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

0

4
1

文字

分享

0
4
1

凱恩斯的綠島——珊瑚白化現象│環球科學札記(55)

張之傑_96
・2021/12/01 ・2541字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 作者/張之傑

七月二十一日,清晨拉開窗簾,窗外仍是一座座島嶼,亦即仍在大堡礁範圍之內。

八時五十分左右,和平號停靠凱恩斯港。我們登上十樓甲板繞了一圈,緊靠碼頭處有停車場和公寓,放眼望去,看不到多少高樓,這不是座大城市。碼頭對岸,遠處是起伏的山巒,近處是長堤狀的低矮珊瑚礁,山巒和珊瑚礁之間,隱約可以看出有段水域。

我們參加「前往世界遺產大堡礁綠島航行」行程,十時正集合,隨即下船,步行前往渡輪碼頭,搭渡輪前往綠島。沿著岸邊的棧道前行,十時二十七分到達渡輪碼頭。等候渡輪時,澳洲觀光局的人在發禮物兌換券,可以憑券到市區的禮品店兌換無尾熊玩偶。

圖/Wikipedia

綠島是凱恩斯的一座珊瑚島,面積十五公頃,距離凱恩斯約二十七公里,地處世界遺產大堡礁海洋公園範圍內,是個熱門的旅遊景點。該島約形成於六千年前,是波浪將沙子、珊瑚礁等碎屑淤積到珊瑚地基上形成的。

有道是滄海桑田,經年累月的雨水沖洗,沙土中的鹽份逐漸退去,漸漸適合植物生長。風力和鳥類帶來植物的種子,如今島上已有一百二十六種植物。島上沒有淡水,植被仰賴雨水,凱恩斯一帶的雨水足夠支應島上的植物生長。

自二十世紀初以來,旅遊一直是綠島的主要活動。當前的綠島度假村一九九四年開業,有四十六個房間,設有海水淡化廠,二○○一年投入使用,每天可提供五萬五千公升淡水。度假村的游泳池,就是淡水的。

我們等候了約半小時,渡輪才開過來。綠島可能是大堡礁中最容易遊賞的一座島嶼。我們排隊登上渡輪,每人發一套浮潛工具。十一時五十分到達綠島的棧橋碼頭,從開船起到達目的地,航程約四十五分鐘。

從凱恩斯搭乘渡輪航行約45分鐘停靠棧橋碼頭,前方島嶼即大堡礁之一的綠島。圖/作者攝

棧橋是用一根根木樁撐起來的,長度目測至少一百公尺。下了渡輪,踏上棧道,或許為了防風、防雨或防曬,棧橋的頂部,部份設有半遮式陽棚。我們先到另一艘停舶船(大貓號)上午餐,飯後的半潛艇和玻璃底船活動,都從大貓號上登船。

在大貓號上吃過午餐,十三點十分左右登上半潛艇,透過座位一旁的玻璃窗,觀賞大堡礁海域的珊瑚礁及魚類等動物。解說是事先錄製好的,我們這批乘客以華人為主,所以採用華語錄音。這種解說只是泛泛地談談,不能根據玻璃窗外出現的東西即時說明,所以並沒多大用處。

解說錄音說,珊瑚礁上有很多種海參,具有維護珊瑚礁清潔的作用,海參曾經是澳洲的重要出口海產,綠島當年就是熏製場所。海星中的棘冠海星,觸手六至八隻,身上遍佈棘刺,以珊瑚蟲為食。一九九○年代曾經數量暴增,綠島附近的珊瑚多遭其毒手。我們看到的是正在恢復中的珊瑚礁……。解說錄音沒提白化問題。

搭上半潛艇,前往觀看綠島附近珊瑚礁。圖/船友攝

我們在半潛艇上約二十五分鐘,回到大貓號,再搭乘玻璃底船出航。半潛艇和玻璃底船的差別,只是前者向玻璃窗外看,後者是扶著圍欄朝腳底下看。至於解說錄音,兩者是同一套,只是玻璃底船的解說沒提到攝影時要將鏡頭貼近玻璃窗。

我們在半潛艇和玻璃底船到底看到了什麼?由於污染和氣候變遷等因素,大堡礁的珊瑚約有六成出現白化現象。也就是因為失去共生藻(蟲黃藻),變得灰灰土土,不再色彩絢爛,綠島一帶應該白化得更為嚴重。

珊瑚白化。圖/Wikipedia

從凱恩斯到綠島的渡輪、半潛艇、玻璃底船來來去去,引擎所排出的廢氣哪能不影響到水質!再說,美麗的海葵、帚蟲(屬環節動物)、海蛞蝓等受到騷擾,哪會不縮起來或躲起來!

從前海域沒有污染,在台灣北海岸就能看到絢爛的珊瑚礁世界。大一的普通生物課到基隆附近的八斗子採集,助教不准大夥下海,只能在岸邊的潮池裡活動。隔了一兩個星期,我就自己去了,戴上潛水鏡,眼前出現的景象,簡直就是座海底大花園。這樣的海底大花園想不到連大堡礁都看不到了!

半潛艇和玻璃底船會餵魚,所以魚類倒是看到不少,我對魚類學所知有限,認得出的有成群的鰺魚,和在灰暗的珊瑚礁上繞來繞去的黑帶蝶魚。海龜只看到一隻,好像是蠵龜,是在玻璃底船上看到的。看到海龜,大概是搭乘半潛艇和玻璃底船觀光唯一的收穫。

玻璃底船所看到珊瑚礁,大多已經白化。圖/作者攝

完成玻璃底船活動,回到大貓號,絕大多數乘客將浮潛工具還給船上。隨即踏上棧道,前往綠島觀光。今天氣溫二十度以下,白色沙灘上仍有些人在作日光浴,還有些人在弄潮戲水。近岸處,從棧橋上向下望,水質清澈見底,珊瑚礁隱約可見。

棧橋入口處,岸邊築有堤防。島上鬱鬱蔥蔥,綠樹掩映下,出現一座木構建築,走近才知道是度假村的紀念品店。度假村紀念品前的小廣場上鋪著木板,顯得特別潔淨,有些樹木已粗可合抱。

資料上說,綠島有大片熱帶雨林。典型的雨林,樹冠分成兩三層,鬱鬱蒼蒼,遮住地面的陽光,地上沒什麼草木。綠島的植被的確有點雨林的樣子。濱海的步道下,有些地方有較大片的沙灘,有些地方緊靠著海。

走到一處緊挨著步道的海灘,我走下步道,想撿點貝殼,卻看到不少浮石。當岩漿噴出地表,壓力驟減,岩漿中的空氣迅速膨脹,熔岩形成多孔性的碎石,氣孔佔體積百分之七十以上。我曾在火山島聖托里尼撿到過浮石,綠島一帶有火山島嗎?

我們十七時三十分回到和平號,上完廁所,洗把臉,稍微整理一下,十七時四十分下船,到市區看看。我們到禮品店換了無尾熊玩偶,又賣了些東西。十八時四十五分回到和平號,放好東西,到四樓餐廳吃定食。回顧這一天,澳洲地大物博,的確是個好地方。不過大堡礁的白化讓人心痛,看來地球暖化,氣候變遷,加上人為汙染,第六次大滅絕已非危言聳聽。

文章難易度
張之傑_96
69 篇文章 ・ 212 位粉絲
張之傑教授,科學史家,為中央研究院科學史委員會委員、中華科技史學會創始人;另研究科普學、辭書學、民間宗教、民間文學、西藏文學等。寫作小說及少兒讀物大多使用筆名(章杰),其餘大多使用真名。其科普作品以文筆流暢、條理清晰、富含人文精神著稱。


0

2
0

文字

分享

0
2
0

水熊蟲真的能跟量子位元「量子糾纏」嗎?

linjunJR_96
・2022/01/20 ・2128字 ・閱讀時間約 4 分鐘

身形嬌小的水熊號稱地表最強生物,能夠透過獨特的「隱生」能力在最極端的環境下存活。這種狀態有點類似冬眠,遇見不利生存的條件時將所有代謝活動停止。

近期,有一國際研究團隊宣稱這種生物還有另一種出乎意料的能耐:和超導量子位元進行量子糾纏。用生物體做量子糾纏可是前所未聞,讓大家都嚇壞了。不過這個實驗究竟做出了什麼結果,讓作者可以做出這種宣稱?科學家沒事又為什麼要去抓水熊來糾纏呢?

掃描式電子顯微鏡下的水熊成蟲。圖/EOL

什麼是量子糾纏?

量子糾纏是量子力學獨有的一種描述,至於實際上到底是在「糾纏」什麼,可以參考先前這篇文章[2]

儘管名字聽起來很神祕,但量子糾纏並不只存在於科幻電影和內容農場,現今在實驗室中造出糾纏的粒子對早已是稀鬆平常的技術。量子計算和量子傳送等應用領域就是以糾纏作為基礎發展至今。

雖然這樣說,但利用糾纏粒子將物品或人類在星際間傳送的夢想可能還得再等等。因為目前能夠成功被「糾纏」的都是個別的金屬離子、奈米大小的粒子、和鑽石結晶這類易於控制,結構簡單的微小目標物。

相對於這些乾淨整齊的系統,生物體的結構可說是極為雜亂複雜,難以成為量子實驗的對象。

此外,為了減少物質本身熱能所帶來的振動影響,糾纏的實驗程序時常需要在接近絕對零度的低溫環境下進行。在這種溫度下不只生命無法延續,許多物質的特性也都已經改變。

因此,儘管實驗方面已經發展許久,要對活生生的生物進行量子糾纏仍是相當遙遠的目標。對量子力學來說,整個生物世界太亂又太熱,完全不會想靠近一步。正因如此,這篇拿水熊做實驗的文章才引起了大家的關注。

水熊和超導量子位元的糾纏

水熊一般只有幾百微米大,算是「巨觀」生物中相對微小的種類,要做量子實驗的話較好下手;更重要的是水熊能夠以隱生狀態度過嚴苛的實驗環境,爾後再重新恢復活力,如此一來要是成功便也算是對生物體進行量子糾纏了。

實驗團隊於是將一隻水熊放到了絕對溫標 0.01 度(也就是只比絕對零度高 0.01 度),同時接近真空的環境中,在此和兩個超導量子位元進行實驗。他們將水熊放入其中一個量子位元零件中,並觀察到位元的共振頻率產生改變。接著他們用常見的量子計算程序將兩個位元進行糾纏,並測試糾纏結果。

根據測試的結果,作者宣稱水熊和兩個量子位元形成了三個位元的組合態。也就是說,水熊在這裡變成了第三個等效的量子位元,和另外兩個超導位元糾纏在一起!實驗結束後,水熊周遭的溫度和壓力被緩慢恢復至適合生存的範圍,最後重新開始代謝活動。

作者宣布他們突破了以往的實驗限制,打開了通往量子生物學的大門,並以「水熊和超導量子位元的糾纏」為題,將文章的預印版放上了 arXiv 網站,引起科學界一片譁然。

圖/GIPHY

等等,這其實不用量子力學也能解釋

雖然實驗相當有趣,媒體也爭相報導,但是許多物理學家認為這份研究的標題過為聳動,突破性恐怕也是過於誇大。

超導量子位元其實跟一般電子零件一樣,裡面有電容、電感等等基本單元所組成的電路;而接近絕對零度的水熊,基本上能當成一小團冰塊。

實驗團隊將冰塊放到電容裡面,會改變它的共振頻率等特性其實不足為奇。如果電容裡面掉進了一些灰塵,其電路性質也會受到類似的影響。

不論零件中放入冰塊,灰塵,還是螞蟻,這些影響都是「傳統」的電磁學可以描述的,並非量子現象。

也就是說,作者宣稱的「整隻水熊做為一個量子位元進入了量子糾纏態」這個解讀不只言過其實,甚至有誤導之嫌。這篇文章目前還未投稿至期刊,因此沒有經歷同行科學家的審查,還不算是夠格的科學實驗結果。

關於這份研究有哪些方面需要改進,目前仍是備受爭辯的有趣問題。不過有件事是大部分人都同意的,那就是這次實驗再度刷新了水熊生存能力的極限。或許將來某天,水熊的隱生能力真的能成為生物世界和量子物理之間的橋樑。不過就目前而言,好奇心滿點的物理學家得再更努力些。

編按:該如何驗證量子糾纏,可以參考〈驗證量子纏結的貝爾不等式 │ 科學史上的今天:06/28〉,此論文的主要問題是不能藉由實驗設計,來確認三者共振頻率改變是源自於量子糾纏。

參考資料

  1. 看過「水熊蟲」走路嗎?——牠的步態與 50 萬倍大的昆蟲很相似!
  2. 照出黑洞不算什麼,科學家連量子纏結都能拍到!?
  3. 水熊和超導量子位元的糾纏(原文)

linjunJR_96
2 篇文章 ・ 2 位粉絲
清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。