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

靈魂

這篇于 2020-04-24 在臉書發表

寫文章、寫文章。每天看著四個項目,頭要爆炸了。

曾經有人做實驗然後說:啊,人的靈魂重量是二十七克。

這個世界到底有沒有靈魂?為甚麽主流科學不接受靈魂的存在?

首先,保守估計全世界自 1665 年以來發布了不少過了六千萬份針對不同課題的學術性研究報告 。假設每份報告有五頁 A4 紙,而 A4 紙的標準厚度是 0.05 mm,把所有的報告疊起來,總高度是一萬五千米,比八千八百米高的珠穆朗瑪峰還要高出近一倍。

珠穆朗瑪峰跟靈魂有甚麽關係呢?當然大有關係!在峰這麼多的研究報告裡,竟然沒有一篇證實靈魂(與幽浮, UFO)的存在。但很奇怪,有些人會選擇相信幾個沒有學術背景的人而不相信幾千萬個專家的話。

學術性研究報告有一個基本準則,就是不能閉門造車跟天馬行空,所有的數據資料來源都必須得到驗證,別拿每天報章上評論員胡亂寫一通的來比較。

靈魂不是科學能解釋的!你大吼。

很多人誤解了『科學』的定義,科學不是一個宗教,也不是一個信仰,而是一個『追求真理』的態度,所以也就沒有『科學跟宗教是對立的』這回事。如果一個宗教能很邏輯有條理的被分析及解釋,它也會被接受為一個真理。

科學並非不接受『不能解釋』的存在,但前提是,它必須有邏輯性。一個很好的例子是,主流科學接受宇宙有起始點(奇點,Singularity),儘管到目前為止還不能很好的解釋它的存在,因為所有的物理在奇點失效。為甚麽科學能接受這個奇怪的現象?因為邏輯上能解釋到大爆炸後的 0.000…539 (小數點後四十三個零)秒之後所發生的事。

科學不一定是物質性的,它也包含了非物質性的哲學、心理學、形而上學等等,涉獵不但廣,而且深,所有資料都得到重複的驗證、有跡可尋,並非幾個人寫出來,自相矛盾、錯誤一籮筐、怎樣看都像暴力言情小說但竟然能流傳數百年書籍可以比擬的。

但我朋友看過!你又大吼。

相信我,他沒有,他看你樣子好騙而已。

是我的親身經歷!你開始咬牙切齒。

我相信你,但那絕對是你的幻覺,或你把夢跟現實搞糊塗了。

科學一點,靈魂到底是怎樣一個存在?有人說它是一組腦波,就好像電台電波,當你的腦波跟它吻合,你就感到他的存在。問題在於,科學上所有有結構化的能量都必須有一個產生能量的源,source。假設(我說『假設』而已!)靈魂真的是腦波,當一個人死了,腦部停止運轉,腦波在游離狀態下不可能有組織結構,所以一定煙消雲散了,不可能還能到處趴趴走,去干擾他人的腦波。再即使(我說『即使』而已!)腦波真的可以趴趴走,一個人活著的時候的腦波能量因為有得到補充,肯定比較強烈,怎麼會被垂死的腦波所影響?

再者,一個完全檢測不到能量的靈魂竟然能操縱刀槍、飛來飛去取你的首級、推倒花盆、掀開你的被單、把你丟向天花板。相信我,這種能量是所有科學家夢寐以求獲得的,他們比你更希望是真的。

我還是堅持有靈魂!你一副要打架樣。

好吧,你贏,看來你本身就是一個。

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11 May

減肥!

這篇于 2020-04-19 在臉書發表

來談一個貼地氣的話題:減肥!

不是啦,其實要談的是熱量。不過這個熱量不是卡路里,Calories,純粹是熱能,heat。

不從運動飲食著手,純粹從物理角度探討。

所有動物都需要熱量來維持,而人是內溫(恆溫)動物,就是體內能產生熱能。相對之下,魚類和爬蟲類大多是外溫(變溫)動物,需要靠外界的熱源來提供熱量。

數億年演化步驟裡相輔相成的結果下,人類的體溫維持在一個足夠阻擋大部份病菌並且不需消耗太多能量的高效平衡點,這個點就是 37 度。但近年來有數據顯示人類的平均體溫下降至 36.5 度,大概是依賴藥物的關係,人類不再需要靠體溫殺菌了。

高效藥物面世之前的時代,傳統治療法,比如中醫,都是靠提高身體的熱度來殺死細菌。最常見的就是喝薑湯然後拿厚厚的被單來裹住身體。但這方法的副作用在於太高的體溫也會影響自身的器官,而且並不是所有的病菌都能被殺死。能夠完全殺死病菌的溫度也能過殺死人類自身,因為病菌跟人類同步進化。

內溫動物體內的熱量是消耗攝入食物化學反應的結果,大約百分之六十的能量會轉換成熱能來維持體溫。所以天氣熱的時候人會沒有食慾,就是熱量需求量減少的原因,反之則需要大量的熱量。

過多的熱量需要通過皮膚散熱,流汗是人體機能調節體溫的一個方法。胖的人由於表面面積相對體積要來得小,所以散熱比瘦的人慢,因此比較需要靠流汗來提高散熱的效率。

所以胖的人若要減肥(看!有提到減肥!),必須吃得比同樣體重但是高瘦的人更少,因為高瘦的人熱能散發速度比較快。看圖表一跟二。

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圖表一 表面面積與體積比例相對身高的關係。由身高1.5米到2.0米,體積由0.19增加到0.25立方米,而面積體積比則由11.33下降到11.00。
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圖表二 表面面積與體積比例相對肩闊的關係。由肩闊0.40到0.47米,體積由0.19增加到0.25立方米,而面積體積比則由11.33下降到9.94,比圖表一的 11.00 足足下了百分之十。也就是說同等重量(體積)的情況下,肥胖的人散熱能力比高瘦的人下了百分之十。

在人類演化的過程中,皮膚上的大量的毛也起著調節體溫的作用。天氣冷的時候,皮膚上大量的毛會豎立起來(所謂雞皮疙瘩),把體溫保留在皮膚周圍,這就是為甚麽你的貂皮大衣能保暖。天氣熱的時候,皮膚上的毛則會平伏,讓熱量得以快速的散發。

然而,自人類的遠祖猿類開始懂得利用外來物(獵物的皮毛、樹葉等)保溫之後,毛髮的功能就變得不再重要,逐漸的在漫長的演化河流中自然退化。

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11 May

談談量子論

這篇于 2020-04-18 在臉書發表

來談談量子論,quantum mechanic,這種外星人才懂的東西。

我不是外星人,所以我也不懂,不要問我很深的問題。

量子,quantum,不是功夫漫畫裡面『大海無量』那種『高能量』的『量』。而且恰恰相反,在物理範圍它指的是非常微小的單位,unit。

舉個例子,在我們熟知的傳統物理,包括愛因斯坦的相對論,的認知裡,光是連續不間斷的,但在量子論裡光是由無數單一光子,photon,組成的。同理,能量也不是連續不間斷的,而是數量化的。

傳統物理把原子模擬成類似太陽系行星環繞太陽運行的模型,但在量子論裡電子並不像行星那樣環繞著原子核運轉,它是隨機的出現在軌道上的任何一點,所以只能用統計學計算它出現在任何一個位置的機率。看圖一。

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圖表一,傳統太陽系跟原子模型
來源:https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-089a6089679ca281d738b3bcc9e68caa-c

科學家不斷的發現越來越小的單位,從分子到原子、從原子到質子、從質子到夸克,Quark,他們建立了一個包含32個粒子的『標準模型』,standard model。看圖二。

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圖表二,標準模型,Standard Model
來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Particle_physics

看似標準,但導出這些粒子存在的證據背後的數學方程式複雜程度令人乍舌。說它是外星理論不是沒有根據的,看圖三。

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圖表三,標準模型公式
來源:https://www.sciencealert.com/this-is-what-the-standard-model-of-physics-actually-looks-like

因此有一部份物理學家不喜歡這個模型,認為它不是物理的最終點。對他們來說,一個完美的公式必須像愛因斯坦的 E=mc2 那樣簡潔。所以在運用標準模型來解決物理問題的同時,他們也試著去發展其他的理論,以整合這複雜的方程式。弦理論,String theory,跟基於其上的 M 理論,M theory,就是其中的佼佼者。支持者認為倘若有一個完美的公式,弦理論絕對是導出該公式的唯一途徑。

回到標準模型話題上。

要發現這些越來越小的粒子並不是一件容易的事。其中一個方法就是撞擊。就像把兩粒石頭相撞會碎裂成更小的石頭那樣,科學家把兩個粒子在環狀通道內用電磁力牽引著,以反方向加速到光速的 99.9999% 後對撞。試圖利用檢測器來檢測對撞後分裂出來更小的粒子。

目前最大的粒子加速器,particles accelerator,是『大型強子對撞機』,Large Hardon Collider (LHC)。這個屬於歐洲核子研究組織,Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN),的對撞機位於法國跟瑞士邊界,其周長達到 27 公里。看圖四。

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圖四,周長 27 公里的大型強子對撞機,LHC
來源:http://cds.cern.ch/record/841542

2012 年科學家發現俗稱神的粒子,God’s particle,的希克斯玻色子,Higgs Boson,就是在 LHC 撞出來的。這個粒子是被粒子學家 Peter Higgs在 1964 年推測出來,直到 48 年後的 2012 年才被證實,可見其中的難度。希克斯玻色子的存在解釋了為甚麽宇宙中所有物質都有質量。

量子論跟我們其實息息相關的。比如所有現今的微電腦芯片越來越小,消耗功率也越來越小,計算能力則越來越高,這都歸功於量子論。其他的有全球定位系統,GPS,磁力共振掃描,MRI,甚至每個晚上照亮你心靈的那盞日光燈都是量子論影響下的產品。

量子論對人類的影響不小,不要再說它是外星科技了!

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11 May

宇宙的年齡

這篇于 2020-04-12 在臉書發表

那麼,137 億,13.7 billion,年的宇宙年齡如何定位?

答案在救護車裡。

有沒有發現每次當救護車(當然也可以是警車、消防車)響著警笛在你面前快速經過,你聽到的警笛聲由接近你時的高音頻,high frequency,變成遠離你時的低音頻?為甚麽?

這種現象稱為『多普勒效應』,Doppler Effect。看圖吧。

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多普勒效應。
https://forum.huawei.com/enterprise/en/data/attachment/forum/201903/15/160144hr9d2ro69kbghkbc.png?main-qimg-4ceb2c259e672d3c3272191eca53cff1.png

簡單來說,就像在湖面上用手指點一點而產生的水波(水紋),音波是不會跟著聲源一起移動的。當聲源在某個點產生聲音,即使聲源移動,音波還是以原來的點為根據繼續波動。在這情況下,當聲源朝某一個方向移動,那方向的音波之間的距離就相對的小,反正則大。

音波之間的距離是甚麽?就是音頻。距離越小,音頻越高。看圖吧。

那麼,音頻、多普勒效應跟宇宙年齡有甚麽關係?

因為光的頻率跟聲音的頻率特性相似,都會有多普勒效應。

彩虹為甚麽會有七種顏色?因為可見光其實是由不同頻率的光組成,紅色光的頻率最低,紫色光的頻率最高。

當發出光的星星快速遠離地球,由於多普勒效應的關係,我們會看到星星的光偏向紅色,稱為紅移,Red Shift。反之則是紫色。

太空科技不斷進步,高效能的望遠鏡越來越精確。所有宇宙望遠鏡都探測到星星的紅移,無論哪個方向看,而且離我們越遠的星星越偏紅移,這表明了我們的宇宙正在膨脹。

宇宙正在膨脹表明了甚麽?將時間反轉,你會看到宇宙正在缩小。

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宇宙膨脹模型圖。
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Lambda-Cold_Dark_Matter%2C_Accelerated_Expansion_of_the_Universe%2C_Big_Bang-Inflation.jpg

就這樣,科學家收集大量各種數據來計算,導出 137 億年前,所有星星的位置都處在同一點,而這一點是無限小,稱為『奇點』,Singularity。

科學目前還沒有辦法完美的解釋奇點內是甚麽,不過我們所知的相對論,Theory of Relativity,物理在奇點失效。量子論,Quantum Mechanic,基於量子論的弦理論,String Theory,甚至是 M 理論,M-Theory (沒有人知道到底 ‘M’ 代表甚麽),都期望能提供一個完美的解釋。

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11 May

地球的年齡

這篇于 2020-04-12 在臉書發表

宇宙年齡137 億年,地球年齡45 億年。。是不是的你,怎樣算出來的。。

當然不是我算的。

答案是利用原子,Atom,的半衰期,half life,特性。
蛤?甚麽來的?

首先,原子內有原子核,Nucleus ,跟電子,Electron。可以想像太陽系內的太陽跟行星的關係(當然完全不一樣,不過在這裡沒多大影響)。原子核本身則是由質子,Proton,跟中子,Neutron,組成。這些統稱為粒子,particles。

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原子的普遍模型
http://spmphysics.onlinetuition.com.my/2013/09/the-composition-of-nucleus.html

原子在一般情況下都處於穩定狀態。偶爾因為外來因素,讓原子失去某些粒子,原子就會變得不穩定。一個不穩定的元素會在一段時間內衰退成為另一個元素。科學上把一組(非常)大量的元素衰退成一半數量的時間稱為『半衰期』,這種衰變期是穩定的。

統計學來了。

這半衰期是大量元素同時衰退的平均數。就好像之前說過的扔骰子一樣,單個元素原子的半衰期並不能被預測到,因為它可以是明天,也可以是一千年後。但當原子數量達到幾百萬幾千萬甚至幾億的時候,它們的平均值就變得穩定了。

普遍上用來測量古物年份的元素是碳-14,Carbon-14。
碳-14 是氮-14 被太陽的中子撞擊下產生的。由於太陽跟地球的關係是穩定的(至今為止),碳-14 在大氣中的平均值也是穩定的。

碳-14 不是一個穩定的元素,它會衰變為氮-14。它的半衰期為 5730 年。

那麼,考古學家,archaeologist ,如何利用碳-14 來測量年代?

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碳-14 的半衰期。
https://www.esrl.noaa.gov/gmd/outreach/isotopes/images/half_life_graph.jpg

碳-14 有一個同位素,isotopes,就是我們熟知的碳-12。碳-12 是穩定的,它不會衰變。大氣中碳-14 跟 碳-12 的比例幾萬年來都是恆定的。當植物吸收二氧化碳,同樣比例的碳-14/碳-12 也被吸收。草食動物吃了植物,也吸收同樣比例的碳-14/碳-12。肉食動物吃了草食動物,也吸收同樣的比例。以此類推。當動物死亡的時候,體內的碳-14/碳-12就不再更新。這之後,因為碳-14的衰變,碳-14/碳-12的比例就隨著時間而變少。

所以科學家能藉著測量骨頭上碳-14/碳-12的比例來確定年代。

但是,碳-14 的 5730 年半衰期不算太長,當碳-14/碳-12 少於十分之一時,準確度就開始不穩定了(扔骰子定律)。所以碳-14 只能用在測量 5 至 6 萬年前以內的物品。

古生物學,Palaeontology ,上利用半衰期更長的元素,比如鉀-40,Potassium-14、鈾-235,Uranium-235、或鈾-238 等等,來測定更久遠的時代。

但是,這些元素並不存在於生物體內,如何能斷定恐龍身處的年代?

答案在地質層。

地球的表面一直不斷的被火山熔岩、山崩、灰塵、細菌、等沉澱物覆蓋。所以越深的地質層代表越久遠的年代。古生物學家藉著恐龍被挖掘出來的地質層來決定恐龍身處的年代。

地球上至今探測到最久遠的鋯石,Zicron,能追溯到 43 億,4.3 billion,年前。加上種種其他地球成型的因素,科學家就決定把地球的年齡定位於 45 億年。

題外話,太陽跟月球也有同樣 45 億的年齡。

宇宙年齡呢,不在這篇文章範圍,只是為了刺激感官而已。

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