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2026年2月9日 星期一

腦洞大開物理學:30個關於寫真偶像、水手服、鬼魂與貓咪(還有臘腸狗)的奇妙科學知識

 

不久前看了佐久良剛的《超無厘頭經濟學》,讀後覺得我和這位作者的腦電波頻率相近,尤其欣賞他的筆風,因此查了一下台灣是否有出版其它佐久良剛的作品,結果發現了這本《腦洞大開物理學》。讀完後,我不禁大喊「果然是這個味!」書中,作者用他擅長的宅式幽默和各種生活化的比喻,把複雜的物理學基礎知識化繁為簡。這本薄薄的書,內容竟然涵蓋了光、狹義相對論、萬有引力、量子論、時光機、宇宙和演化論等各大主題。全書讀完後,我深刻覺得,物理學家應該是最不容易胡思亂想的群體。他們絕不會相信世上有鬼,也不會認同動漫裡那種無視物理法則的設定,比如光速拳。

光具有粒子和波動兩種性質,且質量為零,速度是每秒30萬公里。對於浩瀚無垠的宇宙來說,光速行走一年的距離就稱為光年,這是測量空間尺度的單位。光速還有一個神奇的特性:不論如何測量,它永遠保持固定速率,即光速不變定理。即使你已經加速到接近光速的99.999%,光依然會以每秒30萬公里的速度離你而去。光線也是人類視覺不可或缺的必要條件。色彩是物體吸收光線後留下的顏色。從物理學的角度來看,世界上並不會有只有特定人才能看到的超自然生物。物體要麼能反射光線被人看到,要麼是透明而無法被看到。而且,在能看到的情況下,所有人都應該能夠看見。換句話說,通靈或陰陽眼一說,可能只是當事人出現了幻覺。

愛因斯坦的相對論向我們展示了一個結論:為了使光速保持一致,時間和空間將會扭曲。在高速移動的物體上,時間的流逝會較慢,這就是狹義相對論的重點。搭乘以90%光速前進的火箭,相當於你已經在進行邁向未來的時光旅行,這樣的情節相信看過電影《星際效應》的人應該不陌生。此外,移動的物體不僅會使時間變慢,長度也會縮短,而質量則會增加。因此,任何有質量的物體都無法達到光速。接近光速時,物體的質量會暴增成天文數字,無法再繼續加速。光速拳的設定,注定只能存在於空想之中。

在廣義相對論的理論中,兩個有質量的物體之間會產生吸引力,質量越大,吸引力也越強,這就是萬有引力。在地球上,我們所熟悉的地心引力就是萬有引力的一個例子。宇宙中的星體,都是藉由萬有引力的力量把微塵聚合起來形成的。太陽系內的九大行星之所以能夠公轉,也是離心力和萬有引力兩者恰好達到平衡,才運行了數十億年。任何太空航行器的運行,都是模仿離心力和引力的原理,例如我們發明出來的環繞地球運行的人造衛星。

至於鬼能穿牆的說法,如果真的能穿越牆壁等物質,那麼第一時間會遭遇到的困境就是被地心引力拉向地心,無法脫離。因此,對物理學家而言,世上不存在能穿牆的超自然生物。具備質量的事物必定受萬有引力影響,只有質量為零的光子不受此影響。如果鬼的質量為零,那它只能是光。而光無法停下來,只會以光速不斷向前行進。如同《星際效應》中的設定,重力會扭曲空間,甚至也會扭曲時間。在極高重力場的黑洞附近,連光線也會被扭曲並吸入,時間和空間在那裡變得無法言喻。

量子論用來解釋微觀世界中的基本粒子,如光子和電子。這些粒子同時具有粒子和波動的雙重特性,並且還有一些違背常規的特殊行為。比如,在未被觀察時,它們呈現波動狀態,一旦被觀察,就會變回粒子狀態。量子的季諾效應表明,粒子從狀態A變為狀態B的過程,無法被觀察到。當你觀察時,它的狀態已經是確定的,不會再處於變化中的過程。著名的薛丁格的貓比喻,正是用來解釋量子世界中粒子的疊加狀態。在未被觀察時,貓可能既死又活,只有當你打開箱子進行觀察時,貓的狀態才會被確定。當然,這只是一種用來幫助理解量子論的比喻,並不代表微觀世界的粒子特性可以直接應用於由原子構成的巨觀世界。

原本以為這本書會是一本無厘頭的作品,結果讀完後卻收穫滿滿。過程中可以了解很多基礎但又重要的物理和太空知識,搭配書中風格獨特的手繪插圖,《腦洞大開物理學》成為一本非常適合有自然科學興趣的中小學生,甚至是大學生閱讀的書籍。對於一般社會人士來說,也是一部不錯的休閒讀物,能激起讀者的求知欲,我強烈推薦這本書!


2019年2月17日 星期日

壅塞學


日本人很會用輕鬆簡明的圖文,向讀者解說複雜的理論與概念。而這本「壅塞學」正是西成教授針對其獨樹一局的壅塞學研究心得,展現給社會大眾的科普著作。

內容列舉了生活中形形色色和壅塞相關的議題,從大夥最容易想到的塞車到排隊,到發生災難時的逃脫和螞蟻的覓食。都各自成為單一篇章,由西成教授慢慢論述背後的模型與核心知識。而縱觀全書,最令人眼睛一亮的部份,就是不斷被提及的「非對稱簡單排斥過程(ASEP)」模型。

西成在書中一再地展現,如何將現實世界想分析的複雜現象,去蕪存菁的設計出簡單易懂卻又能模擬核心邏輯的模型。那些不到十條的規則所建立的模型,卻能充分重現許多壅塞現象,應用科學家的魅力令人折服。

最後一篇節章作者花了些篇幅「抱怨」了一下日本大學的評鑑,內容卻和台灣的現況如出一轍。以專業論文發表數和產學合作金額來做為評鑑標準的負作用,是對做為許多理論/人文學門的一種歧視。像數學系這種純理論學問,卻是工學院/資訊學院有機會產生重大進展的背後推手。短視近利的評鑑指標卻無法明確反應出基礎研究真正的價值。看來不止台灣,日本也深受數字化管理的為害甚深。