熱血科學家的閒話加長（The Excited Scientists' Hot Tea）

傻呼嚕同盟
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本節目有兩條線，以交互蹲跳方式隔週播出： 1. 吵死人的宅宅科學新聞：三個話很多老阿宅，包含兩個物理系教授以及一個影評人兼動畫導演湊在一起，跟大家分享最近在科學的世界裡發生了什麼新鮮事，加上動漫畫與電影一起攪和的大雜談。如果聽友能在輕鬆吵鬧的閒話中，順便知道一些科技新鮮事，大家應該都會很開心（吧）。 2. 你已經被量子熊造訪：量子科技時代即將來臨！台灣下一世代的護國神山！你是否被各種新推出的「量子商品」搞得頭昏眼花、差一點被詐騙呢？想知道「量子科學」是什麼，「量子科技」又是什麼，聽這台就對啦～～ 製作：東海大學應用物理學系／國科會量子熊團隊 -- Hosting provided by SoundOn

  1. 1H AGO

    EP.301 飛鴿為什麼不迷路？百年懸案終於破了！

    EP.301 飛鴿為什麼不迷路？百年懸案終於破了！ 古人要進行長距離通訊時可不像我們有網路可以用，靠的是「飛鴿傳書」，有時候飛的距離非常遠，鴿子也不像我們有 GPS 導航系統，牠們為什麼不會迷路呢？ 1882 年法國有位動物學家 Camille Viguier 猜想，鳥類（與其他脊椎動物）可能會利用地球磁場來導航：磁場會在內耳的液體中誘發微弱的電流，就像指南針的指針一樣，提供大腦方向的資訊。當時正是電磁學發展如火如荼的時代，有這樣的想法並不令人意外，只是由於當年並沒有可靠的方法來證實這個假說，所以大家也當作是科學家的異想天開，聽聽而已。 目前對於鴿子的導航系統，有三大學派。以推理小說的模式來講，就是有三個「嫌犯」。第一個是「大腦內建羅盤假說」，也就是磁鐵礦理論：鴿子體內的某些地方（鳥喙、某些神經細胞、如「三叉神經」中）藏著非常微小的磁鐵礦顆粒，會跟著磁場方向轉動，進而觸發神經訊號。 第二個是物理學家聽到一定會豎起耳朵的「量子視覺假說」：在鴿子的視網膜裡，有一種叫「隱花色素」（cryptochrome）的分子，光一照到它，就會產生一對糾纏的電子，而這對電子的行為會被磁場影響，在「singlet」（自旋 S=0 的單態）與「triplet」（S=1 的三重態）之間轉換，這會影響視覺細胞內的化學反應，然後改變傳到大腦的視覺訊號，鴿子就能「看見」磁場。 第一個雖然聽起來不像第二個這麼炫，不過「磁鐵」本來也就是量子力學的產物，所以前兩個都算是「量子磁性感覺」。 第三種就是屬於古典電磁學而不是量子力學了，就是 Viguier 主張的「微型發電機說」：當鴿子在地球磁場中轉動頭部的時候，內耳裡的帶有離子的內淋巴液產生電流，這些電流「切割」磁力線，會產生微弱的感應電動勢，然後再被神經細胞偵測到。 到底「真兇」是這三個嫌犯中的哪一個？過去的研究眾說紛紜，最主要的原因是以前大家都是先射箭（決定要相信哪一個）、再畫靶（設計研究來嘗試證明所相信的假說），所以往往會。而這次德國路德維希-馬克西米利安-慕尼黑大學（Ludwig-Maximilians-Universität München）的團隊採取了「不預設立場，對整個大腦同時檢驗三個假說」，因此結果比以前的研究更有說服力。 如果你沒時間看完長文，這裡先講結果，真正的犯人是「三：微型發電機」，100 多年前的 Viguier 是對的。 這次主要的方法是「C-FOS」的基因標記。C-FOS 是一種「立即早期基因」，當外界刺激活化了特定腦區的神經元，短時間內這個基因就會在這些神經元中大量表現（製造蛋白質）。在這個研究中的刺激，就是把鴿子放在一個「會旋轉的磁場」中，這是為了模擬鴿子在地磁中轉頭的動作的「充分控制版」。接著只要去偵測哪裡有大量 C-FOS 蛋白，就知道哪些區域對這個磁場刺激有反應了。 那要如何拿到這個「C-FOS 基因表現地圖」呢？論文輕描淡寫，不過進行這個步驟時請先念三聲「南無阿彌陀佛」…要把鴿子的大腦拿出來，用免疫染色法讓 C-FOS 帶有螢光標記，然後使用「組織透明化技術」把鴿子大腦變得透明。就可以用顯微鏡看到經過螢光標記的 C-FOS 蛋白了（其他東西都變透明看不見了）。 由於上面講到的「二號犯人」也就是「隱花色素的量子視覺」假說，是跟視覺有關，所以實驗要做兩套：一套在完全黑暗的環境中做，一套是在有光線的環境下進行。 接下來就是看磁場刺激後的 C-FOS 蛋白地圖了，一看之下，一號跟二號犯人都獲得了「不在場證明」：三叉神經、主要視覺區，在光與暗兩個條件下，都是一片空白，這些區域的神經沒有因為磁場刺激而活動。 留下「指紋」的是三個腦區：內側前庭核（VeM），講到「前庭」應該大家都很熟：前庭跟半規管就是會讓我們暈車的地方，它接收來自內耳的平衡與空間定向資訊讓我們維持平含趕；此外是尾側中層大腦皮質（MC）以及前背內側海馬迴（HP），這兩者是負責整合多種感官資訊的中樞腦區。 所以以「地圖」來看，第三個犯人「微型發電機」出沒在對磁場刺激有反應的內耳區域，因此涉有重嫌。 不過我們不能光以「出現在犯罪現場」就把嫌犯定罪，還得找出「手法」跟「凶器」才行。 研究團隊經過精密定位，鎖定了內耳半規管底部的一個叫做「壺腹脊」的區域，對那裡一共 9818 個細胞個別進行 RNA 定序，就能知道會表現哪些基因、並製造對應的蛋白質。 結果發現這個區域中「第二型毛細胞」手上有兩種特定的對電壓敏感離子通道BK、CaV1.3 及其特殊亞型 CaV1.3 KKER。CaV1.3 KKER在其他具備「電感覺」能力的動物如鯊魚、魟魚的電感受器中扮演關鍵角色。這些對電敏感的分子，極有可能就是本案中的「凶器」了。當鴿子在磁場中轉頭時，在半規管中的淋巴液產生感應電動勢，這個電壓被第二型毛細胞檢測到，CaV1.3 KKER、BK 這些離子通道因此張開，激發了這些毛細胞，訊號就沿著前庭往後送到大腦皮質跟海馬迴這些中樞腦區，鴿子就感受到磁場了！ 在這次的研究中，科學家不鎖定特定目標，而是如蒙住眼睛的司法女神一般，秉持「我心如秤」的態度，對整個大腦全面掃描，結合了腦影像與分子生物學工具，為鴿子的磁性感覺提出極有說服力的解釋，是非常漂亮的研究。 這個研究，發表於 2025/11/20 的「科學」（Science）期刊。 不過不是最酷的那個「量子視覺」，實在太可惜了… ＃飛鴿 ＃假說 ＃微型發電機 ＃腦區 -- Hosting provided by SoundOn

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  2. MAR 3

    EP.300 他改變了量子力學，還是被改變？（量子熊＃96）

    EP.300 他改變了量子力學，還是被改變？（量子熊＃96） 一個美國人在哥本哈根：一個年輕的美國博士生來到量子物理的聖地——哥本哈根研究所， 信心滿滿帶著他的絕妙好點子，沒想到一番折騰，在大師與大師的大弟子的圍攻下變了樣， 四十年後這個美國博士生還是罵聲不斷， 這段物理史的八卦只在熱血科學家的閒話加長才聽得到喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃哥本哈根 ＃美國 #斯拉特 -- Hosting provided by SoundOn

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  3. FEB 24

    EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？

    EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？ 採光、通風好是好房子的重要條件，所以透明的「玻璃窗」不可或缺，然而這可是個巨大的「能源漏洞」。由於玻璃的導熱性太好（大約是 800 mW K⁻¹m⁻¹，空氣則是 27 mW K⁻¹m⁻¹，差了 30 倍），夏天時會讓熱流入、冬天時會讓熱流出，為了維持室內的舒適，只好空調全開。平均而言，窗戶佔建築物表面積的 8%，但是傳遞了 50% 的熱量，也就是說，你為空調付的電費有一半是窗戶造成的。 想要解決這個問題，最直接的方式就是用水泥封掉所有的窗戶，保證節能又省電。但是人類總是貪心，想要「採光」與「節能」兼得，這個時候就需要一種「透明又絕熱」的新材料了。 美國科羅拉多大學與日本廣島大學的研究團隊，開發出了一種叫做「麻糬」（MOCHI）的新材料，解決了這個問題。它的全名是「Mesoporous Optical Clear Heat Insulator」（介孔透光絕熱材料）。它的導熱係數為 10 至 12 mW K⁻¹ m⁻¹，比空氣還低！而且 MOCHI 「比玻璃還透明」！因為它的折射率約 1.025～1.030，與空氣（1.0003）極為接近，折射率的匹配讓光線從空氣進出 MOCHI 時，幾乎不發生反射，表面反射率僅約 0.02%，遠低於玻璃（折射率 1.5）的約 8%。 這是怎麼做到的呢？MOCHI 是一種由聚矽氧烷（polysiloxane）製成的多孔隙材料，孔隙尺寸小於 50 奈米，比空氣的平均自由徑（mean free path，約 60 奈米）還要小。因此空氣分子在彼此撞到發生能量傳遞之前，就先「撞牆」了，因此大大抑制了熱傳導。 不只如此，MOCHI還可以當成新一代的「太陽能」！用它包覆能吸收太陽光並轉為熱能的「黑體」，由於 MOCHI 對可見光與近紅外線幾乎透明，可以將這個波段的光導入內部將黑體加熱，此時本來黑體會放出黑體輻射又散熱給環境，而 MOCHI 的主成分聚矽氧烷對數微米的熱輻射吸收率極高，加上 MOCHI 本身又是絕佳的絕熱材料，因此向外散熱的路徑全部被封死，能量只進不出，這不就是個完美的太陽能收集器嗎？實驗顯示，在沒有任何聚光設備的情況下，這個「MOCHI 包黑體」的裝置就能達到約 300°C 的高溫。即使在陰天，太陽能強度僅有平常的三分之一時，集熱效果依然顯著，以後冬天洗熱水澡就靠它了！ 好處還不只這些，MOCHI 防火、超疏水（不怕髒，類似「蓮花效應」）、堅固耐久、隔音降噪、抗冷凝不起霧。而且用的還是早就廣泛使用的工業材料！高貴不貴！ 這麼讚，趕快量產啊還等什麼呢？還要再等的原因是雖然聚矽氧烷並不貴，但是製程很貴！因為需要用到許多有機溶劑與介面活性劑，所以結構完成時是泡在液體裡的，要在不破壞奈米多孔隙結構的前提之下把液體弄出來置換成空氣，可不是那麼容易的事。所以想要大量生產用在建材上，可能還要再等等… 這個研究，發表於 2025/12/11 的「Science」。 ＃透明隔熱玻璃 ＃採光 ＃通風 ＃玻璃窗 ＃能源 ＃能源漏洞 ＃節能 ＃絕熱 ＃MOCHI ＃聚矽氧烷 ＃太陽能 ＃蓮花效應 ＃製程 -- Hosting provided by SoundOn

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  4. FEB 17

    EP.298 喜歡物理，結果拿了諾貝爾化學獎？這是什麼展開？（量子熊＃95）

    EP.298 喜歡物理，結果拿了諾貝爾化學獎？這是什麼展開？（量子熊＃95） 什麼！ 喜歡物理結果變成化學家還得了諾貝爾化學獎～ 這是怎麼回事？？ 這一集的熱血科學家請務必要收聽喔！ 新年賀詞： 馬年馬達不停歇，熱血科學家持續熱血中～新年快樂！！馬年馬力開到最大囉！！ ＃量子 ＃量子熊 ＃諾貝爾化學獎 ＃物理 ＃馬年 ＃新年快樂 -- Hosting provided by SoundOn

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  5. FEB 10

    EP.297 如果人生突然沒有氣味，會發生什麼事？

    EP.297 如果人生突然沒有氣味，會發生什麼事？ 雖說「嗅覺喪失症（anosmia）」以及「嗅覺減退症（hyposmia）」是一種貨真價實的神經學疾病，盛行率甚至超過一成，大家平時並不太會注意到這個問題，可能只是覺得嗅覺遲鈍一點而已，搞不好因此不用聞到各種臭味而覺得慶幸呢。 「直到武漢肺炎來襲的那一天，人類想起了，失去嗅覺的恐懼。」 在前幾年的疫情中，有人暫時或永久的「完全喪失嗅覺」，首當其衝的就是佔了人生樂趣一半（←因人而異啦，我隨便說的）的「吃美食」就大受影響，因為嗅覺跟味覺可是息息相關的。 研究指出，長期嗅覺喪失的人生活品質會顯著下降，且容易罹患心理疾病。因此，如果認為失去嗅覺不如失去其他感官那麼糟糕，就是大錯特錯了。 法國國家科學研究中心（CNRS）的研究團隊，為了讓失去嗅覺的人能重新辨識至少部分「重要的」味道，開發了一種新的技術。 標準的嗅覺恢復研究是這樣：使用儀器（電子鼻）偵測環境中的氣味分子，然後將這種味道編譯為神經訊號，然後去刺激患者的嗅覺神經和嗅球。說來容易，不過嗅覺神經系統非常複雜，人類可以用 400 多種嗅覺受體辨識可能高達數十億種氣味，這可不是能輕易破解的密碼！更根本的問題是，嗅覺喪失的人，就是嗅覺系統壞掉了嘛！所以如果沒有多少殘存一些功能，就算能夠編碼，壞了就是壞了咩。 所以這次的研究者捨棄了正攻法，採用迂迴手段，電子儀器偵測到氣味分子後，並不是把電訊號直接刺激嗅覺系統，而是另一個「三叉神經」（前幾天講鴿子的磁性感知時也提到過）。三叉神經其實不是管嗅覺，它接收來自整個臉部的訊號，也包含了鼻腔內部，可以偵測吸入空氣的溫度以及是否有辣椒、薄荷之類的刺激物。跟嗅覺不是完全無關，但畢竟不是嗅覺。所以這個替代方案的缺點是它不是正牌的嗅覺系統，所以沒那麼靈敏，優點是：「它是好的！」嗅覺喪失者，三叉神經依然能正常運作。而且要刺激三叉神經非常簡單，用個夾子夾在鼻腔內壁，給予輕微的電擊就好了。不同的氣味分子，就用不同的波形來電擊受試者，其實有點像是「鼻腔的點字書」，點字書不能取代完整的視覺，但是可以提供本來由視覺負責的文字資訊。 有些受試者能透過鼻腔內對三叉神經的電訊號刺激區分出不同氣味（這兩種不一樣），不過無法說出對應的氣味是什麼（這是蘋果那是橘子）；其他受試者一開始分辨不出來，但是經過適當的訓練後，受試者都能可靠地區分兩種氣味。 雖然離「恢復嗅覺」還差得遠，不過這個方式相對簡單很多。刺激嗅球雖然能更精確的讓受試者感受到「真正的氣味」，不過嗅球藏在滿深的地方，要直接刺激難度較高，而且它可能已經壞掉了。 這種較為簡便的方法，至少可以讓使用者感知到「重要的味道」，像是瓦斯外洩、爐火燒焦等危險訊號。至於恢復完整的嗅覺，可能還得要再多多努力！ ＃嗅覺喪失症 ＃嗅覺減退症 ＃嗅覺 ＃味道 -- Hosting provided by SoundOn

    34 min

  6. FEB 3

    【科學不設限】EP.013 失敗的實驗，為什麼成了物理史重要的一步？

    【科學不設限】EP.013 失敗的實驗，為什麼成了物理史重要的一步？ 從「干涉儀」的精密干涉條紋出發，回到 19 世紀末那場著名的「失敗」實驗：邁克森與莫雷試圖測量地球與以太的相對速度，結果以「什麼都沒看到」告終。 然而到了 1905 年，愛因斯坦從這個「沒量到」的實驗出發，掀起相對論的革命。 這一集我們就來聊聊，「干涉儀」這個極度精密的測量儀器，如何改寫人類對時空與光的理解？ ＃干涉儀 ＃干涉條紋 ＃邁克森 ＃愛因斯坦 ＃相對論 ＃時空 ＃光 -- Hosting provided by SoundOn

    33 min

  7. JAN 27

    EP.296 為什麼一百年後，我們還在用薛丁格方程式？（量子熊＃94）

    EP.296 為什麼一百年後，我們還在用薛丁格方程式？（量子熊＃94） 就在一百年前的今天，當時默默無聞的薛丁格發表了了震驚學界的論文，裡頭提出了赫赫有名的薛丁格方程式，漂亮地解決了氫原子能階為什麼不連續的大難題。今天就讓我們好好聊聊薛丁格跟他的方程式！ ＃量子 ＃量子熊 ＃薛丁格 ＃薛丁格方程式 ＃百年 -- Hosting provided by SoundOn

    42 min

  8. JAN 20

    EP.295 科學家真的讓房子「出汗」了！

    EP.295 科學家真的讓房子「出汗」了！ 天氣熱的時候怎麼辦？一般來說就是拿出葛城美里說的「人類的至寶、科學的勝利」—也就是冷氣啦。不過冷氣雖然方便，在能源短缺、全球暖化的今日，如果能有可以取代冷氣的替代方案就太好啦。 在室內覺得熱是因為建築物吸收了陽光的能量，尤其紅外線更是升溫的元兇。想要讓室內變涼爽，最簡單的方式，就是把外牆塗成白色把大部分陽光反射掉，緩和室內升溫。過去我們也介紹過「超激白」的塗料（請在本站搜尋「超激白」就可以找到這篇文章），就是利用這個原理來為室內降溫，現在市面上也已經可以買到這種「輻射冷卻塗料」。不過這種塗料也有缺點：只有在陽光強烈的天氣時有效，但是大家也知道，有的時候即使是陰天一樣熱得要命，這時輻射冷卻塗料就無法發揮降溫的功能了！ 最近新加坡南洋理工大學的研究團隊更進一步，研發了讓建築物能「流汗」的新型塗料「CCP-30」，更提高了散熱的效率。這個新塗料是在水泥中加入硫酸鋇（BaSO4）的顆粒（粒徑 ～ 400 奈米）、聚乙烯醇（PVA）、以及氯化鋰（LiCl）製成。水泥本身凝固後的結構具有許多微米級的孔隙，是一種「多孔隙材料」。硫酸鋇顆粒除了能增加塗料對可見光與紅外線的反射率，減少房屋吸收的能量之外，還能讓塗料內部形成更細密的多孔隙結構，可以大幅增加塗料的「比表面積」（specific surface area，單位質量材料的表面積，詳情請看前幾天的「諾貝爾化學獎」介紹文）。 氯化鋰會從空氣中吸收水分保存在塗料孔隙內，當戶外氣溫上升，水分會開始蒸發帶走熱量。由於其多孔隙結構的超大比表面積，水分的吸收與蒸發的效率很高，讓建築物能以高效率散熱。PVA則是讓塗料的結構更穩定，因為這種塗料孔隙多、裡面又塞滿了吸飽了水而潮解的鹽類，可能會造成結構劣化變得脆弱，所以得用 PVA 來補強。此外，為了要在強度、孔隙率和塗刷性之間抓到最佳平衡，調水泥時的「水灰比」要介於0.38到0.47之間，調好的塗料刷一次的厚度為2.28 mm，可以視需要多刷幾次增加厚度。 研究人員用掃描電子顯微鏡（SEM）、穿透式電子顯微鏡（TEM）、能譜分析（EDS）、X光微電腦斷層（micro-CT）等儀器檢驗，發現塗料的微結構均勻又緻密，孔隙分布和Ca/Si比都比傳統水泥更均勻穩定。7天抗壓強度測試也高於一般水泥，也比只加奈米粒子的配方高，可見 PVA 是強化結構的關鍵。 反射率的實驗顯示，這種塗料在可見光的反射率是 93%，對「熱源」紅外線則可達到 95%，雖然比不上「超激白」塗料的 98.1%，不過因為還有「流汗」的機制，所以抗熱程度更勝一籌。而且硫酸鋇顆粒鑲嵌在水泥的孔隙結構裡，即使經過長時間的風吹日曬雨淋，反射率也沒有受到影響。 為了測試新塗料的效果，研究團隊蓋了三間長寬高分別為50、40、70公分的模型屋，分別在外牆塗上普通白漆、市售的高反射率冷卻漆、以及本次研究開發出來的CCP-30塗料，測試了一個月、歷經不同天候的結果顯示：在各種狀況下，使用 CCP-30 的房屋的室外表面溫度，都比普通白漆低了7~8℃，比冷卻漆低了 5 ℃，而室內溫度不管在什麼天氣下，都比其他二者低了超過 4.5℃。這個非常厲害，如果本來的室內氣溫是 31℃，光靠塗料就能降到 26.5℃，這樣根本不需要開冷氣，開個電風扇就行了。 不過在新加坡這種炎熱的地方，可能還是得要有開冷氣的時候。所以研究團隊不惜血本，再蓋了三間長寬高分別為3、3、4公尺的小房子，在裡面裝了冷氣，在保持室內溫度固定時，CCP-30比普通白漆省電將近40%，比市售冷卻漆省電30%。數值模擬的結果，一整棟四層樓的建築，一年下來可以省下 68333 度電，換算成電費是好幾十萬！當然碳排放也少得多。 CCP-30 塗料結合了「輻射冷卻」與「蒸發冷卻」的雙重機制來達到降溫效果。更重要的是成本極為低廉，沒有用到任何昂貴的材料，有極大的潛力可以成為下一個世代安全、耐用、便宜的「被動式降溫」方案，達到節能減碳的效果。所以雖然原理說起來挺簡單的，但可是發表在頂尖的「Science」期刊喔！（2025/06/05） 不過如果一整個城市都是這種房子，會不會像棒球隊更衣室一樣，一大堆汗流浹背的壯漢（房子）擠在一起，反而變得更熱呢？這就有待進一步研究了！ ＃輻射 ＃輻射冷卻塗料 ＃房子 ＃流汗 ＃降溫 -- Hosting provided by SoundOn

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