Wednesday 24 June 2020

天滅計劃

這篇於2020-06-25在臉書發表

(一)前言
公元二一三七年。
沒有所謂的反引力飛行車、沒有能在超空間跳躍的太空船、沒有星際航行、更沒有星球大戰。十四萬顆各式各樣的人造衛星在不同高度的軌道上執行不同的任務。相對科幻小說裡渴望的無止盡能源,實際上,人們的科技大躍進是在通訊上。立體高速實時通訊讓會議變得迅速有效,量子電腦伺服器讓所有手機和電腦變成終端機,所有運算都在伺服器上運行,就像兩百年前初期的電腦伺服器那樣。因此穿戴配件越來越小,也越來越精緻。每個人變成生物電腦,渾身上下都是電子穿戴物。
公路上,磁浮車道代替了骯髒的柏油路,靠摩擦力來前進的橡膠輪胎變成了博物館裡的展覽品,大大減低了化學與噪音污染,也提高運輸速度。利用量子科技計算,所有的車子都是遠端全控式的,消除了人為的意外。
人口已經突破飽和、空間越來越少,絕大部份的人都擠在狹小的空間,超過一公里高度的摩天大樓也越來越多,有的甚至超越二公里高,這大概是人類唯一感到自豪的成就吧。在這樣的高度,兩百年前電纜式的升降機已經不能有效的負荷這樣的高度,電纜本身的重量已經遠遠超過負載的重量,而輕而韌的納米管的穩定性在這樣的長度還是不可靠。平民式高樓的升降機主要靠氣壓操作,有氣壓機噪音、大體積及不穩定性問題。而高檔次的高樓則靠超導磁浮操作,無聲、穩定。
貧富之間的差異變得空前的大。富人擁有數十代花不完的金錢,貧窮的家庭唯有把精神寄託在對他們噓寒問暖兼帶給他們希望的宗教上,導致生育率從未下降過。數百年來貧富之間的矛盾與衝突不但未曾間斷,反之還不斷的攀升,因此恐怖組織的成員變得空前的多。激進派的團體,宗教與否,採取的手段通常都會造成社會的動盪,但讓信徒以奉獻生命及濫殺無辜的手段這一點一直是所有政府都感到頭痛的事。
過去數百年賴以生存的石油已經被開採得所剩無幾,都被強國政府囤積起來當軍事用途。太陽能的效益還是突破不了瓶頸,而且為了儲存太陽能源所製造出來的蓄電池造成二次污染。相對上世紀的核分裂技術,以核融合為基礎的高效率核子反應爐成了唯一乾淨的最佳替代能源,幾乎每個國家都有超過一台以上的核子反應爐。但也因此,核爆跟輻射污染已經是司空見慣的事了。地球上被限定為輻射區域的地點越來越多,人民也被逼搬遷到輻射潛在危險最低的地區。
僧多粥少的情況下,大部份的食物幾乎都是合成的,人民的平均健康水平也開始下滑。地球上的森林幾乎都被夷平,變成一棟棟冷冰冰的建築物。
一群科學家還是致力於研究在普羅大眾眼中是天馬行空的量子科學、弦理論、膜理論,以尋求逃離這宇宙的方法。雖然如此,科幻小說裡所提到的時光旅行完全沒有實現、反引力在我們的三維空間還是沒被證實、無止盡的能源還是沒被發掘、愛因斯坦相對論下的空間跳躍只能在量子尺度下證實,在人類尺度下還只是一個科幻小說情節。
(二)國際太空站
儘管民間哀嚎不斷、政治上也處於緊張的位置,然而強國與強國之間在科技上還是不間斷的緊密合作,並投入大量的資金。
位於日內瓦的歐洲核子研究組織的粒子對撞機也來到了第四代。造價五千七百億美金,深入地底五十公里、直徑一百零二公里、周長達到三百二十公里的粒子對撞機在五年前開始籌備,希望能更進一步解開基本粒子的神秘面紗。
二十八年前開始,國際間一致同意加強國際太空站的合作,啟動一項名為天鷹計劃的長期合作計劃。不同於過往,這項計劃是在很低調的情況下通過。在一連串緊湊的研究下,突破了重重障礙跟限制,終於把長期處在四百公里高的近地軌道的國際太空站搬到了三萬公里高的同步軌道,僅低於三萬五千公里的墓地軌道。再利用軌道上負二百到正三百度的極端高低溫生產能源,並在超導科技下永續的運作。此外,太空站的設計運行壽命上限也提高到一百年,並且能無限的擴充。
自此,各個國家都緊鑼密鼓的開發與發射各個部件。來到今天,國際太空站已經能負載六百人,糧食也足夠支撐三年。設計的最終目標是能負載三十萬人,六百人只能算是滄海一瓢。
由於計劃的開支龐大,各國的人民開始鼓噪,畢竟這一大筆金錢如果能拿來建設國家,能造福不少的民眾,不少政權因此而易手。但奇怪的是,計劃沒有因此而被擱置下來。不但如此,還有加快的跡象。
各種謠言應聲四起,人民不滿的情緒達到了高峰。示威暴動此起彼落,讓政府貧於應付。
某日,國際間政府突然召開了為期三天的緊急高峰會議。所有軍警也接到命令而處於備戰的狀態。
三天後,由聯合國秘書長代表同步向全球發言。
(二)小行星帶
離開地球,穿越火星,來到火星跟木星之間,有一個小行星帶,這區域上有多達五十幾萬顆大小不一的小行星,最小的可以是灰塵般大小、最大的直徑大約九百五十公里。天文學家在公元一八零一年發現小行星帶時,掀起了一陣傳說,說這是人類最初居住的太陽系第五科星球,因為人類之間的戰爭而被摧毀,碎裂成為一顆顆的小行星。而一部份人類在這第五顆行星被摧毀之前逃離到地球,建立了文明。後來還牽涉入瑪雅文化,言之鑿鑿的說這是人類來自第五顆行星人的證明。
後來科學家當然排除了這個說法。研究證明小行星帶上的小行星在太陽系成行初期就已經存在,但由於它們處於太陽跟木星引力影響區之間,木星的攝動讓小行星帶上的小行星自生的引力聚集不起來成為行星。
(三)近地天體
在上兩個世紀一九八零年代,在收集了大量資料後,科學家一致同意恐龍大滅絕是因為被一顆直徑十到十五公里的小行星撞擊。自此科學家識意到,直徑超過一公里的小行星撞擊地球會造成很大的破壞力。因此開始監視所有直徑超過一公里的近地天體。
所謂近地天體,就是在距離地球一點三天文單位,約二億公里,以內的太空物體。
(四)聯合國秘書長演說
三十年前,科學家發現小行星帶的小行星的軌道開始變得不穩定。由於某種未知緣故,不少小行星開始互相撞擊。在互相撞擊之下,有些體積較小的小行星被拋離小行星帶,有些則被體積較大的小行星吸收。大部份被拋離小行星帶的內緣小行星都被火星的引力牽引,掉到火星去。
而小行星帶內緣的一顆直徑十五公里,名為匈牙利 434的小行星,距離地球約一點八天文單位,或三億公里,則逃過了被火星捕獲的引力範圍,朝地球飛來。
儘管緩慢,匈牙利434在過去的三十年來,朝地球推進了好一段距離,已經達到到達一天文單位,或一點五億公里的距離。
科學家通過模擬計算跟監視,匈牙利434撞擊地球的機率達到百分之六十三。而即使到今天,還沒有一個科技能阻止這一個悲劇的發生。
因此,各國政府合作開啟了一項天滅計劃。
天滅計劃其實隱含了三個子計劃,名為天宮計劃、天刃計劃、以及天舟計劃。
天宮計劃是公開讓普羅大眾知曉的國際太空站計劃,藉以轉移焦點。
天刃計劃是以發射火箭到太空站為藉口,把含有核子彈頭的導彈讓太空船帶到匈牙利434上方引爆,以期改變匈牙利434的航道,但目前證實效果其微。有一部份科學家建議直接炸了匈牙利434,但這方案不被接受,背後的原因是核彈不足以將匈牙利434炸碎,而被炸裂的碎片會對地球帶來更多的威脅。
天舟計劃,是計劃裡最後的計劃,把有能力改變世界的三十萬人集聚起來送到太空站去。在這個高度能把撞擊的衝擊波減低。撞擊的兩年後,當地表環境回复到適合人類居住的時候,這三十萬人就可以再度回到地球上重建人類文明。
但把三十萬人送回地球不是一個簡單的數學,最基本是地球上必須有相應的平台,否則無異自殺。其中的關鍵就是這第四代粒子對撞機。各國政府致力投入大量金錢不是為了粒子對撞機,而是背後不對外公佈的功能。它的基本功能是地下防空洞與儲存倉。科學家把所有建設文明所需的材料都秘密運往這環形防空洞。由於這個原因,防空洞只能容納二千人。
那為甚麽不直接造一座能容納三十萬人的防空洞?
其中一個原因是因為天刃計劃,科學家期望能一石二鳥。如果成功改變匈牙利434的軌道,那就不需要執行其他的子計劃了。
另外一個原因是地下防空洞有一定的危險性,比如地表空氣的污染滲透。在最糟糕的情況下,地下防空洞只能留下五十人在防空洞裡的緊急倉。科學家在防空洞某處已經建妥三艘火箭及平台,在必要的時候這五十人必須能操作這些火箭,依照名單次序到太空站把人接回來。
但如今這個計劃面臨最大的難題就是執行的速度不夠快,而小行星匈牙利 434 的速度則在不斷增加,本來預計十二年後才會撞擊地球,現在被更正為五年。以這樣的建設速度,五年後太空站的容量提升只能負載六萬人,比目標中的三十萬人少太多。
而秉持著所有人都有知情權的原則,聯合國最後決定公佈這個消息,讓所有人自行決定如何渡過未來的五年。
(五)毀滅
此後,絕大部份人民自我放逐。短短三個月時間,原本就相對頹廢的社會變成弱肉強食的原始森林。宗教勢力進一步強大,大家都抱著姑且一試的心態加入宗教團體,以讓心靈好過一些。
幾乎沒有人從事生產,因為已經不必要了。自殺率、搶劫謀殺率大大增加。
天滅計劃在軍方滴水不漏的保護下仍舊照常執行。所有被選中的精英已經被集中起來,火箭也不斷的升空。
四年過去,匈牙利434已經能以業餘望遠鏡辨認到了。
宗教團體因為互相攻擊而變得支離破碎,朝匈牙利434膜拜的、朝太陽膜拜的、信我者生的、極樂世界等著你的、莫宗一是。眼見匈牙利434的體積在視線裡逐漸變大,宗教卻無能為力,信徒開始失去耐心與信心,開始暴動,群起攻擊的攻擊、自殺的自殺。
離小行星撞擊還有五個月,但地表早已滿目瘡痍。一百四十億人口的地球在短短四年間剩下五十億。
(六)聯合國報告
公元二一零七年。
機密:天滅計劃
匈牙利434小行星在公元二零四一年劃過地球,撞擊地球的機率是零點零三。
地球人口目前一百二十億人,已經遠遠超過地球能負荷的一百億頂限。全世界政府強制的人口計劃在宗教團體的反對下更本無效。統計顯示五十年後地球的人口會增加到一百七十億,糧食水源根本不夠分配。
目前全世界有九千七百台核子反應爐,由於維修費昂貴,超過百分之四十沒有良好維修,是地球潛在的危險。在未來五十年,反應爐數目會增加二倍,根據過往記錄,爆炸的危險增加八倍。
總結:地球在五十年內自我毀滅的機率是百分之六十三。
解決方案:為了拯救地球的未來,如今恰好碰上匈牙利434劃過地球,專案小組提出了能在短期內迅速減少人口的天滅計劃。。



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Wednesday 17 June 2020

國能電費單

這篇於 2020-06-17 在臉書發表

結果還是寫了。。
電費暴漲嗎?大家都向國家能源局投訴,還要求半價折扣。人云亦云、還是貪小便宜?
既然在行動管制之前沒人投訴,那表示電錶讀數應該沒有問題。
問題在於計算方式?全部疊起來一起算是暴漲的原因?
完全錯誤。
我看過電費單,計算方式不但對用戶非常合理,而且還有折扣。問題在這折扣不是跟著用量等級(tier)來計算,而是以總用量來衡量:
0-200 kWh 折扣 50%201-300 kWh 折扣 25%301-600 kWh 折扣 15%> 600 kWh 折扣 2%
再強調一次,是 總用量,沒有分等級。
比如總用量是 600 kWh 的話,所得的折扣是 15%,並不是 (200 x 50%) + (100 x 25%) + (300 x 15%)。
這樣的機制是典型『劫富濟貧』的方式,即用得越少,折扣越高。當然,前提是假設用電量多的都是有錢人。
真的是這樣嗎?
是的。
家用電器中,耗電量最高的是冷氣機,或在溫帶國家說『空調系統』。熱帶國家只有冷,沒有熱,所以『冷氣機』是正確的說法。就像冰箱、雪櫃,不說成『空調箱』一樣的道理。
我們常說的1馬力(horse power)冷氣機相等於 0.746 kW。也就是說,讓冷氣機不停工作1小時,總電量是 0.746 kWh。一天開足10個小時就是 7.46 kWh。
但是,冷氣機不是長時間都開足馬力的。傳統冷氣機的壓縮機在達到設定的溫度時會停止運轉,直到溫度回升時又再度運轉。這樣的設計當然是為了省電,因為一般交流電(Alternating Current,AC)壓縮機的速度是基於 50/60 Hz 的電源頻率恆定運轉的。但如果這一開一關的次數變得頻密的話,反而會增加用電量,因為壓縮機啟動時所需的電量是非常高的,再者這也會減低壓縮機的壽命。
由於以上原因,傳統冷氣機操作的環境溫度波動幅度比較大,比如設定溫度是 25 度,但實際波動可能是 24 到 26 度之間。這讓使用者感到不舒服,進而把溫度設定得更低。
新穎的變頻(inverter)冷氣機在這一方面有優勢,因為它不利用電源的頻率,而是自生頻率來控制壓縮機運轉的速度。當環境溫度接近設定溫度時,壓縮機運轉就變慢,但不會停止。反之壓縮機運轉就增加。這樣一來,溫度波幅就不會太大,在 1 度之間。這樣一來,使用者就會覺得比較舒適。
但這些都是功能的設計,以達到紙上談兵最優化的效果。而事實上,使用者的用法才是決定總耗電量的關鍵。用法錯誤並不會讓變頻冷氣機變得比傳統冷氣機省電。
首先,當然是使用時間。長時間使用當然比短時間使用來得耗電。
然後就是冷氣機馬力的選擇。
空間太大使用太小馬力的冷氣會造成冷氣機因為達不到設定溫度而不停的運轉。
馬力太大的冷氣機其實也不一定就比較好。這裡牽涉到另一個關鍵詞『濕度』(humidity)。
濕度是讓我們覺的黏嗒嗒的重要因素。在同樣溫度(乾球溫度,dry bulb temperature。為了文章簡潔,這裡先不談)下濕度越高,人就會覺得越悶熱。我們說的『乾爽乾爽』就是這個原因,空氣濕度低(乾),人會覺得比較爽.
冷氣機不但抽取熱氣,同時也把空氣中的濕度抽離。馬力過大的冷氣機把溫度很快降低到設定溫度之後就停止運轉,這讓濕氣有時間重新回升,造成不乾爽。
再來是溫度的設定。25 度跟 24 度有差嗎?當然有。室內跟室外的溫差是造成溫度上升速度的原因。溫差越大,上升速度越快。當室外是 30 度,室內是 25 度,那 5 度的溫差跟當室內是 24 度時的 6 度溫差相比,當然是 24 度時的溫差上升速度比較快。
你在說甚麽。。。
換句簡單的說法,室內室外的溫差越大,冷氣機需要運轉得更頻密,耗電量也更大。這耗電量是不是線性的,而是指數性增長。
白天跟夜晚的耗電量當然也不一樣。由於白天有日照,溫差相對大,室內溫度上升的速度比越晚快許多,冷氣機要抽取的熱氣也相對多。
說了那麼多,還沒有看到重點。。。好吧。
由於太多不確定性,室外溫度、設定溫度、空間大小、冷氣容量、變頻傳統、白天黑夜、日照方位、等等,不可能計算得出準確的用量,不過一個粗略的估計還是可以的。
上面說過了,1 馬力的冷氣機每個小時耗電量是 0.746 kWh。假設溫度設定 23 度,冷氣機實際工作時間為 90%
假設1天開足 10 小時,總耗電量是 0.746 x 10 小時 x 90% = 6.7 kWh。
每個月30 天,總耗電量大約是 200 kWh。
如果不計算冷氣機的話,一般家庭的每個月耗電量不會超過 300 kWh,屬於第二等級(Tier 2),也就是基本電費不會超過 RM77,看最後的附錄吧。
假設一個家庭每個月的電費是 RM300,該家庭的耗電量是處於第3等級(Tier 3),也就是說每千瓦時(kWh)的費用是 RM0.516。換算起來就是:
每開足一小時的費用是 RM0.516 x 0.746 x 90% = RM0.35
每開足一天(10小時)的費用是 RM0.35 x 10 = RM3.50
每個月的費用就是RM3.5 x 30 天 = RM105。
如果每月電費處於第5等級(Tier 5),那麼冷氣每小時費用相對是 RM0.43,或每個月 RM116。
為了便於計算,我們粗略的簡化成:
(a) 1馬力的冷氣機一小時的費用是 RM0.35。(b) 1馬力的冷氣機每天十小時,每個月電費是 RM100。
不難記吧?
在行動管制期間大家都在大開特開,夜晚開、白天也開,而且開的還是客廳那 2.5 馬力的冷氣機。不但如此,客廳空間也相對大、溫差也比夜晚大得多,耗電量大許多。但大家還是開得不亦樂乎、樂不可支,一直到收到電費單的那一刻。。。
1.5 馬力的冷氣費用當然是以上乘與 1.5 = RM150,2.5馬力乘與 2.5 = RM250。
所以,在向國能投訴之前,看看自己比平常開多了幾小時的冷氣吧。
以下是附錄:
一台 500L 左右的冰箱,除非每 5 分鐘開關冰箱門一次,要不然每個月的耗電量也不會超過 100 kWh。
一台 750w的熱水機也不是長時間處於 750w 的狀態。除非喝水頻密,要不然它的平均耗電量不超過 20%,也就是每個月大約 50kWh。
洗澡的熱水器倒是相當耗電,因為要很快的把水熱起來。一般連泵的設計大約是 4kW,不過當然那是開到最高溫度的耗電量。一般實際耗電量大約 1kW。假設每次使用15分鐘,一般4個人家庭的用量,每個月大約 30 kWh。
一般風扇最大功率大約是 150W。一般只開一半的風量,就是 75W。2盞風扇每天開足10小時,每個月的耗電量大約為 50 kWh。
電磁爐一般大約 3 kW,但實際耗電量大約30%。假設每天使用1小時,每個月大約 30kWh。
現在還有人用40W的燈泡嗎?假設5盞 18W的燈每天開足10小時,每個月耗電量大約為 30kWh。
洗衣機的耗電量其實不多。平均一台洗衣機的最大功率是 400W,運轉一次大約為一個小時。除非有熱水功能或清洗最大負載量,要不然它的耗電量不會超過 40%,也就是160 Wh,每個月大約是 160 Wh x 30 天 = 5 kWh。
其他零零總總算 5kWh。
以上合計 300 kWh,Tier 2 的界限,總數RM77。
用那麼多電才 RM77,你還抱怨甚麽?



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Wednesday 10 June 2020

力力力力

這篇於 2020-06-09 在臉書發表

說說宇宙四個基本力(force)。

電磁力(electromagnetic)、重力(gravity)、強核力(strong nuclear force)、弱核力(weak nuclear force)。

相信嗎?整個宇宙就只由這四個基本力在粒子間產生的相互作用而建立起來的。

電磁力之前談過了,包括我們所說的光在內的都屬於電磁力。

重力就是我們熟悉的地心引力,在愛因斯坦的相對論裡佔了很大的角色。在相對論之前,毫無質量的光子(photon)是不會受重力影響的。相對論基於等效原理(equivalence principle)改變了這個觀念。在相對論裡,重力彎曲了物體周圍的時空,光子就在這個彎曲的時空運行。

岔開題目說一下,等效原理是指在局限的區域內,重力跟慣性(inertia)是相等的。舉個簡單的例子,當一艘太空船以相等於地心引力 9.8 m/s2 的加速度飛行時,船艙內的太空人分辨不出到底是地心引力還是慣性的作用,兩者之間是相等的(雖然事實上不然,兩者之間還是有差別的,有機會再談)。

再岔開一下,2012年在 CERN 的強子對撞機(LHC)撞出來的『神的粒子』(Higgs Boson)證實了宇宙中所有粒子質量(mass)的來源,而光子和膠子(Gluon,把基本粒子夸克,Quark,結合起來形成質子跟中子的粒子)是兩個對希克斯場(Higgs Field)沒有反應的粒子。

原子是由帶正電的質子(proton)跟帶負電的電子(electron)組成。質子跟中子(neutron)集中在原子核(nucleus)內,強核力是負責把原子核裡的中子與質子困綁在一起。由於質子之間同性相斥,如果沒有強核力,原子核就不能存在,也就沒有所謂的原子,這個世界也就不會存在。但是強核力的有效距離很短,所以影響不到電子,要不然電子會被吸到原子核,這世界也不會存在。而在原子序大於 82(也就是鉛) 的元素裡,由於原子核體積太大,強核力變得比質子之間的電磁排斥力弱,原子核開始變得不穩定。
弱核力比較不容易了解,但它就是碳-14 定年法背後的功臣,也是廣島原子彈,核裂變(nuclear fission),由理論變成日本人夢魘的原因。

弱核力,顧名思義,非常微弱,只能在近距離下作用,比如把中子(neutron)變成質子(proton),這就是衰變(decay)的成因。

弱核力跟其他力有著顯著的不同,它是唯一不遵守CPT(Charge,Parity,Time)守恆定律的力。也就是正負電荷(C)、旋轉方向(P)、時間流向(T)都不對稱。

在華人世界名氣很響亮的兩位理論派物理學家楊振寧跟李政道,就是在 1956 年的論文裡質疑弱核力的 P(宇稱,我想破頭也想不出為甚麽翻譯成這個詞)不守恆而榮獲諾貝爾物理獎。而在 1957 年通過觀察鈷-6(Cobalt-60)的衰變實驗證實這一點的是吳健雄女士,但很可惜卻沒得到甚麽獎項,這令實踐派科學家相當不滿,因為他們總是認為實踐派的功勞比理論派高。



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Tuesday 2 June 2020

談談超空間

這篇於 2020-06-02 在臉書發表。

談完外星人,談談超空間。

到底有沒有超空間、或平行宇宙,的生物存在?

來看看科學無聊、缺乏想像力嗎。

超空間就是在我們三度(或說三維)空間之外的空間。

三維,通俗來說是指長、寬、高組成的定位系統。基本上我們存在的宇宙的任何一個點都能以三維來定位。

愛因斯坦顛覆了這個概念,他把時間當成第四個概念,所以我們有了四維時空(space-time)。

幾乎所有物理學家都相信宇宙中的四個基本力,電磁力(Electromagnetism)、強作用力(Strong force)、弱作用力(Weak force)、重力(Gravity),都是統一的,稱萬有理論(Theory of Everything, ToE)。但到目前為止科學家只成功統一了除重力之外的三個力。

在 1921 年發表的卡魯扎-克萊因理論(Kaluza–Klein theory)裡,為了統一重力跟電磁力而加入第五空間。但很抱歉的,想要移居到這個第五空間是完全不可能的。在這理論裡,第五空間彎曲或捲成一個直徑為10的負30次方的空間,超越任何科技所能探測的極限。

在弦理論(String Theory)裡,空間有 10 維度,在M理論(M Theory)裡,空間有 11 維度,在玻色弦理論(Bosonic String Theory)裡,空間維度更進一步提高到 26 維度,才能把程式中的不一致性消除掉。

這些高維度空間(Hyperspace)存在於數學方程式裡,導出符合我們三維空間(或四維時空)所觀察的結果,不直接表示這些高維度空間以跟我們的世界一樣的形式存在著。

在弦理論裡,這十維的空間在早期分裂成兩個部份,一個是六維、另一個就是我們身處的四維空間。這斷裂的一大片六維空間也被捲成了非常小的空間,連原子也塞不進,更甭談住人。
所以在這些理論裡,這些高維度空間都存在你我左右,只是我們觀察不到。

在弦理論中,弦是非常微小的,在普朗克常數(Planck's Constant,10的負34次方)尺度範圍裡。而在 M 理論裡,這些弦卻可以張開成無限大,變成一片片的『膜』(所以有說 M 就代表『膜』,Membrane,但它的創立者愛德華·維騰,Edward Witten,卻保持神秘),在高維空間裡漂浮擺動著。當兩片鄰近的膜擺動得太靠近而相撞時,就會創造出一個低維度的宇宙,我們宇宙的大爆炸(Big Bang)就是在這個前提下產生的。

所以無數的宇宙在高維度空間裡一直不斷的被創造出來,就像肥皂泡沫一樣。每一個被創造出來的宇宙都有著一套不一樣的常數,大部份的常數導致宇宙很快的癱縮或過份膨脹而消失,只有很少的宇宙能保持比較長久一點的時間,就像我們身處的宇宙。而連接這些宇宙的只有超空間,所以宇宙之間的通行(或通訊)在量子尺度裡或許有一天能辦得到(還是非常非常困難的),但想要跨越超空間到另一個宇宙去旅行,在人類尺度裡是辦不到的,因為所需的能量是整個宇宙。

在科學精神下,弦理論和M 理論或許永遠不能被證實。因為在超微小的量子界,所有的觀察活動都會直接影響被觀察的的對象,進而影響觀察結果。量子物理學創始人之一維爾納·海森(Werner Heisenberg)在他的測不准原理(Uncertainty Principle)就已經提到了。



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Sunday 24 May 2020

談談外星人

這篇於 2020-05-24 在臉書發表。

談談外星人。

外星人存在嗎?

不是你我坐在茶餐室口沫橫飛大談『我認為外星人存在的可能性是xxxx』的那種,一般上科學家對這種問題的態度是『大膽假設,小心求證』。

但是。。。!

1961 年德國天文學家家法蘭克·德雷克(Frank Drake)提出了一條推測銀河系內外星人可能與我們通訊之文明數量的公式,被稱為德雷克公式(Drake Equation),看圖一。


圖一 雷德克方程式
https://en.wikipedia.org/wiki/Drake_equation#Range_of_results
  1. 銀河內恆星形成的速率,R*
  2. 該恆星有行星的可能性,Fp
  3. 該行星有可能發展出生命的平均數,Ne
  4. 該行星發展出生命的可能性,Fl
  5. 該生命演化出高智生物的可能性,Fi
  6. 該高智生命能夠進行通訊的可能性,Fc
  7. 該通訊時間的窗口,L

顯而易見的,這條方程式並不很嚴謹,因為以上這方程式裡的所有變數的估計值誤差範圍太廣,導出的答案也失之千里。比如德雷克本身推測這些值為:

  1. 每年都會有1顆新恆星形成
  2. 0.2 到 0.5 的恆星會有行星
  3. 這些恆星有 1 到 5 顆行星有可能發展出生命
  4. 100% 的以上行星都發展出生命
  5. 100% 以上的生命都演化出高智生物
  6. 0.1 到 0.2 的高智生物能夠進行通訊
  7. 該通訊的窗口介於 1 千年到 1億年之間。

答案的最低值為 20 顆,最高值為 5 千萬顆能跟我們通訊的高度文明行星。但可以看出以上除了(1)和(2)之外的值基本上都是根據自己喜好的、很粗略的、不著邊際的假設。

即使以目前最新的估計值,導出來的答案還是介於 0.00000000000091(基本上表示地球是唯一有高度文明的行星)到 15,600,000 顆之間,跟茶餐室胡說八道的數字沒有差別。

德雷克本身解釋了這條公式的用意是為了拋磚引玉,促進更多關於外星人存在性的討論,其本身並沒有學術上的價值。

要注意的是,這方程式並沒有考慮相對人類文明(有能力檢測外太空電磁波)的窗口。舉個例子,假設有符合德雷克方程式的外星人存在,但在 135 億年的漫長銀河系歲月裡,他們或許在地球還沒進入文明之前就已經毀滅了。也就是說,實際上有外星人的行星或許遠比德雷克方程式所預測的還多。

但是。。!

比雷德克方程式所預測的還多並就不令人振奮,任何數字乘以 0 結果還是 0,這是最悲觀的結果。

拋開雷德克方程式不說,我們的科學家們到底對外星人的存在探討得怎樣了?

有個叫搜尋地外文明(Search for Extra-Terrestrial Intelligence,SETI)的計劃,德雷克就是首個完成 SETI 實驗的天文學家。

1977 年,美國天文學家傑里·R·埃曼(Jerry R. Ehman)檢測來自人馬座的訊號,發現了一組明顯不屬於雜訊的電磁波,就是出名的 Wow! 訊號。這是目前史上唯一檢測到的符合來自地球之外的訊號模式。看圖二。

圖二 Wow! 訊號
https://en.wikipedia.org/wiki/Wow!_signal#/media/File:Wow_signal.jpg

此外 SETI 還啟動了 SETI@home 的計劃,利用自願者自家電腦來幫助運算。

今年初,SETI 發佈了 2,000 TB(2後面加15個0,相等於 8000 台 256GB 手機的容量)的檢測資料,結果當然還是是零。
銀河系有大約 1,000-4,000 億(100-400後面加九個0)顆恆星,科學家也在目前科學限制下發現了大約47顆位於『宜居帶』,Goldilocks zone,附近的類似地球的行星。

甚麽是『宜居帶』?科學家相信外星生物的演化很大可能性跟地球生物沒有多大差別。

首先是碳。前一陣子說過,碳是宇宙中最有彈性的元素,可以結合成不同的,由簡單到複雜的,分子。由於不需要在質量非常大的恆星爆炸中產生,碳在宇宙中也是相對豐富的。

其次是要有大量的液體,因為液體是孕育生命的溫床。記得在化學實驗室裡拿著試管晃呀晃的嗎?元素在液體中融合的機率比在氣體或真空中來得有效。宇宙中含量最多的就是氫跟氧結合成的水(H2O)。

雖然說液體不一定非得是水,液態氧、液態氮,等也是液體。但是由於這些元素跟碳碰不出甚麽火花,所以孕育生命的可能性相對非常低。而水分子中的氫跟氧元素則能跟碳產生不同複雜的分子,從而提高產生生命的可能性。

既然水是那麼的重要,那麼行星的表面溫度不能太高或太低。溫度太高水都蒸發成氣體,溫度太低變成固體冰。這決定了行星跟恆星之間的距離,太靠近或太遠都不能讓水維持在液體狀態。

再者,行星的體積不能太小,因為需要足夠的引力牽引着水,防止水氣流失到外太空。

這範圍之內就是宜居帶。看圖三。

圖三 宜居帶
https://exoplanets.nasa.gov/internal_resources/154

凡事都有列外,當然,統計學上它的可能性,無論多麼渺小,還是存在的。但即使在符合所有條件下的行星上都找不到外星人存在的證據,宜居帶之外的行星目前都不是科學家著重的地方,畢竟研究也需要經費。

對了,火星處在宜居帶外圍,過去也曾有水的證據,很有潛力成為第二個地球,所有科學家正在探討將火星改造成適合人類居住的星球。

到時人類的後代就是名副其實的火星人了。



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Monday 18 May 2020

淺談演化論

這一篇很長。。。

說說演化論(或說進化論,evolution)到底是怎麼一回事?

動物園裡的猩猩為甚麽還沒變成人類?

其實演化論顯著的例子比比皆是,你家裡養的金魚是兩千年來中國野生鯽魚人工演化而來的,而博美、哈士奇、鬆獅、等一大堆品種的狗幾百年前都不存在這世界上,它們都是斯皮茨犬(Spitz)人工演化而來的。你今天所買的又大又甜又多汁的水果幾乎全都是人工演化而來的。

怎麼人工演化呢?簡單說就是『去蕪存菁』。將毛色美的、毛髮厚的、眼睛大粒的、肚子肥肥的、多汁的等根據培養者的喜好(或市場需求)保留下來繁殖下一代。這樣一代代下來,所保留的特徵就會越來越明顯。

但那是人工演化呀,你說。

對。人工演化跟自然演化最大的不同點就是選擇權。人工演化的選擇權當然在人類,而自然演化的選擇權。。當然在自然界,物競天擇。自然界演化的選擇關鍵在於生存率跟繁殖力,而非九頭身、六塊肌肉。想當然的,被吃了就甭談繁殖了。

老鼠黑色的毛髮便於躲在黑暗的角落不被發現。青蛙產下數千顆卵就是為了那不到 0.15% 的生存率。羚羊跟花豹一個追一個逃,兩種都演化出不相上下的速度。這些演化都是漸進式的,所以不會像人工演化那樣快速躍進,期間需要幾千、幾萬,甚至幾千萬年以上。羚羊只需要跑快過花豹一點點就能生存,花豹只需要跑快過羚羊一點點就不會餓死,所以你不會發現速度快過花豹很多的羚羊群,因為沒有必要。

是的,演化永遠是有需求下才會發生的,而大部份驅使演化的原因是由於居住環境的關係,像氣候、天敵、食物,等挑戰。

同一個物種會因為那一點點的特徵優勢在數百萬代以後演化成外觀完全不同的後代。猜猜看,河馬(不是你想的那隻!)最親的親屬是哪個物種?豬?大象?正解是鯨魚。正確來說,鯨魚是河馬的旁支,兩者在5千500 萬年前是一家。看圖一。

圖一 鯨魚跟河馬有共同祖先https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/images/evograms/whale_evo.jpg

河馬跟鯨魚的分水嶺發生在大約 5千萬年前,河馬屬在經過印原豬屬(Indohyus)的階段之後演化成巴基鯨屬(Pakicetus),開始能在水中獵食。之後逐漸的演化成完全水中的走鯨(Ambulocetus)、庫奇鯨(Kutchicetus)、羅德侯鯨(Rodhocetus)、矛齒鯨(Dorudon)、到今天的鯨豚類(Cetacea),這過程中,用來走路的前肢也演化成蹼,成了地球上最大型的哺乳動物。

回到一開始的問題。動物園裡的猩猩為甚麽還沒變成人類。

這問題本身就不成立。

正確來說,猩猩、人類、猴子、人猿、等都是靈長類(Primates)六千萬年演化出來的結果。看圖二。

圖二 靈長類演化史
https://en.wikipedia.org/wiki/Primate

先說說靈長類的由來。

所有哺乳動物的祖先起源於一種長得像老鼠,以昆蟲為食物的哺乳動物,科學家給它取了個名字叫摩根錐齒獸(Morganucodon)。這種生物在3億年前的恐龍時代為了保命而像今天的老鼠一樣在地底到處躲藏。6千500萬年前(小行星撞擊地球導致)恐龍滅跡之後,摩根錐齒獸由於天敵的消失而得以光明正大的生活在土地上大量的繁殖,踏出了成為人類的漫長旅程的第一步。

在陸地上的摩根錐齒獸根據不同環境陸陸續續的演化成今天各種各樣的哺乳動物。其中一部份的摩根錐齒獸經過獸亞綱(Theria)、北方真獸高目(Boreoeutheria)的演化階段之後,為了逃避地上獵食者的追捕以及樹上有豐盛食物的緣故,開始往樹上攀爬,成了一群長得像松鼠的動物,長期生活在樹上。

後來一部份為了利於攀爬而演化出修長的手臂與靈活的手指,成了成類似猴子的形態,這就是這就是靈長類,Primates。由於需要長時間在樹上盪來蕩去,靈長類的骨骼跟體型也局限在一定的程度,太大或太重的體型不利於樹上生活。這發生在大約6千萬年前。

順帶一提,由於大陸板塊移動的關係,有一群獸亞綱動物在還沒有演化成靈長類之前就被隔離在澳洲大陸。由於長時間沒有天敵,而有機會演化成今天跟人一樣高大孔武有力的袋鼠。

靈長類演化到人科(或說黑猩猩科,Hominidae),期間用了4千500萬年。

4千500萬年是漫長的,地球環境長時期沒甚麽大改變,食物鏈維持平衡,所以靈長類的演化也非常緩慢,動物們都安家樂業,歌舞昇平。

除了非洲大陸。

非洲大陸在這段期間,茂密的樹林由於種種原因逐漸消失。消失的原因有森林大火、大陸板塊移動造成氣候變遷、甚至還有羚羊出現的緣故、等等的學說。總之,這些因素導致綠油油的大陸逐漸的沙漠化,樹林的減少迫使一部份弱小的靈長類狹鼻小目(Catarrhini,『小目』不是小眼睛,而是分類!)從相對擁擠的樹上走回陸地上。

但這次可跟之前不一樣了。重回陸地上的狹鼻小目,由於有了以前所沒有的靈活手指,變得更靈活更強大了。它們能抓取石頭或木條來當武器,遇到天敵不再總是處於挨打的地位。而且由於少了的盪樹的考量,更何況體型是退敵的本錢,狹鼻小目的體型也開始變大,間接的讓腦容量也有發展的空間,人類的遠祖開始能思考了。

這發生在大約1千500萬年前,人類的遠祖正式跟繼續住在樹上的猴子分道揚鑣,成為人科/黑猩猩科。

爾後演化繼續隨著環境的改變一直在不停的進行著。在1千萬年前跟紅毛猩猩(Orangutans)分別演化。接下來是 900 萬年前跟大猩猩(Gorillas)脫離關係。最後來到800萬年前,跟黑猩猩(Chimpanzee)分家。所以跟人類最接近的動物是黑猩猩。

直到3百40萬年前演化到了人屬(Homo),這時的遠祖稱為南方古猿(Australopithecines)。

之後人類史進入舊石器時代(Paleolithic),這時代維持了相當長的過程,從260萬年前到1萬2千年前。

大約在1百90萬年前,需要以雙手支撐站立的古猿終於演化成能單靠一雙後腿長時間站立的直立人(Homo erectus)。然後在75萬年前一部份的直立人演化成為智人(Homo Sapiens)中的早期智人(Archaic Homo sapiens)。這時候的智人腦容量已經跟現代人一樣,懂得人工取火、用獸皮製衣、埋葬死去的人,等。我們熟知的周口店發現的北京猿人骨頭就是屬於這舊石器時代(50萬年前)的早期人類,考古顯示它們已經懂得製造石器、煮食、生火等。

舊石器時代之後進入新石器時代(Neolithic),一直到2千年前。晚期智人(Anatomically modern humans)在這時候出現,他們的體質特徵上和現代人已沒有明顯差異。晚期智人能精製石器和骨器,懂得繪畫、雕刻等藝術,能修建簡單房屋,男女有明確分工。長江、黃河文明就是發生在那個時代。

之後就是我們所熟悉的三皇五帝、夏、商、周、秦、漢、三國、晉、等等。。一直到今天。

聲明:文章裡所提到的年代、年份、物種、關係等的分類在科學界還是有分歧,但基本概念不變。

基本參考:

https://en.wikipedia.org/wiki/Primate

https://en.wikipedia.org/wiki/Hominini

https://en.wikipedia.org/wiki/Homo

。。。等等其他



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Wednesday 13 May 2020

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。

Image may contain: possible text that says 'Graphite vs Diamond Graphite Diamond Dull, opaque, soft, common Brilliant, transparent, hard, rare rare'
圖一 鉛筆芯跟鑽石是一家親
https://pbs.twimg.com/media/Dl9s_q6XoAA3qvt?format=jpg&name=small

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。

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。而現在人工鑽石已經能在市場上找到,價格比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。看圖二。

No photo description available.
圖二 人工跟天然鑽石的分別?
https://www.comminsandco.ie/wp-content/uploads/2019/11/lab-grown-diamonds-350x227.png

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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Sunday 10 May 2020

偽科學的電磁波

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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偽科學的電子

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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偽科學的納米量子

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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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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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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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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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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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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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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有機地球人

這篇于 2020-04-10 在臉書發表

地球所有生物基本上是氫跟碳的化合物。事實上,在化學領域裡『有機物』,organic ,指的是所有含有『碳』,carbon ,元素的化合物,跟你所知的『有機蔬菜』的意思不太一樣。只要燒了之後會剩下一堆碳的基本上都是有機物。

為甚麽地球生物會是碳的化合物呢?不能是其他化合物嗎?

這裡需要一點中學化學知識:元素週期表,Periodic Table。不需記得全部內容,只需記得週期表排列的意思。由左到右,由上到下,把元素圍繞原子核的電子數量(或重量)由小到大列出來。

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https://en.wikipedia.org/wiki/File:Simple_Periodic_Table_Chart-en.svg

列表中由上到下表示電子軌道多寡。每一行代表軌道能容納的電子數量。舉個例子,第一行的軌道最多只能容納 2 個電子。第二行則是 8 個,以此類推。當電子數排到最右邊,該元素就達成飽和狀態,很難與其他原子有任何化學反應,稱為惰性元素,inert element 。(新的稱呼為稀有元素,Noble element)。

週期表中可以看到,氫,Hydrogen ,是最輕的元素,只有一個電子。氦,Helium,有 2 個電子。碳,carbon,有6個電子(第一行 2 個,第二行 4 個)。氮,Nitrogen,有 7 個電子(2,5)。氧,Oxygen,有 8 個電子(2,6)。

原子的特性就是會傾向跟其他原子結合,分享電子群,以達到飽和或穩定狀態。這種結合就形成我們熟知的分子,Molecule。大家都熟知的水分子,H2O,就是由兩個氫原子結合一個氧原子,來達到外層 8 個電子的穩定狀態。

這裡也看到現在的氫氣球為甚麽變成氦氣球,因為氦氣是穩定氣體,不會產生化學反應爆炸。

回到 137 億,13.7 billion,年前,當宇宙從無限小的奇點,Singularity,爆炸中誕生。當時只有氫元素,跟少量的氦元素。

那麼,其他元素怎麼來的?答案是融合,fusion。

把兩個氫原子融合起來,就會變成一氦原子。把三個氦原子融合起來就變成碳原子。把四個氦原子融合起來就變成氧原子。

那麼,融合是怎麼發生的呢?答案是太陽(星星)。

引力在宇宙誕生的時候就存在,氫跟氦原子被引力集中成造就了第一代的星星。當這些星星幾億年燃燒完氫氣之後,變成紅巨星,Red Giant Star。星星內部巨大的壓力產生核聚變,Nuclear Fusion,把氦原子融為碳原子。

若星星的質量足夠大,會造成連鎖反應,製造出氧至鐵,Ferum,一連串的元素。當這類星星燃燒完之後會變成超紅巨星,Red Super Giant Star。超新星,Supernova,是指當超紅巨星爆炸在太空中形成的超亮點。由於爆炸力足夠大,超新星能製造出比鐵更重的元素,比如金、銀、銅、鈾等。越重的越難形成,也越稀有,所以金銀銅的價錢一個比一個高不是沒有原因的。

週期表中其他太重的元素則不可能在大自然產生,而是人工合成的。

離題了,理所當然的。

再離題一下,我們可愛的太陽是 45 億年前形成的第三代星星,因為光譜分析太陽內有碳氮氧原子,這些元素只可能在第二次的星星爆炸中產生。

地球同樣的在 45 億年前形成,它收集了宇宙星球爆炸的各種由氫到鈾元素塵埃,就是這多種元素讓地球變得七彩,因為不同的元素反射不同的光譜。

回到問題,為甚麽地球生物會是碳的化合物?

碳的位置在第二行第四個,居中的位置給了它很大的靈活性。它可以跟其他元素,尤其是氫,組成不同的結構。就是這種環環相扣的複雜性才有可能產生一連串的 DNA,進而讓生物的變得可能。

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https://ro.pinterest.com/pin/337840409545769013

那麼為什麼不能是矽,Silicon、鍺,Germanium 元素?它們也都有居中,最外層也都有 4 個電子。不談複雜的化學,基本上是因為他們的體積比碳原子大多了,化合物的靈活性比碳弱。舉個例子,二氧化碳是氣體,二氧化矽卻是重得多的海沙。不過也因為這種居中的特性,矽跟鍺在半導體工業裡成為重要的元素。

起身!不要再睡了!



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疫情過後

這篇于 2020-04-10 在臉書發表

前言:這篇一個星期前寫了一大半,一直拖著沒有去完成。

#來談談疫情之後

首先,沒有所謂『疫情過後』這回事。直到疫苗被開發出來之前,全世界的人都被逼要跟新冠病毒一起生活,模式也會改變。本來你很開心辦了燒烤會,突然之間你被通知你的住宅區要被強制隔離,因為隔兩條街那吃素的一家出現了個新冠病毒感染者。

新冠病毒是個轉捩點,其中一個最重要的因素就是社交隔離。

菜農漁夫餐館在這段社交隔離期間經歷了天翻地覆的改變。。當然是變壞,欲哭無淚。曾經一貫的供應鏈模式一夜之間崩潰,所有的收成回歸大地。窮則變、變則通,有些開始加入外賣、電話、網售、套裝、模式層出不窮。

很多比較傳統的公司這之前還在猶豫要不要數碼化,譬如居家工作、網路會議、網上交易、等等。疫情之後會看到有不少的公司開始著手研究數碼化,數碼科技需求量大增。電訊公司要著手解決流量問題,間接推動 5G 服務。

數碼的基礎建設項目會大量增長,相關領域會具有競爭性。

數碼化之後的公司會檢討員工打卡上班的必要性,居家工作讓交通工具的需求量大跌。社交隔離讓公共交通受打擊。飛機首當其衝,需求量下跌,價格上漲,不再『人人皆可飛』了。

交通工具需求量的減少令石油價格下跌,依賴石油的國家的財務會面臨巨大問題。

跨國遊客大量減少,依賴旅遊業的國家的收入大減,大量旅館、民宿、與其他跟旅遊業相關的行業會因此面臨倒閉的窘境。

大量傳統行業即將消失,導致大量的員工失業。餐館、酒吧、電影院、演唱會這些高密度的場所是受影響層度最高的行業。這導致啤酒的供應量大減,價格相應提高。客源的流失,餐廳及酒吧開始接受外賣服務,甚至著重外賣。

電召配送服務肯定會是一個火紅的海域。失業的員工開始投入電召行業。電單車銷量會劇增。火車服務則會集中在運送物資,而非乘客。

大量失業的人需要政府的大量援助,否則會導致罪案的增長。羊毛出在羊身上,稅率會相應增加。

往好的方向看。

溫室氣體因此排放量減少。氣候開始回到七、八十年代,或更早以前。天空的雨酸性減少,河流也開始不再那麼渾濁,臭氧層恢復的速度加快。食物內的毒素減少,人類的平均壽命會增加。

#地球會延後毀滅



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不准確的大數據

這篇于 2020-04-08 在臉書發表

大數據,Big Data,之所以稱為大數據是有原因的。它所需的數據真的要很大很大,不是幾千幾萬,而是幾百萬幾千萬甚至幾億,而且包含所有能採取的數據,並不限定範圍。由於太大,根本無法像傳統數據那樣分門別類,所以這些數據就被歸類為『非結構化數據』,Unstructured Data。這種沒有分門別類儲存數據的方式在幾十年前會被資深工程師罵個狗血淋頭,但現今電腦能力遠遠超越那個時候,在一堆山一樣高的雜亂文件裡尋找所需要的關鍵詞根本是小事一件。

大數據還有一個強項,就是相關性分析,Correlation Analysis。當然相關性分析不是大數據才有的,但是大數據的相關性分析可以很快的把兩個看起來沒有關係的數據層層疊疊的牽連起來,去蕪存菁,然後再利用因果分析,Casual Analysis,來進行更精確的分析。

當前利用大數據的的例子就是 IBM 利用超級電腦分析了新冠病毒的大數據,把有效疫苗成份範圍的可能性縮小到 77 個。這讓其他研究員省下不少時間,提升研發疫苗的速度。

完美嗎?不。

相關性分析領域常強調『 相關不蘊涵因果』,Correlation does not imply causation。簡單來說,即使數據上顯示兩個不同參數,parameters,的曲線相吻合,並不代表這兩個參數之間有關聯。

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圖表一,對比美國由1999年到2009年之間的自殺率跟投入科學,太空以及科技領域的資金。Y軸左邊是自殺率尺度,右邊是投入科學、太空以及科技領域的資金的尺度

比如看圖表一,對比美國由1999年到2009年之間的自殺率跟投入科學,太空以及科技領域的資金。兩者的曲線相似的層度相當高,但它們之間能有關係嗎?當然聰明如你會說,就是這個高科技讓人發瘋自殺,所以肯定有關聯性。

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圖表二,對比美國1999到2009 年間死於游泳池的人數跟影星尼古拉斯基出現在影片中的次數。Y軸左邊是死於泳池的人數尺度,右邊是尼古拉斯基出現在影片中的次數尺度。

那好吧,我們再看看圖表二,美國同年間死於游泳池的人數跟影星尼古拉斯基出現在影片中的次數。。。應該是看了他的影片然後去溺水?

目前火紅的學科是數據科學家,Data Scientist。數據科學家是新穎的專業,跟一般的數據分析師,Data Analyst,不一樣。前者想辦法在一大堆毫無意義的數據裡找出相關性,後者利用這些相關性進行相關分析。



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發燒的哥斯拉

這篇于 2020-04-06 在臉書發表

不談病毒疫情。

昨天在電視前按來按去,看了一段『哥斯拉』,Godzilla,和一段『金剛骷:髏島』,Kong: Skull Island。

哥斯拉身高每一集都不一樣,眼前這集是 108.2 米高。金剛站在它身邊變成侏儒,只有 30 米高。

地球有可能出現這樣大的生物嗎?來算看看。

不要弄到太複雜,把生物體型假設成圓形(好像小時候所看到的洋服店黑白招牌,永遠戴著高帽叼著雪茄,挺著一個像球一樣圓的肚子),便於計算。

霍金教授,Professor Stephen Hawking,在他『時間簡史』,The Brief History of Time,這本書內提到,書中的每一條公式會導致一半的讀者流失,所以我也依樣畫葫蘆不在本來就令人昏昏欲睡的文章裡加入這些公式。。背後原因當然是懶惰。

假設哥斯拉跟金剛都是跟地球生物一樣的有機生物,也就是碳跟氫的化合物(關於這個又是另一篇文章),肌肉骨骼成份也一樣,所以體積跟體重成正比。

假設人的平均高度為 1.5 米,體重 50 公斤。那麼金剛的體高是人的 20 倍,哥斯拉的體高是人類的 72 倍(忽略小數點)。計算機上按按,金剛的體重是400 公噸,哥斯拉的體重為18,662.4 公噸。

要支撐這個體積的是腿部受力的面積,也就是大腿骨骼的面積。長話短說,大腿骨骼受力度跟比例成正比。也就是說金剛的大腿受到的壓力增加 20 倍,哥斯拉 72 倍。想像在你身上疊 20 或 72 個跟你同樣體積的人,別說走動了,站都有問題。

地球目前所知最大的陸地動物是泰坦龍,Titanosaur,重量達60 噸,但跟金剛比起來像嬰兒,跟哥斯拉比起來像老鼠。即便是泰坦龍,也需要四條很粗的腿站著,行走緩慢,更何況體型大它 6 倍以上的金剛跟 300 倍的哥斯拉。

地球上最大的動物不是滅絕了的恐龍家族,而是現今還存在的藍鯨。它體長達到 30 米,體重 150 噸。像這樣的動物只能活在水中,讓水的浮力支撐它的體重。一上岸,它自身的重量就會坍塌把自己壓死。所以你在海邊看到的巨型鯨魚不是缺水而死的,是臃腫而死的。

再來看看體溫,哥斯拉應該算是爬蟲類,屬於變溫動物,雖然最近有研究顯示恐龍或許也有恆溫的種類。金剛是恆溫動物,像人類一樣需要調節體溫,把多餘的熱量散發出來。如何散熱?通過皮膚表面散熱,包括流汗來降溫。跳過數學,越大的物體散熱面積相對的小,所以體積越大的人越容易流汗不是沒有原因的,他需要大量的汗來幫助快速降溫。金剛肯定天天發熱氣,因為體內熱氣囤積散發不出來。

而事實上,熱帶地方的物種體型都比溫帶寒帶地區來得小,基本上就是這個原因。體積小可以很快調節溫度。而溫帶寒帶因為需要儲存能源,體積大不但儲存多,也能保溫。所以,金剛出現在熱帶地區的剛果更是不可能中的不可能。

總括來說,地球上是不可能出現體型那樣大的物種。那它們是外星生物呢?物理在外星同樣成立。能出現這樣龐大體型物種,只有當該星球的地心引力小過地球很多倍。假設真的有那樣的星球存在,星球上的生物構造骨骼也不需要這樣堅固。這樣的生物來到地球會感受到比它們星球強上數十倍的地心引力,早都被壓扁了,怎麼可能還能飛天遁地。

誰家有小朋友的,讓他們計算看看文章內所提到的數學吧。



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再談大數據

這篇于 2020-04-05 在臉書發表

其實上一篇關於數據的東拉西扯沒有談到重點,不過反正不是學校考試,沒有人會給我零分。

數據預測的準確度最主要來自數據源,data source,的準確度與相關性。

但是你所看到的數據源並不一定就是最初的數據,通常的情況下它也是另一組數據中的平均值。

打個比方,電子溫度計測量體溫不像傳統水銀溫度計那樣能直接標出讀數。首先它必須選用對溫度非常敏感的金屬物質,而且必須是穩定的,這些物質統稱為熱敏電阻,thermistor。微小溫度的變化會改變物質的內阻,這種內阻變化能用電子儀器轉換成我們熟知的攝氏,Celsius,或華氏,Fahrenheit,溫度。

可是熱敏電阻跟溫度的對比並不是線性,linear,的,而是呈一個未知的曲線,直到今天科學家還是解不出這個內阻-溫度之間的方程式。不過在1968 年,兩位很厲害的科學家 John S. Steinhart and Stanley R. Hart (不知道他們的中文名),倒是導出了一組非常接近熱敏電阻曲線的複雜方程式組,程式中還有三組看起來就像亂碼的常數,constants。

重點來了,『非常接近』,而不是『絕對』。所以方程式內的三組常數,必須重複數千數萬甚至數十萬次的實驗來採取平均值。這樣所有所製造的電子溫度計測量的結果才不會有太大的誤差,errors。所以當我們說人體平均溫度為36.8 度時,我們不僅採用溫度計讀數的平均數,也採用溫度計內部所有電子零件的平均數、實驗本身的準確度、實驗設備的精確度,等等。在這種環環相扣的情況下,如果有一組的數據是錯的,整個後續數據都會變成垃圾。

好像又離題了。



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大數據

因為新冠病毒,所以有了這篇。

數據,data,準確嗎?這裡面最主要的關鍵詞是『機率』,probability,(或『幾率』,中國大陸用詞)。我比較偏向用『機率』,一方面是先入為主,另一方面這『機』字包含了『隨機』,random,這個含義,而『機率』就是建立在隨機數上。

數據不是『只是一組數字』而已。

先來談談隨機數。

骰子有六面,每一次扔骰子的結果都不能預測,除非是灌了鉛的。但是扔上數千次的時候,你會發現所有的數字出現的機率都近乎相等,就是六分之一,或 1.666… 。但是你不能因為有一個數字出現的機率少於 1.666..,就認為下一個開的機率就會比較大 。那麼容易的話大家發財了。

骰子無聊,用你感興趣的萬能大馬彩多多萬字。有人收集了過去幾十年的的號碼來分析下一期的號碼,結果。。那麼容易的話大家發財了。

所以,數據的準確性基本上是建立在很大的採樣量,sample size,上,越大的採樣量,數據就越準確,所以才有『大數據』這個概念。

人們很早就用數據解決問題,可是不知覺。就像草藥,都是大家吃啊吃的,慢慢就知道某些草藥能治這個那個,老人家說這是經驗,而科學是把它們記錄下來,變成數據。

2018 年 509 大選的時候,我曾經做過一個很無聊的統計,利用谷歌輸入"support BN"跟"support PR",不去管搜索內容,只看兩者出現的搜索結果出現的數量,有趣的是結果為 49:51,跟選舉結果一樣,而且距離選舉日期越近,出現的數量越精確,由 61:39 的比例到 49:51的比例。你可以嗤之以鼻說這是過於簡單、毫無根據,但大數據往往只看結果,裡面固然有原因,可是複雜程度遠遠超越目前的計算能力。

同理,我們能預測氣候,climate,可是不能預測天氣,weather。我們能說十二月多雨,卻不能預測明天會不會下雨。因為氣候是大數據,天氣還不夠數。

更深一點,那個聽起來就是外星科學的量子論,它的基礎是建立在『波粒二象』,wave-particle duality,性質上。簡單來說就是我們認為的『粒子』,particle,有時不能用我們熟知的物質粒子的特性來解釋,也就是說不能把它看成像一粒鋼珠式的物質,只能用波動性質來解釋,像水波、聲波、電磁波。科學家做了無數次的實驗,數據上證明了這個特性,可是解釋不來,只有接受。而建立在這個奇怪理論上的科技有電腦、行動電話、衛星定位,核磁共振掃描,MRI,等等。如果數據不准確,這篇文章只能在阿公打字機上打出來。

還有那個歐洲核子研究組織,CERN,所建的、橫跨法國跟瑞士邊界,圓周總長27公里的大型強子對撞機,Large Hardon Collider,所做的實驗。。。這裡就不提這種昏昏欲睡的話題了。

大數據很多時候在不能解釋的前提下解決了很多目前利用計算解決不了的問題,這就是我們常說的『科學解釋不了』。但很多人把這句『科學解釋不了』亂用在宗教或偽科學上,往往一句『科學解釋不了』就把問題強掃入地壇地下。鬼魂為甚麽有衣穿?難道衣服也有靈魂?科學解釋不了!

『科學解釋不了』還是需要數據的支撐。



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海盜灣

最近有很多過去的影片被人翻出來搬上網,有一套甚至還成為海盜灣的十大下載影片之一,皆因影片裡面神準的預測了新冠病毒的發生。其中一個是韓國影片。

來探討一下這韓國影片神準預測背後令陰謀論者失望的原因。

首先,影片中提到了『冠狀病毒』,Coronovirus。這個名詞刺激到了很多人的敏感神經線,因為它目前帶來的影響頗大,所以這影片才會被注意。但是『冠狀病毒』不是『新冠病毒』的專有名詞,而是病毒分類學的其中一科。冠狀病毒科下包含了我們所知的普通感冒(Common flu)、嚴重綜合呼吸症(SARS)、中東呼吸綜合症(MERS)、以及這個新冠病毒(COVID-19)。之所以稱『冠狀』是因為它的觸角在顯微鏡下看來長得像皇冠,就這麼簡單。

SARS 發生在 2002 年,MERS 發生在 2012 年,影片自然是在這些疫情之後拍的。當一個編輯也要做功課,不能過於天馬行空,藉一些著名實際歷史事件可以讓影片更貼近觀眾,所以用冠狀病毒 Coronavirus 並非神準預測。

但影片中百分之九十的死亡率,90% mortality rate,就一點都不準,可是沒有人去理他(人總是有選擇性注意力)而把注意力放在二到十四天的發病期,但有誰去找一找看看發現到SARS 的發病期也是二到十四天,MERS 是二到七天。即使普通感冒一般也需要四到十天。

然後裡面七竅流血也是一點都不實際,但也被忽略過去,只把『新冠病毒也一樣很恐怖』這個感覺放大。

影片其它傳播媒介等等都是所有病毒的基本傳播方式,沒甚麽好說的。那麼危險的病毒是人造生化武器當然只是影片橋段,不要太過陰謀論。

不要向我要影片,因為我不推崇陰謀論跟偽科學。



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Sunday 23 February 2020

敏敏歷險記

來吧來吧,華山輪劍。

時間越來越緊迫,五月還是十一月?敏敏不知道,可他知道他必須要快。

列了清單,敏敏去見老馬,對他說:看,我手上已經有差不多的籌碼了。你來,砂州人也會過檔,我們一起帕著上。

老馬嘴上嗯嗯嗯,心裡嘀咕著,我已經是一國之首了,犯得著推翻自己嗎?不過呢。。嗯,嘻嘻,這籌碼也還蠻好用的。

幾天後,聯盟最高理事會議室裡,面對排山倒海的咆哮跟怒吼,老馬抖出了這張清單,輕描淡寫的說: 我在哪都是老大,你們看著辦吧。

會議室外,大家異口同聲,讓老馬自行決定交棒日期。老馬感言: 謝謝大家對我的信任。

敏敏看在眼裡,急在心裡: 只能背水一戰了,反正不是華哥死就是我亡。

幾天後敏敏連哄帶騙的召集人馬去見阿公,說有的有的,今晚有足夠人數了。還特地訂了酒店高調對老馬說,萬事俱備,只欠您這個東風了。殊不知卻被老馬擺了一道,他老人家已經在家養神了。

敏敏前途一片空白。



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