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2021-04-25 10:38:11 有 1,193 人按讚

《MIT Tech麻省理工科技評論》4/25

* 【美國科學家研發出迄今最白塗料，可使建築物降溫】

近日，美國工程師研制出了迄今為止最白的塗料，給建築物塗上這種塗料或許能給它們降溫，從而減少對空調的需求。據悉，研究人員篩選了 100 多種材料，測試了 10 種不同的配方，最後用高濃度硫酸鋇研制出了這種超白塗料。這種新的最白塗料配方最高能反射 98.1% 的陽光（此前研制出的超白塗料能反射 95.5% 的陽光），同樣能將紅外線熱量從物體表面散射出去。

* 【SpaceX「龍」飛船成功與國際空間站交會對接】
SpaceX「龍」飛船成功與國際空間站交會對接，載有 4 名太空人的SpaceX「龍」飛船在甘迺迪太空中心發射升空。本次載人飛行任務也是 SpaceX 與美國國家太空總署第二次商業載人太空發射任務。

* 【以色列研究人員發現「大腦飢餓」作用機制】

耶路撒冷希伯來大學和魏茨曼科學研究所的研究人員與倫敦大學瑪麗皇后學院的英國同行合作，發現了「大腦飢餓」的作用機制，有望在減肥方面取得突破性進展。該研究指出一種黑皮質素 4 受體（MC4 受體）控制著我們身體的飽腹感，同時也可以由一種藥物觸發。

* 【MIT 物理學家通過研究黑洞自旋以尋找暗物質拖拽黑洞證據】

MIT 的物理學家們研究了黑洞的自旋以尋找暗物質減慢黑洞自轉的跡象。研究小組研究了 45 個黑洞雙星的自旋，並計算了當這些黑洞跟一種被稱為超輕玻色子的假想粒子在一定質量範圍（1.3x10^-13 電子伏到 2.7x10^-13 電子伏）內相互作用其旋轉速度會有多快。結果他們發現，兩個黑洞的旋轉速度太快，以至於無法跟超輕玻色子發生任何相互作用。這個結果表明在這個質量範圍內的超輕玻色子不是暗物質，或者也許真的沒有暗物質這種東西。

* 【透明奈米層或帶來轉化效率超過 26% 的太陽能電池】

來自于利希研究中心的太陽能研究人員領導的一個國際工作組設計了一種用於太陽能電池前端的奈米結構透明材料，這種材料有望幫助硅太陽能電池轉化效率超過 26%。相關研究已經發表在著名科學雜誌《自然能源》上。

* 【俄羅斯改進型鈣鈦礦光電池降低能量損失】

俄羅斯國立研究型技術大學（MISIS）科研人員使用氧化鎳納米粒子和結構開發出一種新型光電池，可為物聯網無線設備、健身跟蹤器、智能手錶和耳機提供能量。相關研究結果發表在國際期刊《太陽能材料及電池》上。

* 【美日將共同開發 6G 移動通信技術】

美國總統拜登和日本首相菅義偉同意共同投資 45 億美元，開發被稱為 6G 或「超越 5G」的下一代通信技術。兩國領導人在華盛頓會晤後發佈的一份聲明顯示，兩國將投資於安全網絡和先進信息通信技術的研究、開發、測試和部署。其中，美國已承諾為此提供 25 億美元，日本承諾提供 20 億美元。

* 【MIT 研究人員利用奈米炭黑讓水泥具備導電性，或帶來新採暖系統】

MIT混凝土可持續性中心 (CSHub) 和法國國家科學研究中心 (CRNS) 的研究人員，通過將高導電性納米炭材料（碳奈米纖維、奈米管、奈米炭黑和氧化石墨烯）引入到混合物中制備出大量具有導電性能的非均相水泥復合材料樣品。該材料施加低至 5 伏的電壓可以將水泥樣品的溫度提高到 41 攝氏度，這或可以替代傳統的輻射暖系統。

* 【「毅力」號探測器首次在火星成功制氧】

「毅力」號探測器在火星上首次成功從火星大氣中產生了 5.4 克氧氣，這為宇航員未來探索「紅色星球」鋪平了道路。

* 【天文學家用 9 架太空望遠鏡觀測了比鄰星猛烈耀斑】

一個天文學家團隊使用 9 架望遠鏡發現了一個來自太陽最近的比鄰星 (Proxima Centauri) 的極端爆發或耀斑。他們的研究成果已發表在《The Astrophysical Journal Letters》上，它將有助於指導尋找太陽系以外的生命。

* 【哈佛大學科學家受摺紙啓發，開發新一代穩定的充氣結構】

哈佛大學約翰·A·鮑爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員受摺紙啓發，開發了雙穩態充氣結構。這些結構部署後鎖定在原地，不需要持續的壓力，可為新一代堅固的大型充氣系統提供更直接的途徑。該研究發表在《自然》雜誌上。

* 【EPFL 的科學家研發出超低損耗的氮化硅集成光子電路】

洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科學家們開發出了超低損耗的氮化硅集成電路（IC），集成電路的損耗為 1 dB/m，是非線性集成光子材料的紀錄值。這種類型的超低損耗對於允許使用片上波導合成、處理和檢測光信號的集成光子學來說至關重要。

* 【瑞典隆德大學研究發現關鍵肌肉基因與 2 型糖尿病有關】

瑞典隆德大學的一個研究小組發現，在 2 型糖尿病患者中，一個特定的基因對肌肉乾細胞創造新的成熟肌肉細胞的能力非常重要。該研究結果發表在《自然通訊》上。

* 【英特爾第一財季營收 197 億美元，淨利同比降 41%】
英特爾公佈 2021 財年第一財季財報。報告顯示，英特爾第一財季營收為 197 億美元，與上年同期的 198 億美元相比下降 1%；淨利潤為 34 億美元，與上年同期的 57 億美元相比下降 41%；不按照美國通用會計准則的淨利潤為 57 億美元，與上年同期的 61 億美元相比下降 6%。

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2020-12-08 13:43:21 有 139 人按讚

【推舊文】由物理概念名稱談暗物質與暗能量

讀者朋友如果睇完上星期《真係好科學-暗黑宇宙》，可以睇埋呢篇文🥸

／／暗物質和暗能量相信是少數幾個理論物理中最前沿、而又深入大眾文化中的物理概念。

以我自己科普經驗為例，很多讀者朋友都對有關暗物質和暗能量的研究新聞感興趣。我的專業並非理論物理，對於這兩個高度理論性的題目並不太在行。不過，當我嘗試解答各種關於暗物質和暗能量的問題時，我發現導致概念錯誤的主因可能根本不是讀者的數學、物理背景或程度問題，而是這兩個物理概念的名稱問題。

物理學家與數學家都是人，在表達概念時少不免需要用到文字（這不是廢話嗎？！）。而原來有一個很重要的學術界習慣，很多時候我們做科普、數普時都會忽略：很多字詞在專門研究範疇內的定義，都與一般用法完全不同。

我發現這一點的原因，是我漸漸留意到很多時候我們面對非本身專業的概念時，都會嘗試理解概念名稱的含義。當面對理論物理這一種需要極高數學技巧的概念時，對非專業的讀者來說，能夠理解的大概只剩下概念的名稱。不幸地，從物理概念名稱含義入手分析問題，往往都只會是死胡同，因為支撐物理概念的根本不是語言學，而是實實在在的數學。

暗物質根本不是物質？

物理學家數學技巧可能不錯，但取名技巧就非常糟糕了。暗物質的「暗」與「物質」，有一半是不太正確的。

物理學家早於 1930 年代已經發現了暗物質，不過那時候並非稱為暗物質，而是「找不到的質量」[1]。宇宙間有上億個星系，包括我們居住的銀河系。天文觀測顯示，環繞星系核心公轉的速率太快了，恆星應該會像汽車高速入彎時摩擦力不足而被拋出軌道。換句話說，星系根本不應該存在！

這究竟是什麼回事呢？答案就在萬有引力。既然恆星沒有被拋出星系之外，那麼就必定是萬有引力把它們拉著。然而，即使把一個星系內所有恆星提供的萬有引力都加起來，結果仍然太弱，不足以拉住高速環繞星系公轉的恆星。

質量越多，萬有引力就越強。無論以愛因斯坦的廣義相對論抑或以牛頓的萬有引力定律計算，恆星都實在公轉得太快了。所以物理學家就把那些「多出來的引力」歸功於一些看不見的質量，即是我們現在稱呼的暗物質。所以，暗物質可能根本就不是物質，而是其他一些能夠造成星系恆星公轉速率如此快卻不會拋出星系外的物理效應也說不定。

所以，我們知道原來暗「物質」根本不是我們認識的那種物質。而且，那個「暗」字其實也有點誤導。暗字明顯比喻「找不到」的質量，不過它其實有著更深含義。

暗物質之所以稱為「暗」，當然是因為我們找不到它們。可是，即使它們當真是物質，其物理特性也必然與我們知道的一般物質不同。首先，一個成功的暗物質模型 [2]，必須要不參與電磁交互作用。換句話說，就是與光子沒有互動，兩者互不干涉。這才是它們被稱為「暗」物質的原因，是帶有明確物理定義的。

暗能量根本不是能量？

如果說暗物質是「找不到而會產生引力的東西」，那麼暗能量就是「找不到而會產生反抗引力的東西」。

解釋暗能量的來源，要回到愛因斯坦於 1915 年發表的廣義相對論。廣義相對論修正了牛頓的萬有引力定律，把引力（即重力）描述成時空曲率。愛因斯坦推導出的廣義相對論方程式除了能夠描述宇宙之外，亦得出一個推論：宇宙不是在膨脹就是在收縮。

愛因斯坦不喜歡這個推論，他認為宇宙必須是永恆存在，不會變化的。然而，由於重力只能是相吸的，宇宙必定在加速收縮或減速膨脹之中。因此，在不影響方程式正確性的前提下，他加入了一個常數項，稱之為宇宙常數，用來抵消互相吸引的重力，希望能夠得到一個靜態的宇宙。

可是，宇宙從不用看人臉色，即使你是愛因斯坦。哈勃透過測量星系的距離和後退速率，發現了宇宙正在膨脹，令愛因斯坦收回宇宙常數。

由於重力只會互相吸引，宇宙膨脹終有一天會逐漸減漫至停頓，然後開始收縮。然而，宇宙總愛捉弄人類。1998 年，兩隊天體物理學家團隊 [3] 獨立發現宇宙不單止正在膨脹，而且膨脹正在加速！

大概根本沒有任何人曾經想像過這個現象。只會互相吸引的重力，如何使互相遠離的星系以越來越快的速率後退？這就好像向上拋起一個網球，網球非但不掉下來，反而向天空越飛越快！

物理學家找不到任何已知物理概念去解釋這個現象，因此就把宇宙加速歸咎於「暗能量」。產生暗能量的可能是宇宙常數，但沒有人知道暗能量和宇宙常數究竟是什麼。

再一次，「暗」字表示它不會放出電磁輻射，而且我們對其成分毫無頭緒；「能量」則是比較技術性的描述，與概念「真空能量」有關。而與上述暗「物質」是否物質一樣，我們其實連暗「能量」是否真的是種能量也不知道。

宇宙是場暗物質與暗能量的較量

現在物理學界最流行的宇宙模型是所謂的 Λ-Cold Dark Matter (Λ-CDM) 模型，即 Λ-冷暗物質模型。其中， Λ 指的是宇宙常數產生出暗能量、「冷」代表暗物質的速度遠低於光速、「暗」指不參與電磁交互作用。

暗物質使星系互相吸引，暗能量則使星系互相遠離。因此，研究宇宙裡的星系分佈，就可獲得關於暗物質和暗能量的資訊。

最近，一項稱為暗能量普查 (Dark Energy Survey, DES) 的最新研究 [4] 測量了 2 千 6 百萬個星系的間距，計算出宇宙的成分有 74% 是暗能量、 21% 是暗物質，而剩下的 5% 才是一般物質和能量。換句話說，人類科學文明所知的一切物理和化學知識加起來，只是宇宙間所有東西的冰山一角。

這項也是唯一一個準確度能夠與普朗克衛星 [5] 的研究結果相提並論的研究。普朗克衛星亦是測量宇宙中有多少暗能量和暗物質的研究計劃，不過它用的方法不同。普朗克衛星直接拍攝宇宙嬰兒時期的照片——宇宙微波背景輻射，從而計算暗能量和暗物質的多寡。

兩項研究的計算結果雖然十分接近，但仍有著微小差別。這差別令很多物理學家感到興奮，因為如果屬實，我們就必須重新檢視各種宇宙模型。同時，這亦是科學精神的彰顯。

註：
[1] Neil deGrasse Tyson 談暗物質和暗引力等議題。
[2] 「模型」一詞在科學中亦有特別意義，指描述現實世界中的現象的數學結構。
[3] Supernova Cosmology Project 和 High-Z Supernova Search Team。
[4] 暗能量普查資料量龐大，研究團隊目前仍在不斷分析當中。
[5] 或稱普朗克巡天者。／／

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By 余海峯 David . 物理喵 phycat

2020-10-13 15:11:45 有 279 人按讚

【立場轉載】【2020 諾貝爾物理學獎】廣義相對論與宇宙最黑暗秘密

打風落雨留在家，為何不試試學習黑洞的理論呢？😹😹😹

／／諾貝爾獎有三個科學奬項，我們在學校也習慣以「物理、化學、生物」等不同科目去區分不同科學領域。這種分界當然能夠方便我們以不同角度去理解各種自然現象，但大自然其實是不分科目的。科學最有趣的是各種自然現象環環相扣，我們不可能只改變大自然的某一個現象而不影響其他。就好像蝴蝶效應，牽一髮而動全身。

廣義相對論間接推論暗物質存在的必要

廣義相對論是目前最先進的重力理論，它能夠解釋迄今為止所有實驗和觀測數據。然而，天文學家發現銀河系的轉速和可觀測宇宙的物質分佈，都顯示需要比觀測到的物質更加多的質量。這是物理學的其中一個未解之謎，有時會被稱為「消失的質量」問題。那些「應該在而卻看不到」的物質，就叫做暗物質 (dark matter) 。

有些物理學家猜測，會否根本沒有暗物質，而是廣義相對論需要被修改呢？他們研究「修正重力 (modified gravity) 」理論，希望藉由修正廣義相對論去解釋這些觀察結果，無需引入暗物質這個額外假設。可是從來沒有修正重力理論能媲美廣義相對論，完美地描述宇宙一切大尺度現象。

天文學研究向來難以得到諾貝爾獎，因為天文發現往往缺乏短期實際應用。然而過去十年之間，有關天文發現的研究卻得到了五個諾貝爾物理學獎。換言之，過去幾十年間改變人類對宇宙的基本認知的，有一半是來自於天文現象。其中有關廣義相對論的包括 2017 年的重力波觀測、 2019 年的宇宙學研究，以及 2020 年的黑洞研究。

不過很少人提及這三個關於廣義相對論的發現其實同時令暗物質的存在更加可信。因為這些發現測量得越精確，就代表廣義相對論的錯誤空間更小。換句話說，物理學家越來越難以靠修正重力去解釋「消失的質量」問題，所以暗物質的存在就越來越有其必要了。

換句話說，如果證明黑洞存在，其對科學的影響並不單止是為愛因斯坦的功績錦上添花，而是能夠加深人類對構成宇宙的物質的理解。

描述四維時空的圖

談黑洞之前，我們首先要理解一下，物理學家是如何研究時空的。研究時空的一種方法，就是利用所謂的時空圖 (spacetime diagram) 。一般描述幾何空間的圖，在直軸和橫軸分別表示長和闊，形成一個二維平面。有時更可按需要加多一條垂直於平面的軸，代表高度。長、闊、高，構成三維空間。但如果要再加上時間呢？那麼就再在垂直於長、闊、高的第四個方向畫一條軸吧。咦？

怎麼了，找不到第四個方向嗎？這是當然的，因為我們都是被囚禁在三維空間之中的生物。如果有生活在四維空間裡的生物，牠們會覺得我們很愚蠢，問我們：「為什麼不『抬頭』？第四個方向不就在這邊嗎？」就像我們看著平面國的居民一樣，在二維生物眼中，牠們的世界只有前後左右，沒有上下。到訪平面國的我們也會問：「為什麼不『抬頭』？第三個方向不就在這邊嗎？」但牠們無論如何也做不到。

宇宙是三維空間，另外加上時間。如果要加上時間軸這個「第四維」的話，我們就必須犧牲空間維度。物理學家使用的時空圖就是個三維空間，直軸代表時間（時間軸）、兩條水平的橫軸代表空間（空間軸）。當然，把本來的三維空間放在二維的平面上，我們需要一些想像力。在時空圖上，每個點都代表在某時某地發生的一件事件 (event) ，因此我們可以利用時空圖看出事件之間因果關係。一個人在時空中活動的軌跡，在時空圖上稱為世界線 (world line) 。

由於時間軸是垂直的，並且從時空圖的「下」向「上」流動。一個站在原地位置不變的人的世界線會是平行時間軸的直線。由於光線永遠以光速前進，光線的世界線會是一條斜線。而只要適當地選擇時間軸和空間軸的單位，光線的世界線就會是 45 度的斜線。因為沒有東西能跑得比光快，一個人未來可以發生的事件永遠被限制在「上」的那個由無數條 45 度的斜線構成的圓錐體之間，而從前發生可以影響現在的所有事件則永遠在「下」的圓錐體之間。這兩個「上」和「下」的圓錐體內的區域稱為那個人當刻的光錐 (light cone) ，而物理學家則習慣以「未來光錐 (future light cone) 」和「過去光錐 (past light cone) 」分別表示之。

所有東西的世界線都必定被位於未來和過去光錐之內。在沒有加速度的情況下，所有世界線都會是直線。如果涉及加速，世界線就會是曲線。而廣義相對論的核心概念，就是重力與加速度相等，兩者是同一種東西。因此我們就知道如果在時空圖上放一個質量很大的東西，例如黑洞，那麼附近的世界線就會被扭曲。不單是物質所經歷的事件，連時空也會被重力場扭曲，因此時空圖上的格網線和光錐都會被扭曲往黑洞的方向。換句話說，越接近黑洞，你的越大部分光錐就會指向黑洞內部。因為你的世界線必須在光錐之內，你會剩下越來越小的可能逃離黑洞的吸引。

2020 年的諾貝爾物理學獎一半頒給了彭羅斯 (Roger Penrose) ，以表揚他「發現黑洞形成是廣義相對論的嚴謹預測」。在彭羅斯之前的研究，大都對黑洞的特性作出了一些假設，例如球狀對稱。這是因為以往未有電腦能讓物理學家模擬黑洞，只能用人手推導方程。但廣義相對論是非線性偏微分方程，就算不是完全沒有可能也是極端難解開的，所以物理學家只能靠引入對稱和其他假設去簡化方程。因此許多廣義相對論的解都是帶有對稱假設的。這就使包括愛因斯坦在內的許多物理學家就疑惑，會不會是因為額外加入的對稱假設才使黑洞出現？在現實中並沒有完美的對稱，會不會就防止了黑洞的出現？

黑洞只是數學上的副產品嗎？

彭羅斯發現普通的高等數學並不足以解開廣義相對論的方程，因此他就轉向拓撲學 (topology) ，而且必須自己發明新的數學方法。拓撲學是數學其中一個比較抽象的分支，簡單來說就是研究各種形狀的特性的學問。 1963 年，他利用一種叫做共形變換或保角變換 (conformal transformation) 的技巧，把原本無限大的時空圖（因為空間和時間都是無限延伸的）化約成一幅有限大小的時空圖，稱為彭羅斯圖 (Penrose diagram) 。

彭羅斯圖的好處除了是把無限縮為有限，還有另一個更重要的原因：故名思義，經過保角變換後的角度都不會改變。其實在日常生活中，我們經常都會把圖變換為另一種表達方式，例如世界地圖。由於地球表面是彎曲的，如果要把地圖畫在平面的紙上，就必須利用類似的數學變換。例如我們常見的長方形或橢圓形世界地圖，就是利用不同的變換從球面變換成平面。有些變換並不會保持角度不變，例如在飛機裡看到的那種世界地圖，在球面上的「直線」會變成了平面上的「曲線」。

扯遠了。回來談彭羅斯圖，為什麼他想要保持角度不變？因為這樣的話，光錐的方向就會永遠不變，我們可以直接看出被重力影響的事件的過去與未來。彭羅斯也用數學證明，即使缺乏對稱性，黑洞也的確會形成。他更發現在黑洞裡，一個有著無限密度的點——奇點 (singularity) ——必然會形成。這其實就是彭羅斯-霍金奇點定理 (Penrose-Hawking singularity theorem) ，如果霍金仍然在世，他亦應該會共同獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。

在奇點處，所有已知物理學定律都會崩潰。因此，很多物理學家都認為奇點是不可能存在宇宙中的，但彭羅斯的計算卻表明奇點不但可以存在，而且還必定存在，只是在黑洞的內部罷了。如果黑洞會旋轉的話（絕大部分都會），裡面存在的更不會是奇點，而是一個圈——奇異圈 (singularity ring) 。

黑洞的表面拯救了懼怕奇點的物理學家。黑洞的表面稱為事件視界 (event horizon) ，在事件視界之內，你必須跑得比光線更快才能回到事件視界之外。因此沒有任何物質能夠回到黑洞外面，所以黑洞裡面發生什麼事，我們都無從得知。就是這個原因給予了科幻電影如《星際啟示錄 (Interstellar) 》創作的空間——在黑洞裡面，編劇、導演和演員都可以天馬行空。只要奇點永遠被事件視界包圍，大部分科學家就無需費心去擔心物理學可能會分崩離析了。甚至有些科學家主張，研究黑洞的內部並不是科學。

雖然如此，卻沒有阻礙彭羅斯、霍金等當代理論天體物理學家，利用與當年愛因斯坦所用一樣的工具——紙和筆——去研究黑裡面發生的事情。雖然或許我們永遠無法證實，但他們的研究結果絕非無中生有，而是根據當代已知物理定律的猜測，即英文中所謂 educated guess 。利用彭羅斯圖，我們發現不單奇點必定存在，而且在黑洞裡面，時間和空間會互相角色。

但這是什麼意思？數學上，時間和空間好像沒有分別，但在物理上兩者分別明顯：在空間中我們可以自由穿梭，但在時間裡我們卻只能順流前進。彭羅斯發現，帶領掉入黑洞的可憐蟲撞上奇點的並非空間，而是時間，因此我們也說奇點是時間的終點。亦因為在黑洞裡面掉落的方向是時間，向後回頭是不可能的，所以一旦落入黑洞，就只能走向時空的終結。

看見黑洞旁的恆星亂舞

另一半諾貝爾獎由 Reinhard Genzel 和 Andreas Ghez 平分，以表揚他們「發現銀河系中心的超大質量緻密天體」。銀河系中心的確有一個超大質量的物體，而且每個星系中心都有一個。這些質量極大的物體，就是所謂的超大質量黑洞 (supermassive blackholes) 。

上世紀 50 年代開始，天文學家陸續發現了許多會釋放出無線電輻射的天體，稱為類星體 (quasars) 。之後其中一個類星體 3C273 被觀測確認是銀河系外的星系中心。根據計算， 3C273 釋放出的無線電能量是銀河系中所有恆星的 100 倍。起初，天文學家認為這些能夠釋放巨大能量的類星體，必然是些比太陽重百萬倍的恆星。但是理論計算結果卻表明，這麼重的恆星會是極不穩定的，而且壽命會非常短，因此類星體不可能是恆星。

為什麼這些類星體不可能是恆星？因為恆星的發光度是有極限的，而且正比於恆星的質量。這個極限稱為愛丁頓極限 (Eddington limit) 。如果恆星的發光度超出愛丁頓極限，光壓（radiation pressure ，即光子對物質所施的壓力）就會超過恆星自身的重力，恆星就會變得不穩定。因此，天文學家逐漸改而相信類星體是位於星系中心的超大質量黑洞。這也令類星體多了一個名字：活躍星系核（active galactic nucleus）。

每個黑洞旁邊都有一個最內穩定圓形軌道 (innermost stable circular orbit) ，依據黑洞會否旋轉而定，大概是黑洞半徑的 3–4.5 倍。比最內穩定圓形軌道更接近黑洞的範圍，環繞黑洞運行的物質都會因不穩定的軌道而墜落黑洞之中，並在墜落的過程中釋放出 6–42% 的能量，因此可以解釋活躍星系核的強大發光度。

另一方面，彭羅斯在 1969 年亦發現一個旋轉的黑洞能夠把能量轉給物質，並且把物質拋出去，這個過程稱為彭羅斯過程 (Penrose process) 。換言之，從黑洞「偷取」能量是有可能的。科學家估計，科技非常先進的外星文明有可能居住於黑洞附近，並利用彭羅斯過程從黑洞提取免費的能源。這個過程亦進一步支持超大質量黑洞能夠釋放巨大能量的理論。

由於 E=mc2 ，能量即是質量，因此被偷取能量的黑洞的質量就會減少。霍金在 1972 年發現一個不會旋轉的黑洞的表面積不可能減少。黑洞質量越大，其表面積就越大，因此不會旋轉的黑洞不會有彭羅斯過程。他亦發現，如果是個會旋轉的黑洞，其表面積是有可能減少的。因此霍金的結論支持了彭羅斯的理論。

Genzel 和 Ghez 兩人的研究團隊已經分別利用位於智利的歐洲南方天文台 (European Southern Observatory) 的望遠鏡和位於夏威夷的凱克望遠鏡 (Keck Telescope) 監察了距離地球約 25,000 光年的銀河系中心區域將近 30 年之久。他們發現有很多移動速度非常快的恆星，正在環繞一個不發光的物體轉動。這個不發光的物體被稱為人馬座 A* (Sagittarius A*, 縮寫為 Sgr A*) 。 Sgr A* 會放出強大的無線電波，這點與活躍星系核的情況相似。

他們不單確認了這些恆星的公轉速率與 Sgr A* 的距離的開方成反比， Genzel 的團隊更成功追蹤了一顆記號為 S2 的恆星的完整軌跡。這兩個結果都表明， Sgr A* 必然是一個非常細小但質量達 400 萬倍太陽質量的緻密天體。這樣極端的天體只有一種可能性：超大質量黑洞。

霍金輻射　黑洞的未解之謎

諾貝爾物理學委員會在解釋科學背景的文件中亦特別提及霍金的黑洞蒸發理論以及霍金輻射 (Hawking radiation) 。現時仍然未能探測到霍金輻射的存在，未來若成功的話除了將再一次驗證廣義相對論以外，更會對建立量子重力理論 (quantum gravity theory) 大有幫助。就讓我們拭目以待吧！

重力波研究、宇宙學研究、黑洞研究，都是直接檢驗廣義相對論預言的方法。加上 2019 年 4 月 10 日公布的黑洞照片，大自然每一次都偏心愛因斯坦。相信愛因斯坦在天上又會伸出舌頭，調皮地說：「我早就知道了！」／／

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余海峯 David . 物理喵 phycat

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天體物理學家。於2016年在德國馬克斯・普朗克地外物理研究所取得天體物理學博士學位。曾任瑞典皇家理工學院博士後研究員、台灣物理學會《物理雙月刊》副總編輯。現任香港大學理學院助理講師，工作包括科研、教學、科學普及。亦擔任《五夜講場-真係好科學》節目主持，以及立場新聞、星匯點、Big Bang Academy之科學顧問。著有《宙》以及《星海璇璣》（皆為花千樹出版）。

??馬普地外物理研究所天體物理學博士 ??皇家理工學院博士後研究員 ??港台電視《真係好科學》主持 ?科普書籍《星海璇璣》(合著)、《宙》、《宇》、《David博士21個宇宙大探索》作者

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By 賢賢的奇異世界

2019-02-04 20:58:45 有 102,050 人看過有 1,913 人喜歡

#平行世界 #量子力學 #多重宇宙
各位大家好，歡迎來到HenHenTV的奇異世界，我是Tommy.
在做了上次的宇宙的起源後，我們來說一下平行世界，因為這都有著密切的關係。在很多的小說，漫畫或是電影裡面都有講到這個平行宇宙的故事，究竟什麼是平行宇宙，而為何會有這個理論呢？如果你是第一次看我的影片，我的頻道主要的題材是稀奇古怪，靈異，外星人，或是一些科學無法解釋的事件，如果你也喜歡這些題材，歡迎你訂閱HenHenTV.
好！我們開始吧。
首先先說平行宇宙的理論是怎樣開始的，這是因為量子力學的其中一個研究而開始，所謂的多重宇宙論Multiverse這個字眼是由哲學家和心理學家威廉詹姆斯，在1895年開始的。但是為什麼一個心理學家會想出這個理論呢？威廉詹姆斯，也被稱之為心理學之父，他本身並不覺得研究心理可以知道人類的心理，所以他終其一生在研究超心理和心理現象，他認為人的精神世界不能用生物學的概念來解釋，可以透過某種現象來領會超越性價值，並強調人還有強大未開發的潛能，他也證明靜坐可以改善自身活力和精神力，和做了靈媒的實證研究，題外話：塞斯書的作者Jane Roberts也曾經收到死後的威廉詹姆斯的信息，透過Jane出版了一本叫『一個美國作家的死後生存：威廉。詹姆斯的世界觀』大家可以找這本書看看。
那一個心理學家想出來的理論，在過後的量子力學得到證實，在科學家每一次研究量子時，它都有不一樣的狀態，而宇宙的全部物質都是量子形成的。因此科學家大膽推測，既然每個量子都有不同的狀態，那麼宇宙就有可能並不只是一個而已，而是由多個類似的宇宙組成。目前很多科學家認為，在我們的世界裡，存在著更高維度的空間，雖然無法進入，但是確確實實的存在，他們做了一個粒子碰撞的實驗，在粒子的加速器裡面，使質子和反質子加速到光速，然後讓它們撞擊著一起，就會產生非常大的能量，粒子憑空消失了，而物質就完全湮滅了。
科學家猜測，透過撞擊而產生非常大的能量，能使粒子進入另外一個維度空間裡，根據愛因斯坦的E=MC2，得知微小的物質乘以光速就會產生巨大的能量。那為何量子力學可以證明平行世界呢？
我們簡單的講一下量子的特性，量子的多態性，一個光子它可以同時存在在多個地方，難道量子是可以分身在不同的地方，量子計算機的一個存儲比特位，同時可以是1又是0，使它的存儲和計算加倍，為何又有1又有0呢？因為在量子力學裡面，輸出態和輸入態都是某一力學量的本征態。如果我們都是量子組成的，那麼是否意味著我們可能存在在不同的維度裡面，只是我們能感知的只有現在的身體呢？
所謂的平行線是這兩條線永遠不會交叉在一起的時候，在另外一個宇宙可能存在著另外一個你在做著不同的東西。雖然無法交叉，但是其實有可能兩條平行線是非常靠近的呢？也有可能其實是圓形的呢？圓形的線也是永遠無法交叉的，於是就有了多重宇宙的理論出來。
我們先來講一個很出名的祖母悖論，假設你回到過去，在你父親還沒出生之前，殺了你的祖母，但是這裡就有個矛盾了。你回到過去殺了你的祖母，祖母死了就沒有你父親，沒有你父親你就不會存在，那怎樣可能有你回到過去殺死祖母呢？這就是祖母悖論的矛盾，那這個矛盾可以用平行世界來解釋，如果你真的可以回到過去殺死你的祖母，你這個世界和祖母死了的世界是不同的，就會產生兩個不同世界在進行著，那祖母悖論就可以解釋得到。
在量子力學的多宇宙論裡面可以這樣理解，如果一件事情的發生率不是等於零，那所有可能的情況都會在不同的平行世界裡面進行。造成歷史的分支，當你回到過去殺死你的祖母，其實你是進入了另外一個平行世界，而那個世界和你的世界不同的地方，就是一個有祖母，另外一個沒有而已。
那平行世界之間會可能有鏈接的機會嗎？有！答案是蟲洞，或叫愛因斯坦-羅森橋，他們倆人在研究引力場的時候，假設黑洞和白洞透過蟲洞鏈接，透過蟲洞可以去到另外一個空間，或是時空旅行，再次先說明在量子學裡面的蟲洞，和通俗講的蟲洞是不同的，量子學裡面的蟲洞是微型蟲洞，而通俗講的蟲洞又名時空洞。
在最新的超炫理論裡面，如果將兩個黑洞糾纏在一起，然後再把它們分離，就可以產生蟲洞，而蟲洞就可以將兩個平行世界的時空信息，用微小粒子互相傳送。
美國麻省理工的宇宙學家馬克思。泰馬克說道：對於我來說最有興趣知道的並不是平行宇宙究竟存不存在，而是究竟有多少種不同的平行宇宙呢？他在2003年寫了關於四種不同的平行宇宙，那就是

第一種：視覺之外
第二種：后暴漲泡沫
第三種：量子力學的多世界解釋
第四種：終極集合
大家如果有興趣，可以去看看這四種不同的平行宇宙論有什麼分別，和怎樣證明它是存在的理論。
假設我們的意識可以經過微小粒子互相傳送，那就用可能因為你的意識而產生了另外一個平行世界，打個比方，如果我非常想去出國讀書，但是到最後我沒有出到國去讀書，但是在另外一個平行世界裡面，我已經在外國讀書並且畢業了。我們也有可能透過夢境，感受得到另外一個平行世界發生的東西，夢其實是人類潛意識的慾望，這種慾望也可能透過微小粒子傳送到另外一個世界，我們要做的事情有限，但是我們想做的事情是無限的，而夢就是一片鏡子，讓我們透過這面鏡子，穿梭去看在不同世界的自己，這個想法看起來很玄，但是這也不是無可能的。
我們來想想看，以後的世界一定會有人發明時空機器，對嗎？經過幾千幾萬年，總有人會發明到吧！那如果真的發明到時光機，那就是說他回到的過去和我們現在是在不同的時間，或是不同的維度。這樣解釋平行宇宙你可以接受吧？
人生中都充滿了不同的選擇和交叉的抉擇，需要我們深思然後做出不同的選擇，但是無論怎樣選擇，你都會得到一些東西，也失去一些東西，就是因為這樣的不確定，才能讓人生處處存有驚喜，就是因為錯過，才會學會珍惜，平行世界是否存在其實還沒有人能夠證明，就算證明了又如何，你只是可以窺望那個做出不同選擇的自己經歷不同的事情而已，不如好好的選擇現在的自己，珍惜自己擁有的一切和愛護身邊的人。
好啦！今天的影片就到這裡，雖然這次的影片我花了將近兩個星期來準備，不過寫出來的東西我也蠻滿意的，希望透過這個影片，讓你們可以了解平行世界。如果你喜歡這個影片，記得分享給你的朋友看，也記得訂閱HenHenTV的時間，打開旁邊的小鈴鐺，和關注我的Fb，B站和Instagram. 接下來要做的影片，給大家投投票：
1，金字塔的實驗
2，魔法書和魔法陣
3， UFO和五十一區（羅斯威爾事件，暗網的機密文件）
最高票的我就會先拍那個主題。好啦！我們下個奇異世界見！Bye Bye

平行世界量子力學多重宇宙

賢賢的奇異世界

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大家好～～我是賢賢的奇異世界，我叫Tommy，來自馬來西亞雖然我會說廣東話或者說帶有廣東音（其實是客家音）的華語，但我不是香港人哦～这个频道想向全世界传递喜悦，正能量与快乐，希望因为我的努力让世界有点不一样～這個頻道裡主要是分享稀奇古怪的題材，還有有時有些旅遊特輯，還有很多即將要公開的主題。希望帶給你們歡樂，也謝謝你們一直以來的支持，我會一個比一個影片好的。請多多訂閱和like我的頻道 Hi Everyone~i'm Tommy from HenHen TV, and i am purely malaysian, although i know how to speak cantonese, but i am not from Hong kong. i hope can using this channel to spread my Happiness to all the people over the world, and hope this can make the world better. This channel is like a mini broadcast channel, it has free dancing class, movie reviews, free cooking recipe, travel information and some new topics is going to announce soon. hope you all like it and subscribe my channel, and thanks for keep supporting my channel. if you haven't subscribe my Channel, please subscribe now thanks for your support i will keep improving

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在治疗和诊断医学中使用光子需要准确计算它们在人体组织中的衰减系数。累积因子是量化散射光子与初级光子之比的乘法系数，衡量违反比尔-朗伯定律的程度。

#73. 計算材料物理98-1 期中後小考

可見光波長範圍為3000 至7000 埃，即光子能量介於hv =hc/l 的3.54至1.77 eV之間。）（註：實驗的能隙，鑽石是5.47 eV、方晶鋯石的能隙是(? )、石英的是8.90 eV。

#74. 光子能量波長的問題包括PTT、Dcard、Mobile01，我們都能 ...

酒與色彩的科學套書組(酒的科學：從發酵、蒸餾、熟陳至品酩的醉人之旅+全光譜：色彩科學如何形塑現代世界). 為了解決光子能量波長的問題，作者AdamRogers 這樣論述：. 《 ...

#75. 光强度换算成光子数- 物理- 小木虫- 学术科研互动社区

光强为I，光子数为N,则应有N=I*Ac/hv，c是光速，A是光斑面积，v是光子频率. opt-comm. 光强概念是单位时间通过单位横截面积的平均能量，或者说是平均能流密度，反映 ...

#76. 玻色統計與愛因斯坦 - 國內學術電子期刊系統

玻色認為黑體輻射既是光子鶻那. 麼在統計時也應該遵守能量﹋連鵡鷃. 粒子無法鐱辨的機率規則鶻這麼錤來. 玻色計算出來的結果鶻恰與蒲朗克所. 做的計算及實驗結果完美地 ...

#77. 稀土发光体系中能量传递模型和上转换发光研究及双光子跃迁线 ...

PDF | 本论文由三个部分组成，分别为稀土离子发光体系中能量传递和迁移模型的研究、新型上转换发光材料的探索和双光子吸收跃迁线强的理论计算。第一部分中，分别介绍 ...

#78. 普朗克常数与光子静止质量常数统一实验分析 ... - 汉斯出版社

光子有没有静止质量是物理学的一个基本问题。爱因斯坦将普朗克常数h作为光子的能量常数，表明光子没有静止质量。本文对吸收光谱、普朗克黑体辐射公式和爱因斯坦光电 ...

#79. 選修化學- 原子構造

(1)其頻率?(2)一個光子之能量為多少焦耳?(3)一莫耳光之能量為多少kcal? ... 若葉綠素僅吸收6500Å波長之紅光以合成葡萄糖,試計算欲經光合作用合成1克葡萄糖所需之紅.

#80. 光電效應與光子｜走進量子力學（3） - 每日頭條

從愛因斯坦的質能關係和光量子能量公式可粗略得到光子質量的 ... 但其動質量卻是存在的，計算方法是這樣的：首先，由於頻率為v的光子的能量為E=hv，（ ...

#81. 光子有質量嗎？是怎麼計算的？ - 劇多

光子 γ是低密度大體積的場量子，能量是E=0.511MeV，也可寫成m=0.911e-30kg。考慮到：c=λf，光子的速度是常量，只是頻率與波長之間，此消彼長。相應地： ...

#82. 高雄市立六龜高中108 學年度第一學期第一次定期考察六年級 ...

(A)波長仍為500 nm (B)頻率仍為6×1014 赫(C)光速仍為3×108 公尺/秒(D)光子能量變大(E) ... 的密度為2.5 公克/公分3，試計算該玻璃成品內所含的氣泡體積，占全部體積的 ...

#83. [近代物理]宇宙背景輻射的光子數密度

網路上已經有很完整的計算過程，不過還是要稍微解釋一下裡面的專有名詞 ... 如果此時我們將U(f)除以單一光子的能量hf，因為U(f)是固定頻率所接收到的 ...

#84. 電磁波的“粒子”特性

電磁波是一種能量，不同頻率的電磁波含有不同能量的“光子”，每一個光子的能量是，其中J。電磁波的 ... 計算He + 、Li +2 的電子位於1S 或2P 軌域時，它的游離能是多少？

#85. 紅移時頻率降,波長增,光子能量下降!請問這些能量去哪了?

都卜勒頻移是整個無線電波段因發射源移動或者引力影響而產生的重要現象，我們可以根據頻移計算出遙遠的天體是遠離還是接近，甚至是恆星有沒有行星等都 ...

#86. CsI光阴极在10---100 keV X射线能区的响应灵敏度计算 - 物理学报

与入射光子能量的关系式, 计算了CsI在10—100 keV范围内的响应灵敏度, 计算结果与实验测试数据相符,. 验证了分析与推导的可靠性. 根据计算可以获得不同入射X射线能量 ...

#87. 入門篇植栽第十三講-植物生長燈植物輻射能量和光子通量計算-V2

植物生長燈具輻射能量和光子通量計算1/Nov/2014 光通平台-植栽光通平台-植栽目前常用的評價植物光照效果的基本測量方法有二種1.

#88. planck E = hv = h c / lambda,这里h 是普朗克常数,c 是真空中的 ...

可见光的范围是380~780 nm 光子的能量公式为E = hv = h c / lambda，这里h 是普朗克常数，c 是真空中的光速，lambda 是波长。 ... 光子的能量为E=hv，其中h ...

#89. 光波長是什麼？了解頻率與波長，能量範圍應用看這邊！

既然「光」是能量的傳遞，就不能不提到「光子」的存在。 ... 的量測上可以有透過率、零度反射率、變角反射率、利用反射率以及透過率可以做色度等計算 ...

#90. 光子能量公式+氢原子光谱中的能级跃迁+光电效应 - 搜狐

【高中物理】2022·广东卷：光子能量公式+氢原子光谱中的能级跃迁+光电效应.

#91. 高中物理/核與輻射/能級與躍遷- 維基教科書 - Wikibooks

經典模型中，我們使用最多的便是波爾模型。波爾模型認為：穩定情況下，電子僅分布於穩定的離散軌道上，在這些軌道上的電子不向外釋放能量 ...

#92. 生活中無所不在的螢光- 科學月刊Science Monthly

紫光（400奈米）的光子能量約為3.1 電子伏特左右，而紅光（700奈米）的 ... 在白天吸收了光能量之後，電子在激發態的時間是以分鐘來計算的，黑夜中 ...

#93. 高中物理，光子能量的计算方法，光源的发射功率。 - BiliBili

高中物理，光子能量的计算方法，光源的发射功率。物理老师在路上. 立即播放. 打开App，看更多精彩视频. 100+个相关视频. 更多. 高中物理，双星系统，必会题！

#94. 一、單選題，(每題2 分，共48 分)

一個光子波長為6000 埃，則其光子能量約為多少電子伏特？ ... 波長為300 奈米之光子，其頻率約為 ... (A)觀察恆星的亮度(B)計算恆星的密度(C)分析星光的光譜.

#95. 谈谈UV光解与UV光催化 - 环评五四三

我们可以根据此公式计算不同波长的光子能量。由于一般化学键的键能大于167.4 kJ/mol，所以波长λ>700 nm的光子不能引起光化学反应（激光等特强光源 ...

#96. LED螢光粉技術 - 第 312 頁 - Google 圖書結果

然而,多階層式( cacade )的能階跳躍,就有可能以一顆高能量的載子得到大於 100 %的量子效率;如式( 1 - 2 )的能量計算,一顆 254nm 的紫外光光子,藉由螢光材料轉換, ...

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