Timothy Huang 物入奇途

2025 年諾貝爾物理獎揭曉：量子效應也能出現在宏觀世界中。

三位得主分別是John Clarke、Michel H. Devoret、John M. Martinis，他們在 1980 年代的實驗中，首次將量子效應實現在「手掌大小」的超導電路晶片中。

他們用超導材料製作出 Josephson 接面，
讓大量的電子以 Cooper pair（庫珀對） 的形式束縛在一起，因此能「團體行動」，接著在低溫的巨觀系統中觀察到：電流仍能展現「穿隧效應」，而且能量也呈現出「離散階梯」。

他們證明，量子現象也能在宏觀世界中呈現，讓我們更確信，量子規律是自然界運作的根本。

瑞典皇家科學院在新聞稿上寫道：

“It is wonderful to be able to celebrate the way that century-old quantum mechanics continually offers new surprises.
It is also enormously useful, as quantum mechanics is the foundation of all digital technology.”

四十年前的這些發現，成為今日許多量子應用的基礎，像是量子電腦、量子密碼學、量子感測器。

量子力學帶給我們科技，也不斷帶給我們驚喜，若看不見量子的曼妙，那是因為環境有太多擾動。

我想人生也是如此 ：「我當宅男是因為在低溫又無擾動的環境下，我才能經歷生命的驚喜。」

2 months ago | [YT] | 5

Timothy Huang 物入奇途

祝福大家新年快樂！希望這一年我有時間製作更多的科學影片與大家分享！

11 months ago | [YT] | 2

Timothy Huang 物入奇途

GaN! 有什麼厲害的？ (1)—GaN！壓力好大！

當店員說：「我們賣的是氮化鎵(GaN)的行動電源」你聽了覺得好厲害，但你真的知道GaN有什麼厲害的嗎?

GaN得能隙有3.4 eV，比起傳統半導體材料矽(Si)高出1.1 eV，屬於寬能隙材料，也就是說GaN更能夠在高電壓下工作，因為能承受更大的輸入電壓，也就能實現更快速的充電。

如果你不懂什麼是能隙，可以這樣想像，矽像是一座普通的水壩，只能承受中等高度的水流壓力，所以如果水流太強，水壩就會崩潰，而氮化鎵（GaN）就像是一座更高、更堅固的水壩，能承受更強的水流壓力，因此，當水壓更高時，GaN的水壩可以快速、安全地引導大量的水流通過，就能為下游的水庫更快地裝滿水。

GaN! 還不只有這樣，下一篇繼續介紹。

1 year ago | [YT] | 7

Timothy Huang 物入奇途

2000年搞笑諾貝爾物理獎得主—Michael Berry，他並不是真的在搞笑，他很可能在今年(2024)獲得諾貝爾物理獎。
隨著2024年諾貝爾獎即將公布，有不少科學界的猜測，Michael Berry教授可能會成為物理學獎的獲獎者。


Berry教授是布里斯托大學的著名物理學家，以其在量子力學中提出的Berry phase（貝里相位）而聞名，然而，有趣的是，他在2000年還曾獲得一個幽默的榮譽——搞笑諾貝爾獎（Ig Nobel Prize）。


先來談談他獲得的搞笑諾貝爾獎：漂浮的青蛙


Michael Berry與Andrey Geim共同獲得了搞笑諾貝爾獎，他們利用了強磁場，使得一隻青蛙得以漂浮在空中，這項實驗說明了物質被強磁場影響時，會產生與磁場相反的微小磁性，被稱為「抗磁性」，而且能夠對抗重力，使得像青蛙這樣的物體能夠漂浮。
這個實驗看起來像在搞笑，卻刷新了我們對磁力和重力作用的認識，也打破了人們對非磁性物質（如水或有機物質）在強磁場下完全無反應的錯誤觀念。

可能獲獎的發現：Berry Phase


雖然漂浮青蛙帶給了Berry許多關注，但他真正的學術成就是在量子力學中的Berry phase。
Berry phase是一種「幾何相位」，當量子系統的參數隨著時間緩慢改變並最終回到原點時，系統會累積一個額外的相位——這就是Berry phase，這一個發現甚至暗示了我們的世界可能存在其他的「維度」

想像你在一座山的環繞小徑上散步，最後回到出發點。在這過程中，儘管你回到了起點，你的方向可能發生了變化（例如，開始時面朝北，但最後可能是面朝東）。


Berry phase的發現為許多物理現象提供了一個嶄新的視野，從拓撲絕緣體的運作，到量子霍爾效應中的電子行為，Berry phase也為量子計算和先進材料研究打下了理論基礎。


到底Berry教授會不會成為搞笑諾貝爾獎以及諾貝爾獎的雙得主呢？讓我們拭目以待!

2000 Ig Nobel Prize Winner in Physics – Michael Berry, Not Just a Laugh: He Could Be This Year’s Nobel Prize Laureate

As the announcement of the 2024 Nobel Prizes draws near, there’s growing speculation in the scientific community that Professor Michael Berry may be in line to receive the Nobel Prize in Physics.

Professor Berry, a renowned physicist from the University of Bristol, is famous for his contribution to quantum mechanics through his theory of the Berry phase. Interestingly, however, he also received a more humorous distinction in 2000 – the Ig Nobel Prize.

First, Let’s Talk About His Ig Nobel Prize: The Flying Frog

Michael Berry and Andrey Geim jointly received the Ig Nobel Prize for their experiment, in which they used a powerful magnetic field to make a frog float in mid-air. This experiment demonstrated how materials, when exposed to a strong magnetic field, exhibit a tiny magnetic response that opposes the magnetic field, known as “diamagnetism.” This response can counteract gravity, allowing objects like frogs to float.

Though this experiment might seem laughable, it actually challenged our understanding of magnetic and gravitational forces, debunking the misconception that non-magnetic substances (like water or organic materials) are entirely unaffected by strong magnetic fields.

The Discovery That Might Win Him the Nobel Prize: The Berry Phase

While the floating frog experiment brought Berry considerable attention, his true academic achievement lies in his work on the Berry phase in quantum mechanics.

The Berry phase is a “geometric phase” that occurs when a quantum system’s parameters change slowly over time and ultimately return to their original configuration, causing the system to accumulate an additional phase – the Berry phase. This discovery even hints at the possible existence of extra dimensions in our world.

Imagine walking along a winding path around a mountain, eventually returning to your starting point. Even though you’re back where you began, your direction may have changed (for example, you may start facing north but end up facing east).

The Berry phase provides insights into various physical phenomena, from the operation of topological insulators to electron behavior in the quantum Hall effect, and has established a theoretical foundation for quantum computing and advanced materials research.

Will Professor Berry become a dual laureate, winning both the Ig Nobel Prize and the Nobel Prize? Let’s wait and see!

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1 year ago (edited) | [YT] | 7

Timothy Huang 物入奇途

今年年底周杰倫睽違七年要回到臺灣舉辦演唱會了，但這幾年下來，人們陸續發現，原來周杰倫是一個種族，許多人發現世界各地都存在著地方的周杰倫，那麼，我們要如何確認12月要登上大巨蛋的周杰倫是我們兒時記憶中的周杰倫呢？我們如何以量子力學來理解這件事呢？

或許不是種族，是周杰倫的疊加態

量子力學中最著名的概念之一是「疊加態」，即一個粒子可以同時處於多種狀態，直到被觀察者觀測後才塌縮為一個確定的狀態，因此，如果有多位的「周杰倫」同時存在，從量子力學的角度來看，他們可能處於一種「周杰倫疊加態」。

在我們進行觀察之前，我們無法確定哪一個是「真正的周杰倫」，他們可能同時是所有的「周杰倫」；但一旦我們通過某種測量方法進行觀察，這個疊加態將會塌縮為一個確定的狀態，可是塌縮後的周杰倫，就是我們所以為的周杰倫嗎？

不確定原理：我們終究無法確定周杰倫的真偽？

量子力學中，海森堡的不確定性原理指出，某些物理量並不能被同時被精確的測量，這使得我們無法百分之百確定某個「周杰倫」就是真正的周杰倫，不過，透過多次測量，我們仍然能逐步縮小範圍，逼近真正的周杰倫，可惜的是，周杰倫只在臺灣辦一場演唱會，無法進行多次的量測。

量子觀測效應：誰是真的周杰倫，取決於你怎麼看！

量子力學中的觀察者效應告訴我們，觀察者的行為會影響量子的狀態，應用到「周杰倫」的真偽問題上，代表著我們作為觀察者，我們的觀測行為將決定哪個「周杰倫」會成為「真的周杰倫」，因此，如果我們以為周杰倫是賣蔥油餅的，他就會以「周餅倫」的型態呈現。

這樣看來，要能夠看到我們心目中的周杰倫，我們必須溫習周杰倫的演唱會，先將心中的周杰倫深刻的放在心中，而不是被周餅倫或黑輪擾亂了思緒，走進演唱會會場時，對周杰倫的疊加態進行觀察，這狀態將從模糊的可能性塌縮成一個確定的個體，就是那一位唱著開不了口又耍雙節棍愛變魔術的周杰倫！

1 year ago | [YT] | 1

Timothy Huang 物入奇途

今天我在主日信息分享「#亞當不好當」，為什麼亞當不好當？因為他身為被神創造的第一人，卻常被質疑是猴子的兄弟，或被懷疑是否真有其人，就連自己的人馬—基督徒對他也多有抱怨：「還不是因為他，害我現在要當個社畜，好能夠糊口！」

我從演化論、史前人類、基因、染色體、以及歷史中人類文明的發展來說明：「#亞當是神一次到位的創造」而不是隨機變化所產生的猴子兄弟。

從亞當的被造，可以看見我們自己的使命，也就是 #治理大地，神把我們當作CEO來看待，而我們卻常把自己當作小奴工，常常做的選擇只是為了#應付了事

不是說神要每一個人都要當董事長，而是我們都可以有CEO般的生命態度，就像小孩喜歡堆積木、蓋軌道，不是為了交功課，那是出自於神放在人心中的渴望與使命— #治理。

然而，神其實也知道我們會搞砸，我自己也不時有敷衍過關的心態，畢竟我們屬於塵土，但是，藉著末後的亞當—耶穌，我們可以活出神託付的使命。

就我自己而言，正是因為活在基督群體之中，從大學開始深入教會，我更知道自己讀書的意義、工作的目的與社會與的需要在哪裡相會，讓我讀書有不同的眼光，使我更有熱情在生活的大小事務上。

謝謝景美禮拜堂的邀請，讓我有機會向青年學子分享這一信息！

1 year ago | [YT] | 6

Timothy Huang 物入奇途

中秋吃烤肉前，你不需要知道的事情：月亮怎麼來的？


作為夜空中最耀眼的天體，月亮不僅是詩人的靈感泉源，還是科學家解開地球與太陽系形成的關鍵，月球保留了太陽系早期的歷史記錄，這些記錄在地球上早已因地質活動消失殆盡，因此，研究月亮不僅僅是了解月球本身，更是為了追溯我們自己的起源歷史。


大碰撞假說：月亮的起源


科學家們普遍認為，月亮是約45億年前由一次巨大的天體碰撞形成的。這個理論被稱為「大碰撞假說」，根據這個假說，一顆大小如火星的天體——忒伊亞（Theia），與當時年輕的地球發生了碰撞，這次碰撞產生了大量的碎片，這些碎片逐漸聚集並形成了月球。


為什麼這個假說受到廣泛支持？因為月球的氧同位素比例幾乎與地球完全一致，這暗示著月球的物質來自於地球本身，且科學家們利用數值模擬發現，這次撞擊不僅能解釋月球的形成，還能解釋地球的自轉軸為什麼傾斜23.5度。

真的是這樣嗎？


許多人對大碰撞假說仍充滿質疑，首先，與地球碰撞的忒伊亞星球去了哪裡？它是被地球吸收了，還是也成為了月球的一部分？此外，雖然月球與地球的氧同位素比例相似，但在其他元素上的差異依然難以解釋，模擬中的參數敏感性也是一個挑戰—碰撞的質量、角度和速度都必須非常精確，才能形成今天我們所見的月亮，如果稍有變動，結果將完全不同。


「明月幾時有？ 把酒問青天。不知天上宮闕， 今夕是何年？」這段蘇軾的詩詞或許也能用來抒發科學家的心情，到底月亮是怎麼來的? 隨著科技的進步，或許將來我們能透過對月亮的研究，更進一步解開更多的宇宙謎團，在這一天到來前，中秋節這一天，我們還是繼續「舉頭望明月，低頭吃烤肉」吧！


#科普 #月亮 #中秋節 #碰撞 #物理 #科學 #烤肉

1 year ago | [YT] | 5

Timothy Huang 物入奇途

量子力學一詞成為當今最流行的用語之一，什麼東西只要冠上"量子"二字，彷彿就是流量密碼，但是量子並不是一個新穎的概念，早在公元前1600年到公元前1046年的中國殷商時期，量子的概念便從在於人類的心中。

先簡單介紹一下什麼是量子，量子（Quantum）這一詞，源自於拉丁文的“量子”（quantus），意為“多少”，它描述了物理量最基本的、不連續的單位，這其實是相當反直覺的，因為我們在日常生活中所感覺到的都是連續性的流動。

在數千年前，古希臘和古羅馬哲學家就提出了原子的概念，德謨克利特（Democritus）與留基伯（Leucippus）等人認為，所有物質皆由不可再分的基本單位——原子（ἄτομος，atomos，意為“不可分割”）組成。

中國古代的思想家也曾有同樣的物質觀念，在殷商時期的甲骨文中，「小」字被寫作三個小點「...」，這些小點被分割成兩邊，各形成一個「八」，代表分的概念，而中間的一點則是最細微、無法再分割的部分，這就是「小」的象形表現。

東漢學者許慎在其經典著作《說文解字》中，對「小」字進行了解釋：「小，物之微也。」這一詮釋進一步說明了中國古代對於物質不可分割性的思考，認為「小」代表著物質的極致微小狀態。

儒家經典《中庸》中亦有類似的思想，孔子的孫子子思(460~370 B.C)在《中庸》中提到：「語大，天下莫能載；語小，天下莫能破。」這裡的「大」指的是無邊無際的宇宙，世界上沒有任何東西能夠包容它；而「小」則指的是無法再分割的物質微點，世上沒有任何東西可以將其破壞，而這一個思想的出現與古希臘提出原子概念的時間點差不多。

然而，「莫能破」的觀念未受到受到太多的關注，在中國歷史千年間，中國人的思想多關注在社會倫理中，而非自然科學。

直至宋代，著名理學家朱熹才再次地解釋「莫能破」，他說道：「天下莫能載，是無外；天下莫能破，是無內。謂如物有至小，而尚可破作兩邊者，是中著得一物在。若云無內，則是至小，更不容破了。」他認為，物質不斷被切割後，會得到一個至小的狀態，這一個狀態就再也無法被分割，朱熹的這一解釋簡直完美詮釋了量子的概念。

這些大自然的奧秘，似乎都顯明在人的思想之中，只是我們不見得能夠察覺的到，而且每次看到中國文字背後的意涵，都讓人不驚讚歎中文字的博大精深啊！

#量子 #量子力學 #科學 #科普 #中文 #中國

1 year ago | [YT] | 6

Timothy Huang 物入奇途

物理學的盡頭
費曼對一千年後物理學的發展未來提出了兩種可能，第一個是「全球浩劫後的物理學」，第二個是「太平盛世之中的物理學」
#全球浩劫後的物理學
從政治與社會的觀點來看，人類遲早會發生大規模的戰爭，基礎研究設施將遭到嚴重的損壞，這時候物理學家只能重啟一些低水平的研究，社會不只會批評物理學家只在作一些「阿公早就知道的事情」，甚至輿論還會將戰禍歸咎於物理學家，因此，物理學很可能因此停擺。
#太平盛世之中的物理學
若是人類幸運地沒有遇上任何大規模的災難，物理學可能已經透徹了宇宙法則，所以物理學再也沒有任何新發現，大家僅關注第二線的科學工作，也就是只關心科技及工程的發展。另一個可能則是，物理學不斷掀起革命性的發現，基礎物理法則一次又一次的被改寫，就像量子力學改寫了牛頓力學一樣，費曼表示，他認為人類不可能撐得過50次的物理革命，因為人們會開始認為「不可能找到最終極的答案。」因此，物理學也將逐漸停擺。
所以，無論是全球浩劫或太平盛世中的物理學發展，費曼認為基礎物理的研究壽命是有限的，科學不可能一直是社會上的霸權。
題外話，費曼表示為了避免他的預測失準被人抓到小辮子，所以他只對未來一千年後的物理學作推論
大家認為科學會持續是人類社會中的熱門學問嗎? 歡迎一起討論。
#物理 #科普 #科學 #費曼

1 year ago | [YT] | 6

Timothy Huang 物入奇途

超級人工智慧是宇宙文明的過濾器？


我們都目睹了 #人工智慧（#AI）的發展，科學家也正努力打造超級人工智慧（Artificial Superintelligence，#ASI），這是一種超越人類智能且不受人類學習速度限制的AI形式。

➡️但這是科技發展的里程碑，還是人類文明的終點呢？
由於AI將不斷地發展自主性，快速學習並增強自身能力，不久的將來可能會超過人類認知。不僅如此，為了提升競爭力，各國會將AI引入各項系統，隨著人類對AI依賴程度的增加，終有一天，連軍事國防設施也可能由AI系統管理。

《宇航學報》（Acta Astronautica, 2024）提到：「若AI發生錯誤，可能產生大規模毀滅，甚至造成整個人類文明的消失，這可能就是費米悖論的答案。」


#費米悖論 指出，我們的宇宙既古老又廣闊，有數十億個潛在的宜居行星，#外星文明 有高度存在的可能性。但為什麼我們至今未發現任何跡象？這個答案可能是，所有文明在發展出ASI後就滅亡了，因此沒有任何星際文明的存在。
計算人類從開始發射星際訊號（1960年）到成功發展ASI的時間（估計是2040年），只有不到百年，若這是外星文明
的歷史，那麼他們被其他文明察覺的可能性便大大降低。畢竟，對比138億年的宇宙歷史，一百年只是曇花一現。


➡️ASI的出現會使人類文明躍上星際舞台，還是消失在宇宙的歷史中？這值得開發者、立法者及使用者深思。
參考資料
Garret, M. A. (2024). Is artificial intelligence the great filter that makes advanced technical civilisations rare in the universe, Acta Astronautica, 219, 731–735. doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.03.052

1 year ago | [YT] | 3