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這個男人,從攘夷烽火轉向物理救國--山川健次郎參上!(1)

物理雙月刊_96
・2017/11/26 ・5827字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

  • 文/高崇文|中原大學物理系 教授

上一回的阿文開講提到了江戶時期的蘭學者以及蠻社之獄。雖然蘭學者賣力地吸收西洋新知,然而總像浮光掠影一般。真正讓西洋科學在日本生根茁壯的,還是明治一代的學者們。

雖然他們本身並沒有在學術上發光發亮,但是卻紮紮實實地讓日本邁入科學大國之林。在這些學者中,最讓人津津樂道的莫過於日本第一位物理教授.山川健次郎。據說幾年前 NHK 大河劇「八重之櫻」他也有出場呢!就讓阿文為各位介紹這位傳奇人物的一生吧。

山川健次郎。圖/ 九州大學 

攘夷浪人的烽火年代

就在黑船第二次來到江戶、讓幕府無奈地簽下日美親善條約的兩個月後,一個男嬰誕生在會津藩武士的家中。這位武士是會津藩祿高一千石的「國家老」山川重固。所謂「國家老」是指藩主到江戶參勤交代時留守在領國,負責政務的家老。健次郎六歲時父親過世,剛滿十五歲的大哥山川大蔵(後來改名為山川浩)繼承家督,兩年後他的大哥就跟著藩主松平容保到京都去。而健次郎則是開始到會津藩的藩黌日知館接受以朱子學為主的武士教育。

當時京都正值多事之秋,自從在外國的勢力威嚇屈辱開國後,幕府的威信就一落千丈,許多打著「尊皇攘夷」的浪人們企圖假藉朝廷之力來從事各樣的政治活動,尤其令幕府頭痛的是他們以天誅之名四處暗殺與幕府相善的人物。過去京都的治安是由京都所司代負責。幕府有感京都所司代無法控制治安,於文久二年(1862年)設置京都守護職作為負責京都治安的最高機構,京都所司代轉為京都守護職轄下,而松平容保就是擔任京都守護職。

這是個將會津藩推入火坑的差事。當時會津藩正因為奉派負責蝦夷地的守備,早就財政吃緊,所以家臣們異口同聲地反對,而容保本人也再三地推辭,但是當時的幕府引用會津藩祖保科正之留下的家訓:「會津藩是為了守護將軍家而存在」,松平容保只好同意。據說當時聽到這消息的會津藩家臣在江戶藩邸互相擁抱肩膀慟哭地說:「由於這事會使會津藩滅亡(これで会津藩は滅びる)」。

保科正之是二代將軍德川秀忠的庶子,三代將軍家光的異母弟。家光臨死之際,把正之喚到枕邊,將四代將軍德川家綱託付給他。正之感念家光的重視之恩,在1668年時寫下了「會津家訓十五箇條」,其中第一條載明「會津藩是為了守護將軍家而存在,如有藩主背叛德川家則家臣不可跟隨(会津藩たるは将軍家を守護すべき存在であり、藩主が裏切るようなことがあれば家臣は従ってはならない)」。

會津家訓十五箇條。圖/江戶東京博物館

到了京都的會津藩與京都的「尊攘派志士」衝突不斷,尤其是會津藩招募的「新選組」更是被志士們視為眼中釘。最有名的一次衝突是「池田屋事件」。新選組因此事而聲名大噪,而尊王攘夷派則損失慘重,重要人物吉田稔磨、北添佶摩、宮部鼎藏、大高又次郎、石川潤次郎、杉山松助、松田重助死亡。桂小五郎(後來的木戶孝允)倖免於難。(池田屋在河原町三條附近,現在改裝成餐廳了。)長州藩在此事後為了替死去的同志而舉兵上京,引起禁門之變。結果長州大敗。尊攘激進派的長州,自此對公武合體派的會津和薩摩恨之入骨,稱之為「薩賊會奸」,從此會津與長州之間更是結下深仇大恨。

池田屋事件遺址位於京都(Wikimedia Commons, CC by 3.0)

到了慶應 2 年(1866年),支持幕府孝明天皇駕崩,幕府以及容保的立場逐漸變得不利。慶應 3 年(1867年),第 15 代德川幕府將軍德川慶喜實行大政奉還,隨後京都朝廷發出的王政復古大號令,使幕府、京都守護職、京都所司代等職遭廢。

其後,容保隨德川慶喜撤至大坂;未久,幕府軍和容保麾的下會津藩兵,在鳥羽、伏見與明治新政府軍展開交戰(史稱鳥羽伏見之戰)。由於對著代表天皇的御錦旗(菊花旗)開火,使慶喜、容保等人相繼變成「朝敵」,加上戰況不利,德川慶喜暗自帶松平容保與其弟定敬(京都所司代)等人,脫離戰場,同乘幕府軍艦「開陽丸」回到江戶。

容保讓出藩主之位予養子喜德。由於將軍慶喜對新政府態度恭順,所以容保也跟隨將軍表示恭順。以仙台為首的奧羽越諸藩,對因擔任京都守護職而招致怨恨的會津藩寄予同情,向奧羽鎮撫總督府(新政府軍)提出寬大處理會津的請願。會津又在奧羽越諸藩的中介下,寫下數封謝罪陳情書。可是總督府卻提出苛刻謝罪條件:要求將藩主松平容保斬首。在沒有任何轉圜的餘地之下,會津藩在三月進行軍事改革,把藩士按年齡分成青龍隊、白虎隊、朱雀隊、玄武隊。

被調離前線的白虎隊少年

十五到十八歲的少年編入白虎隊。年方十五的健次郎自然也在其中。但是在訓練時發現十五歲這組的少年根本無法操作重槍而被藩的重臣將他們從白虎隊的訓練中排除。自然地,健次郎也失去了出陣的機會。

慶應 4 年(1868年)四月十日會津藩與庄內藩合組會庄同盟,其後與奧羽越列藩同盟聯手繼續對抗新政府軍,容保在會津戰爭中率領藩士、藩民及新選組與新政府軍交戰。在會津若松城被圍困情況下力戰一個月,死傷達三千多人。在若松城被包圍時擔任總指揮的正是健次郎的大哥。而白虎隊員們在看到若松城被冒著濃煙時,以為城被攻破了,由於不願投降,二十名成員在飯盛山自刃。筆者在高中時看到日劇「白虎隊」看到這一幕時,忍不住鼻酸啊!

健次郎由於先前被從白虎隊訓練時被排除而沒有出陣,但是他在圍城戰時負責搬運彈藥,每天在槍林彈雨中穿梭,也算得上是出生入死。當九月連米澤藩都投降時,會津藩孤立無援,最後只好也投降了。幸虧薩摩軍監桐野利秋與長州軍監前原一誠為松平容保求情,最後容保免死但被送到東京囚禁,而由祿高 1500 石的家老萱野長修一肩擔起責任,切腹謝罪,因為地位更高的家老不是戰死就是下落不明。山川健次郎與其他投降的會津藩士都被囚禁在豬苗代,等候發落。

這時一件不可思議的事情發生在健次郎身上。在佔領會津的長州藩士中有一位名叫奧平謙輔,他與會津藩士秋月悌次郎在京都時就認識了。兩人雖身處敵對陣營卻惺惺相惜。秋月悌次郎想辦法與奧平聯絡上,他知道維新政府不會放過自己,卻向奧平請求將兩名會津藩的優秀少年當作他的書生帶到東京去。結果健次郎與小川亮兩人就在秋月悌次郎命令下,由在禁門之變曾救過長州藩士的僧人河井善順帶著他們逃出豬苗代與奧平會合。

抵禦來犯新政府軍進駐的會津若松城。圖/L’oeil étranger@Flickr

命運的巧合

後來健次郎跟著奧平到佐渡,明治二年五月他到了東京。這段時間健次郎拼了命地學習英語,而他的大哥以及姐妹們都跟著其他的會津藩士一起被送去斗南藩。名義上是三萬石,但是土地非常貧瘠,實收只有七千石。曾擔任過台灣軍司令官的柴五郎在斗南生活過,他曾回憶道當時一隻被獵人隔著河槍殺的狗,但是河冰太薄,獵人走不過來就丟在原地。他們家難耐飢餓,跟鄰居要了這隻死狗,吃了許多天後柴五郎嫌噁心吃不下去,柴五郎的父親大怒,罵道:

忘了你是武士的兒子嗎?我們被賊軍趕到這種窮鄉僻壤,會津武士要是餓死了,可是會被薩長那班小子笑話,會津國恥不除,這裡就是戰場!

柴五郎只能乖乖把狗肉吞下肚。山川大蔵雖然被任命為大參事,但是生活一樣非常辛苦,連自己的姐妹們都要出外勞動,才勉強維持溫飽,至於在東京寄人籬下的健次郎想來也是過得非常辛苦。

沒想到幸運之神再次眷顧健次郎!明治三年北海道開拓使.黑田清隆,為了培養開發北海道的人才,準備派出留學生到西洋留學。特別的是,不像之前派出的留學生都是獨厚薩摩長州的子弟,黑田清隆宣稱:為了適應北國嚴寒,特別選拔會津、庄內這兩個藩的子弟各一名。在奧平謙輔的大力支持下,健次郎在明治四年元旦在橫濱搭上汽船,二十三天後到達美國舊金山。

這趟旅程讓他見識到西洋科技的進步,讓他為了祖國的將來憂心忡忡。尤其到了美國之後,他發現美國人居然把日本當成是清國的屬國,更令他非常氣憤。原本以復興會津藩為一生職志的他,不知不覺變成了決心捍衛日本國的愛國青年。就算到了五十年後,健次郎還回憶著說,美國物質文明與當時的日本的宵壤之別,讓這群留學生對於日本能不能獨立地存在於國際社會都深感悲觀。所以他們心懷悲願,一心只想讓未來的日本能與西洋列強並駕齊驅。也在此時,山川健次郎決定把物理當作一生奮鬥的目標。

攻讀物理救祖國!

這個選擇乍看相當奇怪,物理跟救國有什麼關係呢?其實在十九世紀末 Herbert Spencer 的社會達爾文主義蔚為風行,「適者生存」被延伸到國際政治上。對被列強欺凌的國家的留學生而言,一國的生存就端看其文明的能力,尤其是西洋在物理、化學在當時有長足的進步,使得當時的弱小民族的年輕人充滿「科學救國」的想法。時至今日,這種奇怪的想法在許多國家依然陰魂不散呢!

健次郎在修了一年的基礎學科後,進入耶魯大學理工學院的前身.Sheffield Scientific School。由於該校沒有物理系,所以健次郎選擇最接近物理的土木工學。健次郎除了修習一般土木工程所需的專業學問之外,他還特地修了德文與法文、一些高階的數學課和天文學,此外還修了地理學。

對統計力學有重要貢獻的物理學家吉布斯(Josiah Willard Gibbs)從 1871 年起在耶魯任教,雖然他是 Department of Philosophy of Arts 的教授,但也有在 Sheffield Scientific School 教法文,所以山川健次郎應該上過吉布斯的課。事實上,吉布斯有將論文寄給國外同行的習慣,山川回日本後也收過吉布斯寄去的論文,但是找不到兩人交往的紀錄。倒是山川在學時間與任職在海軍天文台的天文學家 Simon Newcomb 建立交情,居中牽線的是在耶魯任教的 William Augustus Norton,Norton 為健次郎寫的介紹信還留在山川家呢。

山川在耶魯的修業也非一帆風順,入學一年半後他突然接到要他回國的命令,幸虧他的美國同學知道他的窘境,而商請其伯母出錢資助山川完成學業。明治8年 (1875) 健次郎終於完成學業,回到日本。隔年一月他到東京開成學校擔任助教(教授補)。開成學校的前身是安政四年 (1857) 創設的蕃書調所。文久二年 (1862) 改稱洋書調所,後又已稱開成所。明治維新之後多次更名,稱為東京開成學校,只有三年。其「開成」之校名,乃取自《易經.繫辭傳》中之「開物成務」,意即自蕃書調所時代之文獻研究中脫胎換骨,以進行實事實物之研究精神而命名。自一八七四年至一八七六年,即使只有一人在學亦依然開課之學科為法學、理學、化學、工業學、工學、物理學等。

東京開成學校之教師主要以外國教師為主;健次郎由於接受完整的西洋教育才能在此任教。隔年東京開成學校與東京醫科學校合併成立東京大學,這是日本第一所大學。健次郎除了要幫 Peter Veeder 教授上課外,還要編教科書、講義,連實驗課的器材也要由他來負責。當時日本並不平靜,不滿新政府的士族在各地舉事,明治九年冬天,對健次郎有再造之恩的奧平謙輔與前原一誠在荻企圖舉事,結果都被新政府砍頭,明治十年更爆發了以西鄉隆盛為首的薩摩軍起兵的西南戰爭。健次郎的大哥擔任征討軍的參謀立下不少功勞,而曾為會津藩主求情的桐野利秋澤與西鄉隆盛同一天戰死。隨著西鄉隆盛的死,明治時代進入下一個階段。

日本第一位物理教授

明治十二年(1879),健次郎成為日本第一位物理學教授。(註:兩年前,菊池大麓已經是日本第一個理學部(數學)教授,雖然菊池比山川年輕一歲,卻兩度前往劍橋,拿到碩士學位之故。)

山川除了繼續繁忙的教學活動,還開始訓練年輕一輩的物理學者。他曾帶著學生上富士山頂作實驗,也曾派學生到北海道測量當地的重力。他所講授的內容包含熱學、光學、電學、磁學、音響學等。他的講義後來編成書《新選物理学 明治20年代の自筆草稿の翻刻》,有一百七十頁呢。他的助教田中舘 愛橘日後也成為東京大學的教授,而他的學生長岡半太郎更是第一位名揚海外的物理學者。田中舘曾多次前往歐洲,在1888到1890年間在蘇格蘭格拉斯哥大學跟隨開爾文男爵學習,並且曾在德國柏林洪堡大學學習物理學。長岡半太郎則是前往歐洲,在柏林、慕尼黑和維也納等地學習,並師從物理學家路德維希·波茲曼,回國後進入東京帝國大學任教。

除了教學之外,山川也積極貢獻他的專業,像是明治十四年他所編寫的《東京府下火災錄》就是他用科學方法研究過去江戶所發生的大火的紀錄,並提出預防對策的著作。從東大留下來的紀錄,他還寫過介紹繞射光柵的《分光器觀測法小引》,以及介紹 1884 年在巴黎萬國電器公會通過以 106 厘米長、截面為 1 平方厘米的水銀柱的電阻為 1 歐姆的決議。還有一篇關於測定大理石熱導率的新方法的文章登在《東京帝國大學紀要.理科》上。在當時,物理主要還是被當作是一門實驗科學。

分光器觀測法小引。圖/東京數學物理學會記事

明治19年(1886年),日本頒布了帝國大學令,東京大學改名為帝國大學,採用分科大學制,並開始設置研究生院,成為一所名符其實的大學。

隔年,日本發布了學位令,由文部大臣頒發包含數學、物理學、化學、生物學、地學五個學科的「理學博士」。1888年(明治21年),山川健次郎成為第一個被東京帝國大學授予理學博士的人。其間,各帝國大學紛紛冠上本地名稱,為示區別,帝國大學的名稱前面添上「東京」二字。這一年他與村岡範為馳共同編纂的《物理學術語:和英佛獨對譯字書》則是將物理名詞分別以日文、 英文、 法文、 德文列出。這對物理學在日本有非常重要的影響。

村岡範為馳比健次郎年長一歲,他的父親是鳥取藩士太田静馬,是戊辰戰爭中用兵如神的大村益次郎的同學。他本人則在明治十一年(1878年)到史特拉斯堡大學留學。1881年(明治13年)他的炭素材料的電阻與溫度的關係的研究成果刊登在德文期刊《Annalen der Physik und Chemie》,讓他成為第一位出現在國際期刊的日本作者。這一年他拿到史特拉斯堡大學拿到博士學位。回到日本後他先在東京大學醫學部,後來到第一高等學校任教。編完字書後村岡再度赴歐,剛好聽到赫茲成功製造成電磁波的消息!回日本後他擔任過東京音樂學校的校長。之後他到京都新設的第三高等學校擔任教授,1897年(明治30年)京都帝國大學成立時,他轉到這裡擔任教授並且成立理學部物理學教室。跟山川健次郎算是一時瑜亮吧!

這一位白虎隊士轉身成為物理學者的奇人,在進入二十世紀後又會發生什麼樣的奇事呢?還請下回分解!

 

參考資料

  1. 中文、日文、英文維基相關條目
  2. 日本近代政治史 第二卷 信夫清三郎著 周啟乾譯
  3. 山川健次郎とSheffield Scientific School–初期日米科学交渉史の一面,渡辺正雄著
  4. 山川健次郎 
  5. 白虎隊士から東大総長へ(山川健次郎)

本文轉載自《物理雙月刊》 ,更多文章請見物理雙月刊網站

文章難易度
物理雙月刊_96
54 篇文章 ・ 11 位粉絲
《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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如果子彈飛到最高點時,伸手抓住會怎樣?——《如果這樣,會怎樣?2》
天下文化_96
・2023/05/10 ・1577字 ・閱讀時間約 3 分鐘

有什麼方法可以開槍讓子彈在空中飛,然後安全的用手接住?比方說,開槍射擊的人在平地,而接住子彈的人在山上,位於射程的最遠處。
——艾德蒙.許(Edmond Hui),倫敦

接住!

「接住子彈」是舞台上的特技,表演者看似接住射擊出來飛到一半的子彈——通常是用牙齒接住的。當然啦,這是錯覺,像那樣接住子彈是不可能的。

但在適當的條件下,你可能接得住子彈,只是要有很多的耐心和運氣。

直直向上射擊的子彈最終會達到最大高度。子彈可能不會完全停止;比較可能的是,它會以每秒若干公尺的速率往旁邊偏移。

如果有人舉槍向上射擊子彈……。

……而你乘著熱氣球在射程範圍的正上方閒晃……

……當子彈飛到最高點時,你伸手出去抓住子彈,這是有可能的。

你不應該做的事情

(清單已更新)

#156,812 吃洗衣膠囊球

#156,813 在雷雨中踩高蹺

#156,814 在加油站放煙火

#156,815 餵你的貓吃「與人類手部形狀質地」一模一樣的零食

#156,816 在間歇泉噴口上方彎腰低頭想要一窺究竟

#156,817(新增!)搭乘熱氣球飛越射程範圍

如果你在子彈弧線的最高點成功抓住子彈,或許你會注意到奇怪的事情:子彈除了很燙之外,還會自旋。

它會失去向上的動量,但不會失去自旋角動量;子彈仍然具有槍管造成的自旋。

當子彈射擊在冰面時,可以很明顯的看到這種效應。正如數十部 YouTube 影片所證實的那樣,我們常發現射進冰中的子彈仍在快速自旋。你必須緊緊抓住子彈,不然它可能會跳出你的手掌心。

如果你沒有熱氣球,在山頂很有機會行得通。加拿大索爾山(Mount ­Thor)的垂直落差有 1,250 公尺。根據「近距離對焦研究」(Close Focus Research)彈道學實驗室的數據,這幾乎剛好是 0.22 長步槍子彈直直向上射擊會飛的高度。

如果你想要用更大的子彈,就需要更大的落差;AK-47 子彈向上射擊可能超過 2 公里。地球上沒有那麼高的垂直懸崖,因此你需要以某個角度發射子彈,結果子彈在弧線頂點會具有顯著的橫向速度。不過,夠硬的棒球手套也許有辦法接住子彈。

其中任何一種情境下,你都必須非常走運。由於子彈的弧線有不確定性,你恐怕必須射擊數千發子彈才能碰巧接個正著。

等到那個時候,你可能會發現自己招來了某些人的關注。

——本文摘自《如果這樣,會怎樣?2:千奇百怪的問題 嚴肅精確的回答》,2023 年 3 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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強核力與弱核力理論核心:非阿貝爾理論——《撞出上帝的粒子》
貓頭鷹出版社_96
・2023/01/28 ・1733字 ・閱讀時間約 3 分鐘

非阿貝爾理論

量子色動力學與弱核力理論有個更為奇特的性質,兩者都是「非阿貝爾理論」 (non-Abeliantheories)。非阿貝爾的意思是強核力與弱核力理論核心(參見【科學解釋 6】)的對稱群代數是不可交換的。簡單來說就是「A 乘 B」不等於「B 乘 A」。

一般人的常識會告訴你,如果隨便拿兩個數字 A 和 B,用 A 乘 B 的結果永遠會和用 B 乘 A 一樣,你用計算機怎麼試答案都不變。一個袋子裝三塊錢、兩個袋子總共是六塊錢;一個袋子裝兩塊錢,三個袋子總共還是六塊錢。

如果隨便拿兩個數字 A 和 B,用 A 乘 B 的結果永遠會和用 B 乘 A 一樣。圖/pixabay

這件事對數字永遠都成立,是千真萬確的事實。然而,我們有個很好的方法能定義出一套數學架構,其中的 AB 不等於 BA。實際上,數學家已經鑽研這個領域很多年了。

條條大路通數學

或許更驚人的是,物理學家竟然也在許多地方應用這套數學,因為某些和物理學相關的事物也是 AB 不等於 BA。矩陣就是我們表示這些東西的一種方式。現在我在倫敦大學學院為新生上的數學方法課就有介紹矩陣力學。以前我的學校制定了一套「新數學」的課綱,所以我在年僅十五歲的時候就多少認識一點矩陣了。

數學的一個矩陣是一群按照行列排列整齊的數字。把兩個矩陣 A 和 B 相乘,會得到另一個矩陣 C,方法是把對應的列和行上面的數字依序相乘。

這種矩陣聽起來可能不像某部電影裡面那掌控一切、創造虛擬實境的超級電腦一樣迷人,卻有用的多。這部電影的角色身穿黑色皮衣,還有出現著名的慢動作躲子彈鏡頭

慢動作躲子彈鏡頭。圖/giphy

我來舉個例子。

你可以用一個矩陣來描述你移動某個物體的結果。相乘的順序(AB 或 BA)在這個例子有明顯的區別。物體先在原地轉九十度再向前直直走十公尺,和先走十公尺再轉九十度,兩種移動方式最後的終點顯然不會相同。假設矩陣B代表旋轉,矩陣 A 代表直行,那麼合在一起的「旋轉後直行」就是矩陣(C = AB);這和「直行後旋轉」的矩陣(D = BA)必定不會相同。C 不等於 D,所以 AB 不等於 BA。要是 AB 和 BA 永遠相同,我們就沒辦法用矩陣來描述這類的移動過程了。正是因為矩陣的乘法不可交換―非阿貝爾,這個工具才會如此有用。

數學和真實世界密不可分

在狄拉克試圖要找出能描述高速電子的量子力學方程式時,矩陣被證實是他所需要的工具。實際上,電子有某項特性讓狄拉克不得不使用矩陣來表示它,這項特性與他描述電子自旋的語言同出一轍;所有原子的行為和元素周期表的規律,都與自旋有深刻的關聯。除此之外,這個性質也啟發狄拉克去預測有反物質的存在。

數學和真實世界之間似乎有緊密的關係,這讓我讚嘆不已。優秀的研究要能解決問題、也要能提出好的問題。而問題永遠比解答還要多,為了研究我們要付出許多的時間和金錢,因此大家得做出抉擇。數學是威力極大的工具,能幫助科學家檢查實驗數據、並從結果當中尋找最有趣的新實驗方向。就算有些方法和結論,好比矩陣及反物質,看起來可是相當古怪的。

秉持著這份精神,我要在繼續討論希格斯粒子搜索實驗之前,先繞個路來講微中子,最後這回要介紹的是一個很重要的真實結果。2012 年 3 月 7 日,中國的大亞灣核反應爐微中子實驗(DayaBay Reactor Neutrino Experiment)發表了最新的研究成果。

One of the Daya Bay detectors.圖/wikipedia

他們的實驗結果不但對標準模型影響重大,也會決定粒子物理學未來的研究走向。如果你只想要繼續讀希格斯粒子的故事,大可跳過這一段沒關係,下一節再見。但是微中子的粉絲可千萬別錯過精彩好戲了!

——本文摘自《撞出上帝的粒子:深入史上最大實驗現場》,2022 年 12 月,貓頭鷹出版,未經同意請勿轉載。

貓頭鷹出版社_96
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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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【科學寶可夢】朱/紫中的骨紋巨聲鱷 & 狂歡浪舞鴨:一個締造火焰新紀錄、一個用腳踢破音速
Rock Sun
・2022/12/23 ・3135字 ・閱讀時間約 6 分鐘

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!跟著泛科空想寫手 Rock 一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢的戰鬥是多麼的「科學」。

骨紋巨聲鱷:火焰溫度新紀錄

Skeledirge - WikiDex, la enciclopedia Pokémon
圖/Bulbapedia

啊~火焰!

幻想世界中骨灰級的攻擊武器,也是空想科學寫作時常遇到的對手。

在過去的【科學寶可夢】中,火焰已經不是第一次出現了。第二篇關於噴火龍的科學中就有稍微提到,後來因為鴨嘴火龍和火伊布的圖鑑敘述都有提到他們火焰的溫度,所以在同一篇一起分析過,但那已經是第一世代寶可夢的事了~ 現在圖鑑都來到 900 號了,事情果然很不一樣。

溫柔的歌聲能治癒聽者的靈魂,會使用攝氏 3000 度的火焰把敵人燒成灰燼。」——骨紋巨聲鱷紫版敘述註1

骨紋巨聲鱷的敘述很直接,就是直接說出了牠噴出的火焰溫度,這簡直是一個福音,這樣我們就不需要到處拼湊,可以直接地將這個數字與過去的幾個得到的火焰溫度做比較。

噴火龍:至少 1400 ℃

鴨嘴火龍:1200 ℃

火伊布:1650 ℃

火爆獸:800℃

骨紋巨聲鱷:3000℃

這也太高了吧!?先別說生物怎麼有辦法產生這種高溫註2,真的要把人燒成灰燼哪裡需要 3000℃ 啦!

就算燒成這樣只要幾百度應該就夠了。圖/維基百科

一般把屍體燒成骨灰的火葬場,溫度只需要 1000℃ 就夠了,3000℃ 根本是大材小用,而你知道這個溫度能夠辦到什麼事嗎?

絕大部分我們知道的物質在這種溫度下都會熔化或者汽化,能夠倖存的元素大概只有鎢、錸、鋨這幾個金屬還有一些特殊的聚合物了;如果燒的是人的話,別說是燒成灰,整個身體一定在一陣白光下消失的無影無蹤……因為在這種溫度下,火焰不會是正常的橘紅色,而是白色的。

這時如果骨紋巨聲鱷的訓練師就直接站在它旁邊,就算不是被直接擊中,他那超過岩漿溫度兩倍的 3000℃ 火焰所散發出的熱氣和輻射熱註3,應該足以讓訓練師瞬間嚴重灼傷,再加上強光,這絕對是不支倒地然後變成逐漸變成焦屍,然後跟四周的花草樹木付之一炬。

所以如果要叫你的骨紋巨聲鱷使出噴射火焰的話,記得先閃的非常非常遠,放招後遠距離收回寶可夢,然後趕快離開被焚化、整個燒得亂七八糟的現場。

「我只是叫我的骨紋巨聲鱷用一下火花」。圖/envato.elements

狂歡浪舞鴨:這到底是哪一國的超強踢腿舞啊?

圖/Bulbapedia

如果要說格鬥系的寶可夢要怎麼在圖鑑中誇耀他們的力量,最常用的方式就是:把東西丟出去或弄壞。

在以前的的腕力+豪力+怪力的文章中,我們可以看到各種誇耀寶可夢力氣的方式,例如、「能夠跟 100 個成年人角力把他們摔出去」、「可以用一隻指頭舉起相撲選手」、「有辦法舉起一台垃圾車」、「把人打飛到地平線彼端」……等。

而這次,我們的狂歡浪舞鴨的特技是能夠踢翻一台卡車。

只要一腳就能踢翻卡車的強韌腳力,展現充滿異國風情的舞蹈。」——狂歡浪舞鴨朱版敘述註4

要計算這有多誇張,我們需要知道一個非常重要的資訊……究竟是哪一種卡車呢?

卡車這種交通工具有非常非常多的規格,最輕的例如小皮卡只有 2~2.5 公噸,最重的可以達到 15 公噸,甚至在某些重工業地區可以找到更重的運貨卡車。

寶可夢朱/紫據稱是參考西班牙為藍本設計的,經過一番搜尋之後,筆者得知西班牙地區是全歐洲輕型卡車比例最高的地方註5,這類卡車本身重大概介於 3~4 公噸之間,如果滿載貨物的話,重量可以達到 10 公噸以上,我們這邊就大概取個平均值 7 公噸好了。

像這類的卡車就是輕型卡車~ 圖/ISUZU

然後我們還得先定義踢翻卡車這件事情:我們就假設狂歡浪舞鴨用腳朝卡車的側面一半高的地方踢下去,然後車子會以一邊的車輪為支點翻過去,側面著地。

經過一些力矩的計算,我們可以知道要把一台 7 公噸重的卡車踢翻,需要從從中間給予大約 68600 牛頓的力……這可比一台小汽車引擎全力輸出時的力道還要強啊~

筆者自製大略圖解

但是最誇張的還在後面!

最後一步,我們想要知道狂歡浪舞鴨的這一腿到底有多快!要得到這個結果,筆者需要知道此鴨的整隻腳重量為何,因為畢竟是腳在對卡車施力的。

圖鑑上寫說狂歡浪舞鴨體重為 62 公斤,而牠的外貌滿接近人形生物的,所以我們先參考人體結構來預估。人類的一整支腳平均占全身體重的 16~18% 左右,我們的狂歡浪舞鴨看起來腿略長,而且既然是格鬥系的,那牠的腿應該很壯,我們就假設牠的整隻腿重量占比更多,大概是全身的 25%,重量的話就是差不多 15.5 公斤。

要計算牠這腿速度多少,我們最後剩下需要的假設的就是假設腿和卡車的接觸時間,依照之前的經驗,就姑且設定為 0.1 秒接觸,然後腿踢中之後立刻停下,再加上很不合理的力道 100% 轉換假設,但是相信我~不這麼做的話答案只會更扯。

套入牛頓第二運動定律的公式,我們可以知道這腿在停下來之前,速度高達秒速 443 公尺也就是音速的 1.3 倍,這也太快了吧!你的腳怎麼沒有被音爆撕裂啊?相較之下,泰拳高手秒速 17 公尺的踢擊根本是個笑話,如果被狂歡浪舞鴨的這一腳踢到,我看大部分的寶可夢應該是內臟破裂死亡了。

如果是普通人的話,被踢一腳一定直接全身骨折,內臟破裂,任督二脈也不用通了。圖/GIPHY

這真是太恐怖了,但狂歡浪舞鴨你為什麼無聊要去踢卡車啊?這種腳力你應該要去踢足球啊!還有這到底是哪一國的舞蹈會有如此的訓練呢?真想知道~

註解:

  1. 骨紋巨聲鱷的另一版敘述是「可以透過歌聲改變外形的火鳥,據說是靈魂寄宿在頭上的火球所形成的。」,從這個敘述我們知道牠的火焰跟某種靈魂力量有關,這大概就是為什麼火焰溫度能達到 3000 度的秘訣吧?話說筆者很確定是這裡的溫度是說攝氏,因為英文版的敘述中有寫是 5400 華氏。
  2. 也有可能……骨紋巨聲鱷根本不是生物!畢竟牠有幽靈屬性,但這表示牠的出現根本不是進化,而是死亡呢?
  3. 這裡我們因為 3000℃ 的火焰而傷透腦筋,但你知道嗎?這還不是寶可夢圖鑑裡最扯的,有兩隻寶可夢:熔岩蝸牛 和 噴火駝,他們的圖鑑敘述都寫到牠們能夠產生 1 萬度 ℃ 的高溫,前者是體溫,後者是噴出的岩漿,這確定不是多寫一個0嗎? 目前科學家有辦法產出最高的溫度只有 4990℃ 而已啊~
  4. 狂歡浪舞鴨另一版的敘述是「會用充滿異國情調的舞蹈迷倒看到的對手,然後揮舞以水構成的羽飾將其劈裂。」為什麼羽飾是用水構成的啊?這是怎麼辦到的?這跟強力水刀差在哪裡?
  5. 幸好這代寶可夢不是參考德國,因為這是歐洲重型卡車比例最高的地方,如果狂歡浪舞鴨源自這裡,他這一腳一定超出天際。

Rock Sun
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前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者