登楞!人類首見太陽稀有核反應的直接證據

（原文同步刊登於泛科學）

就在2020年11月25日，知名期刊《自然》（Nature）刊登了一篇別具意義的論文：義大利格蘭薩索國立實驗室（Laboratori Nazionali del Gran Sasso）的研究團隊Borexino Collaboration首度偵測到，來自太陽核融合過程中碳氮氧循環（carbon–nitrogen–oxygen cycle，CNO cycle）的微中子。

碳氮氧循環是在1930年代末期，由德國物理學家魏茨澤克（Carl von Weizsäcker，1912–2007）和德國、美國雙重國籍的猶太裔物理學家貝特（Hans Bethe，1906–2005）分別提出的概念。恆星在誕生初期，主要成分為氫，藉著兩種不同類型的核反應，將氫融合成氦並產生能量――碳氮氧循環即為其中之一。

恆星在進行核融合反應的時候，會產生無以計數的電中性微小粒子――稱為微中子（neutrino）；雖然人們於1968年就已測得太陽釋放出的微中子，但直到五十多年後的現在，來自碳氮氧循環的微中子才終於有了觀測證據――這不但是微中子實驗的重大突破，也帶來深遠的影響。

格蘭薩索國立實驗室地表部分的俯瞰照。（圖片來源）

再見了！阿雷西博天文台～

 （原文刊載於泛科學）

2020 年 11 月 19 日，美國國家科學基金會（National Science Foundation, NSF）宣布，史上最知名的望遠鏡之一——位於波多黎各（Puerto Rico）的阿雷西博天文台（Arecibo Observatory）即將永久關閉，震驚學界。

阿雷西博天文台乃隸屬於美國國家天文學和電離層中心（National Astronomy and Ionosphere Center, NAIC）的無線電望遠鏡，其最顯著的特徵包括直徑 305 公尺的球面反射器盤（spherical reflector dish），以及懸吊在盤面上方 137 公尺、重約 900 噸、由三座鋼筋混凝土高塔連結 18 條鋼纜所撐起的儀器平台。

俯瞰阿雷西博天文台。圖／Wikipedia

從 1963 年建成以來，阿雷西博天文台一直保持著世界最大單孔徑望遠鏡的紀錄，直到 2016 年為止。它是波多黎各主要的科學教育中心，也培育出許多天文學家和工程師，甚至出現在流行文化裡，如電影《接觸未來》（Contact）和 007 電影《黃金眼》（GoldenEye）。

007 電影《黃金眼》中出現阿雷西博天文台的片段

然而，就在 2020 年 8 月和 11 月，阿雷西博天文台的兩條鋼纜先後斷裂；考量到維修的困難與高風險，這座產出許多科學研究的標誌性天文望遠鏡，面臨被拆解的命運……

這世界上有鬼嗎？用粒子物理學分析超自然力量

（原文刊登於科學月刊2020年8月號，此處僅包含開頭部份內容）

「你相信有鬼嗎？」若被問到這個問題，每個人可能各有不同的答案。不可否認，在日常生活與社會文化中，鬼的概念無所不在；儘管只有少部分人宣稱看過鬼，我們對鬼的樣貌或者能力，卻能說出個模糊的印象。深究起來，流行文本內對鬼的描述，很大程度影響了我們對鬼的認知——或者正好相反，成了雞生蛋還是蛋生雞的疑難。

在不同電影裡，「鬼」的形象和其擁有的超自然力量，細節往往不盡相同。例如，在經典喜劇鬼片《魔鬼剋星》（Ghostbusters）中，鬼由半透明的物質組成，能夠被主角群的質子槍束縛，還會噴出黏液；《鬼馬小精靈》（Casper）的鬼不但會飛、能改變形狀，半透明卻不會留下黏液；《七夜怪談》（Ring）的貞子看起來像人，還能爬出電視機！

關於鬼實際存在與否，目前還不是科學能夠完全處理的問題，但我們仍然可以從既有的物理知識出發，思考坊間對鬼的描述是否合理。為此，讓我們來複習一下現代對物質組成的基本理解。

捉摸不定卻又無處不在的粒子──微中子（二）

（原文刊登於泛科學）

1930年，物理學家包立為了解決貝他衰變裡能量不守恆的問題，假想一種觀測不到的新粒子；這個想法引起了理論物理學家費米的興趣……

費米的理論：可以憑空創造或消滅的微中子

費米採納當時一些人的猜測，假設原子核由質子和（不久前才剛發現的）中子組成；至於貝他衰變裡的電子、和包立假想的微中子，原本並不存在於原子核內，而是在中子轉換成質子的過程中連帶產生；換言之，貝他衰變牽涉到如下反應：

中子 → 質子＋電子＋（反）微中子[1]

費米參照帶電粒子能夠放出光子的現象，讓理論描述的粒子可以憑空創造或消滅！這在當時是很突破性的概念，也難怪《自然》的編輯認為論文充滿臆測而駁回投稿。

貝他衰變原先被認為僅放出電子（圖左上），後來在費米的理論裡，描述為中子衰變為質子，再加上電子和反微中子（圖右下）。（圖片來源）

捉摸不定卻又無處不在的粒子──微中子（一）

（原文刊登於泛科學）

1930 年 12 月，一群物理學家聚集在德國的圖賓根（Tübingen），討論學界的最新發展；於瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zürich）工作的物理學家包立[1]因為無法抽身，委託同事帶了封信給會議裡的核子物理學家──這是核子物理發展史上最重要的信件之一，啟發了後續無數研究、促成好幾位諾貝爾獎得主。

甚至直到今天，科學家都尚未完全搞懂包立信中描述的粒子；最近的研究更顯示，它或許可以幫助我們深刻理解宇宙的演化與組成。 

量子力學的先驅：沃夫岡‧包立（圖片來源）

銀河系至少存在36個智慧文明，真的嗎？

（原文刊登於泛科學）

不久前（2020 年 6 月），國內外各大媒體紛紛報導，英國諾丁漢大學（University of Nottingham）的科學家研究發現，銀河系至少應有 36 個智慧文明，吸引了許多人的眼球。無獨有偶，在 2018 年便有報導指出，英國牛津大學人類未來研究所（Future of Humanity Institute）的學者公布，人類是銀河系中唯一高等智慧物種的可能性高達 53% 至 99.6%。明明是類似的問題，相隔兩年的研究卻得出完全不同的結論，讓人看得一頭霧水。

滿天的星星裡還有其他文明存在嗎？這是個人類討論了很久的議題。圖/ by FelixMittermeier@Pixabay

究竟，這些關於外星文明的數量估計，是怎麼做出來的？又是否可信？我們短期內有多大機率證實外星生命的存在？寶傑你怎麼看？

錯過日環食？那來認識另類日食「凌日」吧！

（原文刊登於泛科學）

日環食你看了嗎？如果錯過這次2020年6月21日的天文奇觀，下次要在台灣本島看到日環食，可得等到2215年了（希望到時獵人已經完結）。真的錯過也沒關係，除了去其他國家看之外，也可以用特別的方式來「看日食」喔！？

先說說，什麼是日食？

日食指的是月球運行至太陽和地球之間，遮住太陽光線的現象；如果月球剛好離地球較近，在部分地區就能看到月球將太陽完全遮住，稱為日全食；要是月球離地球較遠，以致看起來比較小，沒辦法將太陽全部掩蓋，看到的就是日環食。

圖中A（本影區）可看到日全食；B（偽本影區）可見日環食；C（半影區）能看到日偏食。（圖片來源）

而關於日食現象，經典漫畫《哆啦A夢》裡也曾出現過探討。在〈迷你實物大百科〉故事中，主角大雄的爸爸向其解釋日食的原理之後，大雄追問一句：「月球比太陽小很多吧？」然後畫下僅在中心處被月球遮住的太陽圖像。

（圖片來源：哆啦A夢大合輯第10集）

從物理的角度來看，大雄完全抓到問題的核心：日全食、日環食、還是（像大雄畫的）太陽僅被遮掩一小塊區域，在本質上並沒有太大不同，只取決於地球和太陽之間的天體大小，和其距離地球的遠近。

瑪麗．史托普斯──風格強烈的社會工作者

（原文刊登於泛科學）

二十世紀初期，針對女性的性教育書籍《婚後之愛》（Married Love）出版，史無前例地討論起性愛和前戲、生理週期和性慾的關係、以及女性該享有的性權力；這對當時保守的英國社會無疑是顆震撼彈，衛道人士莫不為其咬牙切齒。儘管批評聲浪不斷，該書銷售仍一路長紅、供不應求，並翻譯成十多國語言。除了性愉悅議題，書中更將婚姻視為雙方對等的關係，並就女性的社會權力多所論述，可謂相當進步。

《婚後之愛》第一版書封。
source：Wikipedia

即使美國曾一度視之為淫書，加以查禁，美國學術圈在1935年仍將其評為半世紀內最具影響力的25本書之一，與愛因斯坦《相對論》、佛洛伊德《夢的解析》、希特勒《我的奮鬥》並列。光是如此，便足以讓作者名留青史；殊不知，下一本教導避孕的書《聰明親職》（Wise Parenthood）更是惹惱了一大票宗教人士；而其所推廣的生育計畫工作則嘉惠無數人，到了現代仍持續進行著。

雖然在社會工作上有著如此驚人的成就，她原來卻是年輕有為的古植物學家，以及煤炭的世界權威。因為不幸的婚姻，使她走上了與學術生涯完全不同的道路。她的感情生活曲折離奇、她的優生學觀點充滿爭議──這就是瑪麗．夏洛特．卡麥可．史托普斯（Marie Charlotte Carmichael Stopes）。

瑪麗．卡麥可．史托普斯1904年於研究室。（圖片來源：維基百科）

莉澤．邁特納──散發人性光輝的核子物理學家

（原文刊登於泛科學）

二十世紀初期，原子核物理獲得飛躍性進展，從確立原子結構、發現同位素、 到核分裂的研究等等，再再改變人類對世界的理解。雖然接受高等教育的女性當時極為罕見，她們的身影依然在近代物理史留下不可抹滅的痕跡；其中，有個名字常跟瑪麗．斯克沃多夫斯卡．居禮[1]相提並論。

原本無法就讀大學而打算當法語老師的她，幾經掙扎，獲得物理大師波茲曼[2]和普朗克[3]指導，逐漸成為獨當一面的科學家，卻連續多年沒有工作和薪水，連出入研究室都因性別身分備受限制；當事業如日中天，又因猶太人血統必須捨棄一切。她在陌生國度做出畢生最大貢獻，卻因緣際會與諾貝爾獎失之交臂；同時，她好相處、與人為善、愛好和平，也是第二次世界大戰期間唯一拒絕參與原子彈研發的核物理專家──這就是核子物理學先驅莉澤．邁特納（Lise Meitner）。

莉澤．邁特納（圖片來源）

瑪格麗特．米德──拓展社會認知的人類學家

（原文刊登於泛科學）

1928 年，史上第一本由人類學家撰寫，針對社會大眾的人類學書籍《薩摩亞人的成年》（Coming of Age in Samoa）出版，不但語句優美，也沒有艱澀難懂的學術用語，獲得廣大成功；書中描述的薩摩亞社會，性別觀比歐美國家自由、對待身體的態度也更健康。這本書歷久不衰，被翻譯成多國語言，並成為人類學最暢銷的書籍之一。甚至五十幾年後，《薩摩亞人的成年》又再度引起學術界軒然大波。

不僅如此，同一位作者於 1935 年出版的《三個原始部落的性別與氣質》（Sex and Temperament in Three Primitive Societies），更成為性別研究領域的經典。藉由不斷詢問一個問題：「不同文化如何賦予男人和女人不同的角色？」她發現，男性和女性展演的性別角色往往奠基於文化和社會習俗，而非根據天性或生物學上的理由。她明言：

「男人和女人都是擁有著不同天賦的人類，而這些天賦並無法被任一性別所獨占。」

她寫了許多書、發表數不清的文章，講過無數場演講；她反對過度干預原住民生活，或將原住民當作珍禽異獸；她不希望人類學家只會跑統計數字，而忽略原住民是我們的夥伴。她結過三次婚，也離過三次婚，不冠夫姓；對於感情，她抱持開放的態度：「我從不希望屬於另一個人，也不曾希望某人只屬於我。」

她讓人類學進入社會大眾的眼界，也改變了性別的刻板想像，被視為女性主義的先驅。她是女人，做著非傳統的事情、宣揚非傳統的概念，在傳統被男性把持的領域獲得認可和名聲──這些都讓她成為媒體寵兒。她擁抱自己的女性身份，在學術界開疆拓土，同時也是母親。

這就是瑪格麗特．米德（Margaret Mead），備受歡迎的人類學家。

瑪格麗特．米德在研究現場。圖／hilobrow

埃米．諾特──蹣跚而行的仁厚數學家

（原文刊登於泛科學）

二十世紀初期，科學界產生劇烈變化。女性的高等教育逐漸開放，科學研究增添許多生力軍；許多領域如數學和物理，也因此受惠，得到不少進展。

在那女性運動尚屬萌芽階段的年代，有位才華洋溢的女性，不願屈就於社會期望，爭取旁聽的機會，突破法令對女性接受高等教育的限制。當政府以性別為由反駁她的大學授課申請後，她用男性數學家的助理名義教課。因為不被科學院接受，她無法自己發表論文，只得透過朋友幫忙發表。儘管她在數學領域貢獻卓著，卻因為猶太人身份，不得不離開德國；德國數學家使用她的數學理論，卻不能提及她的名字，好像她從未存在過。

在逆境下，她堅韌、充滿生命力；在日常生活中，她邋遢、不修邊幅，完全不介意外表，以及任何的女性形象。她愛吃、充滿熱情與愛心、無私又友善。有人形容她「像（剛出爐的）麵包……從她身上散發出寬厚、舒適、生氣勃勃的溫暖。」她不追求自身名利，過著非常簡樸的生活，卻又笑口常開。

她就是埃米．諾特，抽象代數的奠基者；紐約時報則稱「她的定理建立了近代物理學的骨幹。」

埃米．諾特（圖片來源）

弗里曼‧戴森──自由隨性的異類科學家

原文發表於泛科學 

2020 年 2 月 28 日，弗里曼‧約翰‧戴森（Freeman John Dyson）去世，享耆壽 96 歲，國際各大媒體紛紛撰文哀悼。

他是只有學士學位的普林斯頓高等研究院榮譽教授，一生獲獎無數；其最知名的科學成就是促成量子電動力學的完備。除此之外，戴森還涉足諸多不同領域，包括數論、生命科學、固態物理、天文物理等等；不少家喻戶曉的學者，例如科學頑童費曼[1]和氫彈之父泰勒[2]，都曾與其並肩。

他撰寫科普書表達對人類未來、乃至移民宇宙的看法，對流行文化影響深遠，許多科幻作品都曾借用他的構想。戴森是原子科學家公報 （Bulletin of the Atomic Scientists）的理事會成員，協同管理末日時鐘[3]（Doomsday Clock），而今年一月的調整，是有史以來最接近世界末日的一次──僅差距 100 秒。

戴森曾研發核彈，卻又提倡禁止核子試爆；他親眼見證科學如何讓人類擁有摧毀自己的能力，但也相信科學具有讓人類免於滅亡的潛力。豐富的生命經驗、對社會議題的關注，與天馬行空的想像力，都讓他不再只是單純的科學家，而是現代公共知識份子的象徵。

戴森於 2005 年所攝相片（圖片來源）

重力理論的演進與環繞黑洞的恆星

（原文刊載於泛科學）

十七世紀末，牛頓提出的萬有引力理論象徵現代天體力學的開始；人們利用物理原理來描述天體運行，並藉由天文觀測逐步修正理論或計算方法的缺失。以天王星的發現為契機，科學家開啟了一連串對行星軌道的研究；這些事件不但成為天體力學發展史的重要標誌，最終竟促成重力理論的演進，甚至延續到現今，反應在我們對黑洞的觀察上。 這一切，都要從 1781 年，英國天文學家赫雪爾（William Herschel，1738-1822）在自家庭院，從望遠鏡中看到一顆彗星說起…… 

當你凝視深淵：人類首度直擊黑洞真面目！

（原文刊載於泛科學，部分文字由S編、y編微調編修。）

「當你凝視深淵，深淵也凝視著你。」當我們想像「看著」黑洞的時候，可能是這樣的感覺...嗎？現在，你有可能可以稍微體驗一下凝視黑洞是怎樣的感覺了！

本次觀測到的M87黑洞影像。source：中研院天文所提供 Photo credit: EHT Collaboration

今晚（2019年4月10日），中央研究院廖俊智院長，偕同天文及天文物理研究所的科學家淺田圭一和中村雅德，與布魯塞爾、聖地牙哥、上海、東京和華盛頓特區等五地同步舉行記者會，發布令人興奮的消息：由事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，EHT）提供的黑洞觀測照片。

埃米莉．沙特萊──奔放不羈的科學傳播者

原文同步刊載於泛科學

十八世紀，歐洲正值啟蒙運動（Enlightenment），崇尚理性，強調勇於求知、挑戰權威；當時的思想家普遍認為，理性的發展可以為人類帶來福祉、改善社會與生活──這樣的信念其來有自：從哥白尼創立日心說、1543年出版《天體運行論》開始，到1632年伽利略的《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》為哥白尼辯護，再到牛頓於1687年發表《自然哲學的數學原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica，簡稱Principia），闡述三大運動定律和萬有引力定律，人類對世界的理解，產生翻天覆地的變化；同時，不只物理學，包括數學、化學、生物學等等，都出現突破性進展。史稱科學革命的這段時期，大大加深了人們對理性求取知識的信心。 

然而，每當有新的科學理論出現，社會不見得能馬上接受，或要經歷觀點的衝突與思想的轉化；隨著證據越來越多，最後才獲得大多數人認同。牛頓在發表他的理論之初，同樣面臨其他學說的競爭；其之所以能夠廣為人知、最終成為學界主流，某位女性居功厥偉──她參與了十八世紀學派間的論戰，也是史上第一位深刻理解牛頓學說的女性；她將牛頓以拉丁文寫成、內容艱澀的《自然哲學的數學原理》翻譯成法文，並鉅細靡遺地加上自己的解說和註釋。法國當時是歐洲最強盛的國家，《自然哲學的數學原理》法文版的出現，對牛頓思想的普及帶來很大幫助，也間接促進其地位的確立。奈何她的婚外情人名聲太過響亮，使其推廣科學的成就往往被後人忽略。她，就是埃米莉．沙特萊（Émilie du Châtelet）。

埃米莉．沙特萊畫像（圖片來源）