微型點子對撞機

首播日期 :
2018/01/01
主持人 :
廖英凱

本節目為知識導向型節目,節目名稱為「微型點子對撞機」,此名稱發想自世界最大的科學實驗設備「大型強子對撞機」。希望在此節目中,經由受訪者所分享的知識和好點子,能交集碰撞出聽眾從未關注、從未想像過的新視界。
  
  節目製作人暨主持人,因擁有多年科學傳播經驗、同時身兼公部門培力課程講師並提供顧問性質服務。因此,於節目內容部分,將採用與民眾生活切身相關的多元議題,以科學普及的方式講解議題涉及的科學與科技素材,藉以幫助聽眾理解生活中的科學本質、科技發展與產業趨勢、教育培力方向與職涯發展參考。
  節目核心為一人物專訪性質的節目,單元名稱為「點子對撞機」,邀請相關領域的知名專家學者、有顯要貢獻的從業人員,透過主持人訪談的形式,引導並協助受訪專家,提供可讓目標聽眾有效吸收理解的知識或議題。

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台灣能源展望

能源是國家發展,社會穩定的命脈。近幾年伴隨著氣候變遷、非核家園、再生能源發展與815全台大停電等不同的事件。台灣的能源應該如何發展,不同能源應該如何選擇,是今天討論能源政策難以忽視的要題。本集教育電台「微型點子對撞機」邀請核能流言終結者創辦人黃士修,與我們一同探討思考能源政策這個大哉問,有哪些不能忽視的面向與哪些無法迴避的阻礙,以十年為尺度,以百年為期,我們又該如何思考台灣能源的未來。   談論未來的能源規劃,必須先對過去與現在的能源占比有所理解,雖然在能源政策中,往往佔據最多目光與討論熱度的,是核能的存廢與再生能源的發展與合理補助等。但不過是對於台灣或世界上多數的國家與地區,使用量最大的能源其實是火力發電。以2016年的能源發電量占比來看,核能發電佔了13.5%,燃煤發電佔了36.9%,燃氣發電佔了36%,而再生能源僅有5%。   導致這樣的發電量比例,主因是過去數十年來再生能源技術並不成熟,自然條件也缺乏水量豐富的河川可以發展水力發電,因此需要以火力發電為主。1973年,全球爆發第一次石油危機,使油價倍增,導致政府決定開始發展核能發電,以避免油價波動對電價的影響。   這樣發電結構最大的問題,其實是我們有超過九成以上的發電原料都需要仰賴進口,無論是經濟上會容易受到原物料影響,對於國家安全或能源穩定上,也必須考量因戰爭、區域動盪或是天災使進口時程延誤,而導致停電或限電。   除此以外,311東日本大地震後,使民眾對核能發電恐慌而促成政府的非核家園政策,以及進數十年來對全球暖化與氣候變遷的重視,迫使世界各國無不積極發展低碳能源。因此,再生能源變成了滿足以上條件的解法之一。   然而,再生能源有間歇性與低能量密度的限制。所謂的間歇性,指的是再生能源的發電,並無法如火力核能機組般,開啟後便能產出穩定持續的電力。再生能源中的太陽能會受日夜、太陽角度、天氣的影響;風力發電也受限於大自然的風勢必無法如鍋爐運轉般地恆定;而地熱與海洋能等仍存在自然條件的限制與待解的技術瓶頸需克服。   不同能源與發電方式,各有其特性與限制,為能有系統地討論能源政策,黃士修建議大家應試著找出每一種能源的「3E」,3E分別指的是:Economics(經濟), Environmental(環境), Energy Safty(能源安全),只有在兼顧各種不同需求的面向,不刻意忽視不同利害關係人的主張與在意的核心價值觀,並對各種能源的特性與限制有所理解,才有可能開展深度的政策討論。

穿越時空尋訪伽利略

科博館孫維新館長曾說過「科學是一個不斷認錯的過程:哥白尼提出日心說,修正了托勒密的地心說;克卜勒提出了橢圓形軌道,修正了哥白尼的圓形軌道」每一個世代的科學家,不斷地修正前人的理論,讓我們更加接近真實。但也可能因為推翻人們長久以來的認知,而遭到責難迫害。在這些曾遭受迫害的科學家中,伽利略無疑是其中最知名也最為出色的一位偉大科學家。本集教育電台「微型點子對撞機」,中華科技史學會理事長、長庚大學通識中心的邱韻如教授,她多次親至義大利各古城小鎮,就為了走訪伽利略生前的足跡,尋訪偉大科學家的一生。 邱韻如老師專長於物理教學,更讓對科學的愛好徹徹底底地融入生活中。她不只去過義大利找伽利略,還去過波蘭找哥白尼、去捷克找克卜勒、第谷和愛因斯坦、去英國找牛頓、虎克、馬克斯威爾等偉大科學家所留下的印記。而對於尋訪伽利略的足跡來說,自然不能錯過義大利的幾個重點古城,例如羅馬、佛羅倫斯、威尼斯,以及相傳伽利略曾經做過自由落體實驗的比薩斜塔。這個在比薩斜塔上的自由落體實驗,相傳是伽利略將一重一輕的球從塔頂同時丟落。四百年以前,人們多相信越重東西掉落速度應該越快,但伽利略的實驗證實了,球的掉落速度與重量無關,顛覆了當時人們與其他科學家的主張。不過伽利略還有許多更為重要關鍵的科學成就,1608年,荷蘭人李伯謝(Hans Lippershey)將兩面鏡片靠在一起發現了望遠的效果。隔年,聽到這件事情的伽利略就馬上利用相同的原理,自製了望遠鏡。他將望遠鏡指向天空揭開了許多世人從未知道的秘密,他描繪出月面的形貌,並記錄木星的衛星。又發現金星和月亮一樣有相位盈虧,以及土星左右看起來像有兩耳的構造。他的望遠鏡,也被贈送給威尼斯的總督,設置在威尼斯最高的鐘塔上做軍事偵察的用途。這在科學與科技上的極高成就,讓伽利略成為當時最有名望的科學家,名動天下。 望遠鏡的問世,也讓伽利略能不斷累積觀察的資料,直到了1632年,68歲的伽利略出版了對近代科學影響甚鉅的《對話錄》(天文對話:關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話),但也因為書籍中對宇宙的敘述有違當時天主教的教義,最終招致不公的宗教審判。為了保全性命,伽利略做出了認罪聲明,並被軟禁在且不允許接近任何與他討論科學觀念的訪客。一直到了1982年,教宗若望保祿二世(Pope John Paul II)召集學者組織『伽利略委員會』,重新調查伽利略事件。1992年10月31日,教宗若望保祿二世正式向全世界宣佈,梵諦岡承認這件歷史公案的錯誤,伽利略360年的冤案終獲平反。360年前的冤案,讓偉大科學家的晚年淒涼不已,但幸好,伽利略的研究成果,依然被他的徒弟、後人,與眾多的科學研究者們給延續保存了下來。這也是今日科學家立身於世,要有不畏強權捍衛學術自由的重要理念。

自由落體自由嗎?

在自由落體實驗中,許多人會提到的一個經典歷史故事,就是伽利略與比薩斜塔實驗。這個故事是說:伽利略在眾目睽睽下爬上了比薩斜塔,丟了兩樣東西下來,證明了輕重不同物體的掉落速度是一樣的,贏得滿場的驚嘆與掌聲。一舉打破了二千年來,亞里斯多德認為越重的東西掉落越快的錯誤想法。可是,兩千年實在是個有點長的時間,難道都沒有任何人發現或質疑或這件事情是怪怪的嗎?本集教育電台「微型點子對撞機」,邀請中華科技史學會理事長、長庚大學通識中心的邱韻如教授。邱老師遍查歷史文獻,走訪義大利古城,揭露了一個錯了兩千年的故事,自由落體的故事。 要瞭解人們對自由落體的辯證,要先從古希臘哲學家亞里斯多德開始談起。亞里斯多德認為,落地速度和物體「重量」息息相關,重的會先到達地面。事實上,如果我們去問問看尚未學過也從未接觸過類似實驗的小朋友,也多會得到越重的東西掉落速度越快的直覺答案。亞里斯多德也推出了一套「自然厭惡真空」的理論,他觀察到物體會經過一段短暫的速度增加,然後以一個正比於它的重量的速度等速落下。他推測兩個重量相差十倍物體,落地所需的時間也會有十倍之差,若物體在真空中運動,它的速度可能會非常非常大。不過這個理論,其實早就有人質疑了。比伽利略早一千多年前,菲羅波納斯(John  Philoponus)就曾質疑亞里斯多德的論點,之後也還有好幾位中世紀哲學家也強烈質疑。此外,在伽利略以前,也有眾多學者提出實驗來支持或捍衛亞里斯多德的理論,例如1576年,帕多瓦大學數學教授莫勒提從一個高塔上丟下20磅和1磅的鉛球,結果同時落地。不過伽利略特別的地方,是他在所出版的《論運動》與《兩門新科學對話》書中質疑亞里斯多德「自然厭惡真空」的運動論點,並從討論物體在水中的運動出發,探討提出兩個相同材質但輕重不同的落體,在空氣中會「幾乎」同時到地,落地所需時間不會像亞里斯多德說的相差那麼多。他推測,若是在真空中,伽利略預測應該會同時落地。更重要的是,伽利略關注的不只是「同時」這個答案,他更積極推算落體運動的數學定律,他在《兩門新科學對話》詳細描述的單擺及帶鈴斜面實驗,設計出「沖淡」加速度的方式,來展現加速度運動的特性,來讓讀者理解「等加速度」的特性。這充分體現了在科學研究中,找答案的過程比答案還重要。這也是伽利略之於自由落體實驗中,最重要關鍵之處。 不過另外還一個有趣的現象,是邱老師為了瞭解對自由落體的認知,曾詢問過她在大一理工科系的學生,「伽利略從比薩斜塔上丟了什麼東西下來?」,經調查,101位大一理工科系學生中,有68位以為是「鐵球和棉花」 ,其中的42位(62%)甚至認為鐵球和棉花會同時落地。邱老師認為,這個天大的誤會,因是來自近代一些真空中羽毛與鐵球的掉落實驗,因不符合直觀的震撼畫面太過震懾人心,而讓基礎知識不足的觀眾,把兩個完全不同時空的實驗給混為一談了。 從自由落體這個古老的實驗到今天人們的認知,我們可以看出許多學習上的錯誤迷思或學習成果的低落,很多時候,是來自於教育的過程並沒有能將每一個名詞、理論的脈絡演進,完整地呈現傳授給學生。而讓學生藉由片段得到的資訊來建構知識建構對世界的認知。

與地震共存

  2016年 規模.6的高雄美濃地震造成唯冠大樓倒塌,總計117人死亡。2010年規模6.4的高雄甲仙地震,造成五十四萬戶停電。2006年規模7.0的恆春地震造成多條海底電纜中斷,導致網際網路、國際電話服務停擺,以及近年來影響最恐怖的,1999年,規模7.3的921大地震,造成2415人死亡,5萬棟房屋全毀。我們活在一個無法免除地震的國度,該如何智慧地與地震共存,讓災害來臨時能有效減少傷亡與財產的損失,是每個人都應該積極了解與實踐的課題。 本集教育電台「微型點子對撞機」邀請到「震識-地震知識網」的副總編輯,地球科學科普專欄作家潘昌志老師,省思這塊土地上曾經發生過的地震,探討當地震來臨時,你應該做好的準備。 為了能減輕地震所帶來的災害,不僅要了解地震的特性,更要根據每一次地震的慘痛經驗,化為制度與技術的改善方向。從台灣近兩百年的歷史來看,較早期的1848年彰化地震、1862年台南地震、1906年梅山地震,造成了1030人、1700人與1258人的罹難,佔據了台灣地震死亡人數紀錄的第三至第五名;1935年新竹-台中地震,是史上傷亡最慘烈的地震,高達3276人罹難。1964年白河地震後,政府更加重視地震災害所帶來的影響,頒布了「防救天然災害及善後處理方法」;至今仍讓許多人印象深刻的1999年921集集地震,正是強地動觀測開始發展,由於定位時效最快,也促成了發展成今日所使用的地震預警系統。並促成了民間開始興起採用耐震建築的風潮。 在地震中,最主要的傷亡主要來自於建築物的損毀。因此,探勘各地的地質特性,來找出地震潛在危險的區域,避免建物的興建。以及在建築物的技術與法規上強化耐震,就有助於減少地震發生時帶來的災害。不過,震災並不只有建物損害而已,例如921地震時,山區的山崩導致堰塞湖威脅下游居民、石岡壩受損導致大台中居民缺水;2004年印度洋大地震導致南亞海嘯,造成29萬人死亡或失蹤。在這些歷史上的嚴重地震中,我們也可以發現,造成傷亡並不只是地面的劇烈搖動或破裂,還會有土壤液化和海嘯的影響。同時,震災也並不只是離震央越近就越嚴重,盆地與軟硬地質交界處,會造成地震波傳遞速度的差異,而引發局部地震放大。也因此,就區域或城市發展來看,如果想要減少震災損失,要考量的不僅只有斷層,更需要全面考量到各種地質環境,與相關民生資源在賑災時的受損可能。 而對於個人的準備來說,從日本的經驗來看,許多家戶都會存放「地震包」裡面多有存放一到三天的糧水、照明設備、身分文件與應急金錢。準備更為完善的地震包,還會有像預備藥物、通訊設備、生火裝置、備用衣物等的配置。在日本當地的學校,也會為每一個學生準備「防震帽」,可以在地震發生的幾秒內,立即戴上保護頭部遭受掉落物碰傷。同在地震頻繁的國家,或許我們都該捫心自問,在下個大地震來臨前,我們都盡力做好準備了嗎?

決戰索爾維

本集教育電台「微型點子對撞機」,邀請中原大學物理系暨中原大學高能研究中心主任高崇文教授,以物理研究剖析物理史,以科學角度講述在新舊物理領域更迭革命之際,一場於1927年所舉辦「索爾維會議」的故事。   19世紀末期,對於當時的科學家來說,物理學發展到了一個前所未見的理想情境,幾乎一切自然界的物理現象,都找到了對應的解釋,令人滿意的回答。例如從1687年,物理學家牛頓提出經典力學之後,力學的發展已經可以解決我們一切看到的力學、或是運動的現象。馬克斯威的電磁統一理論與馬克斯威方程式,也都能漂亮地分析各種電磁現象,並用來理解波的特性。而熱力學與統計力學的發展,更讓人們理解熱對於大尺度物質運動的規律,和小尺度物質統計上的規律,都有著合理且準確的說明。   許多學者形容物理就像是一座已經完工的宏偉的大廈,以經典力學、經典電磁場理論和經典統計力學為支柱。一切解釋世界運行法則的理論皆已齊備。對於後繼者的工作來說,純理論的物理研究,在一個已接近完美的體系中,已經很難有所作為,剩下的工作,不過就只是在已知的規律中,將各類自然常數更加精確地測量罷了。   19世紀的最後一天,英國物理學家克耳文男爵威廉·湯姆森,在新年祝詞時展望20世紀物理學的發展,他說:動力學理論斷言,熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽,顯得黯然失色了。   第一朵烏雲出現在光的波動理論。今天我們已經知道光的傳遞不需要介質,光可以在真空中傳遞。但是當時人們仍認為光需要透過「以太」來傳遞。但是邁克生-莫雷實驗,卻發現在同一個介質中的光速都是恆定的,如同汽車大都所照出來的光,不管是在靜止狀態還是在高速行進時,光速都是一樣的。這很有可能代表既有的動力理論,並不能解釋光速恆定的現象。   第二朵烏雲則出現在熱力學之中的能量均分定理上。能量均分定理的初始概念是熱平衡時能量被等量分到各種形式的運動中;例如,一個分子在平移運動時的平均動能應等於其做旋轉運動時的平均動能。但到了19世紀末關於黑體輻射的研究時,卻發現根據這個定理,我們會讓黑體輻射在頻率高於紫外光的波段,卻放出無窮大的能量,完全不符合實驗上的結果。   這兩朵經典物理世界的烏雲,在20世紀初期開展了相對論、量子力學等近代物理的研究。而讓物理理論的更迭持續至今。回顧20世紀初期時的索爾維會議,我們可以看到在近代物理誕生之際,全世界最優異的科學家是如何爭辯商議新穎理論的對錯真偽。在當時針對量子力學等的新理論問世的討論,在90年後的今日,仍持續催生著下一代科技如量子電腦等的發展。

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