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物理學已知難題 珠鍊噴泉解密

物理學研究通常從一個已知的難題開始。過程中會出現一些令人驚訝之處,最近的神秘chain fountain(珠鍊噴泉)就是個例子。

事情起於史蒂夫•摩德,他是英國一個電視科學節目的主持人。他是牛津物理學碩士,看來是珠鍊噴泉的發現者,他將過程上傳網路。

在他上傳的視頻裡,他拉一條以金屬珠子連接而成的鍊子的一端。鍊子很長,他一拉其頭,鍊子就自己從玻璃容器流洩而出,就像水或汽油從水槽或油槽裡虹吸而出。

這現象本身就夠有趣,但真正令人訝異的是,鍊子不只是從容器邊緣流出來,還上彎成為一個曲線,一如噴泉下降時的模樣。

摩德說,「我偶然發現這件事。我在找聚合物(polymer)的物理模型」,亦即一個很長的分子。他想,一條珠鍊大概可當模型。結果,他吃驚發現,金屬珠鍊像蛇聞笛般升起。這個視頻於一年前上傳網路,劍橋物理學家畢京斯看見了,他和同事知道裡面涉及牛頓物理學,但他們搞不懂箇中玄機。

珠鍊流洩的速度超過地心引力所能解釋,而且一定有個力量把珠鍊往上推。

畢京斯說,關鍵在從數學角度思考,將一條鍊子想成一連串相接的棍子。

拾起一隻棍子的一端,會發生兩件事。一端上,另一端下。但是,如果往下的力被底下的鍊堆阻擋,就產生反彈,棍子或鍊子,就被往上推。鍊子上升,道理在此。

畢京斯說,網路充斥八卦視頻,在網路發現新的物理學難題,有如意外之財。

他和同事將論文發表於英國皇家學會專門處理學和數學問題的期刊(Royal Society A)。珠鍊噴泉如今已寫入英國中學物理課本。

 

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彭巴效應

未解之謎「彭巴效應」 俄男零下41度潑沸水瞬間變出「擎天柱」

俄羅斯今年入冬後出現極端寒冷天氣,一名住在西伯里亞的男子在零下41度低溫中,朝天空潑灑滾燙沸水,結果水滴瞬間凝結成冰瀑,非常驚人。這股寒流是俄羅斯超過70年來最強寒流,目前死亡人數持續激增,俄羅斯6個聯邦區的18個地區已經進入高度戒備狀態,某些地區還因消防用水結冰,以致火災發生時無法利用消防栓滅火。

1963年,坦尚尼亞一位中學生彭巴在製作冰淇淋時,發現熱牛奶比冷牛奶先結,1969年,他和丹尼斯·奧斯伯恩博士(Denis G. Osborne)合力發表關於此現象的一篇論文,而彭巴效應(Mpemba現象)就是以他的名字命名,意指在同等體積、同等質量和同等冷卻環境下,溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰。先前,英國皇家化學學會(The Royal Society of Chemistry)拿出來討論並懸賞獎金,希望能破解真正的原因。

彭巴效應
▲俄羅斯男子把滾燙的開水潑出窗外,立刻變成冰霧。(圖/取自YouTube)

一位住在俄羅斯西伯利亞的男子,也決定發揮實驗精神,在零下41度低溫走出陽台,把水桶裡滾燙的水往外潑,結果熱水瞬間凝結在空中,變成一大團白色冰屑,冰屑連成一道小冰瀑,有如擎天柱一般,接著慢慢飄散開來,沸水瞬間結冰的奇景證明當地真的有夠冷。

中亞地區今年入冬後天氣異常寒冷,零下幾10度低溫號稱連細菌都會凍死,全俄羅斯已經有超過500人凍傷,還有多人活活凍死,死亡人數增至近200人。莫斯科有民眾把毛帽、圍巾纏滿頭部,只露出冷到紅通通的鼻子;而烏克蘭連降2個月大雪,積雪已經達到50公分。不過根據氣象預測,莫斯科地區將自25日耶誕節開始回溫,在跨年之前會上升至比較能夠「容忍」的零下12度。

對於酷寒的氣候,氣象專家稱這是從1983年以來真正的氣候異常發威,也有專家表示,這顯示地球暖化後全球正面臨氣候轉型過渡期,才會出現如此極端的寒冷氣候。

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物理大師希格斯 不用手機、網路

沒手機也沒電視機,住所也不接網路,提出本世紀第一個重大科學發現的諾貝爾物理獎得主之一,英國愛丁堡大學名譽教授希格斯,過著令人驚訝的「低科技」生活。

諾貝爾委員會表示,發布得主前試圖聯繫希格斯,但所有電話號碼都沒有回應。公布是否因此延後一小時,委員會不願評論。

但八十四歲的希格斯,無論如何害羞低調,大名都將被寫進教科書,和愛因斯坦、普朗克齊名,世代流傳。

俗稱的「上帝粒子」指的是希格斯於半個世紀前利用標準模型所提出的一種新粒子,後人正式稱作「希格斯玻色子」,其提供的「交互作用」讓粒子具有質量。在此之前,質量只是一種現象和概念,並無理論能解釋為何物質具有質量。

一九二九年出生於英國紐卡索的希格斯,一九五四年在倫敦大學國王學院獲得博士學位。

希格斯住在蘇格蘭首府愛丁堡,教授理論物理。據說每當有人提及「希格斯玻色子」,他就會侷促不安,自己總是避免用這個詞。

身為無神論者,每當有人用「上帝粒子」來描述他的發現時,希格斯就更焦慮了。

愛丁堡大學物理系教授,同時也是希格斯好友的華克表示:「希格斯是位很溫和又很客氣的人。但是如果談到跟物理有關的事情而且說錯,他就會變得有點固執。」

周日泰晤士報報導,希格斯一周前在住所外跌倒,本周身體狀況一直很脆弱。最近傳出他得獎呼聲最高,希格斯決定暫避風頭。

與希格斯同獲殊榮的比利時布魯塞爾自由大學名譽教授恩格勒,在一九六四年提供了希格斯玻色子的理論基礎,主張宇宙初生時並無質量,後來出現的粒子賦予原有的粒子質量。宇宙「暴脹」(inflaton)結束後,暴脹子轉換為今日所見的各種粒子。

恩格勒表示,他鑽研宇宙學,是因不想受限於特定主題:「對某個主題有興趣就閱讀所有相關材料是沒必要的。重點在於分辨出重要和次要的資訊,藉以決定要鑽研哪一部分。

歐洲核子研究組織大強子對撞機的上千名的科學家,證實希格斯玻色子存在,功不可沒。但諾貝爾物理獎最多只能三人共享,所以該單位只得到讚譽,並未獲獎。

【2013/10/09 聯合報】http://udn.com/

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