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Archive for the ‘科學?魔法?’ Category
13 May

鑽石鑽石亮晶晶

這篇于 2020-05-13 在臉書發表

說說水晶。

那之前先說說鑽石。

你買了嗎?買了?別太興奮,請聽我細細道來。

鑽石的成份是接近百分百的碳原子,跟鉛筆芯,或石墨的原子沒有分別,所不同的是它們的化學結構。上次說過(如果你有讀的話)碳原子處在週期元素表中間,所以靈活性特別高。碳原子本身能有多種不同的結構,平面(或二維,2-Dimension)結構是石墨 ,四面體(立體、或三維,3-Dimension)結構則是鑽石。看圖一。

在石墨中,它平面的結構讓層與層之間沒有化學鍵,所以很容易剝落,而且層層不規矩的疊起來,光就被吸收透不過,看起來就是黑色。這就是為甚麽它被用來製造鉛筆芯的原因。

在鑽石中,它獨特的四面體結構讓鑽石處於超級無敵的穩定狀態,所以它特別堅硬堅固,幾億年不變,所以才有『鑽石恆久遠,一顆永流傳』的說法。

記得小時候學到的三棱鏡能折射出彩虹嗎?這是由於不同波長的光在不同密度的的晶體內會有不同的速度(是的,光會慢下來!但這不違反物理定律。改天有機會再談)。鑽石由於密度非常高,所以折射率也高於其他結晶體。利用三棱鏡效應,把鑽石的四面體平整的以某些角度切割(一般切割面能高達 58 面),就能讓它在光源照射下折射出炫目的光彩,迷惑了多少貴婦的眼球與理智。看圖二。

No photo description available.
圖二 高反射率的鑽石在棱鏡效應下反射出比其他結晶體更絢麗的色彩。
https://www.crystalandglassbeads.com/img/cali/diamond-dispersion.jpg

鑽石的結構是碳原子在高溫高壓下形成的,在地球上這樣高的溫度壓力只有在地底深處得到,所以天然鑽石都是在一億年或更久遠之前在深入地底 160 公里或以下處形成的,然後通過火山爆發活動被帶到地表上。

不同顏色的鑽石是由於在形成過程中參入了雜質,impurity,或因為塑料變形,plastic deformation。比如藍色是參了硼,Boron,原子、橙黃色是氮,Nitrogen,原子、青色是鎳,Nickel,原子、等等。

不過現在科學家通過科技也能製造出這樣一個高溫壓力環境來合成鑽石,所開發出來的鑽石不但跟天然鑽石毫無分別,硬度跟純度都能調節到比天然鑽還高,也能達到較大的體積,用於研究下一代電腦芯片或製作儀器。

現在人工鑽石在市場上已經相當普遍,價格比也天然鑽低上百分之三十。有些商人還推出把骨灰(也是一堆堆的碳)合成鑽石的服務,來讓客戶能紀念身邊逝去的人。

傳統鑽石商這下可著急了,急忙推出所謂的認證書來證明天然鑽石的『血統』,以保住它的市場價格。但這不是強制性的,而且美國政府已經裁定不能區分人工或天然鑽石,因為人工鑽石不是所謂的『合成鑽石』,所有人工鑽石跟天然鑽石一樣,是貨真價實的鑽石。看圖三。

所以你手邊如果有很大一顆鑽石的話,別高興,它的價格或許有一天會變的很賤,乘早賣了吧。

本來是要談水晶的。。。。

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11 May

電磁波的偽科學

這篇于 2020-05-11 在臉書發表

談談電磁波,electromagnetic wave。

腦海中馬上閃出的是手機跟電訊塔之間每次被人投訴接收不良的訊號波。沒有錯,但這只是一部份。

科學家麥克斯韋爾,Maxwell,在 1862年,愛迪生還沒發明電燈泡之前,就已經導出了電跟磁之間的關係,而且還進一步證明了原來光也是電磁波之一,看圖一。

圖表一 電磁波的頻譜
https://imagine.gsfc.nasa.gov/Images/science/EM_spectrum_compare_level1_lg.jpg

目前所知電磁波頻率由 0 Hz(赫茲,計算頻率的單位)到伽馬射線,Gamma Ray,的 10 的 20 次方。而『可見光』,visible light,人的眼球所能感受到的光,在這頻譜上其實只佔了很小的範圍,400-789 THz 之間(T,Tera,10的12次方,遠比我們所知很厲害的 5GHz WIFI 頻率高上 20 萬倍)。彩虹的七種顏色,紅橙黃綠藍靛紫就處在這頻率範圍。400 THz 開始是紅色, 789 THz 是紫色。可見光之外的頻率,比如紅外線,Infrared、紫外線等,ultraviolet,都不在我們的眼球感受神經的範圍。

生物之所以能『看見』光,是幾十億年進化來的結果,就好像舊式 AM 收音機進化到如今數碼電視一樣。

那眼球為甚麽選擇『看見』可見光這個範圍,而不是其他範圍,比如說 X 光、紫外線、紅外線?

這跟原子物理及進化論有極大的關係。

宇宙中處處是正在燃燒著的星星,也就是太陽。這些星星燃燒時產生了波長不一的電磁波,而大部份的星星燃燒時的溫度都在 3,500 到 25,000 K(Kelvin,基本上跟攝氏,Celsius,一樣,K = C + 273.15)之間,所產生最強最多的波長(頻率)就處在可見光頻率範圍,包括我們的太陽。見圖表二。

圖表二 太陽頻譜分佈表
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Solar_spectrum_en.svg

生物在地球上由單細胞到有眼睛的動物,期間的進化大約是這樣的:太陽光能(熱能)是最基本的能源。最初單純的熱感神經能帶領細胞找到能源(光)。後來物競天擇的條件下,這些熱感神經進化為光感(提醒一下,光是電磁波)神經(兩者也或者同步進化),能更有效的在細胞感應不到微量熱能的時候,也能預先知道能源所在處。也順理成章的,光感神經讓細胞能感受到(模模糊糊的『看到』)阻擋物的存在,變成逃避敵人或尋找遮掩物的有效工具。精益求精下,光感神經越來越複雜、解析度越來越高,從只能分辨模糊的光暗比例變成清晰的物體輪廓,成了我們現在的眼睛,所以我們的眼睛是超高解析度兼靈敏度的電磁波接收器。

好像又離題了。硬硬掰回來。

紫外線及以上的波長比可見光短、量子能量高,能將分子或原子分解,造成化學反應。換句話說,就是會破壞細胞結構,提高患癌的機率。這就是為甚麽去沙灘要擦防紫外線的防曬油、X 光不能常做的原因。不過也幸好,由於同一個原因,大部份紫外線以上的光在進入大氣層的時候就被含氧的分子,比如臭氧、氧氣、水分子給吸收去了。

紅外線及以下的波長比可見光長、量子能量低,破壞不了原子分子結構,所以對人類相對安全。

那提高波的幅度,amplitude,呢?

純粹提到電磁波的幅度只能影響原子或分子整體的活躍性,而不能能影響亞原子,subatomic,的結構。比如紅外線能將冰融化成水或將水蒸發成水蒸汽,但其結構還是 H2O,而紫外線則能將 H2O 分解成氫離子(H+)跟氫氧離子(OH-),雖然它們很快又會化合回 H2O。

這就好像詠春跟太極之間的比喻。詠春,拳頭密集(高頻率),打在身上(結構)會造成(破壞)內傷。太極柔和緩慢(低頻率),能借力打力把人(整體)推到(活躍性)十公尺外。提高太極的力度能推到二十公尺以外,但還是不能造成內傷。

一大堆前言,終於來到重點了。

我們的日常電子用品,包括手機、微波爐、WIFI、等產生的頻率遠比可見光頻率低16萬倍以上(看圖表一中的Microwave,Radio),所以科學上一直強調沒有證據顯示這些應用波長會增加患癌的機率,因為電訊塔的功率儘管再大,或許會讓細胞變得更活躍以致殺死細胞(比如過於高溫),但絕對改變不了份子原子的化學結構,也就不會直接提高患癌機率。

一般微波爐,microwave oven,的頻率跟目前 4G 手機(或 WIFI )的頻率 2.5GHz 一樣,所以在 1,200W的微波爐旁的手機訊號多少都會受到影響,但絕不會爆炸。

電磁爐,induction cooker,的頻率更不用說了,只是區區的 50 KHz或以下,比古老調幅,AM,收音機的頻率還低,只能在大功率的前提下在金屬表面製造渦電流,eddy current,跟耗損,進而產生所需的熱能。

倒是紫外線產品,盡量少用吧。

偽科學一方面說電磁波有害,另一方面則說電磁波能治百病。兩方面的共同點是,都拿不出一個完整的學術報告,像個蹩腳的政客在國會裡語無倫次的嚷嚷。

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11 May

電子的偽科學

這篇于 2020-05-08 在臉書發表

說說量子、離子等超微視觀的世界。

量子,Quantum,不是子,而是指超微觀世界。那麼它的尺度有多小?用數字沒有概念,用比例吧。電子是微觀世界裡最小的物質,如果我們把電子的比例放大成跟一粒蘋果一樣大,那麼,一個六尺大漢的高度就等於三個半太陽系的直徑。如果太陽處在腳底,那麼太陽光需要花一整天的時間由腳底到達鼻子的地方。而,光從月球到地球只需 1.3 秒,由太陽到地球只需8分19秒。

那麼,一個人體內有多少電子?10的28次方。那又是多少?

聽過一個寓言故事嗎?有個君王跟一個人,當然是聰明人,打賭。不理打賭的內容,賭注是,若君王輸了,他必須把一粒米在圍棋格子上由第一格開始順序加倍,一直到最後一格的米的數量給這個聰明人。結果君王當然是輸了,那麼米的數量是多少?很簡單,2 的 64 次方,也就是 18 後面加上18個 0。那又是多少?

一公斤米大概有 55,000 粒,以上換成公斤是 3 後面 15個 0。換成公噸是 3 後面 12 個 0。那又是多少?

馬來西亞年產 2 百萬公噸的米。所以以上的米等於馬來西亞1 百 70 萬年的產量。

全世界年產 5 億公噸的米,所以以上的米等於全世界 6 千 700 年的產量。

君王當然付不起這樣多的米,最後只有把美麗的公主嫁了給這個聰明人了事(我杜撰的)。

那麼這麼多的米跟人體的電子數量相比呢?

很抱歉,人體內的電子數量是以上的米的數量的 5 億倍。

在這麼大的比例下,微觀世界的運動跟宏觀世界,即生物,其實是沒有直接關係的,除非數量非常龐大,換句話說就是需要很大的外來能量來驅動量子運動。但很多偽科學就是藉著微觀世界微不足道的運動來欺騙宏觀世界的人類,比如說水晶磁石、電磁、離子、等。

有啊,MRI, X-光不都是微觀世界的運動嗎?對,但 MRI 的磁場是地球磁場的 10 萬倍,需要外界的能量。

電解水、電磁水、離子水。。你發現了甚麽嗎?都是一些聽不懂的物理名詞。放一根金屬棒,通了電,攪呀攪的,說裡面有能量,喝了能解百病、強身壯體。

一粒 AAA 的電池有 6,000焦耳,Joules,的能量。那裡面有 37 後面加上 21 個 0 的電子伏特,electron volt (eV)。換句話說,這一粒在我們世界連操作遙控器都不足夠的電池能移動比以上的米還多的電子,但你感受到 AAA電池的能量了嗎?沒有。那憑什麼那一堆微不足道的電子運動能影響你?

還是固執的覺得離子對你身體好的話,去買 AAA 電池,經濟耐用。得空把它放在手心裡捏捏,肯定比那些電解電磁離子量子所能給你的能量來的多來得大。

我不用算,這篇肯定沒有三千字。

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11 May

納米量子的偽科學

這篇于 2020-05-02 在臉書發表

甚麽是科學?甚麽是偽科學?

市面上的有機、磁力、離子,納米、量子等等產品為甚麽不能是科學?

說過了,科學是一個態度,而這個態度也已經被程序化。

首先,扯開一下話題,談談食物,food、補充劑,supplement、及藥品,drug。

生命是很寶貴的,吃進肚子的東西不能開玩笑。基本上食物分成兩種,藥物跟食品。

美國食品藥品監督管理局,Food and Drug Administration (FDA),負責監管食品及藥物的安全。但要注意的是,補充劑食品被歸類在食品,而不是藥品,範圍。而在食品範圍內,美國法律並不規定生產商必須進行安全性和有效性測試,它只能在該膳食補充劑被證明不安全時才能採取行動。換句話說,只要吃了不會有生命危險,FDA 一般都不會過問。

真正藥用有療效的產品只有在獲得 FDA 藥品認證才意味『當直接使用時是安全而有效的』,這認證程序是冗長且耗時間及金錢的,包括研究報告、臨床試驗、不良反應報告、等等。所以一般非藥用(或效果不明確)的產品一般都不會申請藥用認證,比如雞精、養命酒、小麥草、螺旋藻、等等打著『長期服用證明對身體有好處』廣告的產品其實都只是食品認證而已,沒有藥品認證,反正吃不死人,沒人會過問。

這也解釋了為甚麽中醫到目前為止還不是主流科學,因為它的數據並不夠系統化,大部份草藥也沒有足夠有說服力的研究報告。要不效果不明顯,要不充其量只是安慰劑。

FDA 認證常被利用來混餚視聽,因為幾乎沒有人會去看該產品認證書的內容,大家都認為某樣產品只要獲得 FDA 認證就是有效的。

另外一個被拿來魚目混珠的是國際標準化組織,International Organization for Standardization (ISO)。ISO 是一個制定標準的一個機構,其中:

ISO 9001 制定品質管理標準。

ISO 14001 制定環境管理標準。

ISO 50001 制定能源管理標準。

看到了吧,這些都只是『管理標準』,跟產品實質的功效完全沒有關係,只要生產商符合生產程序的管理標準就行了。但同樣的,沒有人會去看認證書的內容,反正只要是 ISO 就是正確無誤的產品。

回到正題,以上這些都是系統化的科學程序。

很多偽科學產品都沒有經過這些程序,而愛用『見證』,testimony,來吹噓產品的功效。邀請一些見證者來發表試後感言,有些甚至安排穿著白袍、打著醫生科學家頭銜的人士作證。先不說這些人的來歷是否正確無誤,醫生科學家也不都是聰明伶俐、高高在上的,他們也會為金錢出賣靈魂的。

見證者不一定說謊呀。對,或許見證者的病真的好了,但不見得就是該產品的功效,它沒有符合『系統化的科學程序』這一條。沒有人知道見證者是不是在服用著該產品的同時也在服用著其他的藥,或者進行著其他的療程。沒有人知道見證者到底有沒有病,還是只是心理病。也沒有人知道見證者是不是真的好了。即使真的好了,沒有人知道這是不是單一案例。這一切完全都是台上那幾個人在自吹自擂。

最容易賣的產品噱頭就是『聽起來很厲害,雖然我不懂是甚麽』的科技名詞。曾經磁力、水晶產品賣得滿堂紅,當熱度減低時,就出現離子產品、接著納米產品、量子產品。改天有機會探討這些產品的功效,這裡只強調它們並沒有經過那一道道的正確認證程序,充其量只屬於『對人體沒有害處』的產品。

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11 May

相對論

這篇于 2020-04-27 在臉書發表

甚麽是相對論,Theory of Relativity?

E=mc2!

說對了其中一點。。那這公式代表甚麽?

作者愛因斯坦,Einstein(不是我家的小小狗!),這個1905(115 年前!)橫空出世的一個理論,顛覆牛頓,Newton,的經典物理學,Classical Physics,讓科學界大為驚震,一直到今天還影響著我們的科技。當時還有一段軼事,有人問有份參與實驗的英國太空物理學家愛丁頓,Eddington,聽說世上只有三個人了解相對論。愛丁頓沉默了一下才回答:我正在想誰會是那第三個。

相對論其實分成兩部份,第一部份是狹義相對論,Theory of Special Relativity,在 1905 年發表。之後愛因斯坦用了十年修正補漏,加入了加速度,acceleration,的因素,在 1915 年發表廣義相對論,Theory of General Relativity。

所以到底甚麽是相對論?!

它包含太多了,我只舉幾個比較普通的例子。

(一)在相對論裡,光速是最終速度,每秒三十萬公里,沒有任何物質能超越光速。

想像你坐在磁浮列車裡(火車已經過時了),列車以時速 500 公里往前等速飛奔。往內看,車內的一切如常,就像在靜止的列車上。往外看,窗外的景物不停呼嘯而過。突然反方向軌道轟的一聲,另一輛列車也以同樣的速度往後飛奔而去。你算一算,兩輛列車的相對速度是 500 加 500,等於時速 1,000 公里。

那又如何?小孩子都知道的事。

那要超越光速很簡單嘛,造兩輛無敵高速車子,以光速的一半反方向行駛,那兩輛車子的相對速度不就超越光速了嗎?

不!測量到的相對速度遠遠小於光速。為甚麽?因為。。

(二)在相對論裡,時間不是固定的,而是相對的。

在越快速行駛的物體上,時間流逝的越慢。所以當你坐在其中一輛列車上測量速度,你是以比站在月台上慢的時間去測量,所以得到的結果不會是光速。

而且當一個物體的移動速度越快,它的質量也越來越大。根據公式,當物質的速度等於光速時,他的質量會變成無限大,infinity。由於這是不可能的事,所以宇宙所有物體速度都不可能超越光速。

全球定位系統,GPS,在地球上空以14,000 公里的時速繞著地球轉。根據相對論,它相對地表的時間每天慢上 7,200 納秒,小數點後九個零,nano seconds。所以地基站每天都要校對系統的時差,要不然一天之後你手中的導航系統會把你帶到 2.16 公里外的池塘裡。

(三)能量轉換

就是上面的 E=mc2。

那是甚麽?

能量 = 質量乘與光速的平方

嗯,好。但那是甚麽?

就是能量跟物質之間能互相轉換,不管是鑽石還是麵包,都能完全轉換為能量。

那是多少的能量?

假設一個人的體重為 50 公斤。根據公式,他所能轉換的能量為:

‭4,500,000,000,000,000,000‬ 焦耳(Joules)

。。。。用一點大家都懂得的詞可以嗎?

那這樣說,一個 50 公斤重的物體若全部轉換成能量,相等於6萬顆 1945 年轟炸廣島原子彈的威力。

話說回來,許多人都說原子彈是基於這個公式而被設計出來的。錯!這個公式並不包含任何設計原子彈的資料,它只暗示了一個大殺傷力武器的可能性。當年愛因斯坦就因此寫了一封信給當時的美國總統羅斯福,Roosevelt,說這樣的武器有可能被納粹研發出來,進而催生了原子彈。

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