觸控面板的秘密：從靜電到你的指尖魔法——《物理角色圖鑑》

本文由 HP 委託，泛科學企劃執行。 

海廢問題怎麼解？竟然有人回收漁網做筆電！？

你知道嗎？地球上最大的垃圾場，就是我們的大海。全世界一般依據位置，將海洋廢棄物分為海岸、海漂與海底三大類。英國麥克阿瑟（Ellen MacArthur）基金會曾預測，我們的海洋，到 2050 年會變成垃圾比魚多的塑膠濃湯。其中，最有名的就是太平洋垃圾帶（Great Pacific Garbage Patch），它的面積有 3 個法國和 44 個台灣那麼大。

到底是誰在亂丟垃圾？垃圾與它們的產地在哪裏？

科學家發現，漁業大國貢獻了不少垃圾，台灣更是榜上有名！雖然從陸地而來的垃圾量也很可觀，但來自漁業活動、源於海洋的廢棄物如漁網漁具，更難回到岸邊，因此成為海上最主要的垃圾。科學家推算，每年大概總計有四成的漁網漁具會掉到海中。

從太平洋垃圾帶撈回來的垃圾分析，其中 46% 就是廢棄漁網。科學家還一一檢視垃圾上的標籤字眼，發現源頭是五個北太平洋的漁業大國——日本、中國、韓國、美國及台灣。更別説全球還有另外四個海洋垃圾帶，所有垃圾量加起來勢必會更驚人。

但也先別急著怪漁業從業人員，因為他們也不一定是故意要亂丟垃圾的。瞬息萬變的大海，本來就不是一個好作業的地方，破壞、遺失設備是常有的事。不過海洋垃圾問題如此棘手，難道就沒有解決方案嗎？

人類與垃圾帶的對決，勝算到底有多大？

其實已經有不少人投身清除海洋垃圾的工作。大家還記得太平洋上的海洋吸塵器嗎？這個由「海洋清理行動（ The Ocean Cleanup ）」發起、號稱史上最大海廢清除計劃，雖然一開始出師未捷身先死，下水沒幾個月就故障，但後來升級調整後，已在今年 5 月完成執行第 100 次的任務。

除了清除海上的垃圾，從河川攔截也很重要。The Ocean Cleanup 還研發了攔截者（The Interceptor），它是一艘太陽能自動船，船頭設有一道垃圾集中屏障，能將垃圾引導進入船上的收集系統再集中處理。

其他活躍在海洋垃圾清除前線的，還有來自澳洲的全自動海洋垃圾桶 Seabin，被裝設在港口碼頭的它，透過底部幫浦製造水流，讓海廢可以從水面被吸入，小至 2 毫米的微塑膠也可被收集到其纖維網袋內。印度的 AlphaMERS 團隊，則設計了攔截漂浮垃圾的柵欄與串聯清掃系統，可以清除河川與湖泊表面的廢棄物。有標誌性大眼、水車造型的 Mr. Trashweel，被設置在美國巴爾的摩港口，結合太陽能與水力發電，使用清除海上油污的攔油索，將垃圾引導到它的垃圾箱中，每年可攔截 500 噸垃圾。荷蘭的泡泡屏障 the Bubble Barrier ，設計原理也相當聰明，它會從水底產生「氣泡簾」，引導塑料垃圾到水面上，再利用水流把垃圾推向捕獲系統，克服了大型撈網會阻擋船隻或海底生物，以及高維護更替成本的問題。

廢漁網改頭換面？

不過要讓海廢界的奪命殺手——廢棄漁網「洗心革面」，在技術上有一大難關，因為漁網主要是以尼龍製作的。尼龍是聚硫胺高分子（Polyamide），在分子主鏈上因為有大量高極性的化學基，分子鏈間作用力較强，還能在產生氫鍵的同時，使結構排列整齊，造就了它優秀的韌性强度。

但如果用回收寶特瓶的「物理回收」，即沒有改變其聚合型態的方式來回收尼龍，尼龍的分子鏈就會斷裂，大幅影響纖維的機能性，走上被降級使用一途。好在如今已有廠商研發出「化學回收」尼龍的技術。收集來的廢棄漁網先被清洗、切碎成段，接著被高溫熔融，再透過像「術式反轉」的解聚（depolymerization）、分解、精煉及純化工序，讓尼龍從聚合物還原到單體狀態。這些原料單體會再被聚合，製造成尼龍再生粒子。被混煉改質、强化性能的粒子重新進行紡絲後，會形成全新的尼龍纖維，就可以被無限循環利用啦！

這種做法，可以大大節省原本用來製作原生尼龍的石化資源、減少碳排放，還可以讓廢棄漁網重獲新生。再生尼龍可以拿來做衣服、眼鏡，甚至可以搖身一變，變成你桌上的筆電！

「親愛的，我把漁網做成筆電了！」是誰這麼瘋？

是誰想到要把廢棄漁網做成筆電？早在 2019 年，HP 就領先全球，推出全球第一款使用海洋回收塑料的筆記型電腦，打破我們對海洋廢棄物的想象。在 2023 年，更進一步海洋垃圾中難以忽視的狠角色廢棄漁網，打造出 HP EliteBook 1040 G11頂級輕薄商務筆電！

HP EliteBook 1040 G11 貫徹環保永續理念，是世界上第一款採用從海洋中回收的廢棄漁網製作成鍵盤的筆電。除了讓廢棄漁網重獲新生，外殼也採用部分回收鎂合金製作，外盒包裝 100% 採用可回收材質。而且我敢保證大家絕對想不到，這台筆電的材質，竟然還包括回收的家庭用油！

是的，你沒聽錯，就是 cooking oil！食用油經過回收，可以製成生質材料聚羥基烷酸酯 (Polyhydroxyalkanoates，PHA)。PHA 是目前市面上唯一可在海洋分解之生質塑膠，可謂是新興生質塑膠材料中的明日之星！雖然使用回收材質會提高成本，但 HP 持續以實際行動，支持減碳、森林復育及循環經濟，創造永續發展。

你也許有疑問，用海洋廢棄物製作的筆電，性能靠不靠得住？別擔心，HP 重視環境保護，效能也不馬虎！HP EliteBook 1040 G11 完美展現 AI 潮流下劃時代的超效能，搭載 Intel® Core™ Ultra7 H 處理器，再搭配 Intel® Arc™內顯，3 大 AI 引擎實現高效能低功耗，大大提升生產力。

使用筆電時最怕遇到兩大痛點，第一是筆電太重，第二就是續航力。如果為了縮小電池、減輕筆電重量，又不得不犧牲筆電的續航力。不過這些問題，在 HP EliteBook 1040 G11 身上能同時迎刃而解，兩全其美。AI 效能與電力的平衡密不可分，透過 HP Smart Sense 智慧軟體，搭配優秀的散熱功能管理，再加上全新高密度渦輪電扇，筆電續航力不僅大大提升，更能降低機身溫度 40%，機身還能維持 1.18 KG 的優雅輕薄，讓你無論通勤出差，都輕鬆隨行。

這台筆電，還有什麽神奇的地方？

你是不是還在擔心電腦被駭客入侵、行蹤被偷窺，所以逼不得已，在筆電的視訊鏡頭上貼上醜醜又黏糊糊的膠帶呢？那一定是因為你還不認識 HP 全新的防窺功能！

HP EliteBook 1040 G11 搭載了全新的 Sure View Gen 5 Panel，它經過五個 Generation 的進化，終於達成完美防窺使用體驗。一鍵防窺的功能，只要一 off 就可以分享視訊，一 on 就可以確實防窺，成為你個人隱私的最佳守衛。

除了駭客病毒，你可能也害怕筆電上沾染讓你生病的病毒！這台全新冰川白配色的筆電，不只是外形設計靚麗，更採用防污油墨塗層技術，可以抗指紋沾附，而且全機殼都可以使用酒精擦拭，中看又中用，還是筆電界的衛生扛壩子！

HP EliteBook 1040 G11  還不止這些！

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它可以搭配操作體驗超直覺觸控面板，讓你一 Touch 即通，用過的人都説他們再也回不去了。
不僅如此，HP EliteBook 1040 G11 還是你拼事業的好夥伴！標配 5 百萬畫素IR人臉辨識鏡頭，完全是為了專業會議協作而生。無論你在什麼地方、什麼時候進行線上會議，它的動態色彩調校功能，可以在背光或低光源時，自動追蹤取景，配置 Poly Studio 及 HP 的 AI 降噪技術，最佳化你的視訊會議體驗。你再也不必擔心那些視訊會議畫面模糊、聲音不清楚的尷尬時刻，可以在客戶或老闆面前自在表現。

步入 5G 萬物聯網的時代，HP EliteBook 1040 G11 也搭載 5G 廣域無線網路 （Wireless Wide Area Network，WWAN），使用者可以透過 SIM 卡或是 eSIM 服務直接連網。5G WWAN 的內建，讓整套資訊安全迴路更加穩健，是你追求資安的最安心選擇。

參考資料：

• 環團公布西海岸海廢調查結果 逾六成來自養殖漁業 籲中央速與漁民協商 https://e-info.org.tw/node/232513
• 海保署今(109)年首度清除海底垃圾….廢棄漁網佔88.79%為大宗https://www.oca.gov.tw/ch/home.jsp?id=14&parentpath=0,2&mcustomize=news_view.jsp&dataserno=202012300001
• Evidence that the Great Pacific Garbage Patch is rapidly accumulating plastic | Scientific Reports 
• The status and fate of oceanic garbage patches | Nature Reviews Earth & Environment
• Explainer: What Is the Great Garbage Patch? | Earth.Org
• Plastics in a Circular Economy | Ellen MacArthur Foundation  
• Industrialised fishing nations largely contribute to floating plastic pollution in the North Pacific subtropical gyre | Scientific Reports 
• Ghost Gear: The Hidden Face of Plastic Pollution 
• Estimates of fishing gear loss rates at a global scale: A literature review and meta‐analysis 
• 海洋裡不斷抓交替的孤魂野鬼──幽靈漁具 
• 海洋吸塵器啟動！咦？怎麼一下就結束了？ – PanSci 泛科學 
• The Ocean Cleanup to Complete 100th Extraction Live From the Great Pacific Garbage Patch | Press Release 
• 海洋吸塵器完成首次任務下一步：為垃圾再製品建立透明「價值鏈」 | 環境資訊中心 
• Interceptor Original | Rivers | The Ocean Cleanup 
• Seabin 
• alphamers.com 
• https://www.mrtrashwheel.com/
• https://thegreatbubblebarrier.com/technology/ 
• 回收漁網之混煉改質與加工技術：材料世界網 
• 海洋回收尼龍混煉技術發展 
• 尼龍的蛻變－朝永續環保前進
• 廢漁網回收參考手冊 – 海洋保育教育文宣品 
• 海廢回收再利用減廢又減碳 
• 廢蚵繩、漁網救星海保署攜手台化再利用明年有望量產海廢再生尼龍
• What is Econyl Fabric: Properties, How its Made and Where | Sewport
• 海廢新演繹蚵繩與漁網的循環經濟 
• HP Inc. Launches World’s First PC With Ocean-Bound Plastics 
• Sustainable plastics: A new origin story – HP 
• 以菜籽油、有機廢棄物轉化生物可分解材料PHA | TOP塑膠趨勢網 

時間不再絕對？牛頓與愛因斯坦的時間觀差異

川村老師，請用簡單的方式告訴我「相對論」是什麼？

老師：狹義相對論源自相對性原理（Principle of relativity，指物理定律〔Physical law〕適用於所有以等速直線運動的物體） 與光速恆定原理。根據這個理論，時間是相對的，依不同觀察者而有所差異。牛頓力學中的時間是絕對的，愛因斯坦則認為，可依不同的觀察者位置對時間進行不同定義。

老師：之前在討論「力」時，也提過離心力。離心力是「慣性力」的一種，慣性力指物體在加速運動時感受到的與加速方向相反的力。置身在沒有窗戶的電梯中，當電梯向上加速，電梯內的人會受到向下的慣性力（譯注：因看不到外面，使得他無法判斷電梯的運動情況）。若加速度為 g，物體質量為 m，則物體所受慣性力為 mg，與在地面所受的重力 mg 相同。愛因斯坦無法區別這兩種 mg 的差異，所以視為等效。但無論慣性力的方向為何，物體都會往向量合成後的視重力場方向掉落。

時間在任何地方都固定不變嗎？

世界上最快的速度是光速。物體的移動速度若接近光速，它的時間進程就會變慢。也就是說，在接近光速的太空船上，時間會變得悠長。而且，接近光速的物體長度會朝行進方向收縮。

物體只要具有質量，即使在靜止狀態依然擁有能量（其能量 E ＝ mc²），稱為靜止能量（Rest energy）。

提到光的運動，我們已經知道光的路徑會彎曲。

1919 年，天文學家觀測到恆星發出的光線在經過太陽附近時被偏折，這種現象稱為「重力透鏡效應」（Gravitational lens），有助於了解黑洞等宇宙中質量分布的情況。此外，天體物理學家也觀測到時間的延遲。簡而言之，接近地面的時鐘行進速度會比高處的時鐘慢，GPS 也是依據這種效應來進行校正。

時間

牛頓力學中的「時間」（也就是我們一般理解的時間）和相對論中的時間大異其趣。牛頓在《自然哲學的數學原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica，1687）中，假設空間是均勻平坦的；從過去到未來，在任何地方都平均延伸。在牛頓力學中，全宇宙的時間一致。

但相對論否定了這一點。

光速恆定原理指出，光的速度是固定不變的。這種狀況下，空間中不同地點發生的兩件事，對某個觀測者來說是同時發生，但對另一參考系的觀測者而言則非同時發生。也就是說，時間的前進速度並非在任何地方都相同。因此，時間和空間不能視為各自獨立的兩回事，應該一體化，視為四維空間（時空，Spacetime）。

不過，這是指物體移動速度接近光速時的情況。日常生活中，使用過去的時間觀不會有任何問題。

黑洞

黑洞（Black hole）是一種天體，因為密度極高，重力極強， 不只物質，連光都會被吸進去，無法逃逸。天體是宇宙中所有物體的總稱，具體來說，指太陽、恆星、行星、星團、星雲等。從相對論來看，黑洞周圍空間是扭曲的。照以下方式想像應該會比較容易理解：

把重物放在一大塊展開的薄橡皮布上，放置處就會凹下去，而這塊凹陷會影響到周圍。同樣的，黑洞所在之處會發生猛烈的空間扭曲，經過附近的天體會被極強的重力吸引，落入其中，連光也難逃魔掌。

銀河系有許多黑洞，但具體數字不詳。2019 年，一個跨國研究計畫團隊首次拍攝到黑洞的「影子」，掀起一陣討論熱潮。

——本文摘自《物理角色圖鑑：用35個萌角色掌握最重要的物理觀念，秒懂生活中的科普知識》，2024 年 9 月，漫遊者文化，未經同意請勿轉載。

時事話題

NEWS｜在課堂介紹電磁波概念時，有位同學佳琦舉手提問筆者：「老師，用悠遊卡刷進捷運站非常方便，那個背後的原理和電磁波有關嗎？」另一位同學婕妤回答：「應該是悠遊卡會發出電磁波，傳遞訊息到門閘的感應器吧？」

悠遊卡如今早已融入臺灣大都會的生活中，不論是捷運、超商、購物或搭乘公車，悠遊卡在手，便利許多。然而，悠遊卡內並無電池，也不需要插入讀卡機，為何能夠溝通而傳遞資訊呢？

為何沒裝電池的悠遊卡可以產生電流？

悠遊卡系統主要是應用法拉第電磁感應定律來辨識與傳遞資訊，此與無接觸感應技術有關，該技術稱為「無線射頻辨識系統」（radio frequency identification，RFID）。完整的一套無線射頻辨識系統，是由讀卡機（reader）、電子標籤（tag）和應用程式資料庫電腦系統部分所組成。

運作過程先由讀卡機發射一特定頻率的無線電波能量給電子標籤，藉此驅動標籤內建電路，輸送內部的身分代碼，以開啟溝通之路。

若以法拉第電磁感應的物理概念解釋，讀卡機產生變動磁場， 同步提供電子標籤變動磁場，驅動電子標籤產生感應電流，也就是讓悠遊卡內部迴路產生感應電流，並讓電子標籤發送身分代碼訊息給讀卡機，也即驅動內部晶片能夠發送訊號，讀卡機依序接收資訊、解讀此身分代碼，再透過應用程式資料庫系統讀取悠遊卡內的晶片資料，完整達成溝通與解讀任務。

每一張悠遊卡都有獨立的電子標籤，當卡片靠近悠遊卡標誌的磁場感應範圍內，即可透過電磁感應的原理，驅使電子標籤內的線圈產生感應電流，此電流供應電子標籤傳送資訊至讀卡機，以解讀晶片資料。

或許讀者會好奇，沒有電池的悠遊卡怎麼產生電流呢？這個問題也需要以法拉第電磁感應定律說明。

依法拉第電磁感應定律，悠遊卡的線圈迴路會因為磁場強弱的變化，以及通過的面積區域、角度變化而產生類似電池驅動電流功能的「感應電動勢」，或稱為感應電壓。此感應電壓大小與線圈匝數及每匝線圈中磁場隨時間的變化率有關。匝數愈多，磁場變化率愈大，悠遊卡迴路中的感應電壓愈大，產生的感應電流就愈大。

因此，悠遊卡雖然沒有內建電池，但可以透過電磁波的應用，採用無線射頻辨識系統，在運作時，讀卡機持續發出電磁波，當卡片接近時，其內部線圈產生感應電動勢，再進一步驅動感應電流。此感應電流讓卡片內的晶片發出電磁波，回傳必要的資訊給讀卡機，完成感應過閘的流程。

以臺北、臺中和高雄的悠遊卡來說，採用的是無線射頻辨識系統模式，屬於比較低頻率的電磁波，卡片必須距離讀卡機約 14 公分內，才能讀取卡片的晶片資料。因此若將悠遊卡裝在比較厚的皮夾或兩張磁卡疊在一起，可能無法第一時間完成讀卡，而形成「卡片無法讀取」的「卡卡」現象，建議單純使用悠遊卡過閘，較能順暢通過閘門。

其他如進出家門的感應磁扣、停車場的票卡、信用卡感應支付、國道收費系統 ETC 等，皆是應用無線射頻辨識系統 RFID 的技術，只不過國道收費系統 ETC 的感應器的感應距離約需 60 公尺內，才能順利讀取通過車輛的相關資訊。

物理小教室

• 手機行動支付的物理學原理

手機支付的運作原理也是基於 RFID 發展而出的近場通訊（near-field communication，NFC） 技術。目前近場通訊技術採用頻率為 13.56 MHz 的電磁波，以 106 kbit/s、212 kbit/s 或 424 kbit/s 這 3 種速率傳輸資料，bit 翻譯為位元，是電腦資料的最小單位。

利用手機支付時，須靠近刷卡機約 4 公分距離內，此時可藉由電磁波傳遞相關資訊，完成付款手續。近場通訊技術不只有用在手機支付， 也可運用傳輸文字、照片、音樂檔案，是目前手機常見的內建功能。

• 電磁感應的進階說明

電動勢（electromotive force, emf）可以驅動導體內的電荷移動， 產生電流。電池因為內部材料的屬性，會在正負極產生固定的電位差或電壓。電動勢是電池正負極間的電位差，也常稱為電壓，其國際單位制（SI）單位為伏特（V）。

導體內的電流與電壓成正比，假設導線的電阻及電池的內電阻都可略去不計，電路中流動的電流是電壓與電阻相除後的數值。可知電池的電動勢，可以驅動迴路上的電流，讓燈泡發光發熱。

然而，一個未接電源的迴路導線圈，可不可能產生電流？可以。若是通過迴路導線圈的磁場變化或磁通量改變，也會產生感應電流，這是發電機的原理，也是物理學家法拉第和冷次的電磁感應概念。

電磁爐和捷運列車的磁煞車也是運用電磁感應的概念。電磁爐內部的主要構造是由絕緣體包覆的導線環繞的線圈，當交流電通過線圈時， 電磁爐表面就會產生隨時間改變的磁場，這個磁場的變化會同時在鍋子底面產生應電流，再透過電流熱效應加熱鍋子，也加熱食物。

——本文摘自《我們的生活比你想的還物理》，2022 年 11 月，商周出版，未經同意請勿轉載。