No.482《10種物質改變世界》


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☆★【☆科普探索.無限可能☆】科普漫遊精選叢書★☆

第482期 2018/07/14

10種物質改變世界

  物質竟然如此不簡單,
  材料科學原來這麼有趣!

  且看史上精采且重要的十種物質,
  如何改變了我們的過去,
  又如何蓄勢待發,
  準備改造未來!

10種物質改變世界


  這其中有許多物質看起來實在太平常,
  讓我們幾乎忘了它們的存在,
  像是做衣服的布料、做工具的金屬、做罐子的陶瓷、溝通用的白紙,
  還有吃了開心的巧克力。
  然而,這些物質卻曾徹底改變了人類生活。

  當然也有一些物質以怪得出奇聞名,
  例如人類已知最輕的固體「氣凝膠」、
  可以自行復原的金屬和能變成真正骨骼的植入物,
  這些都是會改變我們未來的劃時代新物質。

  你會驚嘆,
  物質如何以獨特的方式,
  深刻影響我們每一個人。

10種物質改變世界

  紙鈔是紙張最誘人的形式

  人生在世,很少有比在牆上的凹洞按幾個數字,就能拿到白花花的新鈔更快樂的事了。

  它就像通行證,有了它什麼事都能做,什麼地方都能去,這樣的自由令人上癮。

  鈔票也是世上製作最繁複的紙,而且必須如此,因為鈔票是實體的信物,代表著我們對經濟體系的信任。

  為了防止偽造,紙鈔有幾項絕活。

  首先,它使用的材料和一般用紙不同,不是木質纖維素,而是純棉。

  棉不僅能讓鈔票更強韌,不怕會在雨中或洗衣機裡分解,還改變了鈔票的聲音。清脆聲是紙鈔最明顯的特徵之一。

  這也是最好的防偽措施,因為棉基紙很難偽造。自動提款機會偵測棉紙的獨特質感,人對這種材質也很敏感。如果不確定是不是偽鈔,有一個簡單的化學方法可以測試鈔票是不是棉質的—那就是使用碘筆。

  許多商家都有這個工具。用碘筆在木質纖維素做的紙上寫字,纖維素裡的澱粉會和碘作用,形成色素而變黑。用碘筆在棉質紙上寫字,由於紙裡不含澱粉,所以不會變色。商家會使用聲音和變色這兩個簡單的方法來自保,以防止收到彩色影印機製造出的偽鈔。

  不過,紙鈔還有一項防偽絕活,那就是浮水印。浮水印是嵌在紙鈔裡的圖形或圖案,唯有透光時才看得見,也就你得拿起紙鈔對著光來看。

  雖然叫做浮水印,但它不是水漬,也不是墨痕,而是稍微改變棉的密度,使得紙鈔的某些部分較亮、某些較暗,形成特殊的圖形或圖案,在英國鈔票上的浮水印是女王的頭像。

  紙鈔目前岌岌可危,因為現在的金錢往來幾乎都電子化了,只有極少比例還使用現金,而且絕大多數是小額交易,但這部分也快被電子現金取代了。

(本文為節錄,完整內文請見10種物質改變世界

 如何用穿隧效應,洞察量子天地?中研院自行架設掃描穿隧能譜

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

文/知識大圖解

「穿隧光譜能譜」的重要性

2016 年 11 月,中研院物理所與台大、清大的合作研究團隊,確認了層狀材料 PbTaSe2 ,如理論預測般具有可形成拓樸超導體的條件。拓樸超導體的特性可以做為容錯性量子計算的基礎,而使量子運算的技術有了重大的發展。

促成此研究的關鍵技術,正是由中研院物理所莊天明研究團隊,利用自行架設的掃描穿隧能譜。應用了量子世界的穿隧效應,而成功觀測到了 PbTaSe2 的能譜特徵與超導特性。

量子世界的穿隧效應

19 世紀末,伴隨著「牛頓力學」、「馬克斯威電磁理論」與「熱力學」三大定律等經典物理學理論的完成,大自然的物理規律,被美麗而清晰的理論與公式所描繪,帶來了物理發展的巔峰。

除了「光速恆定」與「黑體輻射」這兩個既有理論無法解釋的異數,物理學家們幾乎已經掌握了世界運行的法則。然而,短短數年內,科學家們陸續發現經典物理學沒有辦法解釋微觀尺度下的物理現象。

二十世紀初,量子力學的發展,開啟了微觀尺度的物理研究新世界。隨著普朗克(Max Planck)提出能量量子化;德布羅意(Louis de Broglie)提出物質波;戴維森(Clinton Davisson)及革末(Lester Germer)以電子束撞擊鎳晶體表面,發現電子束有類似光波的干涉與繞射現象。

進而證實了微觀尺度下,物質在不同條件時會分別表現出現像粒子或波動的特性,稱之為「波粒二象性(wave-particle duality)」。這個微觀尺度下的特性,讓如電子這樣的微小粒子,在遇到能量更高的障壁時,並不會被完全阻擋。

只要障壁的能量不是無窮高,障壁的厚度也不是無窮厚。粒子就有機率可以穿透這道障壁,這就是所謂的「量子穿隧效應(Quantum Tunneling Effect)」。

(本文為節錄,完整內文請見 【Pansci.tw泛科學】
如何用穿隧效應,洞察量子天地?中研院自行架設掃描穿隧能譜


 

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