「熱水比冷水更快結冰?」──彭巴效應的新線索(上)

「降溫」這個過程,也許不如字面看起來的這麼簡單。「熱水比冷水還要快結冰?」抑或被稱為「彭巴效應」的現象是否確實存在?這個問題已經困擾了物理學家許久。在今年8月6日發表於《自然》的研究,兩位加拿大物理學家Avinash Kumar與 John Bechhoefer利用玻璃珠類比系統,發現熱的物體的確可能比溫的物體還更快冷卻到相同溫度。這個發現,為「彭巴效應」的解釋提供了新的線索。

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何處停車?物理學家的停車策略

當騎著U-bike到停車站時,面對眼前的這個空位,究竟是要放棄它繼續往下騎,期待著離捷運出口更近的空位,但卻會冒著其他位置都滿,結果只能被迫折返的風險呢,還是保守的選擇它,但看見後面滿滿的空位,最後懊悔自己多走了一大段路。究竟怎樣的選擇是最有效率的? 波斯頓大學的兩位統計物理學家Krapivsky和Redner 在Journal of Statistical Mechanics上發表了他們的研究。

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量子電腦新發展——20位元的量子糾纏態

量子計算領域,因為量子電腦在特定運算中展現的強大運算能力,使其在近年來成為熱門話題。2019年8月,德國「於利希研究中心」(Forschungszentrum Jülich)的跨國研究團隊發表了一篇論文,展示他們利用卓越的光學控制技術,成功製造出20個量子位元的糾纏態,為製造更強大的量子計算器提供深遠的貢獻。

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2019 諾貝爾物理獎得主:James Peebles與他的ΛCDM 模型

美國宇宙學家James Peebles因為對宇宙發展的主流理論—ΛCDM模型具有重大貢獻,成為2019年諾貝爾物理獎得主之一。他成功的用數值方法估計出宇宙微波背景的非均質性,並且提出了冷暗物質的假設,以及使用宇宙常數成功的解釋並預測天文觀測結果。

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2019年諾貝爾物理學獎得主——詹姆士.皮伯斯(James Peebles)

「宇宙。上下四方曰宇,往古來今曰宙。」,那麼宇是無垠,宙又是永恆嗎﹖現在我們知道,以大霹靂模型來說,宇宙存在起點,也就是宇宙有其年齡。宇宙學家皮伯斯從1960年代中期開始,為大霹靂、宇宙微波背景、暗物質、暗能量等做了眾多的理論架構,從而得以建造宇宙結構,為宇宙學奠定研究基礎,讓一個高度猜想性的領域成為一門精密的科學!

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單位革新:重新定義公斤

「世界計量日」紀念著一百四十年多前簽定的《米制公約》(Metre Convention, 1875),自那時起逐漸確立了國際統一的度量衡系統。2019年世界計量日打出的口號是「基礎更為穩固的國際單位制」(“The International System of Units – Fundamentally better”),之所以說是「基礎」,是因為從這一天起,幾個基本單位的新式定義就正式上路了。

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美國海軍發表「室溫室壓超導體」專利

電流在超導體內能不受阻力的流動,可以100%傳遞電能,不損失能量也不排放廢熱。如果能在室溫實現超導體,將是一個顛覆性的科技。近日,美國海軍發表一份關於室溫超導體的專利。不同於其他同性質的專利,它並不著重於任何化學配方,而是描述一個能產生超導的物理機制。儘管專利內並沒有實驗數據佐證,其提出的方法可信度非常高。

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葡萄的微波爐物理

■把對切的葡萄放進微波爐,在微波的加熱下會產生電漿和火花。由於視覺效果奇特,這種葡萄電漿的影片在網路上盛傳。在大部分的影片中,葡萄的果肉被切開,但果皮仍然相連。因此許多人推測電漿產生的原理是:由於果皮富含離子,具有良好導電效果,使得相連的兩片葡萄像天線一樣吸收微波輻射。近期有科學家深入研究這個葡萄電漿,發現果皮的導電性其實並不重要,葡萄本體才是關鍵。

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新一代製程的關鍵:13.5奈米的「極端」紫外光

■從1990年代至今,半導體界持續使用波長為248奈米和193奈米的光源製造電子元件。這段期間科學家和工程師不斷挑戰物理極限,使用相同的波長製造出更精細的元件,至今已經超過二十年。然而,半導體從1997年的250奈米節點到2018年的7奈米節點,很難再繼續微縮了。為了製作更小更快的電子元件,半導體製程需要波長越短的光線。下一個世代的半導體將會使用全新的光源:波長為13.5奈米的極端紫外光。

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氣體可以當作透鏡使用嗎?

■透鏡是光學最基本的元件之一,它能讓光線聚焦或發散,也能讓物體成像放大或縮小。要對越小的物體成像,必須使用波長越短的光線。在許多應用中,只有極端紫外光(波長在100奈米以下)才能滿足成像的需求。但是短波長的光線非常容易被物體吸收,所以大部分的透鏡對極端紫外光來說都是不透明的。德國科學家使用氣體透鏡解決這個問題。這個氣體透鏡的吸收率只有5%,能調控光線折射的角度和光束聚焦的程度,並且能同時當作凹透鏡和凸透鏡使用。

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