2017 十一月號
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第145期電子報  出刊日期:1061127


科學新文摘

 

看見宇宙 一 光的故事

余海 / 天體物理學家、科學專欄作家。瑞典皇家理工學院博士後研究員,研究興趣為伽瑪射線暴輻射機制。

光是什麼?自古希臘時期以來,光的本質困擾了科學家2000多年。直到今天,物理學家雖已能用精確的數字去描述每種電磁波動,就其本質而言,或許我們知道的並不比先哲們多得多少,就讓我們來看看光的故事。

古希臘:發射或接收?
距今2400 多年的古希臘, 有位哲學家叫恩培多克利(Empedocles,西元前490 ~ 前430),他認為光是種射線。可是與我們的常識相反,他並非認為物體發光(或反射光線)進入我們的眼睛,所以我們就看得見 。他認為光是從我們的眼睛發射出去的一種射線,接觸到物體後讓我們看得見。

這個在現代常識裡看起來異想天開的理論,在古希臘時代可能沒有那麼奇怪。當時的哲學家們並不是靠嚴謹的邏輯和實驗證據建立科學理論,而是圍坐在一起討論,如果大家意見一致,就會成為「真理」!而這個眼睛發射光線的理論,就成為了柏拉圖(Plato,約西元前428 ~ 前347)學派的真理。

柏拉圖就是著名的古希臘科學家亞里士多德(Aristotle,西元前384~ 前322)的老師。16 世紀,義大利畫家拉斐爾(Raffaello Sanzio,1483~1520)畫了一幅著名的壁畫《雅典學院》(Scuola di Atene),上面畫了很多古希臘科學和哲學家。柏拉圖和亞里士多德就在畫作正中間,柏拉圖手指向天,亞里士多德掌心向地。有指拉斐爾可能想表達兩師徒對哲學和科學的不同看法:柏拉圖認為知識是可以從腦海中純粹以邏輯推理取得,而亞里士多德則認為必須觀察世間萬物才能獲得真正的知識。
 
拉斐爾的壁畫《雅典學院》。(Wikipedia)

柏拉圖相信光是從眼睛發射出去的,可是他的學生亞里士多德則認為相反,是眼睛接收到物件發出的光線才讓我們看得見。亞里士多德主張知識必須從觀察獲得,而非紙上談兵。可能因為伽利略(Galileo Galilei,1564~1642)推翻了他的「重物比輕物下墜更快」理論,很多人都以為亞里士多德是柏拉圖派的。恰恰相反,他其實是個實驗科學家,很多理論都是透過觀察自然而得的。當然,就像重力這個問題,他觀察得不太入微就是了。

光線當然不是從眼睛發射出去的。不過,這個理論卻一直被古希臘以柏拉圖為首的先哲們所接受,甚至連大名鼎鼎的數學家歐幾里得(Euclid,約西元前330 ~ 前275)也曾相信。歐幾里得寫了一本幾何學巨著《幾何原本》(Elements),由5條公理推導出當時已知的所有幾何學定理。《幾何原本》流傳2000 多年,連愛因斯坦(Albert Einstein,1879~1955)亦曾說過,《幾何原本》啟發了他進入科學的世界。

歐幾里得是歷史記載首個假設光的路線是直線的人,更以數學描述光的反射定律(law of re ection)。其實,他並未完全接受恩培多克利的眼睛發射理論,歐幾里得提出了一個疑問:如果光真的從眼睛出發,那麼為何當我們打開眼睛的瞬間,就能夠看見遙遠的星星?除非光速是無限快,否則眼睛發射理論就不能成立。

到了盧克萊修(Titus Lucretius Carus,約西元前99 ~ 前55 )的時代,人們仍然堅信光是從眼睛發射出去的。不過,盧克萊修卻持相反觀點,他認為光和熱均來自太陽的粒子,他同時認為光的速度非常快,且能穿越空氣。

以現代人的角度去想,其實頗難想像當時的人為何會相信發射理論。由一個非常簡單的事實就能將其推翻:如果光是由眼睛發射出來的,為何會有黑暗存在?......【更多內容請閱讀科學月刊第574期】

活動訊息_圖示

探索星系演變兩天文學者獲台法科技獎

第19屆台法科技獎頒發給天文研究學者康逸雲與麥登。多數人眼中看到的星系是由星體組成,而她們關注一般人忽視的星際物質,例如塵埃和氣體,從微小處探索星系的演變。

台灣的科技部與法蘭西學院自然科學院簽署台法科技基金協議,共同辦理台法科技獎,首屆於1999年頒發。中央研究院院士與自然科學院院士每年選出一名或一組科學家,由台灣頒發獎金3萬8200歐元(約新台幣135 萬元),除了嘉許得主推動雙方交流,也鼓勵未來擴大合作。

今年得主的專業領域在天文物理,美籍研究員麥登(Suzanne Madden)與荷蘭籍研究員康逸雲(Francisca Kemper)共同獲獎,兩人晚間在駐法代表處,從科技部次長鄒幼涵及自然科學院終身榮譽秘書巴赫(Jean-Francois Bach)手中領獎。

麥登擁有美國麻州大學天文博士學位,她曾在德國馬克斯普朗克研究院(MPI)地外物理研究所、美國國家航空暨太空總署(NASA)艾姆斯研究中心(ARC)從事研究,自1996年至今,在法國原子能署沙克萊天文物理研究中心(CEA Saclay)擔任研究員。

麥登生於1953年,家鄉在繁華的新澤西(New Jersey),她笑說,當地城市不太看得到天空,但她的少女時期正好經歷了美國登月計畫的熱潮,像許多那個年代的孩子一樣,她本想成為太空人,卻因為近視而忍痛放棄夢想,轉而投入天文物理,主要研究領域為矮星系及星際物質。

康逸雲在荷蘭阿姆斯特丹大學取得天文學博士學位後,前往美國加州大學洛杉磯分校繼續博士後研究,曾於美國維吉尼亞大學、英國曼徹斯特大學任教,2010年起在台灣的中研院從事研究至今。

她接受中央社記者訪問時說,2010年,英國還處於經濟危機中,部分科學研究經費被刪減,她在此時發現台灣的科學研究正在成長,經濟看來也很穩定,她評估這會是有利的研究環境,因此落腳台灣。

康逸雲解釋,她們的研究是關注星系如何形成,星系中不只有星體,還有星體之間的一些物質,例如塵埃和氣體,星體在這些物質中生成、進化,最後又消逝於其中,因此這些塵埃和氣體的組成不斷在改變,「我們試著研究這些物質的特性如何改變、與星系演化又有何相關」。

麥登與康逸雲在SAGE-Spec等數項計畫上合作多年,也都是歐洲太空總署(ESA)之下的宇宙學及天文物理太空紅外線望遠鏡(SPICA)計畫觀測台科學小組成員,兩人未來的研究可望讓人類對鄰近的麥哲倫雲(Magellanic Clouds)等星系有更多瞭解。

新聞來源網址:http://hottopic.chinatimes.com/20171123002575-260803


高中學生學習歷程檔案報乎你哉

圖/教育部 文/國教署、高教司

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新課綱即將在108年開始實施,為落實十二年國教「適性楊才」的理念,讓高中學生能透過學習歷程檔案的建置與檢視,適性規劃加深加廣選修課程,並於申請大專校院時能展現多元學習的成果,國教署推動建置學習歷程檔案並且將銜接於大專校院甄選入學資料審查使用。

學習歷程檔案的建置流程包含了課程計畫平臺、校務行政系統(學習歷程紀錄模組)及學習歷程資料庫三個作業系統。可能有許多人對於「學習歷程檔案」還不是很瞭解,它有哪些內容?高中學校、老師及學生需要做什麼事情?建置學習歷程檔案有哪些功能和好處?
這些疑惑讓「學習歷程檔案面面觀」(懶人包)一次告訴你答案,簡單明瞭地掌握學習歷程檔案正確且完整的資訊!

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訊息來源:中小學師資課程教學與評量協作中心第五期電子報

科學活動及演講_圖示

主  題:發現新大陸2.0—小天體的探索之旅
講  師:章展誥( 中央大學天文研究所助理研究學者)
日  期:2017/12/2 14:00~16:30
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
活動網址:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=77580

主  題:專家演講 相對論百年故事與下一個百年的重力波天文學
日  期:2017-12-03 14:00-16:00
地  點:臺北市立天文科學教育館
活動網址:http://ticket-app.tam.gov.tw/activity/cp.php?actno=1289

主  題:乒乒乓乓的宇宙──談天體撞擊的危機
講  師:陳文屏(中央大學天文研究所特聘教授兼所長)
日  期:2017/12/16 14:00~16:30
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
活動網址:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=77580

主  題:滄海桑田─那些衛星帶我們看到的地球角落
講  師:曾國欣(國立中央大學太空及遙測研究中心助理教授)
日  期:2017/12/29 週五晚間 7:00 ~ 9:00 pm
地  點:國立臺灣大學應用力學研究所一樓國際會議廳
活動網址:https://prospect.phys.ntu.edu.tw

 
 

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