【恐龍專題】科學家發現了恐龍的血球和膠原蛋白

撰文|黃貞祥 在電影《侏羅紀公園》(Jurassic Park)裡,科學家從琥珀裡的蚊子抽出恐龍的血液而取得恐 More »

【數學概念】這片土地的樣貌--淺談拓撲學

撰文|吳如峰 在上一篇文章中,我們在最後留下了一個問題:這個世界是否存在真的連續的東西呢?今天就讓我們來回答這 More »

【數學動腦】馬克杯跟甜甜圈一不一樣?

撰文|吳如峰 常常會有人嘲笑拓樸學家說他們分不清楚馬克杯跟甜甜圈。這是怎麼回事呢?拓樸學家為什麼會搞不清楚這兩 More »

【國際土壤年專題】認識「國際土壤年」

撰文|黃貞祥 泥土,像是默默在付出的英雄,我們平時很少關注到它,甚至在現代化城市生活久了,還會厭惡它,尤其是對 More »

 

【寵物專欄】狗狗討厭不與飼主合作的人

■狗狗對飼主有多忠心呢?狗對人類的社會訊號非常敏感,科學家發現牠們會對冷落飼主的人感到反感!

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photo credit: Eric Isselee/shutterstock

撰文|黃貞祥

狗是最古老的家養動物,是人的最好的朋友。在共同生活的悠久歷史中,狗學會對人類的動作非常敏感。飼主準備出來散步前,只要有一點小運動,狗狗就會主動跟上去,或者在開飯前,狗就會坐等著。

這些行為之所以演化出來,是因為對狗狗自己有利。我們人類,即使無關自身利益,也會注意到他人的行為。例如,在公車、捷運上給老人讓座,幫助迷路的旅人等等。可是在不直接關係到自身利益的情況下,狗狗還會注意主人的處境嗎?狗狗是否也關心陷入困境的飼主呢?

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【積體光路系列五】適用於波長2μm光偵測器

在光學通訊中開發新波長就等於開發新的通道(channel),但舊有的材料鍺卻無法適用……

圖片來源:Wu, Q., Turpin, J. P., & Werner, D. H. (2012). Integrated photonic systems based on transformation optics enabled gradient index devices. Light: Science & Applications, 1(11), e38.

圖片來源:Wu, Q., Turpin, J. P., & Werner, D. H. (2012). Integrated photonic systems based on transformation optics enabled gradient index devices. Light: Science & Applications, 1(11), e38.

撰文|方程毅

在光學通訊與積體光路中,無論訊號傳輸及運算再怎麼順利,最後總要有個元件接收光子,這便是光偵測器的角色。光偵測器能夠把光訊號轉成電訊號,電訊號再進行下一步分析處理(除非哪一天科技進步到電腦也能直接用光子進行運算,到時候就不是電腦而是光腦了)。既然光偵測器扮演如此重要的角色,就必須具備以下幾個特性:第一、感應能力要夠好,也就是說必須要能偵測到低強度的光;第二、速度要夠快,也就是每秒能接收並且能清楚分辨的位元數要越多越好,否則就算晶片運算再快速,接收光子的光偵測器速度跟不上也沒用;第三、製程必須配合原有的半導體工業,否則另外開發新的製程技術將提高成本。

系列四我們提到了波長的選擇,在目前技術較為成熟的兩個波段1300nm及1500nm都有速度夠快的光偵測器,其材料是跟矽同為四族的鍺(Ge);但文中同時也提到:如果能開發出其他波長,便能攜帶更多訊號,其中波長為2μm的紅外光便是其中一個候選人。要開發一個新的波長,就必須開發出跟這個波長對應的光學元件,有些對1300nm或1500nm適用的元件可以經過一些調整之後拿來2μm使用。但光偵測器卻不行,因為在1300nm或1500nm使用的鍺,波長最長只能接受到1850nm,因此波長2μm的光對鍺是透明的,完全無法收到光子。

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【寰宇天文】來點新鮮沙拉吧!

■兩位美國太空人在國際太空站(International Space Station, ISS)上成功種出第一批萵苣。秉持有圖有真相的良好態度,他們把成果拍照傳到推特上,然後吃了它。

photo credit:NASA

photo credit:NASA

撰文|陳勁豪

所謂民以食為天,只要是人就要吃東西。吃飯在地球上通常不是大問題,但是對太空任務來說,這絕對不是簡單的事情。絕大多數的載人太空任務,天數都不長,一般而言不會超過兩星期。所以儘管太空食物不是很好吃,基本上太空人都可以接受,反正忍耐一下也就過去了。

隨著太空任務的多樣化跟複雜化,科學家在太空中建立了太空站,此基礎使人類得以長時間居住在太空中。人類在太空中連續生活的世界紀錄是由俄羅斯太空人Valeri Polyakov所創下,他從1994年一月9號出發之後,直到1995年三月22日才返抵地球,在太空中一共待了437.7天。目前在國際太空站原則上隨時都有六位太空人駐守,大約每月會有一次火箭運送補給品。儘管補給品中可以提供新鮮蔬果,但是由於保存問題,這些新鮮蔬果都要盡快食用,所以基本上太空人還是很難吃到新鮮蔬果。

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【基因研究】野生的玉米如何變好吃

由上往下,蜀黍、蜀黍與玉米的雜交種、玉米的果實。 圖片來源:wiki

由上往下,蜀黍、蜀黍與玉米的雜交種、玉米的果實。
圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

農作物的演化,一直都是很好的研究題目。由於人為的選擇,使得農作物在短短數百年、千年的時間裡由不起眼、不夠美味變成又大又好吃、令人垂涎欲滴的的果實。

過去的考古證據顯示,玉米(Zea mays)約在九千年前於墨西哥的巴爾薩斯谷(Balsas Valley)馴化,它的祖先是蜀黍(大芻草,teosinte,下圖最上方)。由於蜀黍與玉米不論是植物型態以及果實大小都相差極大,過去曾經對於到底蜀黍是否真的是玉米的祖先有許多爭議。不過,分子生物技術的進步,使得相關的爭議已經成為過去式了。

過去數十年對玉米與蜀黍的研究已經發現,決定它們的型態如此不同的關鍵,共有六個區域。其中兩個位於第一號染色體上,其它四個分別位於二號、三號、四號、五號染色體(參1)。有些基因影響到玉米植株的型態,有些則影響玉米的果實。

位於第四號染色體上的區域,便是影響玉米果實的基因所在。玉米的果實大、種子柔軟;而蜀黍的果實不但小,種子外面還有一層硬殼。究竟蜀黍是怎麼變成好吃的玉米呢?

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【繽紛生態】天賦使鸚鵡成為卓越的跨界聲優

虎皮鸚鵡。圖片來源:wiki

虎皮鸚鵡。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

聽過鸚鵡學人講話嗎?筆者家中雖然沒有養過鸚鵡,但卻養過家八哥(Acridotheres tristis),還學會了說「哈囉」、「你好」、「乖」,以及吹口哨。網路上也有許多具有語言天才的鸚鵡,有些還會唱歌呢!

會學人說話的鳥有許多種類,但是牠們都分佈在鸚鵡形目(Psittaciformes)、雨燕目(Apodiformes)、以及雀形目(Passeriformes,俗稱鳴鳥songbirds,八哥就是其中的一種)中。除了鳥類以外,哺乳類如大象、瓶鼻海豚、殺人鯨以及港海豹(Phoca vitulina)也都曾被觀察到模仿其他動物的叫聲,但哺乳類中最厲害的「跨界聲優」,還是要首推人類(Homo sapiens)

其實學「別人」說話是模仿行為的一種,而模仿與即興創作(improvisation)對發聲學習(vocal learning,指修改所產生的聲音的音響和/或句法特徵的能力)是非常重要的。發聲學習是語言裡不可或缺的行為,我們要先能夠發出複雜的聲音,才能進行更複雜的溝通、提升社會的凝聚力以及進行文化傳承。

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【科學史沙龍】1926,量子物理發展關鍵的一年,談波恩的機率解釋

■希臘人在 2500 年前,就提出了原子是構成世界上一切事物,最基本且不可分割單位的概念;然而化學家後來找到了週期表上的各種元素,它們的原子都不一樣,似乎背離了希臘人當初想要找到基本粒子的想法。直到 1899 年湯姆森 (J.J. Thomson) 測量陰極射線的電荷與質量比,確認了電子是比原子更小的粒子,基本粒子的存在又再次出現了曙光。然而關於電子的本質究竟為何,卻在二十世紀初最偉大的物理學家之間,引起了針鋒相對的論戰。量子物理究竟是如何撼動古典物理的中心信仰?

講者|國立師範大學物理系 張嘉泓教授
撰文|高英哲

在最初的原子模型中,電子是以類似行星繞行恆星的軌道,繞著原子核轉動;然而對原子進行光譜分析,所得到的不連續性光譜,卻似乎與這個連續軌道模型互相矛盾。這個問題在波耳 (Niels Bohr) 於 1922 年提出的原子模型,得到某種程度的解答:他認為電子不是在連續運動的加速度中釋放能量,而是在兩個能階(也就是原子內電子所能存在的量子態)之間躍遷時,釋放或吸收一個帶固定能量的光子;因為量子態是離散分佈的,因此便可解釋原子光譜之間不連續的現象。

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【科學史沙龍】六十七兩采風圖及圖考:一位滿族御史所留下的重要臺灣史料

■六十七是個人名,姓氏跟生卒年都不詳,只知道他在清朝乾隆九年到十二年間,曾任滿人巡視臺灣監察御史。他巡察臺灣各地,繪製了《臺海采風圖》跟《番社采風圖》。這兩套圖集為臺灣先民的生活樣貌,留下了什麼樣的記實?

講者|中華科學史學會發起人 張之傑
撰文|高英哲

《番社采風圖》在中研院史語所跟臺灣圖書館各有一份藏本,內容不盡相同,描繪臺灣原住民捕魚、捕鹿、猱採、耕種、刈禾、舂米、織布、乘屋、渡溪、遊車、迎婦等風俗活動。這些圖畫相當寫實,描繪出原住民當時許多日常生活的情形;有時候用文字說了半天還說不清楚的事,一幅生動的圖畫就能夠表露無遺。

《臺海采風圖》則只有在臺灣圖書館有一份藏本,而且是海內外唯一的孤本,相當珍稀。這套圖集是用沒骨法描繪臺灣動植物的風物圖,繪有刺竹、金瓜茄、蜥蜴、倒掛鳥等動植物,以及西瓜、楊桃、番薯、黃瓜、波蘿蜜、檳榔等常見水果。這些風物圖不但繪製精美,構圖也很講究,即使單獨做為藝術品來欣賞,都具有一定的水準。

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【恐龍專題】有羽毛翅膀的孫氏振元龍

■古生物學家在中國東北遼寧省發現了體型大、翅膀短且長有複雜羽毛的馳龍類恐龍化石,命名為「孫氏振元龍」(Zhenyuanlong suni)。其體長估計約1.65公尺,重約20公斤。

藝術家筆下的孫氏振元龍(Zhenyuanlong suni)(Image credit: Chuang Zhao)

藝術家筆下的孫氏振元龍(Zhenyuanlong suni)(Image credit: Chuang Zhao)

撰文|黃貞祥

中國遼寧省西部是世界上最著名的恐龍化石聖地之一,已知最早長有羽毛的恐龍化石就是在那發現的,讓我們瞭解恐龍如何演化成鳥飛上天。孫氏振元龍由英國愛丁堡大學地球科學學院的Steve Brusatte和中國地質科學院地質研究所呂君昌命名,以紀念一位當地博物館工作人員孫振元。

他們研究的是一具幾乎完整的骨架,其保存情況出奇良好,孫氏振元龍身上的羽毛具有由一根中軸上分出的精細分叉構成的複雜結構;孫氏振元龍也是迄今發現此類恐龍化石中體型最大的一種,並且也是此類首隻前肢和尾巴上都有濃密的羽毛覆蓋的恐龍。這個新發現發表在學術期刊《科學報告》(Scientific Reports)。

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【積體光路系列四】波長的選擇

■積體光路與積體電路最大的不同在於光是有波長的,使用不同波長,就需要不同技術,那積體光路的波長是怎麼選擇的呢?

圖片來源:IBM

圖片來源:IBM

撰文|方程毅

用光子做資料傳輸及運算讓即將走到極限的積體電路再次復活。如何讓光路取代電路並整合進晶片中已是很多研究中心及大公司的重點項目。(請見《積體光路系列》)積體光路承襲了以矽為主的半導體製程技術,用矽做成的光波導(waveguide)傳輸光子。既然要傳輸光子,傳輸哪一個波長的光子就格外重要,因為光學元件的效率及可用度都因波長而異,決定波長,才能決定其他元件的設計及運作。積體光路依然採用矽為主要材料的原因,除了不需另外開發新製程技術外,也正是因為光學通訊使用的波長在矽裡面傳輸沒有損失,因此能沿襲既有的技術與規範。為了讓大家釐清這個概念,系列四我們就來談談光學通訊與積體光路的關係及波長的選擇。

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【寰宇天文】Rosetta號通過近日點!

■歐洲太空總署的Rosetta探測器在8月14號的時候隨著彗星67P/Churyumov–Gerasimenko (簡稱67P/C-G)一起通過了近日點。

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Photo credit:European Space Agency (ESA)

撰文|陳勁豪

當Rosetta到達彗星67P/C-G之後,Rosetta已跟著彗星67P/C-G一起走了七億五千萬公里。彗星67P/C-G以6.5年的週期繞太陽運行,並於8月14號02:03 GMT的時候抵達近日點。這時他們距離太陽約一億八千六百萬公里。

對天文學家而言,這是一個研究彗星結構的好機會。原因很簡單,當彗星抵達近日點附近時,由於與太陽之間的距離縮短,因此可以接收到更多來自太陽的能量。這些能量會使彗星的溫度上升,進而可能融化彗星表面及內核中的冰。這些融化產生出的氣體跟塵埃會噴發出來形成彗尾,不但明亮,而且可以用來研究彗星內部的組成成份。

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