傳統上攝影機要成像，要讓物體發出或是反射的光線經由鏡頭聚焦投影到感光元件。所以，當光線被擋到的話物體就看不到了！但是那些物體真的用光就「看」不到嗎？
聰明的科學家發展了一個新的技術，不用物體發出來的光來聚焦成像，而是計算如果在特定時間丟出一堆光子，分析這些光子在哪些時間被反彈回來，用這樣的方式來「看」空間中的物體。因為光子可以散射，所以表現上像是打了很多超音波脈衝，即使物體不在光直徑的的路線上，經由光線的散射，空間中的區域都可以被偵測，然後只要在各個不同的方向放出脈衝，計算所有脈衝回來的時間分布就可以反推空間中有什麼樣的東西。
當然這樣的偵測技術需要很好的演算法還有很好的偵測器，因為光一秒走幾萬公里，所以如果想要有公釐的分辨程度，就必須要能計算光走10¯¹²秒內的差距，要有一台很好的時間解析度偵測器。這樣的技術如果能被應用推廣，或許以後光學的偵測設計可以有新的革新！
轉載自科學影像Scimage
現代科學對「情緒有其必要」的看法並不一致，也有人認為情緒比反射行為好不到哪兒去。
事實上，不到半個世紀以前，認知心理學家艾倫．紐厄爾（Allen Newell）和諾貝爾獎經濟學家司馬賀（Herbert Simon，但他並非以這個題目獲獎）等學者仍堅信人類思考乃是以反射為基礎。一九七二年，紐厄爾和司馬賀讓受試者回答一系列邏輯、西洋棋與代數謎題，要求他們一邊解答、一邊交代自己的思考過程。[1]
兩人把受試者解謎的過程錄下來，煞費苦心地一段段分析，試圖找出規律性。他們的目標是找出並描述每一位受試者的思考法則及特徵，藉此建立人類思考的數學模型，期望利用這套模型深入了解人類心智，找出發明「智慧型」電腦程式和超越邏輯線性極限的方法。
紐厄爾和司馬賀認為，人類的理智行動——也就是「思考」——其實就是比較複雜的反射系統罷了。
說得更精確一點，兩位學者相信思考可以用「生產規則系統」（production rule system）這套模型來解釋：意即思考是一套邏輯嚴謹的「條件陳述式」（if-then）規則集合，而「思考」這種反射就是執行這套規則所得到的結果。
譬如西洋棋有一條規則是：如果對方將了你的國王，你得立刻移走國王。生產規則系統讓我們在面對抉擇時更容易做出選擇，繼而影響行動（比如我們或多或少會不經意採用「如果有人向我乞討，直接忽略即可」這條法則）。
假如人類思考當真只是一套大型生產規則系統，那麼我們跟那些成天跑大數據的電腦應該沒什麼不同。不過，紐厄爾和司馬賀的想法並不正確，兩人的努力自然付諸東流。
若能了解兩位學者假設失敗的原因，或許就能更明白情緒系統的目的和功能。
一組生產規則指令如何產出可應用於簡單系統的完整行動策略？假設屋外氣溫不到零度，而你想寫一套恆溫程式，讓室溫維持在一定範圍內——就設定在攝氏二十一到二十二度之間好了，那麼只要利用以下兩條規則就能辦到：
不論你家的暖氣是快要散架的老東西、抑或聰明的現代系統，這兩條規則都是溫控的基礎原則。
早期的生產規則系統就是靠這類條件式指令建構出來的，複雜程度更高的任務也可以利用規模更大的指令集合來完成。譬如小學生學的減法，包括「減數數字若大於被減數的數字，要從被減數左方借一位來計算」在內的運算法則少說十來條。
某些複雜的應用軟體甚至需要數千條規則指令。電腦科學家運用這些規則指令打造出所謂的「專家系統」expert system）——專為特殊用途設計（譬如醫療診斷、抵押承保等），可模擬人類決策的程式系統。生產規則系統應用在這些領域勉強還算成功，但成果有限，且不適合作為模擬人類思考的基本模型。
紐厄爾和司馬賀的根本錯誤在於，他們忽視人類生活的豐富程度。大腸桿菌這類構造簡單的生物確實能靠幾條反射規則過活，但生活條件更複雜的物種根本辦不到。
就拿「如何避開腐敗或有毒食物」這種看似簡單的任務做例子吧。
這類食物有的能靠氣味辨別出來，但「不好聞」的氣味實在多不勝數；其他時候或可利用外觀、味道或觸感作為「不可食」的信號，但這類特質也同樣能以多種形式呈現（譬如酸掉的牛奶和發霉的麵包不論外觀或氣味皆截然不同）。
此外，這類判斷指標的「程度」也很重要：如果眼前有一道看起來可疑、聞起來還算可以的餐點，各位可能會依找到其他食物的挑戰程度和可能性，選擇接受或不接受這份餐點。
又或者，就算味道聞起來完全沒問題，各位仍舊可能會因為食物外觀太詭異而選擇放棄；再不然就是你無論如何都會吃掉它，因為你餓壞了，你的身體需要養分。若要將這套非黑即白、定義狹隘的死板規則套用在各種可能的「情境—反應」組合上，大腦肯定會燒掉，因此我們需要另一套辦法。
在反射架構下，特定誘因——譬如「牛奶聞起來有點酸，但我已經好幾天沒吃東西，附近大概也找不到其他食物和飲水了」——會自動產生一個專門處理這種狀況的反應（譬如「喝掉牛奶」）。
但情緒完全不是這樣運作的。引發情緒的誘因大多模稜兩可（牛奶看起來／聞起來怪怪的），且誘發的直接產物並非「動作」，而是某種程度的情緒（隱約感到噁心）。
這時，大腦會琢磨這股情緒，一併考量其他因素（我好幾天沒吃了，而且附近可能沒有其他食物），然後計算如何反應——此舉免除了動用「誘因—反應」制式規則此一浩大工程，並且納入更多彈性：我們可能會想出許許多多、各式各樣的做法（「不為所動」也算），然後做出深思熟慮的決定。
在決定透過哪種反應回應情緒時，大腦考量的因素很多，就前述例子來說即是「飢餓程度」、「是否願意冒險、繼續尋找其他食物」及其他情境條件。
這時理智就來湊一腳了：一旦情緒被挑起，心智就會根據事實、目標、原因理由和情緒等幾項元素進行計算，產生行為。若情況複雜，這種結合情緒和理智的反應路徑能更有效率地提供可行解方。
高等動物的情緒還有另一個重要角色：延長反應時間。在情緒被事件挑起之後，這段空檔能讓理性思維介入，策略性地緩和或延遲我們對該事件的直覺反應，等待更適當的反應時機。
比方說，假設你的身體需要營養，而你剛好看見一袋玉米片；若是反射主導，你一定會不假思索、抓來就吃。但演化在這道反射程序中多加了一道關卡，故即使身體需要營養，你也不會想都不想、看到什麼吃什麼——你會餓。
飢餓會使你想進食[註]，但你對這個情境的反應不再是不假思索、自動發生。你會評估狀況，然後決定放棄玉米片，這樣才有肚子容納晚上要吃的雙層培根起司堡。
又或者，你打給電信公司詢問某項服務，但對方有夠愛理不理的。如果人類完全靠反射行事，這時你大概會直接抓狂、飆出「去死啦！ 你這白癡」這種話；但事實上，對方的態度只會引發你憤怒或挫折的情緒。
情緒會影響大腦消化處境的方式，也讓你的理智得以發聲。所以你說不定還是會抓狂，但至少不會氣到腦筋一片空白；你或許會漠視抓狂的衝動，深呼吸，然後告訴對方：「我明白你們的規定，不過請容我告訴你為什麼我的狀況可能不適用這條規定。」
情緒在非人動物身上也有同樣的功能，其中又以靈長類最明顯——譬如行為學家法蘭斯．德瓦爾的《黑猩猩政治學：如何競逐權與色？》（Frans De Waal, Chimpanzee Politics: Power and Sex Among Apes）。假如你是黑猩猩，肯定邊讀邊冒冷汗。
書中描述，年輕的公黑猩猩若是被某一頭母黑猩猩給撩到了，牠會等待時機，在母黑猩猩配合下避開大頭目耳目，偷偷與之相好（理由是牠可能因此受懲罰）。[2]
另一方面，大頭目一個一個幫小弟們理毛時，如果遭到某年輕公黑猩猩挑戰，當下牠可能置之不理，然後在隔天發動報復攻擊。還有，如果黑猩猩媽媽的小寶寶被另一隻年輕母黑猩猩搶走，牠會躡手躡腳欺近，在不傷到孩子的前提下伺機搶回來。
任教於加州理工學院、同時也是美國國家科學院院士的大衛．安德森教授（David Anderson）這麼說：「『反射』是由非常特別的刺激所引發的特定反應，而且這個反應是立即的。如果我們一輩子就只會遇到這些刺激、只需要這類反應，那沒問題；然而在演化的某個節骨眼上，生物體需要更多彈性來應付環境刺激，因此才發展出形形色色的『情緒』積木，補足這一塊。」 [3]
近代的研究將飢餓、口渴和疼痛歸類為「原始」或「穩態」情緒（primordial / homeostatic emotion），負責維持生理平衡。
——本文摘自《情緒的三把鑰匙：情緒的面貌、情緒的力量、情緒的管理－情緒如何影響思考決策？》，2022 年 8 月，網路與書出版，未經同意請勿轉載。
本文轉載自 CASE 科學報《黑洞旅行團，出發！（中）–黑洞種類與結構》
各位旅客好，在上一篇行前通知＜黑洞旅行團，出發！（上）＞文章中，我們介紹了本次旅行即將探訪的目的地：黑洞，它附近龐大的重力，會造成光線極度的扭曲，形成各種在地球上從未見過的獨特景象。現在就讓我們出發前往這趟旅程的目的地：CASE 星系中心的超大質量黑洞。
「航行天數 3915 日：鄰近麒麟座 X-1 黑洞。」
「各位沉睡許久的旅客，請活動活動筋骨，和我一同用 X 光望遠鏡，向外看去。在各位視線中有個非常明亮的光點，那裡便是距離地球最近的黑洞：麒麟座 X-1，距離地球約 3000 光年。由於它附近環繞物質的劇烈高速運動，彼此互相摩擦後形成極高溫的區域，而放出強烈的 X 光。」
「在廣大的宇宙中，分布著無數的黑洞，其質量分布差距非常大。從數十個太陽質量的恆星級黑洞，一直到數十億太陽質量的超大質量黑洞都存在。前者的體積小，數量也相對較多，在星系裡四處分布著；後者則是巨無霸，通常只會出現在星系的中心。」
「導遊！為什麼我們要將目的地設在數量十分稀少，且距離地球十分遙遠的超大質量黑洞呢？好不容易來到這個 X-1 黑洞，何不把我們的親近黑洞行程安排在這？」
「因為恆星級別的黑洞，它附近有非常狂暴的『潮汐力』，會撕碎任何意圖接近它的傢伙！」
黑洞是由非常龐大的質量壓縮在一個極小的區域所形成，舉例來說，要形成黑洞，要將太陽的質量壓縮在約台北市大安區大小的區域[1]。龐大的質量貢獻了極強的重力；十分緻密的分佈，則導致黑洞附近極大的重力變化。當我們站在地球上時，會感受到重力（地心引力）的作用；而且由於重力與距離平方成反比，我們距離地球越遠，受到的重力會越小。因此，準確來說，當我們站在地上，我們腳所受的重力其實會比頭所受到的力稍稍來的大，只是這個「稍稍」我們完全感覺不出來（如圖一）。但是在恆星級別黑洞附近則不是這麼回事，由於龐大的質量集中在很小的區域，在靠近該黑洞表面時，頭到腳這樣的距離就足以產生非常明顯的重力差距，大到可以將各種物體直接撕裂。這種力由於是因為某一物體兩端所受重力大小不同所造成，和潮汐的成因相似，因此又被稱為「潮汐力」。
「航行天數 20xxx 日：目的地就在您的正前方」
「各位旅客午安，請大家往窗外看（圖二），外面明亮具有光環的天體，便是我們這趟旅程的目的地。」
「黑洞看起來都長得差不多，它們有什麼特徵嗎？」
「如同看到一隻可愛的狗，我們會依照牠的毛色、體型、五官等等特徵加以分類：這隻是黃金獵犬，那隻是邊境牧羊犬…。那黑洞該如何分類呢？黑洞其實是個單純的天體，儘管它吞噬、吸收了各式各樣的物質，但最後都只化成三種特徵：質量、角動量以及電荷，或是白話一點說，就是他吃了多少東西、轉得有多快、帶有多少電。這便是著名的『黑洞無毛定理』，描述黑洞就像個光禿禿的球，表面不帶有任何複雜的資訊，所有吞噬的物質，最終都轉化成這幾種特徵。不同種類的黑洞，由於其扭曲周圍時空的方式不一樣，因此會使得周遭景色出現差異。」
「黑洞外圍可以大致分為數個區域[2]，請各位看向這張圖（圖三）。最靠近黑洞的地方有一圈被稱為「事件視界」的邊界，這個邊界是一個絕對的單向道，任何事物只要進入事件視界，便會被龐大的重力吸入黑洞中心，即使連光也無法逃離。因此，有時候事件視界也會被稱作是黑洞的表面。」
「那黑洞裡面有什麼？」
「有趣的是，根據目前的物理理論，黑洞裡什麼都沒有，他所吸收的全部質量，全部都集中在正中心一個被稱為『奇異點』的地方。由於在極小的區域擁有極大的質量，現存的物理理論在那無法適用，是目前最前沿的物理研究感興趣的地方。如果要說那裡有什麼，我想肯定會有一群物理學家吧！」
「如果我們從事件視界往外走，會碰到『光子球層（Photon Sphere）』。當光靠近黑洞時，路徑會被曲折、彎向黑洞，在這個半徑上，重力大小恰好將光的軌跡彎曲成環狀，使得光就如同人造衛星環繞著地球一般前進。但這個軌道十分不穩定，任何擾動都可能使光落入黑洞或逃至外太空。有趣的是，若是各位前往此處（當然實際上無法，請別這麼做！），由於光線會繞著黑洞前進，因此你背後的光會繞黑洞一圈來到前方，也就是你可以直接看到自己的後腦勺！」
「若是我們再向外走，就會來到物質的最內穩定軌道，從此處向外，黑洞龐大的重力吸引著無數的物質環繞著黑洞運行，形成如同土星環般的盤狀構造，我們稱其為『吸積盤』。這裡各種物質以十分高速環繞黑洞運行，它們彼此之間的相互摩擦，會產生極高的溫度，而放出強烈的光…」
「感謝各位參與我們的黑洞旅行團，由於時間限制，今天的導覽行程就到此暫告一段落。我們這次從一個俯瞰的視角，了解黑洞附近的結構。下一個行程，我們則要想像自己化身為一道光，從遠處向著黑洞方向前進，看看最後會落入黑洞，陷入一片漆黑？或是順利逃離黑洞引力束縛，奔向附近絢爛的星系？甚至是恰到好處的進入光子球層，在黑洞附近不知疲憊的繞圈圈？這些不同的光線，組成了黑洞附近特殊的景象，也將是我們下一篇文章的重點：黑洞光線追蹤。有興趣的旅客，請盡速預約行程。」
本系列文章：
黑洞為什麼不黑？彎曲的光與重力透鏡——黑洞旅行團，出發！（上）
巨大的黑洞反而不危險？——黑洞旅行團，出發！（中）
怎麼模擬出真實的黑洞樣貌？光線追蹤技術——黑洞旅行團，出發！（下）
我們這趟環球之旅，很少遇到陰雨天氣，特別是在紅海和地中海期間，晴空無雲，天藍得透亮，沒有一點兒雜質；海藍得像面鏡子，閃耀著藍寶石似的光影。
若干年長或行動不便的乘客，喜歡鎮日坐在八樓長廊的沙發上，望著舷窗外的碧海藍天打發時光。我常帶著筆電在八樓長廊寫作，累了就眺望著海天一色的海平線。由於地球是圓的，海平線以一個很大的弧度中消失在視線中。
海和天為什麼是藍色的？這和散射有關。陽光射到地球，會碰到空氣和懸浮在空中的小水珠（雲），使得天空的顏色經常展現變化。晴天的時候，射到地球上的光線碰到空氣中的氮分子或氧分子，就會引起散射作用，藍光的波長較紅光短，散射得較厲害，看在我們眼裡，天空就成為藍色的。
這個道理看起來好像很簡單，但是人類明白這個道理是十九世紀末葉的事。一八七三年，英國物理學家瑞利（Lord Rayleigh）是第一位看天看出名堂的人。他的散射理論——瑞利散射，使我們了解了天色的秘密。
在陽光的七種色光中，紅、橙、黃光的波長較長，藍、靛、紫光的波長較短。所謂波長，就是兩個波峯間的距離；而波峯，是指物質振動最大的地方。舉個例子，當我們扔一塊石頭到水裡，會激起一圈圈漣漪。兩圈漣漪間的距離就是波長。當然啦，光波的波長比漣漪的波長小得多了，波長最長的紅光，不過十萬分之七、八公分，藍光不過十萬分之四、五公分而已。
瑞利發現，散射不會改變射入光的波長，只會改變射入光的方向。那麼散射又怎麼會造成天空的各種顏色呢？原來散射的作用截面，既與散射粒子的大小有關，也與被散射光的波長有關。空氣中的氧分子、氮分子，大小恰好可以散射波長較短的藍光，藍光散了一天，天空當然呈藍色的。
到了傍晚，夕陽西下，陽光打斜裡射過來，較接近地面，而地面的空氣含有較多的水氣和灰塵，粒子比氧分子、氮分子大得多，較容易散射波長較長的紅光、橙光或黃光，艷麗的晚霞就是這樣散射出來的。
如果天上水浮著小水滴，也就是雲，那又是另一種景象。小水滴比灰塵大得多，各種波長的色光都能被它散射，結果，雲就成了白色的。如果雲層較厚較密，陽光穿不過去，就變成了灰色或黑色。白雲蒼狗，不過是陽光玩的把戲而已！
當雲聚成雨滴的時候，顆粒就更大了，大得具有稜鏡的作用。倘若一邊已經出太陽，一邊還在下雨，陽光穿過雨滴，就會形成我們看到的虹。噴泉和瀑布上也可以出現虹，原理是一樣的。此次環球之旅，我們看到過幾次彩虹，印象最深刻的一次是在復活節島。公路靠海的一側，忽然出現拱門似的彩虹，距離我們目測不到五十公尺。站在彩虹下照相，宛如置身彩虹之下呢！
陽光照到水裡，又是一番景況。較深的水都是藍色的。水原本透明無色，水分子的大小可讓波長較長的紅色繞過去，而波長較短的藍光被散射，所以較深的水莫不是藍色的。水愈深，散射、反射的藍光就愈多，看起來就愈藍了。
同樣是水，為什麼海是藍的，而浪花卻是白的？為什麼驚濤拍岸，會捲起千堆雪？道理很簡單，所謂浪花，其實就是小水滴，可以散射各種波長的光，所以浪花就和白雲一樣，變成白色的了。
就像看天一樣，人類真正懂得看海也是晚近的事。印度物理學家拉曼（Sir Chandrasekhara Raman），從印度搭船去英國。天連海、海連天的景況，使他悟出海水和天空的顏色，都是光線散射所造成的。一九二一年，拉曼在英國《自然》上發表了一篇論文，提出他的散射理論，題目是〈海的顏色〉。古今中外，多少人有過「看海的日子」，卻只有拉曼獨具智眼，看出別人看不出的道理。
