高徒說

繼管理怎麼聊之後，高徒要發展科學系列，先不管實驗室和發想空間，要先有好主題，剛好Taiwan Bridge 活動邀請了Andre Geim，聽了演講，發現盜用這麼厲害的名字來賣防過敏衣物，真的大名小用，應該木炭或備長炭就夠用了，我們就來看看比鑽石硬，能導電，又只有一個原子厚度，面積大，體積小的石墨烯，是怎麼製造出來的？
 

今天要聊聊物理中一個蠻偏科又冷門的核天文物理，各位先別跳頁，不是要說這門科學本身，要說的是我為什麼這次不移民，卻要來個大冒險。照說，去研究所上上課，沒什麼，很多總經理、董事長更是專班常客，根本把大學當廚房跑，不過我這次要冒險的是陌生的天文學，唯一有搭上自己專長的是量子力學中的核物理，什麼黑洞啦？中子星啦，甚至supernova 超新星。我都沒學過。可能還需要涉獵偏微分方程式和場論。

先坦承一下，物理素人這部分我得扣點分，自然組唸到高二，在此之前，物理系是第一志願，14歲接觸相對論，就此欲罷不能，多年後，連同愛因斯坦不相信的量子力學，也一併讀了，雖然後來我信仰了量子力學，而非相對論，然而，愛因斯坦靠推想就能解謎的部分，我深深相信。今天我就挑戰，電池兩極為何一端可以較小，因為效率低的一端，是會抵消另一端的效果的。
 

李雅明教授在 半導體的故事  一書中說：沒有量子力學波函數，就不會有布洛赫定理，沒有布洛赫定理，就不會有能帶理論。後面這些半導體理論，都是根據能帶理論推展出來的。
本來我對這句話沒什麼感覺，物理界都知道，電子（尤其是自由電子）能夠導電，人盡皆知，只是，為什麼會產生自由電子，這就傷腦筋了，從量子力學下手，才終於導出電子躍遷的效應，真正弄清楚能隙（阻擋導電的效應），以及突破能隙的電子需要多少能量，才能成為自由電子，這樣的計算，能夠確定半導體何時才會成為導體，生活應用成為可能，確認半導體在怎樣的臨界值能發揮作用。

2015年諾貝爾物理獎得主今天揭曉，由日本學者(木尾)田隆章（Takaaki Kajita） 和加拿大學者麥唐納（Arthur B.McDonald）獲獎，原因是他們發現了微中子振盪效應，顯示微中子也有質量。
來源：聯合報網路版諾貝爾物理獎 二三事報你知

在某家衛星通訊公司，值班的兩位工程師，常常為了雜訊問題，傷透了腦筋，因為他們要上大型碟型天線上檢鳥糞，以減少雜訊。同一時間，某些觀測外太空的科學家，也為了無線電望遠鏡 (註1) 不夠傷腦筋，由於需要更多來自於外太空的數據，他們採用了這些工程師的雜訊報告裡，發現了外太空似乎有某種規律的電磁波，這樣的波可能不是雜訊，而是宇宙誕生時，產生的電磁波，由這樣的電波，物理學家推導出，宇宙的每個部分，其實起於一個非常小的點，於很短的瞬間，膨脹成具有時間空間的樣貌，由一點而展開成廣大的宇宙，這個理論叫大霹靂理論。
以上所說，當然你可以當作一個笑話，是通訊工程師茶餘飯後強調自己工作的重要性，但是在科學界卻是這樣的玩笑卻關係者研究能否繼續的關鍵。天文物理研究的設備或規模，越來越大，怎樣運用外界資源，其實非常重要，在地中海就有一個歐洲研究機構設立的望遠鏡，穿透地心觀測南半球的太空，或許你羨慕歐洲研究者得天獨厚的研究環境，然而，這樣的設備，也因為預算驚人，必須由研究黑暗物質、宇宙生成甚至超弦的研究者共享，以確保這樣的投資能夠產價值夠高的成果，以往單一主題或單一實驗室準備自己的設備的年代，似乎已經過去，單一設備只研究單一主題的奢侈，也是研究者可望而不可及。
以上提到的，就是科技導向 (techno-driven)的研究，雖然常常能在實驗室編列預算來購買科技設備，有時候反而可以思考，如何透過既有的科技設備，達成研究的目的，這類重大發現，是搭著科技巨人的肩膀上，才能看到。這是從研究方法面來說的，科技本來就是物理原理的應用，現在回頭來幫忙物理研究，造成重大發現。正因為科技是物理學的應用，物理學者的發現，若能促進科技發展，也是令人驚喜的，或許是因為科技應用大幅改變人類生活，諾貝爾物理獎除了注重理論的開展，目前也開始頒給這類促成技術性研究成功的研究者，舉2009的諾貝爾得獎人為例，高錕對光纖的長程傳輸有貢獻，波以爾和史密斯 (Willard S. Boyle及George E. Smith) 則對CCD 的發明有貢獻，前者大大提供通信的品質，後者則廣泛的應用在宇宙觀測與日常攝影上，物理獎頒給科技背後的推手，在科技導向的研究正在流行的今天，或許有某種新意義。
回到一開始提到的撿鳥糞的故事，由於通訊的需求建造的大天線，竟然觀察到了大霹靂現象，這和過去愛因斯坦式的模式不同，愛因坦在信封背後就能寫出相對論 (註2)，當然，理論物理的研究模式不死，在今天也還是最令人神往的研究方式，只是現在的研究模式中，會更加的依賴科技設備與規模大小，物理研究者如何在這其中，尋找重大發現的機會，應該是令人振奮的一項研究契機。

費曼曾經到巴西當客座教授，他再度發現，巴西一樣有很差的物理教育，學生和在美國的學生一樣，需要靠自學，才能學好物理。除此之外，他的興趣多了一項，打巴西鼓，過了一陣子，團長要其他團員向費曼學習，費曼猜可能是他自己的鼓音有外國腔。
這些經歷，讓我看出費曼的物理，應該是超棒的，因為能夠打鼓，其實是一項高難度技巧，拿這樣的技巧去做很多事，應該都能做好，這是我以藝術取向來判斷事物的偏見，或許唯一例外的是商業，因為沒有經營得很精彩又虧本的事業，被叫做成功。正因為我先注意科學家的藝術層面，讓我有機會看到，許多專業之間，其實有微妙的相似性，藝術強調人的創造性，到了作品的完成階段，也強調準確性，以便把創意精確的傳達，這部分很像科學，藝術強調打破框框，然後，在畫派建立時，又要求自己的框框要完整，這讓我想到，相對論先否定了牛頓的絕對坐標系，而相對論本身的光速時鐘能夠統一每個座標系之間的矛盾，因此可以不受絕對坐標系的限制，也能描述運動物體的時空位置。以上只是我想到的兩個類同點，至於科學家與藝術家之間，類似的異於常人的行徑，或是許多科學家之間競爭的精采程度，我還是另文專述。
寫到這裡，我回頭談談我所知道的理查費曼，他父親是一位物理學家，因此，他的物理啟蒙比較早，他和愛因斯坦類似，想從目前物理界還少人探索的路上去走，因此，顯得有點特立獨行，當你研究一個全世界只有兩三個人研究的題目，這當然需要一點點膽量與保持孤獨的決心。他提出了量子電動力學，而且以有名的費曼圖，簡潔的表達了內容，不是只有密密麻麻的計算公式，讓讀者自己去解其中的意義。簡潔的表達方式，也使得他在和外界溝通時，有了特殊風格，在太空梭災難調查中，他以一個O型環丟入一杯冰水中，傳達了氣溫對於太空梭的影響，雖然經過簡化，卻非常有說服力。
 

想出大霹靂的宇宙模型的，是佛里德曼，他假設宇宙的起點，是一個高熱高壓的點，透過大爆炸，產生我們今天看到的宇宙，哈伯證實了這個假設，透過觀察遠方星系的紅移現象，證實了星系正在遠離我們在的觀察點---地球。至於天使與魔鬼書中所提的天主教神父樂梅特，則推導Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker方程，並在螺旋星雲後退現象的基礎上提出了宇宙是從一個「初級原子」「爆炸」而來的—這就是後來所謂的大霹靂。因為書中並沒有明講，神父本身是位物理學家，讓讀者會誤會，好像僧侶提出了神啟般的靈感，而科學家指是證實靈感的研究者，其實樂梅特和哈伯，都是物理學家，樂梅特的觀點，也不是因為宗教理由才偏向大霹靂理論，而是因為大霹靂模型比較能描述宇宙現狀。
 

在美國推行曼哈頓計劃的年代,境內物理學家當中,有些來自歐洲 ,如:愛因斯坦、馮紐曼 (馮紐曼本人參加了曼哈頓計畫，愛因斯坦則與該計畫的產生有些淵源),什麼因素吸引物理學家選擇美國,我將就科學面和社會面討論。

大家好！今天是愛因斯坦的紀念日。