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. قبل ٣ ساعات

    EP.288 看起來像教授，其實是武林高手？大師兄的真面目公開！（量子熊＃90）

    EP.288 看起來像教授，其實是武林高手？大師兄的真面目公開！（量子熊＃90） 「空手道是世界上最強的武術。」 「在座的各位都是垃圾。」 「我不是針對你，我是說在座的各位都是垃圾。」 大家還記得破壞之王的斷水流大師兄嗎？ 不！ 我們這一集要講的這位是為文質彬彬、氣質優雅的大師兄 唯一與破壞之王的斷水流大師兄相同的地方就是「武功高強」！ 他是誰？ 他的什麼工夫厲害？ 聽完這集熱血科學家的閒話加長你就知道囉！ ＃破壞之王 ＃斷水流大師兄 ＃武功高強 ＃克拉莫斯 -- Hosting provided by SoundOn

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  2. ١١ نوفمبر

    EP.287《新世紀福音戰士》裡的聖經梗，學界終於給答案了！

    EP.287 《新世紀福音戰士》裡的聖經梗，學界終於給答案了！ 《新世紀福音戰士》從1995年播出到2021年落幕，26年間每次推出都成為熱門話題。 這部動畫故事的主軸似乎來自真實存在的「死海文書」的記載，但表現非常隱諱又故弄玄虛，只留下濃濃的陰謀論味道。 死海文書大約成書於兩千多年前，內容對猶太教及早期基督教起源的認識影響巨大，但具體年代一直存有爭議。 最近荷蘭團隊透過放射性碳14定年法，搭配名為「以諾」的AI模型，精確分析筆跡，首次證明許多古卷實際年代比原先學界推測要早很多。 例如著名的「以賽亞大卷」兩名抄寫員竟然幾乎同時抄寫，並非前後接力。 「傳道書」殘片更被推定為目前最早的聖經書卷之一。 這次研究不只是修正了年代，更可能促使學界重新理解甚至改寫那段重要歷史。 不過，到底有沒有看到「第三次衝擊」寫在哪裡啊？ Science新聞（2025/06/04）：https://www.science.org/……/some-dead-sea-scrolls…… PLOS ONE 論文（2025/06/04）：https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0323185 ＃新世紀福音戰士 ＃死海文書 ＃猶太教 ＃基督教 ＃荷蘭 ＃以諾 ＃以賽亞大卷 ＃傳道書 ＃第三次衝擊 -- Hosting provided by SoundOn

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  3. ٤ نوفمبر

    EP.286 意外的斜槓人生：我怎麼變成說故事的人？（量子熊＃89）

    EP.286 意外的斜槓人生：我怎麼變成說故事的人？（量子熊＃89） 這一集要來談談阿文如何踏上科學傳播這條被人視為不務正業的過程！ 所謂無心插柳柳橙汁，本來做理論強子物理的專業科學從業人員是怎麼踏上這條不歸路的？😝 ＃量子 ＃量子熊 ＃阿文雜談 ＃強子物理 -- Hosting provided by SoundOn

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  4. ٣٠ أكتوبر

    【科學不設限】EP.010 共振的威力—美國大橋垮下來！

    【科學不設限】EP.010 共振的威力—美國大橋垮下來！ 美國的塔科馬海峽大橋在風中劇烈扭曲、崩塌，整個過程被完整拍下，成為史上最著名的工程災難之一。 這座外型優雅、通車不到五個月的跨海大橋，設計上能承受時速 160 公里的強風，卻在只有 65 公里的微風中瓦解。 究竟發生了什麼事？ 這一集，我們將從盪鞦韆的節奏到風中的渦流，揭開「共振」這個看似抽象卻威力驚人的物理現象，如何摧毀鋼筋混凝土建造的巨大橋樑。 ＃共振 ＃美國 ＃塔科馬海峽大橋 -- Hosting provided by SoundOn

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  5. ٢٨ أكتوبر

    EP.285（搞笑諾貝爾工程設計獎）鞋櫃裡的「生化武器」，終於有解！

    EP.285（搞笑諾貝爾工程設計獎）鞋櫃裡的「生化武器」，終於有解！ 2025年的搞笑諾貝爾工程設計獎，頒給了印度科學家Vikash Kumar 與Sarthak Mittal，得獎的研究是「從工程設計角度分析了臭鞋子如何影響鞋架的良好使用體驗」。 這其實是一個「人因工程」的問題。人因工程是一門研究 人與系統互動 的科學，目標是讓設計更符合人的特性，提升 安全、健康、舒適與效率。 核心精神是：產品設計應配合人，而非讓人去遷就產品。 許多人都有這樣的經驗：去到人家家裡、或是需要脫鞋的公共場所，鞋子一脫下來發現旁邊的人都皺起眉頭，露出「你是野原廣志逆？」的表情（野原廣志是蠟筆小新的爸爸，以腳超臭聞名）。 這時候就會陷入極度的尷尬…最好的解決辦法是：「啊，我突然想起有事…」趕快離開，大家（包括你）的表情就會突然放鬆了。 腳臭來自於一種叫做「Kytococcus sedentarius」的細菌，它會分解汗液與皮膚角質中的蛋白質、脂質，產生一些含硫化合物與有機酸，這些副產物就是「腳臭」的主要來源。 在印度，這個問題更加嚴重，因為氣候炎熱潮溼，身體稍微活動一下就很容易大量流汗。如果沒有注意通風與清潔，鞋子當然就會變得臭死人了。 本文研究者想做的是鞋架的設計，而且要能解決這個「臭鞋問題」。 不過他發現，過去在人因工程的領域中，幾乎沒有任何相關的研究。 大部分都在說「多用途」、「不管幾歲的家人都易於使用」、「在站立時能清楚看到所有鞋子」、「提供繫鞋帶的座位空間」、「容易清潔、美觀、能防塵防潮」，以及「使用安全」。 當然不是說這些不重要，但是怎麼能忽略「鞋子太臭」了？ 一雙臭鞋就已經夠糟了，要是鞋櫃一打開有幾十雙惡臭的鞋，說不定就要叫救護車、不、化學兵部隊了啦！ 為了探討並解決這個被忽視的大問題，研究者先進行了一項先導性的問卷調查。調查對象是來自於作者服務的印度Shiv Nadar University的 149 名一年級學生。男性佔 80%，女性佔 20%，平均年齡為 18 歲。以下為本研究的重要結果與推論： (a) 54.6% 的受訪者會因自己鞋子的臭味而在他人面前感到不自在。 (b) 約 52.4% 的人曾經遇到尷尬情況，需要因他人鞋子發臭而離開現場。 (c) 鞋子太臭時會如何處理：44.3% 洗鞋子，38.3% 拿去曬太陽；其餘還有將茶包放進鞋內、撒小蘇打粉、撒抗菌粉、噴除臭劑，還有少數人會很霸氣的直接買新的。 (d) 當研究者向受訪者展示市面上可用來防臭的產品圖片時（後述），88% 的人表示不知道這些產品。 (e) 多數受訪者對現行的解決方案並不滿意，希望購買能真正解決問題的新產品 (f) 90% 的人使用後，會把鞋子放在鞋櫃裡。 (g) 受訪者平均擁有 4 雙鞋，但常穿的只有 2 到 3 雙。 這個結果，多數人確實面臨鞋子發臭的問題，卻缺乏有效的解決方式。同時，大家普遍缺乏對市面上相關產品的認知，現有的解方有這幾種： (a) 茶樹精油與椰子油對抗黴菌感染有效，並被建議用於處理腳臭。 (b) 百里香精油因含有高濃度的麝香草酚（thymol）或香芹酚（carvacrol），已被證實為合適的真菌抑制劑，能夠預防鞋子異味。 (c) 使用臭氧對鞋子進行消毒，已被發現能抑制細菌的繁殖，甚至已有相關裝置獲得專利。 (d) 在鞋子內部使用濃度 70–99% 的異丙醇並加上鹽巴，被發現也具有成效。 除此之外，市面上也有一些產品聲稱可以透過消毒或殺菌來解決鞋子異味問題，不過根據來自線上顧客評論的意見，對這些產品的滿意度並不高，覺得效果有限，而且一次只能處理一雙，家裡通常有二位數的鞋子，所以需要「更高效率」的產品。 作者經市場調查後，發現沒有找到任何在設計上有考慮到「家庭鞋子總數」的除鞋臭產品。 於是靈機一動，想到了「除臭鞋櫃」的點子。 幾乎每個家庭都有某種類型的鞋櫃；若能有一款鞋櫃能讓鞋子保持無異味，將會帶來極佳的使用體驗。 本文作者將「臭鞋」視為重新設計傳統鞋櫃、以改善使用者體驗的契機。 在探索各種能夠殺死細菌（臭味的元兇）的方法後，研究者最後選擇使用「紫外線」作為解決方案。 他們使用了可謂「臭鞋界的王者」，也就是校隊運動員的鞋子做為對象。 實驗裝置非常簡單：波長 270–280 奈米，額定功率 11 W 的紫外線燈管，並搭配開關式電源供應器。 整個實驗裝置連鞋子放在一個紙板做的盒子裡，以避免紫外線直接照射到眼睛。由於細菌主要聚集在鞋頭區域，因此將紫外光源對準該位置。 實驗結果顯示，只要照射 2–3 分鐘，就能殺死細菌並消除異味。 因此作者主張，鞋櫃好用當然很重要，不過千萬別忽略了腳臭問題啊！ 設計一個內含紫外燈管的鞋櫃，就能解除這個困擾了。 不過呢，雖然研究者顯然已經設計了這個除臭鞋櫃，不過由於具有商機，所以在論文中並未揭露其細節。 這個研究，發表於 2021 年於印度舉辦的「Humanizing Work and Work Environment」（HWWE 2021，人性化的工作與工作環境）研討會，這個會議因為疫情而改為線上舉辦，論文集「Ergonomics for Improved Productivity」由Springer Nature 出版。 ＃搞笑諾貝爾工程設計獎 ＃野原廣志 -- Hosting provided by SoundOn

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  6. ٢٣ أكتوبر

    EP.284（搞笑諾貝爾獎化學獎）減肥不用節食？這群科學家竟想讓你「吃不沾鍋」！

    EP.284（搞笑諾貝爾獎化學獎）減肥不用節食？這群科學家竟想讓你「吃不沾鍋」！ 2025年的搞笑諾貝爾化學獎，頒給了美國的研究團隊Rotem Naftalovich、Daniel Naftalovich（兄弟檔），以及 Frank L. Greenway。 得獎的理由是「提出以鐵氟龍作為『零卡食物』，達到減肥的效果」。 不過他們並未出席領獎，可能是這個好點子雖然拿到了美國專利，但是沒有通過 FDA 這一關，所以不能把鐵氟龍當食物。 把聚四氟乙烯（PTFE），俗稱鐵氟龍）粉末混進食物裡，它「有份量、有重量、無熱量」，吃下去把胃撐開，有了飽足感，大腦就會送出「飽了！」的訊號，讓你停止進食。 由於鐵氟龍沒有熱量，所以可說是減肥聖品！ 但是鐵氟龍欸，那不是拿來做不沾鍋塗層的東西嗎？ 大家不是說不沾鍋有毒？ 其實不沾鍋的食安問題主要有兩個，第一個來自製程：過去製造鐵氟龍時經常會用到「全氟辛酸」（PFOA）、「全氟辛磺酸」（PFOS）這些有毒物質，可能會殘留在鐵氟龍中，日後會慢慢釋出而被吃進肚子裡。 第二個則是高溫：當不沾鍋溫度超過 300°C，可能會分解釋出有毒氣體如「四氟乙烯」。 關於第一個，PFOA 與 PFOS 目前已經被嚴格管制，選購時請找標明不含有這些成分的產品；但跟這兩者同屬的「PFAS」家族，也被認為都有疑慮，不過這類化學物質高達上萬種，環境裡已經到處都是…至於高溫的部分，只要避免鍋子空燒，一般來說烹飪時溫度都在 250°C 以下，不會有問題。 「鐵氟龍不沾鍋到底安不安全」，是個吵不完的問題，以上只是提供一些資訊給大家參考，不是本文的重點，請不要在這裡戰這個。 還是回到這個得獎的研究主題吧！ 人會覺得「飽」主要來自食物的重量和體積，而不是「內容」。 所以如果能用不含卡路里的東西把食物「灌水」，即使沒有攝取到熱量也會飽。 現有已經有一些作法像添加膳食纖維，不過有副作用：會改變食物的味道跟口感所以有人不喜歡，而且會讓c變鬆軟又很大坨（這或許不算缺點）；還有像「黃原膠」（xanthan gum）這種增稠／增量劑，但是加太多的話很容易烙h。 所以鐵氟龍似乎是個好選擇：化學活性超低，幾乎不跟任何東西反應、耐熱（不要超過 300°C 較好）、無味且柔軟，不干擾口感、鐵氟龍容器連工業用強酸都能裝，胃酸這種程度是小 case、摩擦係數低，可以順利通過消化道（不然怎麼做不沾鍋）、用在醫療上的資歷很深（人工血管、導管、牙線等），在「人體相容性」上已經通過無數檢驗。 當然要來當食物的替代品，安全性還是首要考量，在這個研究中作者回顧了大量的文獻，得到的結論是：在基因毒性、生殖安全性、發育毒性、皮膚接觸、免疫毒性、致癌性、神經毒性、胃腸道吸收與生物累積各方面，鐵氟龍都是安全的，拿來當「零卡食物」應該是沒問題，不過為了萬全的考量，建議的標準如下： 1. 使用原生（virgin）PTFE 樹脂粉 2. 不含「分散劑」（反正又是一種化學添加物） 3. 製程中不可使用 PFOA（C8） 4. 顆粒平均粒徑 130±15 微米 關於粒徑的部分，過去的研究指出，人體組織會吸收的顆粒最大是 20 微米，做大一點可更確保不會被吸收，而且這麼大的顆粒排出後容易沉澱分離，可以從環境中回收。 但是也不要大太多，以免影響口感。 研究者建議，把食物和鐵氟龍粉末以 3：1 的體積比混合，應能明顯提高飽足感、降低實際吃進去的熱量。 當然啦，想歸想，最後還是得用嚴謹的臨床試驗來驗證才行，不過後來在 FDA 被卡關，也就無疾而終了。 不過就算可行好了，鐵氟龍這種東西可不便宜！ 如果一餐吃體積 500 mL 的份量，就需要 1/4，也就是 125 mL，鐵氟龍的比重是 2.2，也就是 0.275 kg，以原料而言，工業用等級當然比較便宜，但是大家應該不會想吃這種，醫療級的話每公斤可達一百美元，這樣算下來，光是一餐就要多加 800 元！ 這種減肥餐可能很多人吃不下去吧！ 這個研究，發表於 2016/01/24 的「糖尿病科學與技術期刊」（Journal of Diabetes Science and Technology） ＃搞笑諾貝爾獎化學獎 -- Hosting provided by SoundOn

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  7. ٢١ أكتوبر

    EP.283（搞笑諾貝爾獎和平獎）外語講不順？研究：喝點酒或許有用！

    EP.283（搞笑諾貝爾獎和平獎）外語講不順？研究：喝點酒或許有用！ 2025年的搞笑諾貝爾和平獎，頒給了來自荷蘭、英國與德國的團隊，得獎的研究是「人喝了酒以後，外語能力會提升」。 為什麼是和平獎？ 應該是喝了酒之後，即使是不同國家的人，也能在酒後語言能力突飛猛進，溝通無礙吧（才怪）。 這篇論文的標題是「Dutch Courage? Effects of Acute Alcohol Consumption on Self-Ratings and Observer Ratings of Foreign Language Skills」，劈頭就把這種現象稱為「荷蘭式勇氣」，這其實是一句酸人的話，表示「只不過是藉酒壯膽，不是真正的勇氣」。 英文中有許多「Dutch」開頭的酸言酸語，例如「Dutch Uncle」（荷蘭叔叔）指的是不管幹嘛都只會嚴厲教訓你的機車長輩；「Dutch comfort」（荷蘭式安慰）指的是「你本來可以更爛的，還好只有這麼爛」的這種看似安慰的補刀行為；「Dutch concert」（荷蘭式演奏會）就是樂團裡每個樂手演奏的曲子都不一樣，亂成一團。我們很熟悉的「Go Dutch」（各付各的），來自「Dutch treat」（荷蘭式招待）：「我請客、錢分攤」。 至於為什麼有這麼多用「荷蘭」酸人的話呢？ 據說因為在大航海時代，英國跟荷蘭爭奪海上霸權，還發生了數次的「英荷戰爭」，以性格機掰聞名於世的英國人，就創出了這些話來靠北荷蘭人很機掰。 言歸正傳，眾所周知，喝酒會影響腦袋的運作（例如今年的「搞笑諾貝爾航空學獎」）。過去的研究顯示，急性飲酒會讓我們的執行高階認知任務（思考、語言、邏輯等）的能力變弱，比如：抑制控制（inhibitory control，指的是「壓抑錯誤反應」的能力）、工作記憶、還有靈活轉換思維模式的能力，這些功能都跟語言有關。 如果酒精會讓大腦的控制力下降，應該會讓講外語更「卡」才對。 可是，在現實生活裡，很多雙語者反而覺得「喝一點酒之後外語比較順」。 本研究就是想要回答到底哪一邊是對的，還有，這個影響是「講者的自我感覺」，還是「聽者覺得如此」？ 受試者是 50 位母語是德語，通過「荷蘭語作為第二語言」（NT2）考試的荷蘭馬斯垂克大學心理系二年級的外籍生，一共 50 位，平均年齡大約 22.6 歲，女生占 70%，都是至少偶爾會喝酒（很會喝也OK，但是滴酒不沾當然不行）。 測試材料是酒精濃度 37.5% 的 Smirnoff Red 伏特加，加上碳酸飲料「Bitter Lemon」調成一杯 250 mL 的調酒，喝下去大約會讓血液酒精濃度達到 0.04%。 對照組則是一杯同樣容量的冰水。 實驗流程如下： 1. 先量呼氣酒精濃度。 2. 喝下實驗飲料（酒或冰水），10 分鐘內喝完。 3. 一邊聽音樂一邊休息 15 分鐘，然後再測一次酒精濃度。 4. 外語任務測試：用荷蘭語講兩分鐘「你支持或反對動物實驗？」。如果提早結束，實驗者會丟一些標準化問題，像「你對動物實驗了解多少？」讓他們繼續講，把時間用完。這個過程全程錄音。 5. 任務結束後，先由參與者自己評估剛剛的表現（流暢度、文法、詞彙量、發音、理解度等，總共有 9 個評分項目，用 0–100 mm 的滑尺量表，這是一把真的尺，有個可以滑動的標記）。 6. 接著，兩位荷蘭語母語者來聽錄音（他們不知道聲音來自哪一組），給一樣的 9 項評分，還要另外給發音、文法、詞彙、論述品質四個成績（1–10 分）。 7. 之後參與者再做一個算術任務（2 分鐘解 13 題，從簡單加法到複雜算式）。做完要給自己一個 1–10 分的「自我評價」成績。正確題數則是「客觀評價」。 8. 最後填 Rosenberg 自尊量表（10 題，總分 0–30），看看喝酒以後自尊自信程度是上升還是下降。 首先是酒測結果：酒精組喝完 15 分鐘後，血液酒精濃度 = 0.32±0.1 g/kg，冰水組為零（廢話）。 這個實驗過程看起來還滿開心的欸…當然抽到喝冰水的可能就沒那麼爽，至少也給杯可樂嘛！ 或是那個 Bitter Lemon 也好啊，這樣才能把「操縱變因」限定在酒精，不然我們可以說這個語言能力的改變可能是來自 Bitter Lemon 啊！ 實驗的控制還要加強喔。 實驗前所有人自評過荷蘭語能力，平均大約是「中上程度」，而且兩組之間沒有差異。 （前面「心理學獎」，每個人都自認是「中上程度」，果然沒錯） 喝完後自評外語能力：酒精組 55.53 ± 12.96，冰水組 53.59 ± 15.69，沒有顯著差異（p = 0.64，要低於 0.05 才算顯著）。 所以喝酒組並沒有讓他們「自我感覺良好」。 荷蘭母語者評估之外語能力：酒精組 61.53 ± 5.69，冰水組 56.65 ± 7.67，差異顯著（p = 0.02）。 這個差異主要來自「發音」，文法、詞彙、論述並沒有差。 在酒精組內，血液酒精濃度和語言表現（無論自評還是他評）沒有顯著相關。 在算術任務方面，兩組不管是自評，還是答對題數，都沒有顯著差異（冰水組成績比酒精組好一點點）。 有個假設是，酒精對主觀外語能力評分的影響，可能可由「飲酒後普遍信心提升」來解釋。 飲用後，自尊值的確有顯著上升，但是跟喝酒或喝水無關，兩組都是上升，所以也沒有「喝酒讓信心爆棚」這回事。 對於這個結果，研究團隊認為，可能是微醺時能讓人放鬆，降低了「語言焦慮」（講外語時緊張、怕講錯的感覺），所以講得比較順暢，發音上更自然。 不過這只是推測，因為這次的實驗並沒有測量語言焦慮，需留待下次研究了。 有趣的是，這跟之前的研究指出的「酒精會降低母語語音流暢性」（大舌頭）的研究剛好相反，似乎酒精對母語與外語的影響是不同的。 不過這種反向影響到也不錯，比如說要跟老美用英文交談時，喝個一杯，對方變鈍了，我們變流利了，那不是就剛剛好嗎？ （用中文交談也一樣，只是反過來）應該就可以聊得很順利了，難怪會得「和平獎」啊！ 這個研究，發表於 2017/10/18 的「精神藥理學期刊」（Journal of Psychopharmacology）。 ＃搞笑諾貝爾獎和平獎 -- Hosting provided by SoundOn

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  8. ١٦ أكتوبر

    EP.282 一塊電路打破常理，拿下 2025 諾貝爾物理獎！

    EP.282 一塊電路打破常理，拿下 2025 諾貝爾物理獎！ 2025 年的諾貝爾物理獎，是一個從 1、2、到（幾乎）無窮大的故事。 得獎者是 John Clarke（加州大學柏克萊分校）、Michel H. Devoret（耶魯大學）以及 John M. Martinis（加州大學聖塔芭芭拉分校）。 得獎的理由是「發現在電路中的巨觀量子穿隧現象以及能量量子化」。 最近「量子」成為社會上的流行語，除了「量子疊加」、「量子糾纏」是大熱門以外，聽過「量子穿隧」這個名詞的人應該也不少：巨觀的物體（比如說一顆棒球）碰到比總能量還高的位能障礙（比如說一堵牆壁）時，絕對無法越過，一定會被反彈回來。但是在量子的世界中，由於粒子具有波的特性，「碰到位能障礙」猶如「穿過不同介質」般，會有「部分透射、部分反射」的現象，那個透射的部分，就是「量子穿隧效應」。 不過包含穿隧在內的量子效應，通常只會發生在「又小又冷」（比原子小、接近絕對零度）的條件下才會出現。關鍵就是： 「你的 h 在哪裡？」（讓量子詐騙現形的咒語） 的那個「h」，也就是「普朗克常數」，它的值小得不得了（10 的 -34 次方），所以在巨觀世界中，幾乎是可以忽略的大小。 1957年，江崎玲於奈實驗觀測到「一」顆電子在半導體中的穿隧效應；1960年，Ivar Giaever證明了這在超導體也能發生。 最有名的故事則是，1962年，還是個研究生的 Brian Josephson 提出，「二」個電子組成的庫柏對，可以在兩個超導體之間夾一層薄薄的絕緣體時（稱為 Josephson junction），成對穿過那一層絕緣體（位能障礙）。 在這篇論文發表的幾乎同時，「超導教主」，也就是「BCS 理論」中的老闆：John Bardeen 也發表了論文，說「電子成對穿隧是不可能的事」。後來兩人在倫敦舉行的「第八屆低溫物理會議」中狹路相逢，當庭辯論，Bardeen還是堅持「想也知道這不可能！」，身為菜鳥的 Josephson 直接嗆回去：「想也知道？你真的有算嗎？我有算喔！」在氣勢上壓倒了早就名滿天下的諾貝爾獎得主 Bardeen。 後來實驗證明真的可以，Bardeen 不但爽快認輸，還推薦 Josephson 給諾貝爾獎委員會，後來 Josephson 與江崎玲於奈、Ivar Giaever一起獲得 1973 年的諾貝爾物理獎，當時 Josephson 才 33 歲。而 Bardeen 自己也在前一年（1972）拿到他的第二個諾貝爾物理獎，成為一段物理史上的佳話。 （上面的「前情提要」在量子熊頻道的「量子超級英雄」系列中有一大堆，需要惡補的快去看） 不過一顆電子也好、一個庫柏對（兩個電子）也好，基本上都符合「小、冷、擠」的原則。 不過今年的諾貝爾物理獎打破了「小」的這個限制，證明了「巨觀量子穿隧效應」。 這個「巨觀」有多大呢？ 是一個一公分見方的電路晶片，的確是日常生活看得到、拿得到的大小。 在 BCS 理論中，兩個本來都是自旋 1/2 費米子、得要滿足包立不相容原理的電子，配對成功變成庫柏對，庫柏對的自旋可以是 0 或 1，成了自旋為整數的玻色子，不再受不相容原理的約束，在極低溫時可以所有的庫柏對都擠在能量最低的狀態，全部用同一種模式運動，此時系統變成了超導態。這個狀態的特殊之處，就是有一個整體共同的「相位」（可以想成波形高高低低變化時，是在波形中的哪個位置）。而庫柏對能穿過 Josephson 接面，就是受到兩邊超導體各別相位（φ₁、φ₂）之相位差（δ = φ₁ - φ₂）所驅動。 然後在 1978 年，英國物理學家 Anthony J. Leggett（2003 年諾貝爾物理獎得主）說「我有一個大膽的想法」：對應於一個單純的粒子而言，空間中的位置 x 是一個「好的物理量」，所以我們寫一個波函數 ψ(x,t) 來描述這個粒子在時空中的行為，只要知道空間中位能的分布 V(x)，就能寫下薛丁格方程式把 ψ(x,t) 解出來了；那麼在Josephson 接面中，既然兩邊超導體的相位差 δ 是描述一個超導系統「好的物理量」，我們當然比照辦理，把這個系統的整體波函數寫成 Ψ(δ,t)，然後找出隨著δ而變的能量 U(δ)（相當於位能，這裡的 δ 類似位置的角色），就可以寫下薛丁格方程式來解這個系統了。 這時的 Ψ(δ,t) 的數學形式，根本就像一個「單粒子波函數與它的薛丁格方程式」，也就是這時候這整個系統的行為，就好像是「包含了系統中所有電子的一個假想的巨人粒子」一樣。他做到了，這個U(δ) 的長相很簡單，就是一個「斜坡上的波浪」或是「洗衣板」：U(δ) 跟 -(cosδ + δ×I/I₀) 成正比，其中的 I 是接面兩頭加的偏壓電流，I₀ 是個特定的電流值。當不外加電流時，這就是一個單純的 cos 函數，在 δ = 0、2π、4π….時是在「位能井」中的低點。加了偏壓電流 I 後，這個波浪就會往一邊傾斜，但是那些位能低點仍能保持是「位能井中局部低點」的狀態，等到 I 超過 I₀，因為太過傾斜，就沒有所謂位能井，而只是「比較斜」或是「比較和緩」的斜坡了。 好啦，當 0 I I₀ 時，假如我們讓這個系統的能量在位能的某個局部低點，這個系統的位能以及「巨人粒子」的「位置」，就幾乎跟我們在量子物理裡面講到的單粒子穿隧效應一樣，只是這裡的「位置」，其實是接面兩邊的波函數相位差δ。 接下來就做「連連看」就行了！單粒子的穿隧效應，是從起初位能井中較低的位置 x，穿過位能比粒子總能量還高的位能障礙的區域（位於 x 與 x’ 之間），跑到隔壁位能井中的低點 x’。對比到我們的 Josephson junction 系統，則是「巨人粒子」在從位能井低點 δ 越過位於 δ 與 δ’ 之間的位能障礙，跑到隔壁低點 δ’ 去。所以「穿隧」不是發生在我們熟悉的「位置 x 的空間」，而是在「相位差 δ 的空間」。 不過不管是哪個空間，穿隧就是穿隧。這件事（δ→δ’）發生時，會在接面上量到一個電壓脈衝，這就是 δ 發生變化的證據。 你可能會覺得「蛤」？我們很容易比「巨觀穿隧效應」想像成發生在我們熟悉的巨觀世界中，類似一顆電子穿過位能障礙一樣，發生了像是「一顆棒球穿過牆壁」的現象，一般媒體也會這樣引導，連諾貝爾委員會的「科普版」的圖也這樣畫。至少想像中也要有一大坨電子在空間衝過一個位能障礙吧？並不是這麼直接了當的事。 超導體中，是一大堆（10²³個之類）分不出誰是誰的庫柏對，大家的波函數相位都一樣。在 Josephson 接面的左邊跟右邊的超導體，一邊的相位是 φ₁ 另一邊是 φ₂，相差了 δ，穿隧發生後，兩邊相位都改變了，相位差變成δ’。我們沒有具體的看到「一大堆庫柏對突破絕緣層的位能障礙，從一邊衝到另外一邊去」這種穿隧，而是所有兩邊的庫柏對同步的改變了它們的相位，也就是量子態。由於所有的庫柏對都是完全一樣無法辨識的（這是量子多體系統裡最重要的一件事！），所以「這些庫柏對跑到那邊去」這樣的說法其實是沒有意義的，但是它們能夠超越那個能量障礙，做出了「協調的改變」，稱之為穿隧也不為過啦！ 講了半天，那這次的諾貝爾物理獎，為什麼要頒給這三位物理學家呢？ 他們量到了「因為相位差改變而發生的電壓脈衝」，沒了。 就這麼簡單喔？ 簡單個鬼，要量到這個難死了。原因是，有其他「不是巨觀穿隧的原因」，更容易產生電壓脈衝，要排除這些，實驗的設計與操作，要精密到接近變態的程度。 首先要將系統降到極低溫（數十 mK 程度），這個工程在 1980 年代當然不小，不過你只要口袋夠深，能養得起昂貴又嬌貴的「稀釋冷凍機」就做得到。溫度沒降到這麼低系統可能因為熱運動得到能量而越過位能障礙，不過這是因為你的能量變高所以「越過去」而不是「穿隧過去」，這時量到的電壓訊號就是假的，不是巨觀穿隧。 另外一個是電磁輻射，它們可能被系統吸收而能量變高，越過了障礙，這也是假的，所以得要把所有的電磁輻射屏蔽掉。他們開發了「銅粉微波濾波鏈」（copper-powder microwave filter chain）這個秘密武器：在連接樣品的導線上串接一連串濾波器（針對不同的頻率波段），每個濾波器都填滿極細的銅粉，外層再包覆銅的外殼。當微波沿導線進入時，電磁波在銅粉的狹小縫隙中被無限次散射與吸收，最後只剩下極低頻與直流訊號能通過。這個濾波裝置能對 0.1 到 12 GHz 的頻率範圍內的電磁波造成超過 200 分貝（dB）的衰減。你可能覺得 200 dB 聽起來沒什麼了不起，但是 dB 這東西是指數函數，200 dB 代表把外界電磁雜訊能量砍到原本的「一億兆分之一」（10⁻²⁰）！夠變態了吧。 這麼一來，導線上的訊號就可以說是幾乎「純淨無雜訊」了。 不過被濾波器裡面的銅粉吸收掉的電磁波能量跑到哪裡去了呢？答案是熱能。這不就糟糕了嗎！不只溫度會上升，還會因此產生黑

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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

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