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個人的相變-《物理才是最好的人生指南》

PanSci_96
・2015/01/13 ・1457字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

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source:Mathanki Kodavasal
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從青春期到成人的相變,只花了幾年時間,但感覺起來卻像是好幾十年。就像每個高中生一樣,我相當確信自己要比爸媽聰明得多。查克曾經去過越南、柬埔寨、以色列,還會講西班牙文和一點希伯來文,這都算不上什麼。我媽曾經是位空姐,跑遍全國各地,當頹廢的年輕世代還忙著在咖啡店裡搏取掌聲的時候,她已經自食其力在舊金山過日子了。但不管是其中哪一個提出建議,我還是會翻白眼。我一直在等,等到哪天他們會承認我真的更聰明、更酷。

當時的我也跟之前一代又一代的青少年沒什麼兩樣,每天都接受爸媽的協助,卻從來沒表示什麼感激。媽媽會幫我打字、訂正拼字錯誤、加上標點符號。查克每天天還沒亮就起床,開一個小時的車去上班、修理汽車,要到我吃完晚餐很久後才回得了家。他每隔兩星期就會把薪水交給媽,
拿去付房租、帳單,還有我的高中學費。週末他不用上班,有時會趴在客廳地板上,把熱敷或冷敷袋放在背上。

有天晚上在餐桌邊,查克問我一些他正在念的東西,他搞不懂描述熱力學循環的數學。我不懂什麼熱力學循環,可是數學我會。我教他怎麼交叉相乘、消去,然後求出答案。他照著我所說的做,但在此之前,都是他教我。教他東西讓我覺得好奇怪。

坐在他旁邊,看著他把數字寫下來,仔細一看才發現手掌的油污底下布滿傷痕。有時回家用過晚餐之後,媽會拿鑷子把他手裡的金屬碎屑夾出來。這是我這輩子第一次為他擔心。過去我一直在擔心媽媽,因為她有癲癎的狀況,如今我卻以另一個角度為她和查克煩惱。我在想,如果查克太老,或是背痛太嚴重,沒法鑽到車底下修引擎,那該怎麼辦?

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在查克和我媽結婚、收養我和姐姐前,我們的房子已被法院拍賣了。屋子前也常有警車或救護車停著,因為我和姐姐不知該如何處理媽的癲癎,只要她一發作,我們就只能報案請人來幫忙。我們常常跑到隔壁借雞蛋,藉口說要做餅乾,其實是急著下肚當晚餐。家裡會有社工人員來訪,檢查我們的廚房,確定家裡有鍋碗瓢盆,可以好好使用食物券。

是查克讓一切都變得不一樣。現在我們這間幽靜的小房子外面有忍冬花爬上圍牆,享受著他一舉扛起的生活。他才三十三歲。我第一次覺得他似乎有點累了,看著他用滿布傷疤的雙手在橡木餐桌上寫二次方程式,我知道他沒
辦法永遠扛著我們。

我必須靠自己,說不定還得扛起查克跟我媽。我姐曾經念過大學,但待不久。全家人都要靠我了。我知道該怎麼做:首先我要拿個學位,然後幫媽和查克,讓他也去讀個工程學位。

這是我從女孩轉變成大人的開始。轉大人並不是把爸媽抛開不顧,而是知道自己對他們有責任。我在教育程度上已經超越了他們,我必須利用這項優勢幫助他們。我知道為什麼要追求好成績、上大學,還要選個主修、挑到好工作。他們從來不曾要我提供支援,但在那個時刻,當我開始轉大人的時候,我知道自己只想做好準備。

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就像是沸騰的水溫度不會上升,也沒什麼測量得出來的立即變化。媽和查克依然幫我付高中學費和大學的學費,我還是把成績單拿給他們看;不管是誰提出建議,我還是會翻白眼。但現在我已經知道:他們需要我,我必須發揮智慧、必須出人頭地。

高三快結束的時候,我不再期待自己成為大人。我提出入學申請,還仔細研究不同四年制學位的起薪如何。屢試不爽,只要我不再張望等待,水就會整個沸騰起來。

本文摘自泛科學08ed364c0a044590893d0daf8511ac442015一月選書《物理才是最好的人生指南》,究竟出版社出版。

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上網也要有「技術」!從言論、隱私到國安,你我都該懂的界線
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/18 ・2366字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

以為鍵盤俠天下無敵?小心一個不留神就觸法!人們常忽略「網路並非法外之地」這個重要事實。不只現實生活中的法律同樣適用於網路空間,隨著科技發展,更多應網路特性而生的法律規範也相繼出現。從基本的言論自由到隱私權保護,從智慧財產權到國家安全,法律體系正全面性地回應數位時代的種種挑戰。

在臺灣,網路上的言論自由權利源自《憲法》第 11 條的明確規定:「人民有言論、講學、著作及出版之自由。」釋字第 509 號則指出,「國家應給予最大限度之維護,俾其實現自我、溝通意見、追求真理及監督各種政治或社會活動之功能得以發揮。」網路快速傳播的特性放大了言論的影響力,而大法官的解釋將言論自由的邊際刻畫得更明確,這在數位時代裡顯得格外重要。

網路與社群媒體的快速傳播,放大了言論的影響力。圖/unsplash

網路上的性、暴力與未成年保護

顯然言論自由並非是毫無限制,2023 年 11 月的一起案件就展現其中一種界線的樣貌。當時,一名 36 歲男子將他和網友在網咖的性愛影片上傳至推特,還寫下「《網咖包廂實戰計 1》我跟某公司 OL 戰鬥」等文字。這段影片一經發布,當事女子立即採取法律行動。最終,法院依其以網際網路「供人觀覽猥褻影像」的罪名,判處該名男子拘役 30 日,得易科罰金。這個判決清楚說明了,即便在虛擬空間,散布猥褻影像仍須承擔實質的法律責任。

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特別是在保護未成年人方面,法律的規範更加嚴格。《刑法》第 235 條明文禁止散布、播送或販賣猥褻物品,無論形式是圖文、聲音還是影像。而《兒童及少年性剝削防制條例》第 36 條更進一步禁止任何形式的兒童色情製品被製造、散布和持有。2019年彰化縣曾層發生過這樣一起案件:一名陳姓中年男子將9歲女童帶往居所,不僅強迫她觀看色情影片,還對她進行猥褻行為,甚至將過程上傳至 Google 雲端。儘管他後來試圖以資助女童就學表達悔意,法院仍以加重強制猥褻等罪,判處他 4 年 4 個月有期徒刑。

不實言論的散布同樣可能觸犯法律。2021 年 9 月爆發的「台大狼師案」就是一個警示。一名女大生在網路上指控教師誘騙她發生關係並傳染性病,幾個月後又指控對方對她進行強制性行為。當她提出告訴時,檢方卻查無性侵事實,加上她反覆的說詞,不僅性侵告訴失敗,還因誹謗罪反被加重判刑。

當駭客、間諜都轉戰網路戰場

2013 年,一名退役空軍上校赴陸經商時被情治單位吸收,返台後透過人脈網絡發展組織、刺探軍事機密,並以空殼公司掩護非法報酬,這個情報網持續運作了 8 年之久。

在涉及國家安全的議題上,法律的態度更是嚴厲。根據《國家安全法》第 2 條的規定,任何人都不得為境外敵對勢力及其控制的組織、機構進行資助、主持、操縱、指揮或發展組織,更不能洩漏、交付或傳遞公務機密,違反者將面臨嚴厲的刑事處罰。《刑法》規定,意圖破壞國體、竊據國土,或以非法方法變更國憲、顛覆政府者,處7年以上有期徒刑,首謀更要判處無期徒刑。

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抄襲與轉貼的邊界在哪裡?

在智慧財產權的保護上,臺灣也經歷了數位時代的轉變。台灣第一個網路著作權相關判決,就發生在傳統出版與數位平台的碰撞之中。南方社區文化網路負責人陳豐偉等三人在中山大學 BBS 上發表的文章,未經同意就被《光碟月刊》收錄在隨刊光碟中發行。三人向台北地檢署提告後,《光碟月刊》發行人兼總經理黃俊義被判處七個月有期徒刑,緩刑三年。這個判決為數位時代的著作權保護樹立了重要典範。

臺灣首例網路著作權案判決,為數位時代智慧財產權保護樹立典範。圖/envato

近年來,影音平台的著作權爭議更趨複雜。2022 年,知名 YouTube 頻道「觸電網」就因為片商車庫娛樂檢舉七十多支未經授權的影片,導致經營 12 年的頻道被迫下架。車庫娛樂透過律師聲明,這是針對「未經合法授權影音內容」的標準處理,並表明將追究民事與刑事責任。

受害了怎麼辦?申訴管道報你知

當我們在網路上的權利受到侵害時,可以根據侵害類型尋求不同的救濟管道。最基本的言論自由權利受到侵犯時,可以先向社群平台提出檢舉。若遇到更嚴重的情況,如散布猥褻影像、非法性私密影片等,除了平台檢舉外,還可以向警方提告,或是尋求衛福部「性影像處理中心」的協助。

在面對網路霸凌、不實言論時,可以向台灣事實查核中心、MyGoPen 等組織求助,協助澄清真相。若發現有害兒少身心健康的不當內容,則可以向 iWIN 網路內容防護機構提出申訴。這個由國家通訊傳播委員會支持的組織,會在受理後進行查核、轉介業者改善或依法處理。

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智慧財產權的侵害在網路時代極為常見,就像「觸電網」遭片商檢舉下架的案例。這類情況可以透過平台既有的著作權保護機制處理,情節嚴重者也可以提起民事訴訟要求賠償。若發現可疑的廣告或不公平交易行為,則可以向公平交易委員會檢舉;若是特定領域的違規內容,則應該向各該主管機關反映,例如藥品廣告歸衛福部管轄、證券期貨廣告則由金管會負責。

網路時代的法律規範正不斷演進,從個人隱私到國家安全,從言論自由到智慧財產權,每個面向都在尋求數位環境下的最佳平衡點。作為網路使用者,我們必須理解並遵守這些法律界線,同時也要懂得運用各種救濟管道保護自身權益。唯有每個人都清楚了解並遵守這些規範,才能共同營造一個更安全、更有序的網路環境。

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當心網路陷阱!從媒體識讀、防詐騙到個資保護的安全守則
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/17 ・3006字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 國家通訊傳播委員會 委託,泛科學企劃執行。 

網路已成為現代人生活中不可或缺的一部分,可伴隨著便利而來的,還有層出不窮的風險與威脅。從充斥網路的惡假害訊息,到日益精進的詐騙手法,再到個人隱私的安全隱憂,這些都是我們每天必須面對的潛在危機。2023 年網路購物詐欺案件達 4,600 起,較前一年多出 41%。這樣的數據背後,正反映出我們對網路安全意識的迫切需求⋯⋯

「第一手快訊」背後的騙局真相

在深入探討網路世界的風險之前,我們必須先理解「錯誤訊息」和「假訊息」的本質差異。錯誤訊息通常源於時效性考量下的查證不足或作業疏漏,屬於非刻意造假的不實資訊。相較之下,假訊息則帶有「惡、假、害」的特性,是出於惡意、虛偽假造且意圖造成危害的資訊。

2018 年的關西機場事件就是一個鮮明的例子。當時,燕子颱風重創日本關西機場,數千旅客受困其中。中國媒體隨即大肆宣傳他們的大使館如何派車前往營救中國旅客,這則未經證實的消息從微博開始蔓延,很快就擴散到各個內容農場。更令人遺憾的是,這則假訊息最終導致當時的外交部駐大阪辦事處處長蘇啟誠,因不堪輿論壓力而選擇結束生命。

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同年,另一則「5G 會抑制人體免疫系統」的不實訊息在網路上廣為流傳。這則訊息聲稱 5G 技術會影響人體免疫力、導致更容易感染疾病。儘管科學家多次出面澄清這完全是毫無根據的說法,但仍有許多人選擇相信並持續轉發。類似的例子還有 2018 年 2 月底 3 月初,因量販業者不當行銷與造謠漲價,加上媒體跟進報導,而導致民眾瘋狂搶購衛生紙的「安屎之亂」。這些案例都說明了假訊息對社會秩序的巨大衝擊。

提升媒體識讀能力,對抗錯假訊息

面對如此猖獗的假訊息,我們首要之務就是提升媒體識讀能力。每當接觸到訊息時,都應先評估發布該消息的媒體背景,包括其成立時間、背後所有者以及過往的報導記錄。知名度高、歷史悠久的主流媒體通常較為可靠,但仍然不能完全放下戒心。如果某則消息只出現在不知名的網站或社群媒體帳號上,而主流媒體卻未有相關報導,就更要多加留意了。

提升媒體識讀能力,檢視媒體背景,警惕來源不明的訊息。圖/envato

在實際的資訊查證過程中,我們還需要特別關注作者的身分背景。一篇可信的報導通常會具名,而且作者往往是該領域的資深記者或專家。我們可以搜索作者的其他作品,了解他們的專業背景和過往信譽。相對地,匿名或難以查證作者背景的文章,就需要更謹慎對待。同時,也要追溯消息的原始來源,確認報導是否明確指出消息從何而來,是一手資料還是二手轉述。留意發布日期也很重要,以免落入被重新包裝的舊聞陷阱。

這優惠好得太誇張?談網路詐騙與個資安全

除了假訊息的威脅,網路詐騙同樣令人憂心。從最基本的網路釣魚到複雜的身分盜用,詐騙手法不斷推陳出新。就拿網路釣魚來說,犯罪者通常會偽裝成合法機構的人員,透過電子郵件、電話或簡訊聯繫目標,企圖誘使當事人提供個人身分、銀行和信用卡詳細資料以及密碼等敏感資訊。這些資訊一旦落入歹徒手中,很可能被用來進行身分盜用和造成經濟損失。

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網路詐騙手法不斷進化,釣魚詐騙便常以偽裝合法機構誘取敏感資訊。圖/envato

資安業者趨勢科技的調查就發現,中國駭客組織「Earth Lusca」在 2023 年 12 月至隔年 1 月期間,利用談論兩岸地緣政治議題的文件,發起了一連串的網路釣魚攻擊。這些看似專業的政治分析文件,實際上是在臺灣總統大選投票日的兩天前才建立的誘餌,目的就是為了竊取資訊,企圖影響國家的政治情勢。

網路詐騙還有一些更常見的特徵。首先是那些好到令人難以置信的優惠,像是「中獎得到 iPhone 或其他奢侈品」的訊息。其次是製造緊迫感,這是詐騙集團最常用的策略之一,他們會要求受害者必須在極短時間內作出回應。此外,不尋常的寄件者與可疑的附件也都是警訊,一不小心可能就會點到含有勒索軟體或其他惡意程式的連結。

在個人隱私保護方面,社群媒體的普及更是帶來了新的挑戰。2020 年,一個發生在澳洲的案例就很具有警示意義。當時的澳洲前總理艾伯特在 Instagram 上分享了自己的登機證照片,結果一位網路安全服務公司主管僅憑這張圖片,就成功取得了艾伯特的電話與護照號碼等個人資料。雖然這位駭客最終選擇善意提醒而非惡意使用這些資訊,但這個事件仍然引發了對於在社群媒體上分享個人資訊安全性的廣泛討論。

安全防護一把罩!更新裝置、慎用 Wi-Fi、強化密碼管理

為了確保網路使用的安全,我們必須建立完整的防護網。首先是確保裝置和軟體都及時更新到最新版本,包括作業系統、瀏覽器、外掛程式和各類應用程式等。許多網路攻擊都是利用系統或軟體的既有弱點入侵,而這些更新往往包含了對已知安全漏洞的修補。

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在使用公共 Wi-Fi 時也要特別當心。許多公共 Wi-Fi 缺乏適當的加密和身分驗證機制,讓不法分子有機可乘,能夠輕易地攔截使用者的網路流量,竊取帳號密碼、信用卡資訊等敏感數據。因此,在咖啡廳、機場、車站等公共場所,都應該避免使用不明的免費 Wi-Fi 處理重要事務或進行線上購物。如果必須連上公用 Wi-Fi,也要記得停用裝置的檔案共享功能。

使用公共 Wi-Fi 時,避免處理敏感事務,因可能存在數據被攔截與盜取的風險。圖/envato

密碼管理同樣至關重要。我們應該為不同的帳戶設置獨特且具有高強度的密碼,結合大小寫字母、數字和符號,創造出難以被猜測的組合。密碼長度通常建議在 8~12 個字元之間,且要避免使用個人資訊相關的詞彙,如姓名、生日或電話號碼。定期更換密碼也是必要的,建議每 3~6 個月更換一次。研究顯示,在網路犯罪的受害者中,高達八成的案例都與密碼強度不足有關。

最後,我們還要特別注意社群媒體上的隱私設定。許多人在初次設定後就不再關心,但實際上我們都必須定期檢查並調整這些設定,確保自己清楚瞭解「誰可以查看你的貼文」。同時,也要謹慎管理好友名單,適時移除一些不再聯繫或根本不認識的人。在安裝新的應用程式時,也要仔細審視其要求的權限,只給予必要的存取權限。

提升網路安全基於習慣培養。辨識假訊息的特徵、防範詐騙的警覺心、保護個人隱私的方法⋯⋯每一個環節都不容忽視。唯有這樣,我們才能在享受網路帶來便利的同時,也確保自身的安全!

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週期表中哪些元素能超導?—《物理雙月刊》
物理雙月刊_96
・2016/11/08 ・3823字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

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文/何健民|美國維奇塔州立大學物理系榮譽講座教授

從 1913 年,荷蘭物理學家、超導現象發現者海克.昂內斯Heike Onnes)受頒諾貝爾物理獎以來,陸續有眾多科學家也獲得諾貝爾桂冠,表揚他們在研究液氦、超流相、超導及其他低溫物理方面的成就。

荷蘭物理學家、超導現象發現者海克.昂內斯(Heike Onnes)。圖/Copyrighted free use, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=879737
荷蘭物理學家、超導現象發現者海克.昂內斯(Heike Onnes)。圖/Copyrighted free use, wikimedia commons.

超導是自然現象:當一電導體降溫到它的特定超導轉變溫度 (superconducting transition temperature,簡稱 Tc),電阻會完全消失。

從有到無的突變,似乎很難想像。但水蒸氣會在它的冷凝點 100 ℃ 變成水、水在凝固點 0 ℃ 又變成冰,我們司空見慣,沒有人會訝異。而從有電阻的正常態到零電阻的超導態,和這些氣態、液態、固態間的突變,都屬於自然科學中的相變。其他類似的突變,就我們已知的包括鐵磁(ferromagnetism)或反鐵磁 (antiferromagnetism),鐵電(ferroelectricity)或反鐵電(antiferroelectricity),以及液氦的超流態。

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這些自然界奇特現象,在被發現以前,沒有人會知道它們的存在,也絕不可能經由技術去發明。一旦被發現後,科學家才經由研究去瞭解。無可否認的,除了液氦的超流態以外,各種相變都已有了很多應用,促進工業、經濟進展,提升人類生活品質。

一直到今天的高科技時代,任何物質的相轉變溫度,都無法預測,仍得靠實驗數據。當然了,要是有一個新材料,可以是合金或化合物,只要不會因熱分解,我們都能從經驗,大致猜到它的熔點。看似例外的二氧化碳,在極低溫下是俗稱乾冰的固體;升溫到 -78 ℃,不經過液體而直接氣化;但在高壓,超過 5.1 大氣壓時減溫,氣態仍是先變液體、再變固體。

從這裡,可以領悟到:

「壓力」和「溫度」在熱力學中佔同等地位,我們習慣的常溫、常壓在自然界中並沒有絕對意義。

這也指明,為什麼科學研究必需延伸到高、低溫及高、低壓。在技術上,改變溫度比改變壓力容易得多,所以一般實驗是由升、降溫著手。有進一步需求時,再調整壓力。類似溫度有不同的溫標,文獻中壓力也有不同的通用單位:bar、atm(標準大氣壓)、及 Pascal (簡稱 Pa)。

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  • 高壓換算:1 kbar = 0.987 katm = 0.1 GPa (k 是 103、G 是 109)。

鐵磁轉變

無論如何,除非會在加熱時分解,幾乎所有物質,在適當的壓力情況下都會有固態、液態、氣態間的相變。相對的,超流態相變只發生在液氦。

介於兩者之間的鐵磁轉變,有材料的限制:它們的原子必須帶有磁矩 (magnetic moment)。鐵磁轉變溫度 (例如純鐵的 770 ℃)以上是順磁性(paramagnetism):在外加磁場中,只有隨溫度而定的部分磁矩順著磁場方向排列。轉變溫度以下,不需要外加磁場,原子磁矩就會同方向排列,成了鐵磁性。鐵磁性也就是永久磁鐵的基本特質。

反鐵磁性是指在轉變溫度以下,原子的磁矩正、反相間排列,抵消為零。鐵電及反鐵電與鐵磁及反鐵磁相似,只是原子磁矩被電偶(electric dipole)取代,也是限於少數材料。

超導體

至於超導體,一般分為兩類:1987 年出現所謂「高溫」超導體(high-Tc superconductors)的銅氧化物,有 100K (-173 ℃)附近的轉變溫度,遠超過了傳統超導體(traditional superconductors)的 20K 左右上限。有關的文獻很多,不在這裡贅述。只是指出,儘管傳統超導理論已在所有相變中最為完美,但仍無法預測任一物質是否會有超導轉變、更不必談超導轉變溫度了,還是得靠實驗。

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一塊超導體沿著磁軌道前進。圖/wiki
一塊超導體沿著磁軌道前進。圖/Henry Mühlpfordt @ wiki

【回顧歷史】汞是第一個被昂內斯在 1911 年發現的超導體。一個世紀後,今天已知的超導體,種類繁多,尤其是合金,可以連續改變成分的比例,使得超導體的數量,沒有了有意義的答案。

電導體異於絕緣體,因為有部分電子可以在整個固體中自由運動。超導體除了必然是導電的固體外,有其他要求嗎?到底超導可被認為是自然界中很特殊(類似液氦的超流),或是很普通(類似固態、液態、氣態間相變)的現象?與其給一個似是而非的答案,不如就從週期表中,簡單的看一看,多少元素有超導轉變?都是意料中的嗎?其他非超導體的,是否有易於被接受的理由?

從週期表看超導體

有一點可以肯定,純元素都屬於傳統超導體。這一類超導體的理論機制,主要是晶體中的離子,經由與自由電子的交互作用、形成瞬間生成和消失的「虛聲子(virtual phonon)」,而虛聲子導致兩個有相同動量值,但方向相反的自由電子成為零動量的電子對(electron pair)。因此,當電流通過超導體,雖仍有電子和離子間的交互作用,但不產生電子整體的能量減少,或是晶挌振動的能量升高,也就是為什麼,從整體現象來看,就沒有了電阻或是熱的產生。

儘管這裡的討論著重定性,只有一些特殊情形,才會比較超導轉變溫度的高底。但是不妨提一下,已知的超導元素中,以鈮(Nb)的 9.2K 為最高,而鎢 (W) 的 0.015K 為最低。也順便說明,同一元素可以因晶體結構不同,有不同的超導轉變溫度。例如鑭(La)的六方密排體(hexagonal-close-packed)或面心立方體(face-centered-cubic)分別為 4.9K 或 6.0K。再有一點,對理論和應用都有相當貢獻的是薄膜和塊材間性質的差異。例如錫(Sn)的 Tc,塊材時是 3.7K,但在 1,000埃 (Å)左右的薄膜中可以達到 4.6K。為台灣科技產業奠基的元老李國鼎先生,早於 1936 年,就參與英國劍橋大學對液氦中錫薄膜的研究,是華人在低溫、超導工作的先驅。

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週期表中,超導呈現在常壓 (紅色)、高壓(藍色)、或薄膜(綠色)情況下的元素。圖/《物理雙月刊》
週期表中,超導呈現在常壓 (紅色)、高壓(藍色)、或薄膜(綠色)情況下的元素。圖/《物理雙月刊》

在週期表中,標明呈現超導的元素。利用元素間的週期性,可以大致作出一些結論:

 1. 從氫(H)到銤(Am)的 95 個元素,有超過半數的 54 個超導。其中 30 個,轉變在常壓下發生;23 個需要在高壓下;而唯一在薄膜中才會發生的是鉻(Cr)。

 2. 第七週期,從鋦(Cm)開始後段的元素,只能在高能實驗中形成,量少、放射性強而不穩定,至少目前還無法形成可用以量測的固體試樣。因此,它們是否會有超導轉變,仍是未知數。

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 3. 最後一族的 6 個不與其他物質發生化學反應的惰性氣體,氦(He)到氡(Rn),雖然可在低溫固化,但是它們沒有自由電子,也就不會超導。

 4. 理論上,超導與鐵磁不能共存,因為在超導態中,形成電子對的兩個電子有相反的自旋(electron spin)。離子磁矩若有序排列呈鐵磁性,就會破壞這種組合。屬於這類的非超導體有過渡元素中的鈷(Co)和鎳(Ni)。鐵(Fe)應該也是一樣,它的超導性(Tc ≈ 2K),是因為在 150 kbar 以上,原有產生鐵磁性的磁矩由於離域狀態(delocalization)消失。鑭系中,除了銪(Eu)之外,從鐠(Pr)到鐿(Yb)也都帶有相當磁矩。

 5. 高壓引發的超導態,主要是因為壓力導致固態晶體結構改變,使得在常壓下不見的轉變在新結構中發生。例如第五族的磷(P, Tc = 5.8K)、砷(As, 0.3K)、銻(Sb, 3.6K)分別需要 17、15、8.5 kbar 的高壓。

 6. 超導元素中,最令人訝異的可說是我們賴以生存的。常壓下,氧在 90K 液化、55K 固化,由雙原子分子(O2)構成的晶體沒有自由電子,根本是不導電的絕緣體。但壓力超過 950 kbar,會有晶體結構改變,同時引發金屬性。再高到 1,000 kbar (近 100 萬大氣壓),就成了有 0.6K 轉變溫度的超導體。

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為何在常溫下最好的電導體,包括銅(Cu)、銀(Ag)、金 (Au)反倒不超導?圖/By Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de - Own work, CC BY-SA 3.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7611254
為何在常溫下最好的電導體,包括銅(Cu)、銀(Ag)、金 (Au)反倒不超導?圖/By Alchemist-hp, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

 7. 最有趣的問題:為何在常溫下最好的電導體,包括銅(Cu)、銀(Ag)、金 (Au)反倒不超導?其實這也可從傳統超導理論中,找出原因:超導態中自由電子形成電子對,是依靠虛聲子的生成和消失,而虛聲子則是受電子和離子交互作用激發。好的導體,電阻小,是因為電子和離子交互作用弱,反而使得虛聲子、及電子對不易生成。當然也有可能,超導態會在比今天可達到的低溫更低的溫區出現。既然理論無法決定,只有靠時間,等待技術的提升了。

 8. 最有挑戰性的是高壓下的固態氫。理論上,在所有元素中,它有最輕的離子和最大的自由電子密度,有助於虛聲子和電子對的形成,成為超導體,並且有相當高轉變溫度的可能,但是實驗一直沒有成功。直到 2015 年後期,有研究報告,在極高壓下,固態硫化氫(H2S)呈現金屬性。而在 1,500 kbar(差不多是 150 萬大氣壓)下,冷卻到 203K(-70 ℃)時,就有了超導轉變。203K 是今天所有超導轉變溫度最高的記錄。這份令人驚喜的結果,被認為有可能,來自主要成分氫的貢獻。

其他元素,例如鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)、鉑(Pt),不超導並沒有任何理論上的支持。或許只是有限的實驗尚未達到適當的高壓和低溫。讓我們拭目以待。

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往回看,許多現象,包括超導,雖然它們在自然界中,極為普遍,但是假如沒有低溫科技,我們就不會知道它們的存在。更不會利用到它們,對人類生活可以有重大貢獻的潛力。也許這就是自然法則:要求新、要突破、就必需儘可能向前所未知的領域深入研究。低溫科技如此,太空、奈米、生物科技又何嘗不是?


38卷10月號封面

 

本文摘自《物理雙月刊》38 卷 10 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

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