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

增刊號！搞笑諾貝爾獎特集第二彈！ 2024年搞笑諾貝爾解剖學獎頒發給法國與智利的科學家，主題是「北半球的人南半球的人頭頂上的髮旋的方向一不一樣？是順時針還是逆時針？」 世界上有93.8% 的人髮旋是順時針方向，只有 6.2%是逆時針。這個研究觀察了來自北半球的巴黎、以及南半球的智利的各50位小朋友，以及出生於巴黎的37對雙胞胎頭上的髮旋。結果顯示，絕大多數雙胞胎的髮旋方向一致，可見基因的影響很重要。但是比較南北半球小孩的髮旋方向，南半球小孩逆時針的比北半球小孩高七倍，表示環境影響也不容忽視。 那這個環境因素到底是什麼呢，研究者說有可能是來自地球上的柯氏力。所以這其實也可以算得上是個物理獎！物理真是無所不在啊！ 2024搞笑諾貝爾獎得主名單（2024/09/13）：https://improbable.com/ig/winners/#ig2024 Journal of Stomatology, Oral and Maxillofacial Surgery論文（2024/04）：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468785523002859 #搞笑諾貝爾獎 #IgNobel #解剖學 #戰南北 -- Hosting provided by SoundOn

EP.185 「GammaRay」揮棒落空！產生地球質量十倍的重金屬！ 人類的身體由星塵構成！🌟 創造人類所需的元素，竟然來自於恆星的死亡。 過去在中子星相撞的事件中，產生了地球質量10倍的黃金跟白金。 但是中子星相撞的事件跟日本的壓縮機一樣，十分稀少。 最近發現產生「史上最強 Gamma 射線風暴」的超級新星爆炸和坍縮星， 能解釋重元素的來源嗎？讓我們繼續看下去💫🔭 Science 新聞（2024/04/12）：https://www.science.org/content/article/brightest-gamma-ray-burst-all-time-emerged-collapsing-star Nature Astronomy 論文（2024/04/12）：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02237-4 Nature Communication論文（2023/11/14）：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42551-5 #宇宙探索 #科學揭秘 #NatureAstronomy2024 -- Hosting provided by SoundOn

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

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

EP.294 量子不是在實驗室，而是在你去過的醫院！（量子熊＃93） 量子足跡何處尋？ 醫院裡就有！ 現代醫療的診療利器，磁振造影就是不折不扣的量子產物。 它背後的原理是什麼？ 它可以做什麼？ 誰發現了這個神奇的技術？ 這一集的熱血科學家的閒話加長告訴您！ ＃量子 ＃量子熊 ＃醫療 ＃磁振造影 -- Hosting provided by SoundOn

EP.293 免疫系統其實有煞車？這次真的拿諾貝爾奬了！ 2025 年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了「工作細胞」…並不是，是頒給了美國系統生物學研究所（Institute for Systems Biology）的 Mary E. Brunkow 與 Sonoma Biotherapeutics 共同創辦人 Fred Ramsdell，以及日本大阪大學的阪口志文這三位免疫學家，表彰他們「發現了周邊免疫耐受性的機制」，也就是人體的免疫系統如何避免攻擊自身的細胞。 他們的研究確立了一種關鍵的免疫細胞——調節型 T 細胞（regulatory T cell, Treg），以及主要的基因 FOXP3。有看「工作細胞」的讀者與觀眾都知道，免疫系統不只有「殺手 T 細胞」這種戰鬥機器、指揮官「輔助 T 細胞」，還有控制整個 T 細胞大軍避免暴走誤傷友軍的「調節 T 細胞」。這次得獎的主題，就是作品中「姐控」屬性滿點的「調節 T 細胞」，在獎項公布時，這個角色的聲優早見沙織還在社群媒體上發文祝賀阪口志文：「我在電視劇《工作細胞》中飾演了調節性T細胞的角色。我想藉此機會進一步了解調節性T細胞！」，底下有人回：「每年看到諾貝爾獎新聞：『啊，這種東西對素人好難喔…』，今年：『這我知道，就是早見沙織小姐配音的那個』」… 抱歉阿宅話題講太多了…以下開始寫給不是免疫學專家也不是阿宅的讀者。 免疫系統是人體的防衛機制，其中的 T 細胞軍團可以說是主力部隊，它們靠著「T 細胞受體」來辨識抗原，這些受體就像鑰匙孔，一「看到」可以插入這個鑰匙孔的鑰匙（可以與受體結合的抗原）時，就會發動免疫反應。不同的免疫細胞「看到」的方式不同：細胞被病原體感染後，會把來自病原體的外來蛋白質片段（鑰匙）掛在細胞表面，也就是發出「媽呀我被這東西感染了」，帶有對應的「鑰匙孔」的殺手 T 細胞（特徵是表面帶有「CD8」蛋白，可視為「工作識別證」）一偵測到這個鑰匙，就會直接發動攻擊打爆這個被感染的細胞，避免感染擴大；如果是巨噬細胞的話，不是靠「抗原—受體」這（鑰匙—鑰匙孔）這種精密匹配的機制，而是「這傢伙看起來就是外來的（具有人體細胞所沒有的特徵），先吃了再說」，吞掉以後將病原體分解，並且把抗原掛在自己的表面上「遊街示眾」，輔助型 T 細胞（帶有「CD4」）透過「鑰匙—鑰匙孔」機制確認「犯人」之後，就會指揮免疫系統，號召各種免疫細胞發動協同攻擊。 不過由於 T 細胞的受體是透過基因重組隨機產生的，要是那個受體剛好跟正常細胞的表面抗原可以匹配，不就會對自體細胞發動攻擊了嗎？是的，這就是「自體免疫疾病」如紅斑性狼瘡、類風濕關節炎的原因。 如果沒有避免這種事發生的機制，那人類應該已經滅絕了。既然人類還存在，表示一定有「免疫耐受」的機制。後來發現 T 細胞成熟之前，會先在胸腺「受訓」，會攻擊自體細胞的 T 細胞，會在這個階段被視為「叛軍」淘汰掉，這就是「中樞免疫耐受」，也有拿過諾貝爾獎。（這個「工作細胞」都有演，還沒看的快去看。還有，以上是極簡化版，歡迎專家吐槽補充） 不過即使是經過胸腺的「特訓」，人體這種複雜東西不太可能做到百分之百精確，還是會有漏網之魚，因此除了「中樞免疫耐受」之外，必定還有「周邊免疫耐受」存在。 在這道外圍防線被找到之前，免疫學界曾經歷一段漫長而尷尬的「黑歷史」。1970 年代，有學者提出「抑制型 T 細胞」（suppressor T cell）假說，認為免疫系統中存在一群負責關閉免疫反應的細胞。這個概念聽起來非常合理，所以在當時成為顯學，短短幾年間，全世界各實驗室競相發表了一大堆相關論文。然而由於當時的技術與儀器不夠精確，許多研究只能用比較間接的方式來推論，簡直就是「看一個影、生一個囝」（台語）。甚至有研究者在證據相當薄弱的狀況下，宣稱找到了「抑制型 T 細胞」主要的「I-J基因」。 隨著時間過去，實驗技術越來越進步，1983 年時，科學家尷尬的發現：那個「I-J 基因」根本不存在。這個結果等於判了「抑制型 T 細胞理論」的死刑，在免疫學界引發了大地震，研究計畫被撤回、論文被撤銷，從此「suppressor T cell」成為免疫學界的「髒話」與「黑歷史」，沒有一個科學家感再提這個。 然而，雖然因為學界操之過急讓整個領域黑掉，但是阪口志文並沒有因此放棄這個其實相當具有說服力的假說，人體的各項機制雖然無法做到百分之百，但是會有第二、第三道機制來降低風險，具有抑制功能的免疫細胞應該還是存在，不然有自體免疫疾病的人應該會更多才對。 他在實驗中發現，如果在小鼠出生三天後切除胸腺，由於喪失了「中樞免疫耐受」機制，「叛軍 T 細胞」在體內肆虐的結果，導致小鼠罹患多種自體免疫疾病。但是如果把健康小鼠中特定的 T 細胞，注射到無胸腺小鼠體內，就可以阻止自體免疫的發生。由此他推論，動物體內確實存在能抑制 T 細胞暴走的 T 細胞。他在1995 年發表的論文中指出，帶有「CD4」（←免疫司令官「輔助型 T 細胞」的識別證）與「CD25」標誌的 T 細胞能抑制免疫反應。當這些細胞被移除時，小鼠會出現多種自體免疫病；若再補回這群細胞，疾病就被抑制。雖然的確是具有抑制功能的 T 細胞，不過為了避免「suppressor T cell」這個「不能說的名字」，阪口將它們命名為「調節型 T 細胞」（regulatory T cell, Treg）。在阪口透過嚴謹的實驗方法反覆驗證後，能抑制免疫反應暴走的 T 細胞理論，終於重見光明。 差不多在同一時期，美國華盛頓州的 Brunkow 與 Ramsdell 也在研究一種「scurfy 鼠」。這是在 1940 年代，美國田納西州 Oak Ridge 實驗室在研究輻射對小鼠的影響時（這是曼哈頓計畫的一部份），所發現的一種 X 染色體突變的品系，由於免疫系統失控，導致產生多種疾病：皮膚乾裂、脾臟腫大、淋巴腺肥大，幾週內死亡。要在長達 1.7 億個 DNA 碼的 X 染色體中找到突變點，簡直像是大海撈針。歷經一番奮鬥，他們於在 2001 年確定突變發生在一個新的基因上，他們將之命名為 Foxp3。只要在突變小鼠中重新導入正常的 Foxp3 基因，疾病就會完全消失。 人類也有一種罕見的 X 連鎖疾病「IPEX 症候群」，患者多為出生後不久的男孩，會出現多種自體免疫疾病。由於特徵實在太像，Brunkow 與 Ramsdell 懷疑這可能是「scurfy 鼠」的人類版。經基因分析後，他們發現這些病童果然也有 FOXP3 的基因突變。 2003 年，阪口團隊進一步證實，Foxp3 只會表達在同時具有「CD4」與「CD25」的細胞中，至此「調節型 T 細胞」完全「驗明正身」：就是會同時表現「CD4」、「CD25」與「Foxp3」的 T 細胞。如果用反轉錄病毒將將 FOXP3 導入輔助 T 細胞，這些細胞會轉化成 Treg 細胞。（如果用「工作細胞」的角色來看，就是把戴著眼鏡、文質彬彬的免疫司令官變成梳著高高髮髻，穿著套裝的冷豔美女秘書）。 結論至此塵埃落定：單一細胞類型（Treg）由單一基因（Foxp3）控制，這套機制發生缺失的話，就會造成「免疫暴走」，引發自體免疫的災難。 弄清楚 Treg 的真面目與機制之後，當然對於與免疫相關的疾病以及治療方法的研發大有幫助，目前有超過 200 種以 Treg 細胞為主角的臨床實驗正在進行中，應用於自體免疫疾病的治療、器官移植引起排斥反應的免疫調控、以及癌症的標靶療法。 ＃諾貝爾生理醫學獎 ＃T細胞 ＃工作細胞 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.012 古希臘黑科技？傳說中的死光砲真相曝光！ 🔥 阿基米德的「死光砲」真的能燒毀敵艦嗎？ 相傳這位天才利用士兵盾牌反射陽光，聚焦熱能點燃羅馬戰艦。 雖然 MIT 實驗用了上百面鏡子，證實了的確可能；但現實中敵艦會移動，士兵也難以長時間「完美追焦」。 儘管用於實戰恐怕不切實際，這項「聚光原理」如今已成功應用於沙漠中的太陽能發電！☀️ ＃科學冷知識 ＃阿基米德 ＃物理 -- Hosting provided by SoundOn

EP.292 我們得獎了！量子熊拿下物理教育年會大獎！（量子熊＃92） 哇！得獎了！ 自從國中畢業典禮之後，久違地又得獎了。 量子熊這次得到物理教育年會的肯定，得到團體的教育推廣獎，真是太榮幸了。 想聽聽成員們的得獎感言嗎？ 請不要錯過這集喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃得獎 ＃得獎感言 ＃物理教育年會 -- Hosting provided by SoundOn

EP.291 能用「分子」蓋房子的科學，拿下 2025 諾貝爾化學獎！ 2025 年的諾貝爾化學獎頒給了日本京都大學的北川進（Susumu Kitagawa）、澳洲墨爾本大學的理查・羅布森（Richard Robson）與美國加州大學柏克萊分校的奧瑪・亞吉（Omar M. Yaghi）三位科學家，理由是他們開創出一類全新的「分子建材」，名為「金屬有機框架」（Metal–Organic Frameworks，簡稱 MOF）。 ＃諾貝爾化學獎 ＃分子建材 ＃金屬有機框架 ＃MOF -- Hosting provided by SoundOn

EP.290 物理學家不只拚實驗，還要拚語文造詣？（量子熊＃91） 物理學家不只要懂物理，還要比試希臘文？ 當年發現介子的美國物理學家為新粒子取的名字，為何被一改再改？ 今天我們要聊的就是這個八卦，請絕對不要錯過喔！ ＃量子 ＃量子熊 ＃卡爾．大衛．安德森（Carl David Anderson）＃物理 ＃物理學家 -- Hosting provided by SoundOn

EP.289 被諾貝爾獎遺忘的女人：她其實才是 DNA 雙股螺旋的關鍵！ 在科學史上，許多女性研究者的名字被淡化，然而她的軌跡燦爛而深刻 — 羅莎琳．艾西．富蘭克林，雖未獲得諾貝爾獎的榮耀，卻用實驗與影像為後世揭示 DNA 的結構。 出身於英國倫敦猶太裔家庭，她從小聰穎好學，高中就讀為少數對女學生開放科學課程的聖保羅女子學校。 她選擇化學作為志業，並於劍橋大學榮譽畢業。 戰時期間，她對煤炭顯微結構的研究奠定物理化學基礎，取得博士學位。 1947 年，她赴巴黎，習得 X 射線繞射技術，並於此期間實踐廣泛興趣：語言、政治、人權、游泳、登山，她都投入自如。 1951 年回到英國，進入倫敦國王學院從事 DNA 結構研究。 她率先辨識出 A 型與 B 型 DNA 的差異，並指出磷酸骨架應位於分子外側，為雙股螺旋模型留下關鍵線索。 儘管她拍攝出清晰的 X 射線繞射圖，為詹姆斯·沃森與弗朗西斯·克里克所提出的模型提供重要依據，但她的名字卻並未出現在 1962 年諾貝爾生理／醫學獎得主名單中。 當時，她於 38 歲因卵巢癌病逝，英年早逝。 今天，我們在倫敦大學國王學院看到以她命名的研究大樓，在美國也有以她為名的醫學大學校院，成為向她致敬的標誌。 她用堅持與熱情告訴我們：科學探索，不該被性別主流或權威定義。 她的一生，是科學競爭、偏見與卓越交織的縮影。當我們回首這段歷史，她的故事為現代女性科學家奠下榜樣：不僅追求知識，更為平等與尊重開闢道路。 ＃羅莎琳．艾西．富蘭克林 ＃雙股螺旋 ＃DNA ＃科學 -- Hosting provided by SoundOn

【科學不設限】EP.011 超級英雄變大變小真的沒問題嗎？ 超級英雄變大變小真的沒問題嗎？ 當蟻人縮到螞蟻大小，他講話其實只有蝙蝠聽得見？ 巨大化超人力霸王，開口就是地鳴？ 欲知科學詳情，請聽本集分解！ ＃超級英雄 ＃螞蟻 ＃超人力霸王 -- Hosting provided by SoundOn

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

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

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

【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

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

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

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

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，還會因此產生黑體輻射，那「熱」與「電磁雜訊」這兩大殺手不都又回來了？這個問題當然需要處理，每一個濾波器都被固定在高導熱性的冷卻金屬板上，濾波器一吸收到能量轉成熱能，就會被冷卻板帶走，不會留在系統裡。 另外一個要小心的是偏壓電流。偏壓加得高，那個往下傾斜的斜坡可以降低位能障礙，增加穿隧的機率，不過不小心加太大（超過 I₀）的話，位能井就不見了，等於沒有障礙，相位差 δ 本來就可以到處亂跑，當然也就沒有穿隧可言了。 好，把那些「來亂的」假訊號排除後，就要來量「脈衝電壓」這個「巨觀穿隧的指紋」了。由於穿隧效應是量子力學的機率事件，所以每調一個參數，就得重複數千到數萬次的量測，才能得到所需要的數據分布，簡直搞死人… 看到了！排除了所有雜訊，「巨觀量子穿隧效應」的確存在。 他們更進一步，用微波將系統的波函數激發到第一、第二、第三激發態，由於能量較高（但尚未超過能量障礙），可以觀察到穿隧效應的發生機率也變高了。而這些激發態的能量，與 Leggett 的理論（以及後續與他的學生提出的 Caldeira-Leggett 模型）吻合。 這些結果，可以說是將 1980 年代的實驗技術推到極致才得到的。這些人簡直是「穿隧了當年的物理實驗技術之壁」，才有這番成就。當然啦，經過了快 40 年，實驗技術突飛猛進，做起來就不像當年那麼累了。 這個成果，對於現代量子電腦影響甚鉅。許多現在發展中的量子電腦技術，特別是超導量子位元的部分，都是這個現象與技術的延伸。 所以啦，今年的諾貝爾物理獎公布後，大家都是心服口服，不像去年頒給 AI，幾乎可以開一個「靠北諾貝爾物理獎」的專版了。不過去年頒給 AI 的先驅、今年「量子科學技術年」頒給量子科技的先驅，我懷疑諾貝爾委員會其實是在追時事梗… ＃諾貝爾物理獎 -- Hosting provided by SoundOn