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文組生的物理課──專訪陳秋民老師

Peggy Lo
・2013/11/18 ・7772字 ・閱讀時間約 16 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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文/羅佩琪、廖英凱

「猜猜看這是什麼?」

等不及自我介紹,坐下的同時,陳老師從口袋中掏出一個拳頭大小的黑色螢幕。

「這是行車記錄器。但這不稀奇,有趣的是我最近用杜邦公司一百二十磅的Kevlar線,把它懸掛在一平方米的風箏做高空攝影!Kevlar原本的用途是做防彈衣,線雖然不粗但張力很夠,風箏目前最高可以飛到一公里左右……這是我用它拍出來的東吳校園,是不是很漂亮?」

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用最喜歡的科學發明當開場,這似乎是物理演示實驗界的祖師爺,也是東吳大學物理系的陳秋民副教授最貼切的自我介紹。眼神中閃動著熱情,陳教授指著實驗室裡一台自動纏繞漆包線區的機器,微笑道:「而且這個東西,也是從社區的資源回收場『撿』回來的喔!」

風箏航拍-東吳大學

重啟文組生的科學心,拾回失落的物理興趣

自稱「拾荒多年」的陳老師,不只在資源回收場中尋獲各種演示教具的材料與靈感,更從中拾回了無數文組生失落的物理興趣。

身為一位文組生的物理老師,陳老師常年在任職的東吳大學開設「生活中的物理與應用」,亦曾在客座北京清華大學時講授「文科物理」,這些定位為通識課程的物理課專收非物理系的學生,尤以社科院、法律系、日文系等文組學生為大宗。

「教這些學生多少深奧的物理知識、複雜的理論……這些從來就不是我的重點。」談起開課的初衷與目標,陳秋民教授直言,在文組學生以物理為未來終身職涯規畫的可能性極低的情況下,讓他們重新對科學活絡起來、重新充滿興趣與自信──這,才是陳老師最大的盼望。

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這個盼望背後,其實正反映著兩岸都正在發生、沉重的科學教育困境:不論是台灣或大陸,國小的科學教育皆是為了激發興趣,所以實驗、動手操作的比例高,但是到了國、高中,因為升學壓力日增,物理、化學等科目開始以「解題」為課程導向,逐漸地,不擅長考試的學生對科學的興趣在一張張考卷中被擊垮,走上文組生的路,與科學分道揚鑣。

陳老師進一步闡述,以升學、解題為導向,造成「教給學生的內容難度過高」,曾有兼家教的學生找陳老師幫忙解高中教科書習題:不均勻木棍懸吊起後剪去一端,求繩子所受張力;恰巧的是,一週後有另一位學生向陳老師求助同一道題,但令人驚詫的是,這位同學是在準備研究所的力學科目,算到一模一樣的題目。

當信心、興趣、學習成效已在過高難度的內容與考試下丟失,大學要重啟「讓文組生接觸物理」的機會時,我們被迫要去彌補國、高中階段的科學基礎知識斷層,而首要任務,就是重新喚回文組生國小時曾短暫存在的科學熱忱與好奇心,以「激發興趣」作為課程目標,讓文組生不再是在被迫、被動的情境下學習科學,而是因為體悟科學與生活的連結與趣味,發自內心享受學習的過程。

演示教材、現場實作,激發興趣的最大幫手

「每一堂課,都要有演示,這是我的上課原則。」

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充滿演示道具,以及隨之而起的驚呼聲,是陳老師課堂上最特別的風景。為了激發文組生對物理的興趣,陳老師將課綱生活情境化,並搭配相關演示作為教學主幹,例如:將「溫度的物理」轉化為「吃冰學物理」,在課堂現場,陳老師混合優酪乳、草莓果醬,再倒入液態氮,七十人份陳氏獨門配方的冰淇淋就此上桌,讓同學們看的驚奇、吃的過癮的同時,也深刻體會液態氮零下一百九十六度的低溫特性。[1]

但,除了換取同學們的呼聲、對科學現象的淺層體悟,陳老師更在意的是激發興趣後實際帶入科學原理的講述,「否則,『演示』充其量就是科學變把戲而已。」陳老師道。

在多年的經驗累積下,陳老師認為,「從演示銜接至原理講述」的關鍵有三:第一,必須理解學生的知識基礎在哪裡,例如陳老師學期初會以問卷初步調查同學的物理程度;第二,依據學生程度,奠基必要的基礎概念,第三,用生活化的例子依循科學脈絡鋪陳與解釋。加以陳老師在課堂上會不斷提問、鼓勵同學勇於回答及思考,久之,同學也能針對錯誤的科學敘述提出質疑。以微波爐為例,許多學生會有「微波爐是電磁波與水共振」等大眾常見謬誤,陳老師即會藉機反問學生:為何振動而加熱的是水而不是陶瓷、玻璃與塑膠等容器呢?陳老師歸結近年教學經驗後,認為要講述微波爐的原理,須先了解物質的結構與原分子鍵結觀點,才能說明水的極性在電場下的影響。進而帶出微波、手機電磁波、電磁場等科學內容。這樣尺度由小而大的物理概念,更能幫助學生全盤地理解科學,並學習以科學方法看待身旁的點點滴滴,以科學精神區辨生活中的偽科學。

以「進步幅度」為基準的評量方式

激發興趣、培養科學精神為骨幹的課程,該如何評量、打分數呢?

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面對這個大哉問,陳老師先用自己中學時的體育課經歷說明:自己天生體能就不好,但體育老師期末卻以「百米成績」作為學期分數,試想,體能好的人如果整個學期都沒有來上課,似乎也能拿到很好的分數,這種只看結果,不看起跑線個別差異的方式,是很不公平的。

當陳老師自己也為人師後,鑒於每個學生的起跑點不同、修課前具備的科學素養不同,陳老師會將同學期初問卷所呈現的原始科學素養,與期中作業、期末考試、期間與老師的答疑互動[2]作比較,以「進步幅度」作為衡量的基準,而非單純的用「考試分數」這種受原本科學素養甚深的方式為唯一評量。

在這樣的評量基準下,陳老師改期末考卷時,就算同學答題使用的方法、引用的原理錯誤,但切入點、回答的架構是具備科學性的,有反映出這個學期學習到的科學方法與思維,陳老師仍會給予部分分數。這種評分雖然較為主觀,但也反映出科學評量不該是只有「對、錯」「零分、一百分」的二分法。

台上十分鐘,台下十年功:演示教具的研發

曾在中華民國物理教育學術研討會中獲頒「物理教育傑出研究獎」與「物理教育傑出推廣獎」,陳老師的授課品質有目共睹,其中,「演示教具」無疑是課堂上的精華,也是平時備課最耗費心思的環節。為了保持教具的豐富與創新,陳老師定期會到回收場「尋寶」,思考舉目所及的廢棄物品,將可如何與科學原理連結?又該如何進行具體改造?透過老師的巧手與創意,眾人眼中的垃圾一一變身為課堂上吸睛又富含教育意義的教具。

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「做東西很快,發想卻需要好幾倍的時間。」談起這樣的教具研發模式辛苦之處,陳老師則以為了教學而改裝的瓦斯熱水器[3]為例:從回收場撿回被丟棄的瓦斯熱水器後,為讓熱水器本體得以穩固放置,陳老師加裝了可站立的T型支架,而連帶產生的瓦斯向下滲漏問題,則以管路內部堵住來處理,這個機制也解決了因設計支架底座而產生更大量的金屬接縫洩漏問題;最後,設計溝槽搭配手動開關,取代有水流才會啟動熱水器的機制,並使開關得以維持在開啟的狀態。

以上基於演示安全性、便利性考量的改裝設計,扣除去五金行採買、實際動手的時間,就花了陳老師數日構思──看著演示教室及倉庫中數百樣、成箱成櫃的演示教具,我們幾乎可想見那不計其數的研發時數,以及更珍貴的,陳老師堅持不斷創新的毅力,和用生活取材將科學貼近學生的決心。

而這些珍貴的演示教具,其實也正是陳老師征戰世界各國研討會、各年齡層科學演講時的標準配備,「例如這八大箱,」指著角落整齊排列的塑膠箱,帶著一絲懷念與回味,陳老師道:「就是2011年跟著我到北京清華大學的家當哪!」。

演示教具創作教學-縮圖

客座北京清華大學:用天燈串起的師生情

談起2011年受邀至北京清華大學擔任客座教授的經歷,陳老師的話匣子打了開來。被賦予「協助改善演示教學實驗室」及「教授文科物理」兩項客座任務,陳老師在一個學期內,有機會觀察大陸重點大學的軟硬體資源,並實際投入教學,與大陸九零後的學生互動。

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「在大陸,許多學校把物理當成一種文組生的重要訓練。」陳老師舉例,北京清華的文組生必須在物理、數學間二擇一修課,而陳老師承接的人文社科班(簡稱人社班),更是直接將物理納為一門六十四學時、相當於每週四堂課的必修。

如此長的時數,加以學生都是大陸頂尖的文組生,「該怎麼上課」成為陳老師剛到北京清華時艱困的課題。在徵詢其他教授、評估學生的科學素養與接觸過的科學活動面向後[4],陳老師決定不採用傳統式經典物理的教法,調整課程定位為「生活的物理」,將最擅長的演示教學搬上北京清華的講台,甚至,第一堂課就拉到室外,以「放天燈」做為相見歡的開場。

但,人算不如天算,帶著祈福意味的天燈施放因大風急起而失事燒毀,甚至驚動了北京清華校慶前佈署嚴密的公安。這個小插曲,讓這門文科物理課在人社班同學們心中留下一個不太一樣的開始,也讓陳老師決定在期末最後一堂課,為同學帶來一個小驚喜:再次施放天燈。經過多方改良,以當地拋棄式桌布為材、不點火改用吹風機等機制,天燈終於冉冉升空;這一次,雖然沒有用火,卻點燃了同學們及陳老師臉上,心滿意足的笑。

「天燈,讓我覺得不只是實驗。」

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陳老師返台前夕,人社班同學親手製作的「鵝爸[5]畢業記念冊」中,許多同學們留下了這樣的感嘆,為陳老師失敗後原地爬起的身教致敬;而陳老師一如以往在課堂上流露的專業與熱情,也讓同學們寫下「如果早一點遇到鵝爸,可能我現在不是在人社班,而是在物理系」、「謝謝鵝爸,讓我重新認識並愛上物理」等誠摯動人的告白。室內天燈(在北京燒了)

室內天燈 (在北京燒了)

北京清華經驗的反思:談兩岸資源、學生比較

回過頭,陳老師又是怎麼看北京清華的學生、北京清華物理系以及這段客座經歷呢?

首先,就硬體資源而言,北京清華物理系擁有大陸成立最早、教材最齊全的物理演示實驗教室,相關教學制度也相當完善,老師們在課前上網登記所需教材,上課當天,助理即會用台車將教材送至老師指定的上課地點,課後的歸還、重新上架亦循相同模式由專人負責。

除了演示實驗教室,北京清華物理系還有一個約莫三百坪的空間,如同一座對外開放的「物理演示體驗博物館」,專供擺設可公開操作的演示實驗教材。這樣珍貴的資源陳老師當然不會錯過,要求同學至此學習至少三樣演示道具的操作並撰寫報告;藉此激發對物理和演示實驗的興趣,打開主動學習的心與科學探索的精神,帶著更多問題與想法到課堂上與同學、老師分享,形成正向的科學討論氛圍。

上述現象恰可說明陳老師所觀察到,兩岸大學生的最大差異:「資源運用的主動性」。再以答疑時間[2]為例,北京清華校方嚴格規定每位老師必須親自出席答疑時間,在課後為同學做延伸教學。整個學期間,來找陳老師的學生總是絡繹不絕,表訂下午四點結束的答疑時間往往須「延長營業」至六點鐘,方能把所有同學的疑問消化完畢;反觀同樣熱愛陳老師物理課的台灣同學們,卻鮮少出沒於office hour,或只在考試前後出現。

再比較夜間教室使用情形,北京清華的學生利用教室讀書學習的氛圍相當普遍;但走進台灣的校園,同學們在晚上多利用教室來規畫各類校內外活動;這具體而真實地反映了兩岸「學習風氣」、「認真學生於全體佔比」的差異。

大陸學生也因競爭激烈,往往比台灣學生更早意識到擬定志向的重要,許多大一生已做出四年畢業後明確的職涯選擇;台灣相較下有更多對未來迷惘的學生,也花更多時間在「摸索」──這不見得是壞事,如果摸索代表經驗累積,台灣學生或許擁有更多找出自我獨特性、富含自我特色道路的彈性與可能,但必須正視的是,這的確使我們的職涯起步與準備晚於對岸學生數年的時間。

「台灣學生是聰明的,但是……」細數在北京清華客座半年的所見所聞,陳老師直白而誠實的說:「說不憂心台灣學生的競爭力,是不可能的。」SONY DSC

北京清華物理系演示準備室北京清華演示教室

北京清華演示教室

不分兩岸,共同需要解決的問題

不論是台灣或大陸,隨著社會文化的進展,文盲數量已逐漸下降,但「理盲」的比例依然居高不下──更可怕的是,多數人對此現象是無感的。科學,做為一種基礎素養,可以培養各行各業邏輯思考、實事求是的能力,例如媒體從業者,若缺乏科學素養,報導新聞事件時就容易引用錯誤的資料、做出錯誤的論述,進而使廣大民眾為錯誤的資訊誤導──這正是令當今社會充斥「偽科學」的原兇,也是文組生需要學習物理、接觸科學的重要原因。

如果已經錯過大學階段,也無緣修陳老師的課,是否還有補救科學素養的具體處方呢?「永遠不嫌晚,It’s never too late。」帶著科學人的樂觀,陳老師以自己的口頭禪回應。

提升自己對科學的興趣,將是最重要的第一步,透過閱讀科普書、聆聽科普講座,拔除自己對科學的恐懼,發現科學其實是與社會脈絡息息相關的;種下興趣的種子,才可能在科學的田圃中收成。去看、去聽之後,接著就可以訓練去思考、去實踐,例如前文提到的微波爐,大家都說這是電磁波不會外洩的環境,但如果我們把電磁波波長相似的手機放在微波爐中,真的就無法撥通了嗎?如果依然撥通可能原因又是什麼?……不斷反思、驗證生活中出現的科學論述,將讓科學種子長留心中,一次次的再播種、再收穫。

文組生、理組生,不該是二選一的單選題

在現行教育體制下,我們被迫在高中時將自己歸類為「文組生」或「理組生」,這個二分法的印記發揮了意料外的影響力,幾乎跟隨著我們一輩子,不論是大學科系、出社會後的工作,都一再延續這樣的分類,加深了文組、理組間看似不可跨越的鴻溝。

但,「文組生、理組生」真的只能是二選一的單選題嗎?

「You must know everything about something , and something about everything.」陳老師用自己的經典名言,嘗試表達學習不應如此狹隘:「提供深度的專業」與「開鑿廣度的博雅」就如同主菜與配菜般,在生命中扮演不同的角色,無法,也不應偏廢。

對於文組的學生,在文藝法商等專業科目鑽研求精的同時,持續吸收物理的基礎知識、保有對科學的好奇心,學習科學人面對自然的探索精神與方法,可以幫助我們取得更多元的視角,增添生活中的色彩。

所以,放下因應考試與專業分工時代「文組生」與「理組生」的畫地自限吧!不論求學時代選擇何者,都不表示我們就此與另一邊分道揚鑣。當我們能不帶著二選一、被歸類的心,謙卑的以「學習者」自居,我們才能以更寬闊的角度、更包容的心態,理解這個多元豐富的世界。


鵝爸的生活物理課

鋸琴

鋸琴起源於十七世紀義大利,該樂器利用弓弦擦奏鋸片來演奏。音色飄邈空靈,但因演奏不易而在日常生活不易見到。

根據陳秋民老師的演奏與解釋,右手所持的弓弦擦奏鋸片時,可使鋸片因摩擦而震動,進而產生聲音。而左手將鋸片微彎成S型,弓弦則於S型的彎曲突起點擦奏。當左手改變位置使鋸片的彎曲程度改變時,彎曲程度越大,鋸片的張力也越大,音高也因此變高。png;base64563393d7802a2d89

瓦斯爐

瓦斯熱水器與瓦斯爐幾乎是家家戶戶必備的生活必需品,為了向學生解釋隱藏在其中的物理知識,陳老師特地在物理系的演示教室掛了一台解剖且可正常使用的瓦斯熱水器,讓我們看看隱藏在這平凡裝置中的大學問。png;base6423753e717db1a4b8

1. 聰明的電子點火器

為了點燃瓦斯,現今的瓦斯熱水器均內建電子點火器以產生火花,也就是開火時會聽到的「答答答答」聲響。而當火焰一點燃後,這個聲音也隨之消失,而瓦斯爐是如何判斷火焰是否點燃呢?

如果細看熱水器的前端,有兩根長約為5公分的金屬針,也就是「離子感應針」(ignition electrode),他是利用火焰電離導電的特性,來測量針尖的電流變化,以判斷火焰是否點燃。

進一步要暸解火焰的導電,可以從「物質狀態」來討論。除了我們熟知的固液氣三態以外,當氣體加熱至高溫,部份電子會脫離原子核束縛而游離出來,此時與氣態的性質相差甚大,稱之為電離態。而游離出來的電子也因可以自由移動,使電離態有很好的導電性。而瓦斯爐的火燄溫度高達攝氏1700至2500度,其火焰高溫部分形成的電離態正是離子感應針判斷火焰的重要依據。

2. 母火與子火

除了電以外,溫度也是判斷火焰的重要依據。

在目前瓦斯爐具的設計之中,電子點火器會先點燃一小束火焰,稱之為母火。當母火點燃後,大量的瓦斯才會從其他燃燒孔溢出,是為加熱的主要來源,稱之為主火。而母火未點燃前,主火的瓦斯是不會釋出的,這是如何判斷的呢?

再觀察廚房的瓦斯爐,一開火時也會先有一小束母火,此時如果直接放手的話,火會直接熄掉,必須要保持火焰燃燒數秒後,火才會繼續燃燒,為什麼要等這幾秒鐘呢?

而許多標榜安全的瓦斯爐,一旦火焰因為意外而熄滅,例如被湯汁弄熄時,瓦斯也只會溢出幾秒後自動關閉,這又是為什麼呢?

仔細觀察家中的瓦斯爐,會發現在靠近爐心的附近,有一個釘子般的凸出物,一般稱作「安全閥熄火裝置」。當火焰燃燒時,這個凸出的感測器會被加熱,而當溫度加熱夠高時,安全閥便會開啟,使瓦斯流出。一旦火焰熄滅後,感測器溫度下降而自動關閉安全閥,瓦斯也會停止流出。

這個受溫度影響的感測器,其實是一個「熱電偶」(Thermocouple)。熱電偶常用來作溫度量測,其原理是利用「熱電效應」,將兩種不同的金屬接在一起,升高接合點的溫度,使兩接點產生溫差,影響電子的擴散速率,進而造成電壓差使電流流動。

而電流可再因「電磁感應」產生磁場,利用磁力來推動瓦斯的安全閥。而在判斷此安全閥的標準規範時,只要去測量電熱偶在熄火後,是否能在指定時間內降溫、使電磁感應消失即可。透過簡單電磁原理的安全設施,機械設備的故障機率與誤判可能亦大幅減少。

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3. 瓦斯防漏/防爆鈕

如果瓦斯管斷了怎麼辦?瓦斯不就會大量洩出了嗎?或許這種狀況鮮少人有機會經歷,但聽到這樣的問題也難免心生恐懼。如果留意一下家裡連接瓦斯桶俗稱「瓦斯頭」的接頭,近幾年來流行的一種「瓦斯防漏/防爆器」就是為避免此種外洩,觀察這個防爆器的構造,會發現連接瓦斯桶的轉鈕旁會有一個按鈕,按下去後瓦斯才能通過至熱水器。

這個按鈕的原理其實是利用壓力差,按鈕內有一顆鋼珠,平常使用瓦斯時,鋼珠不會阻塞管路,但如果因為瓦斯管斷裂使得瓦斯快速溢出時,會因為瓦斯桶內外壓力差過大而造成過快的流速,進而推動鋼珠堵住管路達到保護的效果。

參考資料

[1] 陳老師「生活中的物理與應用」這門課的課綱中,還有「煮飯做菜學物理」、「如廁洗澡學物理」、「防杜騙術學物理」、「霧裡悟理和物理」等更多看名字就讓人期待的情境式主題。

[2] 即office hour與老師的互動,「答疑時間」是大陸對office hour的稱呼。

[3] 瓦斯熱水器教具的介紹請詳本文第二部分:「鵝爸的生活物理課」。

[4] 舉例來說,陳老師發現大部分北京清華的學生沒有接觸過「水火箭」這類在台灣已普及的科普活動。

[5] 鵝爸,是陳秋民老師的暱稱,起因於數年前老師曾因同事請託,將廢棄的溫度控制器改造為孵鵝的自動光照系統,讓光照能隨著鵝蛋四周的溫度變化自動開關,最終順利孵出幼鵝,並成了陳家的寵物,社區散步的焦點.

<本文同步刊載於物理雙月刊35卷4期(2013年8月)>

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非典型的人生迷茫組,對資訊整理有詭異的渴望與執著。

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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

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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今天的星座運勢是……不宜相信占星術?——《數盲、詐騙與偽科學》
大牌出版.出版大牌_96
・2024/01/07 ・2000字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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占星術的背後

占星術是極普遍的偽科學,書店架上塞滿了談占星的書,而且幾乎每一份報紙都會發布每日星座運勢。蓋洛普(Gallup)1986 年發布的一項調查報告指出,52% 的美國青少年相信星座,而各行各業中,認同占星學中某些亙古流傳說法的人,也多到讓人難過。我說讓人難過,是因為如果那些人相信占星師和占星術,當你進一步思考他們還可能相信哪些人事物,會讓人不寒而慄。一旦那些人手握大權(比方說雷根總統)、卻根據這類信念行事,特別可怕。

占星術主張,人出生那一刻的各星球牽引力,會影響一個人的個性。但這個論點很難讓人接受,理由有二:(一)占星學完全沒有提到這種牽引(或是其他)力道,到底要透過哪一種生理或神經生理機制運作,更別說解釋了;(二)負責接生的產科醫師施加的牽引力,遠高於各個星球。請記住,一件物體對於身體(比方說,新生兒)施加的牽引力,和物體的質量成正比,但和物體與身體的距離平方成反比。這是否代表比較胖的產科醫師接生的寶寶,會有一組人格特質;比較瘦的產科醫師接生的寶寶,會有另一種不同的人格特質?

占星理論中有很多缺陷,但數盲視而不見。他們不太關心運作的機制,也不太想去比較數值大小。話說回來,即使沒有清晰明瞭的理論基礎,但如果占星術有用、有實務證據撐腰,還是應該獲得尊重。只可惜,一個人的出生日期,與標準人格測驗的得分之間,沒有任何相關性。

圖/envato

一直以來,都有人找占星師做相關的實驗(最近是加州大學的蕭恩.卡爾森﹝Shawn Carlson﹞)。研究人員會給占星師看三個匿名的人格特質側寫,其中一個是當事人的。當事人提供所有占星要用到的數據(透過問卷,而非面對面),占星師必須從人格特質側寫中挑出哪一份是當事人。實驗中總共有 116 位當事人,而負責檢驗的是歐洲與美國 30 位最頂尖(由同業判定)的占星師。實驗結果如下:占星師約有三分之一的機率,可以挑出正確的當事人人格特質側寫,也就是說,和隨機猜測沒什麼區別。

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凱斯西儲大學(Case Western Reserve Univer sity)物理學家約翰.馬蓋文(John McGervey)檢視《美國科學名人錄》(American Men of Science)上,超過 1 萬 6,000 位科學家,以及《美國政治名人錄》(Who’s Who in American Politics)上,超過 6,000 位政治人物的出生日期,發現他們的星座是隨機且均勻分布在十二個月中。密西根州立大學(Mi chi gan State University)的伯納德.西弗曼(Bernard Silver-man)取得密西根州 3,000 對夫婦的紀錄,發現他們的星座和占星師預測相配的星座之間,沒有相關性。

那麼,為何這麼多人相信占星之說?一個明顯的理由是:在通常語焉不詳的占星預言中,人們會去讀他們想讀到的一切,然後為預言添加根本不存在的真實性。他們也比較可能記得有成真的「預言」,過度看重巧合,忽略其他。其他理由還包括,占星術的歷史悠久(當然,人祭﹝ritual murder﹞和獻祭也同樣古老)。或是因為,它原理很簡單、但操作起來有一定的複雜度,會讓人感到安心。或者是,堅稱這個月能不能墜入愛河和天上的浩瀚星海有關,很能寬慰人心。

圖/envato

我猜,此外還有最後一個理由,那就是在一對一諮詢期間,占星師會從臉部表情、儀態、肢體語言等等,尋找和人格特質有關的線索。我們來看看知名的案例:聰明的漢斯(Clever Hans)。漢斯看來是一匹會算數的馬,牠的訓練師會擲骰子,問牠骰子上面的點數是多少。而漢斯會用馬蹄踏出正確答案,然後停住,旁觀者都大為驚異。但人們看不出來的是,訓練師原先都站定不動,等到馬兒敲到正確的次數,會有意無意地動了一下,就是這樣的反應讓漢斯停了下來。所以,不是這匹馬知道答案,牠只是反映了訓練師知道答案。人常無意間在占星師面前扮演訓練師的角色,占星師就像漢斯一樣,反映出客戶的需求。

美國天文學家卡爾.薩根(Carl Sagan)就說過,要破解占星術以及更廣義的偽科學,最好的辦法就是真正的科學。真正科學的奇妙之處也同樣神奇,不過多了一項優點:這些奇妙之處很可能是真有其事。說到底,偽科學之所以成為偽科學,並不是因為得出的結論稀奇古怪。畢竟,運氣好猜中、機緣巧合、奇特的假說,甚至是一開始的誤信,都在科學上扮演過一定角色。偽科學失當,是因為其結論經不起檢驗,以及無法和其他經過檢驗的主張之間,建立起一致的關係。我很難想像,像演員莎莉.麥克琳(Shirley MacLaine,按:麥克琳是推動新時代運動的先驅)這些人會因為證據不足、或有更好的替代解釋,就去否定通靈等超自然現象。

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——本書摘自《數盲、詐騙與偽科學》,2023 年 11 月,大牌出版,未經同意請勿轉載。

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【2023 諾貝爾物理獎】什麼是「阿秒脈衝雷射」?能捕捉到電子運動的脈衝雷射?
PanSci_96
・2023/11/28 ・5966字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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林俊傑《江南》:「相信愛一天,抵過永遠,在這一剎那凍結了時間」

這一剎那持續了多久?這出自佛經的時間單位有多個解讀,其中最短,可以對應的國際單位制是阿秒。 1 阿秒又有多快呢? 1 阿秒等於一百萬兆分之一秒,是已經短到不行的飛秒的千分之一。在這段時間,別說是談戀愛了,連世界上行動最快的光,也只能移動一顆原子直徑的距離。

在阿秒的時間尺度裡,連光都得停下腳步,過去我們認為捉摸不定的電子,也終於將在我們眼前現身。 2023 年的諾貝爾物理學獎,正是頒給了三位帶領人類進入阿秒領域,探索全新世界的科學家。而這項技術,還可能讓電腦的運算速度加快一萬倍!

就讓我們一起來進入阿秒的領域吧,領域展開!

什麼是阿秒脈衝雷射?

今年諾貝爾物理學獎的三位得主分別是 Pierre Agostini 、 Ferenc Krausz 、和 Anne L’Huillier ,表彰他們對阿秒脈衝雷射實驗技術的貢獻。

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圖/X

所謂的阿秒脈衝雷射,指的是持續時間僅有數十到數百阿秒的雷射。當我們能使用脈衝雷射來觀察目標,就好比使用快門時間極短的相機對目標拍照,能捕捉到瞬間的畫面。

2018 年的諾貝爾物理學獎,就頒給了極短脈衝雷射的研究。短短 5 年後,雷射領域再次得獎,但這次是更快的阿秒雷射,能捕捉到電子運動的超快脈衝雷射。

世界上沒有東西能真正的觸碰彼此?看見電子能帶來什麼突破?

為什麼看見電子的運動那麼重要呢?我們複習一下原子的基本構造,在原子核之外,帶有微小負電荷的電子,被帶正電的原子核束縛住。量子力學告訴我們電子沒有確切的位置,而是以特定的機率分布在原子核周圍的不同地方,也就是所謂的電子雲。

圖/YouTube

雖然電子的體積比原子核小很多,但電子雲的範圍,卻占了原子體積的絕大部分。在物理或化學反應中,真正和其他原子產生交互作用的,幾乎都是這些外面的電子。在電影《奧本海默》中,當男女主角手心貼著手心,奧本海默這時卻說:「世界上沒有東西能真正的觸碰彼此,因為我們觸摸到的物體,都只是其中原子的電子雲和我們手上的電子雲產生的斥力。」

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圖/screenrant

對了,這種話也只有奧本海默跟五條悟可以講,一般人請不要隨便亂牽別人的手。

除了和心儀的他牽手,不同的電子排列狀態也會直接影響物質的化學活性、材料的導電導熱等基本性質,各種化學和物理過程都和電子息息相關。從非常實際的層面來說,電子可以說是物質世界最重要的基本單位。所以不難想像,如果我們能看見電子,甚至獲得可以操縱個別電子排列與能量的技術,我們能真正成為材料的創世神,許多不可能都將化為可能,是相當重大的突破。

捕捉電子運動有多困難?

但要操縱電子可不是什麼簡單的事,不只是因為電子非常小,更重要的是他們動得非常快。具體來說,電子在原子周圍跳動的週期時間尺度大約是十的負十八次方秒,也就是一阿秒。一顆原子的大小約是十的負十次方公尺,速度等於距離除以週期,換算下來,電子雲差不多是以光速等級的速度在原子核周圍跳動。

圖/wikipedia

如果要捕捉到阿秒尺度的電子運動,就必須將實驗的時間解析度也提升到阿秒等級,否則就會像是用長曝光鏡頭拍攝亞運競速滑冰比賽一樣,只能拍到一團糊糊的影像,而沒辦法分出勝負。

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可是,在 1980 年代,脈衝雷射最快只能達到十的負十五次方左右,還只有飛秒等級。而且光靠當時的技術和材料優化,已經沒辦法再縮短脈衝時間了,因此這時候,就要從原理上重新打造一套方法了。

如何製造更快的脈衝?

首先,要製造更快的脈衝並不是用頻率更高的電磁波就好。你想,我們在拍照時,想要讓曝光時間更短,要改善的不是把室內光源從可見光改成頻率更高的紫外光,而是調快快門的開闔速度,讓光一段一段進入感光元件中,變成影片一幀一幀的畫面。而這一段一段進入像機的光訊號,就像是我們的脈衝。

不論是皮秒雷射、飛秒雷射還是阿秒雷射,一直以來在做的都是同一件事,在整體輸出功率不變的情況下,讓每一次脈衝的持續時間更短,同時單一次的功率也會更高。簡單來說,就是要從無數次的普通攻擊,變成每一次都是集氣後再攻擊。

但要怎麼為光集氣呢?光和其他波動一樣,可以和其他波動疊加。把不同頻率的光疊加在一起,波峰和波谷會抵消,波峰遇上波峰則會增強。只要用特定的比例組合許多不同頻率的光,就可以在整體總能量不變的情況下,產生一個超級窄的波峰,其他地方全部抵銷。

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1987 年,本次諾貝爾獎得主之一的 Anne L’Huillier 教授發現,當紅外線雷射穿過惰性氣體時,氣體會被激發放出整數倍頻的光。也就是氣體放出許多不同頻率的光,而這些頻率都是原本光源頻率的整數倍,從兩倍三倍到三十幾倍以上的高倍頻光都有。而橫跨這麼大頻率範圍的光,就能組合出時間長度很短的脈衝光。

不過這聽起來未免也太好康了,真的有那麼簡單嗎?

這個看似魔法的實驗背後其實有著相當簡潔的物理圖像。電子原本是被電磁力束縛在原子中,當一道強度夠強的雷射通過氣體原子,原本抓住電子的電位能被雷射削弱。

雖然這道牆只是矮了一些可是還是存在,但此時,在電子的大小尺度下,量子力學發揮了作用。調皮的電子有機會透過量子穿隧現象,穿過這道束縛,暫時逃離原子核的掌控。關於量子穿隧效應的介紹,我們近期也會再做一集節目來專門介紹。

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但電子還來不及逃遠,雷射光已經從波谷翻到波峰。電磁波的波谷與波峰,不是指能量的高和低,而是指方向相反。因此在相反的電磁場方向下,不幸的電子被推回原子核附近,再度被原子核捕獲。但在這欲擒故縱、七擒七縱的過程後,電子並非一無所獲,他所得到的動能會以光的形式重新放出。

而因為這些能量最早都來自雷射,因此電子放出的光波長,也剛好會是雷射的整數倍。再說的細一些,你可以理解為這些電子在吸收一顆顆光子後,一口氣釋放這些能量,所以能量都是一開始光子的整數倍。

在 1990 年代,科學家已經掌握了這個現象背後的原理。但一直到千禧年過後。這次諾貝爾獎得主之一 Pierre Agostini 教授和他的研究團隊才終於在適當的實驗條件之下,利用高倍頻光打造出了一連串寬度只有 250 阿秒的脈衝。同時第三位得主 Ferenc Krausz 也使用不同方法,分離出 650 阿秒的脈衝。

最後,獲得阿秒脈衝這個祕密武器之後,我們的世界將迎來哪些變化呢?

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阿秒脈衝在各領域的應用

其實啊,有在關注諾貝爾獎都知道,諾貝爾獎通常不會頒給時下正夯的新興研究,前面講的研究,實際上都已經是二十多年前的往事了,而這些辛苦的科學家會在這麼多年後拿下諾貝爾獎的榮耀,正是因為阿秒雷射的發明經過了時間的考驗,成為非常普及的實驗技術,而且被大家公認為重要的科學貢獻。

當然,今年生醫獎的 mRNA 是個超快例外,有興趣的話,別忘了點擊下方影片,看看編劇都編不出來的 mRNA 研究歷程。

說了那麼多,阿秒雷射究竟對人類生活有什麼幫助呢?當然,它能讓我們更深刻了解物質還有光的本質,但是除了幫電子拍下美美的照片放在期刊的封面上,阿秒雷射可以用來做什麼?

在過去這二十年,許多研究已經找到了相當有潛力的應用。

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舉例來說,在醫療方面,阿秒雷射可以用來分析血液或尿液樣本。控制良好的超短脈衝可以精準的刺激生物樣本中的各種有機分子,讓這些分子震動並放出紅外線訊號。如果使用的脈衝長度太長,分子釋放的訊號就很容易和原本施加刺激的雷射混在一起,造成量測的困難。唯有阿秒等級的超短脈衝能夠實現這樣的量測。

這些紅外線光譜就像是質譜儀一樣,能幫助我們快速分析血液中的蛋白質、脂質、核酸等重點物質的關鍵官能基狀態。並透過機器學習的方式整合,成為個人化的健康狀態報表,或是做為診斷的依據,將精準醫療提升到全新的層次。

圖/attoworld

不只如此,發送超短脈衝的技術也可能革新當今的電腦運算。電腦運作的方式就是利用電晶體這種微小的開關,不斷的開開關關去發送一跟零的訊號,所以開關電流的速度便決定了你的運算速度。以半導體為基礎的電晶體,工作頻率通常不超過上百 GHz ,在時間上也就是十的負十一次方秒。

自從阿秒雷射技術普及之後,就有科學家想到:既然雷射脈衝的速度更快,那不如就別用半導體了,改用光學脈衝來控制電流作為運算的媒介。這個概念叫做光學電晶體(Optical Transistor)。

今年初,亞利桑那大學的團隊便發展示了如何利用小於十的負十五次方秒的超短雷射脈衝,來開關電流並傳送一與零的位元,這個頻率比現有半導體電晶體快了一萬倍以上。這顯示了光學方法的操作頻率可以有多快,或許能讓我們突破訊號處理和運算上的速度瓶頸。

看完這些便可以理解,阿秒等級的超快雷射脈衝的確是相當近代的一個科學里程碑。就像是科學革命時望遠鏡和顯微鏡的發明,讓人們看見那些最遠和最小的事物,超快脈衝用最快的時間解析度,讓我們看到許多人類從未看過的景象。

阿秒脈衝雷射的出現,是科學上的一個里程碑,讓我們能用更高的時間解析度,讓我們看到許多過去從未看到的景象。最後也想問問大家,在雷射這一塊,你最期待有哪些應用,或者最希望我們接著來講哪個主題呢?

  1. 為什麼醫美、眼科手術那麼喜歡用飛秒、阿秒雷射,真的有比較好嗎?
  2. 使用雷射脈衝的光學電晶體真的有可能取代傳統電晶體嗎?
  3. 除了光學電晶體,最近很夯的矽光子技術,聽說裡面也有用到雷射,可以一起來介紹嗎?

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