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亥姆霍茲發表能量守恆定律 │ 科學史上的今天:7/23

張瑞棋_96
・2015/07/23 ・918字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

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「能量守恆」是科學上極為重要的基本定律,許多物理定律都是奠基於此。然而這個今日看來理所當然的概念,在十九世紀中葉剛出現時卻是備受冷落,難以動搖當時根深蒂固的錯誤認知。

先是馮·邁爾(Julius von Mayer)在 1842 年發表公認是能量守恆的第一篇科學論文,但完全未激起任何漣漪;緊接著焦耳在第二年於學術會議上宣讀論文,說明自己所做位能與熱能的轉換實驗,現場也是一片沉默。直到 1847 年的今天,亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz, 1821-1894)在柏林物理學會上宣讀論文《論力的守恆》後,才終於引起迴響,使得能量守恆定律逐漸獲得各界認同。

亥姆霍茲發表論文時才 26 歲,還在軍隊中擔任醫官。早在他就讀醫學院時就對當時流行的「生機論」──主張生物體內有特殊的「生命力」──感到懷疑;他認為這種說法無異讓每個生物都成了永動機,而他根本不相信有永動機,於是就從「永動機為何不可能實現?」出發,思考各種力之間的關聯。

亥姆霍茲論文中的「活力」與「張力」其實就是分別代表動能與位能;他用守恆的概念檢視卡諾(Nicolas Carnot)、焦耳等前輩的研究,以及各種機械裝置運作過程中,動能、位能、熱能的變化,一一論證每個項目都符合能量守恆定律,因此主張整體的能量不會改變,不增不減,只是從一種形式轉換成另一種形式。能量守恆定律在亥姆霍茲嚴謹的論述下,終於得到許多物理學家的支持,也為馮·邁爾與焦耳爭得應有的肯定。

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亥姆霍茲也因此得以在第二年提早退役,至大學教授生理學,繼續做出許多重大貢獻,包括測量神經刺激傳遞的速度、解釋色盲的成因、發明可以直接檢查眼球的檢眼鏡、研究耳朵內部構造而提出音調的生理基礎、發明共鳴器。1871 年轉任物理學教授後,又提出描述電磁波的「亥姆霍茲方程式」;而且旗下還出了三位諾貝爾獎得主,包括在量子力學的誕生中扮演重要角色的維因、測量光速的邁克生,以及發明彩色照相術的李普曼;此外,還有將電磁波帶給世界的的赫茲。

科學史上能像亥姆霍茲這樣跨足不同領域,既能提出理論又能發明,還成功作育英才的科學家也算是絕無僅有了!

 

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 ・ 963 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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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

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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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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重現真實影像的先知│ 科學史上的今天:8/16
張瑞棋_96
・2015/08/16 ・914字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

1908 年的諾貝爾物理獎頒給了今天生日的法國科學家李普曼(Gabriel Lippmann, 1845-1921),以表彰他發明「利用干涉現象重現色彩的攝影術」。不過,這技術跟現今的彩色相片或彩色影片一點關係都沒有,因為它還沒商業化就馬上被別的技術取代了。這樣得諾貝爾獎好像有點尷尬,其實不然,後來證明這個當時被棄置一旁的技術並非過時,反而是超越時代太多。

李普曼這項研究與他 1872 年到德國進修,遇到的兩位指導教授有很大的關係。一位是發明光譜分析法的克希荷夫(Gustav Kirchhoff),他與本生於 1859 年從太陽光譜中辨認出許多元素;另一位是亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz),他對彩色視覺的機制提出了解釋。李普曼於 1875 年返國後,太陽光譜與彩色視覺這兩項主題仍一直縈繞在他心中。

1891 年,李普曼成功在感光版上顯影出太陽的彩色光譜,這雖然不是第一張彩色相片,卻是首次能顯示全彩而且不會馬上褪色。李普曼第二年又進一步拍出靜物的彩色相片。1894 年,他將這項技術的背後原理寫成論文發表,原來是在玻璃板塗上一層薄薄的光敏材料,接著讓光敏材料表面吸附一層水銀;陽光穿透玻璃,再穿過光敏材料後,碰到水銀層而反彈回來,與光敏材料處的光線產生干涉作用而形成駐波。不同波長的色光形成不同駐波,因此就能產生彩色影像。

雖然李普曼因此得到諾貝爾獎,然而這方法需要好幾分鐘的曝光時間,製備感光版的過程又複雜,因此始終無人青睞,當利用三原色原理的彩色照相法出現後,更是無人聞問了。沒想到半個世紀後,匈牙利物理學家蓋博(Dennis Gabor)根據李普曼的干涉原理進一步發明了全像攝影,可以呈現物體的完整三維樣貌。

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李普曼超越時代的發明不僅如此。他於 1908 年提出整合攝影術(Integral Photography),建議用微型鏡頭陣列紀錄前方場景的完整資訊,之後再加以整合。這項技術也是直到本世紀才現身的光場照相機才加以運用。

科學史上不乏理論遠遠走在技術前面的例子,不過多是一般性的基礎理論,提出者也從未想過實際應用。像李普曼這樣提出實際的具體方案,沉寂數十年後因技術成熟而突然成真,更令人感到佩服啊!

 

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亥姆霍茲發表能量守恆定律 │ 科學史上的今天:7/23
張瑞棋_96
・2015/07/23 ・918字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

「能量守恆」是科學上極為重要的基本定律,許多物理定律都是奠基於此。然而這個今日看來理所當然的概念,在十九世紀中葉剛出現時卻是備受冷落,難以動搖當時根深蒂固的錯誤認知。

先是馮·邁爾(Julius von Mayer)在 1842 年發表公認是能量守恆的第一篇科學論文,但完全未激起任何漣漪;緊接著焦耳在第二年於學術會議上宣讀論文,說明自己所做位能與熱能的轉換實驗,現場也是一片沉默。直到 1847 年的今天,亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz, 1821-1894)在柏林物理學會上宣讀論文《論力的守恆》後,才終於引起迴響,使得能量守恆定律逐漸獲得各界認同。

亥姆霍茲發表論文時才 26 歲,還在軍隊中擔任醫官。早在他就讀醫學院時就對當時流行的「生機論」──主張生物體內有特殊的「生命力」──感到懷疑;他認為這種說法無異讓每個生物都成了永動機,而他根本不相信有永動機,於是就從「永動機為何不可能實現?」出發,思考各種力之間的關聯。

亥姆霍茲論文中的「活力」與「張力」其實就是分別代表動能與位能;他用守恆的概念檢視卡諾(Nicolas Carnot)、焦耳等前輩的研究,以及各種機械裝置運作過程中,動能、位能、熱能的變化,一一論證每個項目都符合能量守恆定律,因此主張整體的能量不會改變,不增不減,只是從一種形式轉換成另一種形式。能量守恆定律在亥姆霍茲嚴謹的論述下,終於得到許多物理學家的支持,也為馮·邁爾與焦耳爭得應有的肯定。

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科學史上能像亥姆霍茲這樣跨足不同領域,既能提出理論又能發明,還成功作育英才的科學家也算是絕無僅有了!

 

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