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光﹐請留步

科景_96
・2011/02/08 ・1156字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 617 ・十年級
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Original publish date:Mar 28, 2003

編輯 Agape 報導

在室溫下,紅寶石可以用來大幅度地降低光速。這項技術可望應用於通訊系統的設計。

‘光’ ﹐是物理學中令人難以捉摸的一個現象。它的粒子-波動二相性﹐曾經是令科學家們想不透的問題。此外﹐到目前為止﹐它在真空中行進的速度(C~3e8 m/s)﹐也沒有其它的物理量可以與其相比。由於它在介質中行進的速度(群速度﹐group velocity, Vg)﹐會受到該物質折射係數(n)的影響而變慢(Vg=C/n)﹐科學家們從很早就在思考﹐如何能夠將光的速度﹐減慢到可以與其它實驗配合的程度。

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由於當光的速度受到介質影響而變慢的同時﹐其被介質所吸收的程度也特別嚴重﹐使得實驗無法準確地量測到這個現象。近年來﹐科學家們採用一項名為EIT(electromagnetically induced transparency) 的技術﹐達成在極低溫(接近絕對溫度零度) 的條件下﹐雷射光在特殊物質的氣體中﹐行進速度被減慢到8-45m/s的結果。在最近的Physical Review Letters中﹐羅徹斯特大學光學中心的Matthew Bigelow與所屬的研究小組﹐則報導了在室溫下﹐利用spectral hole burning的效應﹐在紅寶石中達成將光速減慢到約57.5m/s的研究成果。

所謂的spectral hole burning效應﹐是在某些物質中﹐存在著一組能階﹐包含一個基態與一個受激態﹐在其間有一介穩態(metastable)的能階。當有入射光將電子由基態激發至受激態時﹐受激發的電子會在幾個picosecond(一兆分之一秒)的時間內躍遷到介穩態。在經過約長達幾個milisecond(千分之一秒)的時間後﹐電子才會回到基態﹐並釋放出波長與入射光波長相近的光子。而在該物質的吸收/穿透光譜上﹐在特定的波長附近﹐便會形成一個空區﹐意味著該特定波長的光無法通過。並且該頻譜空區的頻寬﹐大約等於電子從介穩態降回基態時間的倒數。

Bigelow等人的實驗﹐是使用波長514.5nm的氬離子雷射作為入射光源﹐利用脈衝或正弦波透過光電晶體對雷射光作波幅的調制。然後將調制後的光通過焦距為40cm的透鏡﹐射入一長為7.25cm的紅寶石。最後﹐通過紅寶石的光﹐連同參考訊號﹐同時顯示在數位示波器上以比較雷射光在紅寶石中﹐究竟被延遲了多久。他們發現﹐在使用功率為0.25W﹑調制頻率60Hz時﹐可以得到達1.26ms的延遲。代表在7.25cm長的在紅寶石中﹐雷射光要花1.26ms的時間來行進﹐所以光在介質中的速度﹐被減低到僅有約58m/s。他們同時發現﹐光在紅寶石中速度減慢的程度﹐也會受到調制頻率﹑入射光功率﹑以及入射光強度的影響。並且實驗的數據﹐與相關理論所預測的結果十分吻合。

雖然Bigelow等人的實驗結果﹐並沒有為光速的降低創下新的記錄。但是﹐由於他們的實驗在室溫下就可達成﹐這對於將這項技術應用在現有的光電元件或通訊系統上﹐提供了令人樂觀的可能性。看來﹐科學家們在與光速賽跑的記錄上﹐又往前跨了一步。

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原始論文:

Nature Science Update: Ruby slows light at room temperature

Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperature, Matthew S. Bigelow et al., Physical Review Letters 90, 113903 (2003)

參考來源:

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本文版權聲明與轉載授權資訊:

 

 

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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眼睛乾澀、疼痛怎麼處理?12 道問題自我檢測乾眼症狀!
careonline_96
・2024/06/19 ・2179字 ・閱讀時間約 4 分鐘

劉育志醫師:大家好,我是劉育志醫師,歡迎張芯瑜醫師來到照護線上。

張芯瑜醫師:大家好,我是張芯瑜醫師。

劉育志醫師:請問乾眼症的症狀有哪些?

張芯瑜醫師:乾眼症常見的症狀,包含眼睛酸澀、疼痛、紅腫,甚至是視力模糊,有些比較嚴重的病患,甚至會產生眼壓飆高的脹痛感,還有非常偏頭痛的感覺,非常嚴重的乾眼症病患,如果合併角膜病變時,眨眼時會有強烈的刺痛感。

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劉育志醫師:請問乾眼症的成因為何?

張芯瑜醫師:乾眼症的成因,我們要先了解淚水的組成,淚水又稱為淚膜,淚膜從外而內總共分三層,第一層是最外層的油脂層,中間是水層,最內側則是黏液層,乾眼症可以依照這三種方式去分類,第一種是缺水型的乾眼症,第二種是蒸發型乾眼症,也就是缺油型的乾眼症,第三種是潤澤下降型的乾眼症,如果合併兩種以上的情形,又可以稱之為混合型的乾眼症。

劉育志醫師:請問乾眼症的危險因子有哪些?

張芯瑜醫師:乾眼症的危險因子包含了年紀,通常 50 歲以上的年齡,是乾眼症好發的年紀,又尤其是婦女如果在更年期的時候,乾眼症的症狀會加劇,因為荷爾蒙的變化,再者,如果您有在服用藥物,譬如抗憂鬱症的藥物、抗血壓的藥物,或者是吃避孕藥,以及抗組織胺的藥品,都有可能會讓淚液分泌下降,有一些病人是有自體免疫方面的疾病,包含了紅斑性狼瘡、類風濕性關節炎,或者是乾燥症的患者,就有可能會產生淚腺萎縮的情形。

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張芯瑜醫師:在接受白內障手術,或者是近視雷射手術之後的患者,會有術後恢復期,這段時間也會感覺到乾眼症的情況,眼瞼有感染,或者是蠕形蟎蟲造成眼瞼發炎,也會造成瞼板腺的異常,平常如果在乾燥的環境,有室內空調,長時間處於偏乾的情況,眼睛也會造成乾澀不適,長時間使用 3C 產品,會造成眨眼次數的下降,通常會降低到,每分鐘只剩下 5 下到 7 下的眨眼,這時候就會使水分蒸散的速度非常快,造成眼睛乾的情況。

劉育志醫師:懷疑乾眼症時,需要做哪些檢查?

張芯瑜醫師:如果您自覺有乾眼症的症狀時,我們可以利用 OSDI,這個國際評估乾眼症的量表,來自我檢測看看是否有乾眼的症狀,這裡面有 12 道問題,包含了眼睛是否平常覺得酸澀、疼痛,非常不舒服,或者是看東西視力模糊,影響到你的生活、工作、閱讀,甚至是開車,有些人甚至會影響到使用 3C 產品,或是提款機的使用,這些都是 OSDI 量表裡面的項目,當您覺得這個量表分數已經高到,確認為乾眼症的狀況時,就會建議到眼科診所做檢查,我們會用儀器來區分,真正乾眼症是什麼原因,會利用淚膜的破裂時間,淚水分泌的量,以及高階的眼瞼板腺檢查,來區分真正乾眼症的狀況。

劉育志醫師:請問乾眼症該如何治療?

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張芯瑜醫師:就目前台灣現行的醫療架構體系下,我想要將乾眼症的治療,分成兩個層面來介紹,第一個是健保的項目,第二種是自費項目,健保的部分,眼科醫生可以開立人工淚液,人工凝膠以及人工淚膜,如果您的眼睛非常乾澀,有申請健保通過給付,也可以使用免疫抑制的藥劑,自費的項目有非常多選擇,包含了熱敷眼罩、眼瞼清潔液,沒有防腐劑的人工淚液、淚管栓塞,或者是治療型的隱形眼鏡,比較高階的項目,包含了高濃度的自體血清,或者是血小板血漿,也就是俗稱的 PRP,或者是用脈衝光的方式,合併眼瞼板的擠壓手術,來幫助恢復眼瞼板的狀態,這些都可以作為眼睛治療的項目。

張芯瑜醫師:有一位 55 歲的男性,到高緯度國家出差的時候,半夜睡覺突然覺得眼睛一陣陣脹痛、刺痛,造成流淚不止,沒有辦法張開眼睛,回國檢查的時候,發現角膜大片的破皮,眼淚水的分泌量非常少,是符合嚴重乾眼症的症狀,在治療過程中,點一般人工淚液是沒有效果,修復非常慢,他又經歷過視網膜,以及白內障的手術,所以在乾眼症的治療過程中,是非常的辛苦,後來在我的門診,慢慢幫他治療之下,我們使用了非常多種的方法,包含了沒有防腐劑的人工淚液,以及淚管栓塞這些方式,他的角膜情況就像一朵脆弱的小花,慢慢養,慢慢養,漸漸變成越來越好的情況,現在也不需要一整天帶著藥水來點藥,是非常有成就感的一位病人。

劉育志醫師:感謝張醫師來到照護線上,我們下次再見,掰掰。

張芯瑜醫師:掰掰。

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快樂的事物令人上癮?為什麼多巴胺讓你成「癮」?——《人類文明》
天下文化_96
・2024/06/18 ・2126字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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多巴胺與大腦的愉悅中心

腦幹是大腦最早演化出的區域之一,也是連結脊髓的關鍵。腦幹頂部有一組稱為腹側被蓋(ventral tegmentum)的神經元,而大腦中有一個控制行為的區域,稱為依核(nucleus accumbens),腹側被蓋與依核的溝通,是透過一群會釋放多巴胺的神經元,稱為中腦邊緣路徑(mesolimbic pathway);雖然這些神經元只占了大腦所有神經細胞的一小部分(不到 0.001%),卻對激勵人類生存與繁殖的行為至為關鍵。

人吃東西、解渴或做愛的時候,都會讓中腦邊緣路徑釋放多巴胺。而且觀看、甚至只是去想些色色的事情,就足以刺激多巴胺的分泌。某些讓人覺得心滿意足的事,例如第一章〈文明背後的軟體〉談過的復仇、或是打電玩獲勝,也能刺激我們的多巴胺系統。

人腦接收到這些報償訊號,就會感覺愉悅,因此常有人說多巴胺是大腦裡的快樂物質。在動物界,不是只有人類具備這樣的多巴胺釋放機制。所有哺乳動物都有這樣的中腦邊緣報償路徑,可說是大腦運作最古老而基本的其中一項功能。事實上,整個動物界都很常看到這種用多巴胺或相關神經傳遞物質,來影響行為的系統。

人類遇到快樂的事,中腦邊緣路徑就會大量分泌多巴胺。為了讓我們順利生存,大腦就會想去重複那些上次啟動多巴胺系統的行為,並避開那些曾經抑制多巴胺系統的舉動。圖/envato

只要遇上對人有利的情形,例如有吃有喝,或特別是意外之喜,中腦邊緣路徑就會大量分泌多巴胺;相對的,遇上對人不利的情形,例如接受到負面經驗,或是沒有得到預期的報酬,則會讓多巴胺濃度下降。所以,為了調整人類行為,好讓我們在自然棲地成功生存,大腦就會讓我們想去重複那些上次啟動多巴胺系統的行為,並避開那些曾經抑制多巴胺系統的舉動。所以,這套關於快樂與報償的神經化學系統,其實也就是一套關於學習的神經化學系統。

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這條多巴胺路徑也連結了腹側被蓋與前額葉皮質;前額葉皮質是大腦前側一個有皺摺的區域,人類的這個區域明顯大於其他動物。前額葉皮質掌管各種高階的「執行」功能,例如對特定目標做出決策與規劃,因此也同樣受到多巴胺報償系統的控制。

這套由多巴胺引導的機制,很有效的讓人類表現出有利於在自然界生存的行為。然而,等到人類發現可以用其他方式(也就是各種藥物)來刺激這套機制,目的並不是為了生存,那就開始出問題了。酒精、咖啡因、尼古丁、鴉片,這四種藥物會有效讓人腦的報償系統出現短路,引誘中腦邊緣路徑釋放多巴胺(或是抑制多巴胺的消退、又或是讓神經元表面的受體更加敏感),於是讓人感受到愉悅、甚至是狂喜,強度遠遠超出自然界能給人的快樂。然而,相較於像是「進食」這種自然觸發多巴胺的因素,由這些藥物產生的愉悅永遠不會讓人覺得已經滿足。

這些藥物會在中腦邊緣路徑產生錯誤的訊號,讓人誤以為這種行為大大有益於生存繁衍,於是推動學習機制,重新設計大腦的連線,來反覆追求這些行為。人的癮頭正是由此而生,讓人產生渴望與強迫的行為,追求立刻就要得到的滿足感,不像是在自然世界當中,總得付出一些代價(例如花時間狩獵),才能得到多巴胺的報償。

人類現在可能也困在成癮的快樂陷阱裡。圖/envato

科學家曾在 1950 年代做過實驗,以手術將電極植入大鼠的大腦深處,讓大鼠只要每次按下某個開關,就能刺激依核。結果發現大鼠開始出現強迫性按開關的行為,每小時高達兩千次。牠們不喝水、不吃飯、不睡覺,不做任何正常的行為,就只為了讓自己不斷感受那純粹的歡愉,直到最後不支倒地。

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可悲的是,人類現在可能也困在類似的陷阱裡,只不過並不是有個電極埋在大腦裡直接發出刺激,而是有些化學物質同樣瞄準了提供報償的中腦邊緣路徑。更糟的是,原本的天然植物產品現在還能提煉濃縮,甚至用化學手法提升效力,像是從鴉片原料合成海洛因(heroin)。比起過去口服的方式,現在透過口吸、鼻吸、甚至是直接注射到血管裡,就會讓活性物質更快對大腦發送一波衝擊,不但讓人更為狂喜,也讓人更容易成癮。

由於多巴胺系統會重新校正,經過幾次感受到重大報償後,多巴胺的釋放還是會回到基本水準。這稱為對藥物的習慣化,也是因此,才讓癮君子(不管習慣化的是咖啡因、還是古柯鹼)總會需要愈來愈高的劑量,才能感受到原本的興奮程度。正如神經內分泌學家薩波斯基(Robert Sapolsky)所言:「昨天還覺得是意想不到的快感,到今天就覺得理所當然,再到明天還會覺得怎可以此為滿。」於是不用多久,藥物曾經能夠帶來的愉悅就這樣消逝不再,繼續用藥只是為了避免戒斷時的種種不適。到頭來,這幾種藥物極有效的侵入大腦,劫持了原本能夠調整行為以利生存的報償系統,藥物濫用也成了人類普遍的弱點。

——本文摘自《人類文明:生物機制如何塑造世界史》,2024 年 05 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。