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挑戰物理人的邏輯思維:這些實驗結果,怎麼都跟想像不一樣?——2016物理人挑戰

物理雙月刊_96
・2016/12/12 ・2306字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 478 ・五年級
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  • 編按:學科學不一定是宅宅,學物理足以撼動世界,小至生活瑣事,大至宇宙定理,都是物理人關注的範疇。「物理人的挑戰」,是找出如何透過教育與職涯發展讓物理重回最性感的學科,讓「物理人」重回最令人驕傲的身份!本文為 2016 年 11 月 12 日「物理人挑戰—Beyond Physics Identities」文字紀錄。

講者/孫維新|國立自然科學博物館館長

文字記錄/林佳芳|國立中興大學物理系學生

國立自然科學博物館孫維新館長。圖/物理雙月刊提供

「在自然中看見科學,用科學來理解自然。」國立自然科學博物館館長孫維新用這一句話作為演講開頭,他還開玩笑說,除了是因為這句話包含了「自然科學博物館」的「自然科學」四個字之外,更是因為人們對物理的認識都是從自然而來。然而在理解自然現象背後的道理時,人們卻常常出錯,孫維新認為這原因有兩種:

物理知識不正確、大腦認知有問題,而更多時候是以上兩者的結合。

關於大腦認知有問題,可以從許多知名的錯視圖中發現,例如科夫卡環(Koffka Ring)、色彩明度錯覺(Color Value Illusion)、咖啡廳錯覺(Café Wall Illusion)、小精靈錯覺(Pac-man Illusion)等,我們在面對這些錯視圖時,大腦對於顏色、線條等圖形的解讀發生了錯誤,讓我們被騙;而除了圖案之外,研究也發現漢字的順序並不一定影響閱讀,即使打亂了文字,我們依舊可以知道句子的意義。也就是說,大腦會做一些奇怪的事情,讓我們的認知出現問題。但這些錯覺並不是毫無用處,像 VR 虛擬實境的科技,就是基於人腦的這種錯誤認知發展出來的。

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科夫卡環,環的左右側顏色看似相同,其實是不同的。圖/The Koffka Ring
咖啡廳錯覺,圖中的橫線看似歪七扭八,其實是直的。圖/Cafe Wall Illusion

在物理知識不正確中,孫維新則示範了許多顛覆想像的物理實驗,藉此解釋有時我們認為是對的物理知識其實並不正確。首先是燃燒薯片的實驗,一片洋芋片裡究竟有多少油脂呢?現場觀眾看著洋芋片燒起來,才驚覺自己無意間吃下這麼多油,更有人開玩笑地說,在野外需要生火的話靠洋芋片就夠了!

燃燒薯片實驗,看過才發現原來我們吃下這麼多油!圖/物理雙月刊提供

接著是兩顆氣球的小實驗,兩顆氣球的其中一顆是灌較多氣的大汽球,另一顆則是僅稍微充了一點點氣的小氣球,孫維新要觀眾試著猜猜看,當他將兩顆氣球相連後會發生什麼事?兩顆氣球會變得一樣大、大的變大小的變小、大的變小小的變大,還是兩顆氣球不會有任何反應?多數人認為兩顆氣球會變得一樣大,但實際上做實驗卻發現,其實是大氣球變大,小氣球變小,空氣反而由小氣球進入了大氣球。孫維新解釋,這是因為小氣球內的氣體單位面積受到的壓力比大氣球大 ,於是兩顆氣球相連之後,空氣通通往大氣球跑去了。

兩顆氣球實驗,你原本覺得空氣會怎麼跑呢?圖/物理雙月刊提供

接下來的實驗孫維新形容,是個「有些暴力」的標槍實驗,他還擔心地說,不知道現場觀眾會不會帶著「孫館長很暴力」的印象回家。這個特製的標槍教具本身有兩種發射模式:直線發射及旋轉發射,每次都能發射一個小圓環,但兩種發射模式會影響到圓環的飛行速度和距離,但哪種發射模式會讓圓環速度較快、哪種又會讓距離較遠呢?實驗結果發現直線發射的速度較快,但圓環飛行時很不穩定,所以飛不遠;旋轉發射因為部分能量分給力矩,所以圓環飛行速度較慢,但穩定得多,因此飛得很遠。孫維新也說,這樣的小實驗所觀察到的現象,被應用在許多科技中,最簡單的例子就是在人造衛星的發射過程,也需要轉動的角速度,來幫助它順利飛行到目標軌道。

標槍實驗,旋轉發射因為部分能量分給力矩,所以圓環飛行速度較慢,但穩定得多,因此飛得很遠。這樣的小實驗所觀察到的現象,被應用在許多科技中,最簡單的例子就是在人造衛星的發射過程,也需要轉動的角速度,來幫助它順利飛行到目標軌道。圖/物理雙月刊提供

最後孫維新所示範的是雷射光的實驗。他在桌上準備了五顏六色的氣球,另外準備了雷射筆,他問觀眾如果他用綠色雷射光照氣球,哪些氣球會破、哪些不會破呢?答案是除了綠色和白色的氣球之外,其他全都破了。因為人眼所看到的顏色其實是物體反射的光,對綠色氣球而言,他反射綠光,吸收其他顏色的光;

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對白色氣球而言,他反射所有顏色的光。因此這兩種顏色的氣球不會吸收到綠光的能量,因此不會破。但對其他顏色的氣球來說,他們都會吸收綠光,因此會吸收綠色雷射光所攜帶的所有能量,就承受不住爆炸了。

雷射光實驗,用綠色雷射光照氣球,綠色跟白色不會爆掉,因為它們都將綠色給反射掉了。圖/物理雙月刊提供

最後,孫維新也提醒在場的觀眾,每個人對物理的了解都是有限的,因此記得觀察大自然的現象,才能全面了解物理。而觀察大自然現象的方式,第一是多多走入大自然,第二就是走進自然科學博物館囉!

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物理雙月刊_96
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《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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「科學」能有價值觀嗎?堅持「客觀」反而讓民眾失去信任?——《為何信任科學》
貓頭鷹出版社_96
・2024/05/26 ・3357字 ・閱讀時間約 6 分鐘

科學這門事業並非價值中立,個別科學家也不是。沒有任何人可以真正做到價值中立,當科學家這樣講自己,人們會覺得他們虛偽,因為那是不可能的。除非他們是白痴學者或超級天真,不然就是不誠實。然而誠實、開放和透明又被認為是科學研究的核心價值。科學家怎麼可能同時做到誠實,又說他們沒有自己的價值觀?如果科學家要堅守誠信,同時卻讓大眾誤解他們的角色(就算不是故意的),這會讓他們的事業出現根本的矛盾。

可能有人會反駁,科學家並不是說他們沒有自己的價值觀,只是不會允許這些價值觀影響到科學工作。這種論述不可能證明對或錯,但社會科學研究和一般常識都顯示這不太可能。這就把我們帶到下一個問題,不知為何長久以來都沒有人認真討論一件事,但它卻是許多美國人不信任科學的核心因素:要說科學是價值中立的,多少是在說它沒有價值,至少除了創造知識以外沒有其他價值,而這很容易就變成在說科學家沒有價值信念。當然不是這樣,但如果科學家不願意討論他們的價值觀,就會給人一種印象,認為他們的價值觀有問題,所以才需要遮遮掩掩,或認為他們根本就沒有價值信念。你會相信一個沒有價值信念的人嗎?

我在第二章提出了一個問題:忽視科學主張但最終發現它是對的,風險是什麼?相比之下,相信一個錯誤的科學主張,風險又是什麼?回答這個問題必須仰賴價值。我和康威合著的《販賣懷疑的人》提到,氣候科學所引起的爭辯,幾乎都是價值上的爭辯。很多有影響力的人物在一九八○和一九九○年代相信,政府干預市場的政治風險是如此之大,超越了氣候變遷的風險,因此他們懷疑、蔑視,甚至否認後者的科學證據。這些立場由自由主義智庫繼承,得到共和黨支持,演變成共和黨支持者很多都否認氣候變遷,只是有些積極、有些消極;然後再演變成很多質疑「大政府」的人都懷疑氣候變遷,包括商人、長者、福音派基督徒、住在美國鄉下的人。

即使氣候變遷的證據不斷累積,懷疑論者還是堅稱,就算氣候真的有在變遷,情況也不會太嚴重,或者不是「我們造成的」。因為如果事情真的很嚴重而且是我們造成的,那我們就應該採取行動,可能需要政府以某種方式管制。如此一來,否認氣候變遷逐漸變成美式生活的常態,先是否認證據,最終否認事實。這個問題非常嚴重,但是對於氣候變遷否認者秉持的價值,不能一網打盡說是錯的。

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共和黨支持者很多都否認氣候變遷。圖/giphy

我們可以討論大政府和小政府的優缺、市場管制不足或過度管制的風險,但任何這類討論都(至少在某種程度上)是從價值出發。如果要開誠布公討論這個話題,就必須討論我們的價值觀。不同的人面對同樣的風險,可能有不同的想法,不代表他們就是愚笨或腐敗。人為氣候變遷的科學證據很清楚,疫苗不會導致自閉症很清楚,使用牙線有益健康也很清楚。但價值觀導致許多人拒絕接受證據指出的事情。

回到剛才的問題:你會相信一個沒有價值信念的人嗎?答案當然是不會,這種人是反社會人格。你也不會相信那些擁抱你所厭惡的價值的人。但如果你認為,某個人的價值觀起碼部分與你相似,就算不盡相同,你可能就比較願意聽聽他的想法,接受他說法的一部分。因此,無論價值中立是否能讓一個主張在知識論上比較站得住腳,可以確定的是它在現實中沒有用,不能以此確保溝通、建立信任的連結

科學寫作的主流寫法不只試圖隱藏作者的價值觀,也把他們的人性一同抹煞了。價值觀隱藏、情緒不得伸張、避免使用形容詞,甚至連「我」這個字都無形中禁止了,即便論文只有單一作者也一樣。理想的科學論文寫得好像作者沒有價值觀或感覺,甚至好像作者根本不是人,這都是為了表現出客觀。

圖/envato

科學家可能覺得根本沒辦法讓否認氣候變遷和相信地球年紀是 6000 年的人相信他們。或許這是真的。我曾經公開表示對於要如何跟千禧世代交流感到非常絕望,他們之中有些人聽信末世論,認為世界就要毀滅了,幹麻還擔心氣候變遷?但當我陷入絕望,隔天幾位記者就告訴我怎樣才能透過基督教價值和教導打動這些人。他們建議我從價值觀下手,社會科學研究也支持這種想法。

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結論

科學家壓抑自己的價值觀,堅持科學是價值中立的,這是一條歧路。他們認為人們如果相信科學沒有價值觀,就會相信他們,但這是錯的。

墨頓顯然這樣想,但他可能是錯的,或許反過來才是對的。原因如下:

政治與社會觀念保守的基督徒、自由主義者、共和黨人拒絕相信演化論和人為氣候變遷,大部分分析都聚焦在科學家與這些人之間的價值衝突。但我相信,驅動大多數科學家的價值觀,還是和大多數美國人的價值觀有重疊之處,包括多數的保守派和宗教信徒。近來有一些科學家開始公開聲明他們的價值觀,我認為部分原因是,他們深信這些價值觀確實得到廣泛接納,可以作為信任連結的基礎。 我認為他們是對的。

我認識的大部分科學家都想要預防疾病、促進人類健康、透過創新和發現來強化經濟、保護美國與全世界美麗的大自然。前共和黨議員殷格利斯講得很有說服力,他談到他和海洋生物學家一同造訪大堡礁,他們肩並肩站著,欣賞珊瑚礁周邊生物撼人的美麗。殷格利斯了解到一件事:他看到「創造」,科學家看到「生物多樣性」,但他們實際上看到的、在意的、珍惜的,是同一件事。

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我好喜歡這個故事,因為多數人至少都在某方面珍愛自然。不同背景的美國人都曾造訪國家公園和森林,去健行、釣魚、露營、開車、攝影、漫遊、抱怨,雖然從事不同活動,但美景與體驗帶來了共同的喜悅。儘管如此,我們對人類與自然世界的關係,確實有不一樣的想法。有些人想要在冬日的黃石公園騎雪上摩托車,有些人想要安靜休養。幾乎所有美國人都說他們相信自由,然而我們對這個詞的理解卻嚴重分歧,也很難同意該把哪一類自由看得最重要。柏林有句名言:狼的自由可能代表羊的死亡。同意「自由」這個詞意義並不大。

宗教歷史學家普羅特勞指出,猶太人、天主教徒和新教教徒都相信十誡,但是版本差距之大,令人吃驚。例如天主教放棄了不可崇拜偶像,而猶太教與新教徒堅守此道。天主教因此少了一條戒律,只剩九條很奇怪,於是他們把最後一條一分為二,變成第九條是不可貪圖鄰人之妻,第十條是不可貪圖其他東西。儘管如此,美國人中超過 70% 都信奉這三個宗教,他們都還是認同不可殺人、偷竊、通姦或做偽證,也相信我們應該崇拜唯一真神、不可妄稱神的名、守安息日、孝敬父母。伊斯蘭教也同意這些,只是比這三個宗教更加強調慈善:課(zakat),也就是施捨,是五大支柱之一。不過,看看 zakat 這個字和希伯來文中的 tzedakah 多麼相似,tzedakah 代表慈善施予,是猶太生活的道德義務。慈善也是基督教的核心價值,虔誠的摩門教徒會繳納什一奉獻。

在很多政治議題上我們意見相左,但我們的核心價值大部分都重疊。釐清這些我們都同意的部分,並解釋它們和科學研究的關聯,我們就有機會克服盛行的懷疑論與對科學的不信任,尤其是因價值受到衝擊而產生的不信任。

We have been authorized by Princeton University Press to use this conten. 該內容由普林斯頓大學出版社授權使用

——本文摘自《為何信任科學:科學的歷史、哲學、政治與社會學觀點》,2024 年 04 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

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貓頭鷹出版社_96
65 篇文章 ・ 26 位粉絲
貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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連結世界的革命性發明:山謬.摩斯(Samuel Morse)與電報
數感實驗室_96
・2024/05/26 ・648字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

每個人都有自己的特長,有些人擅長理工科,有些人則有著藝術天份。但擅長一件事並不僅僅取決於天賦,還可能與個性、興趣或生活經歷有關。今天我們要介紹的主角就是一個很好的例子。他不僅是電報的發明家,消除了空間的隔閡,讓遠方的人們能瞬間被拉近,從這個角度來看,他是一位科學家、工程師。但其實他還有另一個身分,是一位偉大的畫家。沒錯,他就是山謬.摩斯(Samuel Morse)。

摩斯發明了電報,徹底改變了通信的速度,將全世界緊緊地拉在一起。不只如此,就像現在流行短影音,大家就會想辦法把內容擠在很短的時間內說出來。電報發明後,為了要讓訊息能有效被傳遞出去,人們的溝通方式也因此轉變。史學家 Garry Will 就認為電報因為不能傳太多字,這種強制性的簡潔,影響了林肯的演說風格,他著名的《蓋茲堡演說》簡潔有力,就是一個最好的例子。

一個偉大的發明,連副作用都這麼強大,改變了人們的溝通習慣。摩斯的成就不僅是在科技領域,更是在影響人們的文化和溝通方式上留下了深遠的影響。

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數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/