來源:Wikipedia

在陽光照耀下,哥本哈根的秋天涼爽宜人。出生於 1885 年 10 月 7 日、高齡 77 歲的物理學家波耳(Niels Bohr, 1885-1962)坐在他的研究室中,望著窗外的天空,想起四十年前愛因斯坦來訪的情景。他到車站迎接這位仰慕已久的大師,兩人搭上電車回家,結果在車上討論得太投入了,竟坐過站了,只好下車搭返回的電車,不料又過了頭,如此來回幾次。但他們一點兒也不在意,因為實在談得太投機了!

那真是美好的時刻啊!老人嘴角不禁揚起微笑。可是愛因斯坦為什麼特地來哥本哈根呢?啊,對了,那年他們倆一起領諾貝爾物理獎。他贏得的是 1922 當年的獎,而愛因斯坦卻是補領前一年就應受頒的獎,只因為委員會裡有人作梗。真是可笑,他們竟敢如此對待這位大師。不過,也因為如此,愛因斯坦才會在回程時順道來訪。

說起來他跟愛因斯坦真是有緣。他們同一年領獎,而他得獎的研究也是與愛因斯坦得獎的光電效應論文有關。他就是吸收普朗克與愛因斯坦的光量子理論,才在 1913 年以「量子躍遷」挽救老師拉塞福的原子模型,解決了古典物理無法回答的問題:繞行的電子不會發出輻射而逐漸失去能量,最後墜落到原子核?太陽光譜出現的暗線與後續實驗也都印證了他的理論;愛因斯坦還特地讚賞他的發現是「思考層次最高境界的美妙音樂。」

然而,就到此而已。老人回想起來,仍深感遺憾。當他繼續探索並全然擁抱量子力學,愛因斯坦卻是裹步不前。

他了解量子力學所描述的世界如此光怪陸離,完全違背傳統的認知,但這就是真實的世界啊!不,其實沒有所謂客觀獨立存在的真實世界,所謂真實只對觀測者有意義,而且觀測行為本身就會影響到真實如何呈現。當然這個由他與海森堡於 1927 年領銜發表,被稱為「哥本哈根詮釋」的觀點,是不可能被篤信因果律與決定論的愛因斯坦接受的。而他與愛因斯坦也分別代表量子力學與古典物理陣營,多次展開辯論。

即使他們的立場完全不同,卻毫不影響彼此間的惺惺相惜。就像愛因斯坦說:「上帝不會擲骰子」,他回應以:「愛因斯坦,別再告訴上帝該怎麼做了!」那是老友才有的調侃啊!那幾年的思辨交鋒就像當年電車上的熱烈交談一樣美好。物理學家 C.P. 史諾(Charles P. Snow)形容得真好:「在人類思考的歷史上,再也沒有出現更深奧的知性辯論了。」自從七年前愛因斯坦過世後,他的內心更覺得寂寞了。

老人突然從追憶中回過神來,站起身走到黑板前,一筆一筆畫了起來。那是愛因斯坦的光盒──為了反駁他們的測不準原理而提出的思想實驗。這老小子讓他當場無從反駁,害他思索了一整夜才想出破解之道,不過最棒的,是破綻竟然就在於愛因斯坦忽略了他自己的相對論效應。波耳愣愣地望著黑板上畫好的圖形,不知是在思索或又陷入回憶,過了好一陣子他才轉身回家。

第二天,波耳因心臟衰竭病逝於家中,畫在黑板上的光盒成了波耳最後的筆跡。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 479 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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「你不要過來啊!」蜘蛛為了在交配中保命,竟然把自己給射出去了!

Peggy Sha
・2022/05/18 ・1686字 ・閱讀時間約 3 分鐘

自然界中,充滿了不少為了交配而「慷慨赴義」的勇者,像是:螳螂、蜘蛛等等,在激戰中或激戰後,雄性會變成配偶的盤中飧,如此一來,不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!(讓我們感謝飛天小爸爸的努力!)

「性食同類」不僅可以延長交配時間、增加受精機率,還能為雌性提供養分,讓後代更有機會健康快樂地成長!圖/Pixabay

這種現象呢,被稱之為「性食同類」(sexual cannibalism),通常是雌性吃掉雄性的比例稍微高一些。

但正如俗話所說,「生命會自己找到出口」,竟然有雄性蜘蛛靠著把自己「射」出去來保下一命!今天,就要來為你講述,隆背菲蛛(Philoponella prominens)的噴射故事。

交配到一半就彈出去了?超離奇高速彈射之謎!

這次的主角隆背菲蛛呢,是一種原產於日本、韓國等地的社會性動物,過去驚人的成就包括:能夠一次聚集 300 多隻同伴,共同編織出一片大網。

至於牠們超強的彈射能力又是如何被發現的?原先,來自湖北大學的張士昶副教授與團隊正在研究隆背菲蛛的性行為,卻忽然發現了一個超離奇現象:完成交配之後,雄蛛居然會猛然彈開,「biu」地一下就飛得老遠!

這驚人的過程可說是快到不可思議,最高紀錄達到一秒 88.2 公分,別說是肉眼,就連普通相機都沒辦法正確紀錄下細節。

這個現象立刻引發了研究團隊的好奇心,那麼接下來該怎麼辦呢?當然是:交配大戰看起來!

射,還是不射?這是個攸關性命的問題!

為了進行研究,團隊總共觀察了 155 次交配行為,並在其中 152 次中觀察到了這種超高速的彈射情形。你可能會很好奇,那剩下的 3 次呢?嗯……那 3 隻隆背菲蛛沒有成功彈射出去,交配後就成了配偶的大餐了。

什麼?沒彈掉就會被吃掉?這究竟是巧合還是命運的安排?

研究人員決定出手人為干預一下,他們選了 30 隻隆背菲蛛,然後想辦法阻止牠們彈射,結果發現:「彈射=保命」,要是你射不出去,那你就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的晚餐。

要是隆背菲蛛彈射失敗,那就逃不過配偶的大口,注定要變成人家的營養來源。圖/Pixabay

相反地,如果成功彈出去了,那麼,你不但可以保命,也多了再次交配的機會。嘿,沒錯,牠們彈出去後還會再爬回來交配,再彈、再爬、再交配,就如此反反覆覆。(當然啦,有時也會在過程中不小心弄掉一些身體部位,比如一兩支步足。)

想要成功噴射,你需要一對強壯的步足!

至於為何隆背菲蛛能變成這樣的飛天小蜘蛛呢?秘密就藏在牠們的步足中。研究團隊發現,雄蛛們會將第一對步足抵在雌蛛身上,一旦交配完成,就用力蹬腳彈射出去。

根據實驗,科學家們發現這對步足可說是噴射與交配關鍵,少了一支都不行,只要沒有這對秘密武器,雄蛛只會停留在求偶階段,但不會真的跟雌蛛交配。但如果掉的是其他幾支腳,那可完全不會影響交配過程,還是能順利完成生育大計。

而這對秘密武器最強大的地方,其實是來自液壓;只要蜘蛛擠壓胸部的肌肉,便可以將其中的體液注入特定關節(tibia–metatarsus joint),透過液壓來伸直步足、產生彈力。

沒想到吧?為了在交配中保命,隆背菲蛛還得運用到流體力學,是不是很有趣呢?

參考資料:

Male spiders avoid sexual cannibalism with a catapult mechanism: Current Biology
These male spiders catapult away to avoid being cannibalized after sex
Watch These Male Spiders Jump Like Hell to Avoid Being Eaten After Sex
This Male Spider Catapults Itself Into the Air to Avoid Sexual Cannibalism | Science| Smithsonian Magazine
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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。