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最微小的物質到最巨大的能量──《宇宙奧秘偵查隊》探索自然科學的根本!

最微小的物質到最巨大的能量──《宇宙奧秘偵查隊》探索自然科學的根本!

圖片來源:canva 圖庫
一起略過那些深奧又令人頭昏腦脹的困難公式,發掘生活中隨處可見、但是你不曾發現的古典與近代物理學的美麗境界!

《宇宙奧秘偵察隊》雖然是童書,但書裡提到的科學故事和科學知識,也非常適合成人閱讀,至少我自己是讀的津津有味。

作為一位化學系碩畢生,我認真覺得這本科學童書寫的非常有趣、有料,它沒有複雜的數學公式,也沒有生硬的說教感,是一本適合所有年齡層且想認識科學的人閱讀。書裡從古典牛頓力學談到近代相對論,主題相當豐富,而且每個主題結尾都會設計一個現實中可操作的小實驗給你玩,就是要讓你親身體驗何謂科學。

這裡主要分享三個讓我特別有感的科學主題:壓力、輻射和能量。

  1. 剛剛好的壓力

1 atm(一大氣壓力),是我們在地球上所承受的壓力,也是最讓我們感到舒適的壓力。

因為地球的環境好幾億年來都維持著同樣的大氣壓力,我們的祖先為了適應地球上的壓力,已成功演化出能夠在 1 atm 下讓各器官正常運作的身體。

不過,這樣的身體只有辦法讓我們在平地上感到舒適而已。

如果你攀高山、潛深海,壓力就再也不是 1 atm,你會感到不適。

當你登上山頂,因為壓力小於一大氣壓,空氣稀薄,你吸不到足量的氧氣,於是高山症發作;當你潛入海中,因為壓力大於一大氣壓,再繼續深潛的話,身體各器官會被擠壓,例如肺縮小、耳膜破裂等等。

所以,一大氣壓力,真的是剛剛好的壓力。

這就跟工作上的壓力一樣,壓力太大會想離職,完全沒壓力又覺得零挑戰性,而適度的壓力才有辦法激發出好的工作表現,例如有適當的時間限制才會使我把工作盡早完成。
 

  2. 既危險又有用處的輻射

大家應該都理解輻射的可怕,具體的可怕之處是,當我們接觸到過量輻射後,身體細胞的運作會發生錯誤,進而引發癌症。

2011 311 日,日本福島的核電廠因為海嘯和地震發生爆炸,導致輻射直接外洩。這件事當時被媒體瘋狂報導,即使到了現在,日本政府仍然在善後中,輻射仍然存在。

他們現在只能派遣機器人進入災區善後、清理核污染,預計 2050 年之後才會清理完成。在這之前,人類完全不能踏進災區一步。

然而,輻射有用處的地方在於,它是一種能量,可以用來發電(核電),而這樣的發電過程完全不需要火力,所以有助於減少溫室氣體排放。

除此之外,輻射也可以用來做放射治療,進而抑制腫瘤生長,例如 鈷-60 和 銫-137 常用於癌症放射治療。

甚至我最近讀到一個神奇的觀點,就是接觸低劑量輻射(非致命量)有益身體健康。

1980 年代的台北,有一批鋼鐵受到放射性物質 鈷-60 的汙染,而這批鋼鐵後來被用來蓋 1,700 多棟公寓,直到 1990 年代才被發現,但為時已晚。

當醫師檢視這些公寓裡居民的病歷後發現:這些居民比起沒住在輻射污染區的台灣民眾更少罹患各種癌症。在美國一般人口中,居住在背景輻射較高地區的民眾,壽命反而高於平均。而在醫師中,經常接觸游離輻射的放射科醫師壽命也比其他醫師更長,罹癌風險也較低。

  3. 千變萬化的能量

如果你常瀏覽社群的話,你一定曾看過一則瘋狂的影片,影片內容是用機器高速拍打生雞肉 13.5 萬下,持續拍打 8 小時,把生雞肉打成熟雞肉。

為什麼能夠不靠火力烹調的方式就把雞肉弄熟?因為這是典型的能量轉換:機器拍打雞肉的動能轉換成熱能,然後把雞肉拍熱、拍熟。

能量的形式非常多種,且可以互相轉換,其中大家最熟悉的能量形式就是熱能。然而熱能可以再轉換成電能、位能、化學能、動能等等。能量,其實就像一隻百變怪,可以隨著環境與條件變化。

這裡分享幾個生活中常見的例子:燒開水時,化學能(燃燒燃料)轉換成熱能,使水溫升高;太陽能板將光能轉為電能,讓我們能夠利用太陽來發電;水力發電則是將水的位能轉化為動能,再進一步轉為電能;我們吃下食物後,身體會將化學能轉化為動能,幫助我們行走與運動。我在撰寫這篇文章時,也是一種能量的轉換,從化學能轉換成動能(吃飯後才有力氣打字)。而研究數據顯示,連續思考寫作 5 小時,大約會消耗一顆蘋果的能量(熱量)。


本文作者為 進化村村長 施定男
 

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