只要有趣研究什麼都可以?!震動蚯蚓晃出「法拉第波」——2020搞笑諾貝爾物理獎

不知道沒有人看過「頭文字 D 」?

拓海開 AE86 送豆腐時,老爸文太會把一杯水放在車上,如果這時文太不是要求拓海不灑出來,而是說:「仔細觀察這杯水。」那拓海很有可能就會看到「法拉第波」,前提是拓海能一邊盯著水杯,一邊過髮夾彎。

1831 年,法拉第發現圓柱容器中的液體,在特定頻率的垂直振動下會形成穩定駐波,這些駐波在液面上,會形成一些有趣的圖案,這些圖案我們稱為「法拉第波」。

以揚聲器製造的法拉地波紋。影片/Youtube。

這些圖案不只有趣,也可以做為「液基微小物體的收集器」(Wikipedia),簡單來說,可以透過法拉第波,來理解在生物膜上的細菌分布。

不過,法拉第波並不容易控制,除了頻率以外,其他像是震幅大小、溫度、上方氣體的大氣壓力、液體密度、容器材質…等,都會對法拉第波的產生造成巨大的影響。因此有許多法拉第波的研究,都在尋找能準確描述法拉第波的方法 。

但上述的研究方向,都不是這篇搞笑諾貝爾獎的重點,畢竟這是搞笑諾貝爾獎嘛。(笑)

為什麼要震動蚯蚓?

我相信做這實驗的研究者當初也不知道為什麼要這麼做。(個人猜測)

研究者發現蚯蚓受到特定頻率的上下晃動時,身體會出現一種類似法拉第波的駐波。這時他們冒出的第一個問題是:「這有可能嗎?」

研究者搜尋了蚯蚓的身體資料,發現蚯蚓是由柔軟的「靜水骨骼」包覆內部體液所組成,結構類似水球,因此研究者認為,像水球的蚯蚓,有可能會因為裡面的水受到震動,而在表面產生類似法拉第波的駐波。

為了研究,研究者又找了一些資料來催眠自己繼續震動蚯蚓。在文獻探討中,研究者提出以蚯蚓作為研究材料三個優點:

  • 第一,蚯蚓非常便宜,我們買得起很多蚯蚓來震動。(咦??)
  • 第二,蚯蚓就算死了,也比較不會被倫理委員會或動保人士找麻煩。(咦!!!)
  • 第三,蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘。(恩?這是什麼?)

接著,研究者開始說起法拉第波的理論推導與重要性。其中,研究者引用數篇關於法拉第波會讓水滴變成奇怪形狀的論文,並期待蚯蚓會在法拉第波的作用下,變成奇怪的形狀。

綜合上述,我推測研究者想震動蚯蚓的慾望,已經超越了正常人對食慾、性慾的需求,可能連在夢中,都想著讓蚯蚓變成自己想要的形狀。

實驗到底是期待看到什麼?

實驗就是一直震動蚯蚓嗎?是的沒有錯!

實驗就是不斷的去震動蚯蚓,看蚯蚓在什麼情況下,會變成類似法拉第波的形狀。實驗裝置也非常簡單,如下圖:

研究論文中,解析一隻受到震動而出現法拉第波震動的蚯蚓。圖/ResearchGate

紅光雷射(laser diode)打在被麻醉的蚯蚓(earthworm)上反射回接收器(photodetector),藉由反射光強度的不同,來分析蚯蚓的震動頻率。麻醉的蚯蚓下方則有一台震動器(Vibration),提供穩定的上下震動,這些上下震動的頻率是由一台訊號產生器(Signal generator)所產生,並藉由電路中的放大器(amplifer)調節震幅大小,蚯蚓震動的過程由上方的照相機記錄。

如果把蚯蚓換成人類的話,這個實驗相當於把人類麻醉之後,放到通了交流電的電椅上,給予不同頻率與電流大小的交流電,並透過持續照射 X 光照射來檢查人體內臟受損的程度,這段期間還有紀錄片攝影師同步拍攝人體通電的樣子。

看到這裡,也終於明白為什麼沒人在乎蚯蚓死活會是實驗優點了(抖)。

不求博大精深,研究也能輕鬆有趣!

除了蚯蚓形狀會受到法拉第波影響外,也發現蚯蚓體內形成的法拉第波,具有 20 – 300 Hz 頻率,與自然界中神經脈衝頻率相同,因此,這些法拉第波可能會干涉神經脈衝,放大或抑制神經傳導。

原來前面寫的「蚯蚓體內的神經軸突,外部包裹著類似脊椎動物的髓鞘」,是用在這裡啊,當我這麼想的時候,論文寫到:

「不過因為蠕蟲是麻醉的,因此沒有直接證據能說明這個想法是對的。」

除了用法拉第波讓蚯蚓變形外,研究者還真的沒有其他研究成果了呢!

其實,我十分崇敬研究者對蚯蚓波動的癡迷與勇氣,許多時候做研究,想到的都是未來的發展,但像這樣一篇只因興趣使然所做的研究,已經非常少見。

謝謝搞笑諾貝爾獎,不只帶來歡樂,也讓我們看到「只要你有興趣,什麼都可以拿來研究。」

參考文獻

  1. Wave-controlled bacterial attachment and formation of biofilms
  2. Determinants of Faraday Wave-Patterns in Water Samples Oscillated Vertically at a Range of Frequencies from 50-200 Hz
  3. 12 Patterns and Chaotic Dynamics in Faraday Surface Waves
  4. Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms

關於作者

Avatar

PanSci 實習編輯|偏執,自以為,說話pH值偏低,常常誤傷他人,也誤傷自己。念物理系之前,曾以為米諾夫斯基粒子是真實存在,也以為自己可以去光量子研究見到魔神凱薩,念完後仍然執迷不悟的繼續幻想。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策