量子隧穿(Quantum Tunneling)是一種微觀粒子展現出的奇特現象:即使粒子的能量低於障礙(位勢壘)的能量,它仍有一定機率直接「穿過」障礙,就像是穿牆而過。
核心原理
波動性與機率:在量子力學中,粒子具有「波粒二象性」,由波函數來描述。當粒子波遇到障礙時,其波函數不會立即消失,而是在障礙內呈指數級衰減。若障礙夠薄,一部分波函數會延伸到障礙另一側,代表粒子有一定機率出現在那裡。
與古典力學的差異:在古典力學中,如果球的動能不足以滾過小山丘,它絕對無法到達山的另一邊。但量子力學預測,這並非絕對不可能。
現實生活中的應用,量子隧穿不僅是理論,它在自然界和現代科技中至關重要:
太陽核融合:太陽內部的質子透過穿隧效應克服庫倫斥力,才能進行核融合並釋放能量。
掃描穿隧顯微鏡 (STM):利用針尖與樣本間極微弱的穿隧電流,精確觀測單個原子的排列。
半導體與電子設備:快閃記憶體(如 USB 隨身碟)透過此效應抹除或寫入數據;隧道二極體則利用它實現極快開關。
放射性衰變:如阿爾法衰變,即是粒子從原子核內部「穿隧」而出的結果。
2025 年諾貝爾物理學獎授予了三位科學家,表彰他們證明了量子穿隧效應也能發生在宏觀系統中(如超導系統中的約瑟夫森效應),這進一步推動了量子電腦的發展。
在粒子物理學中,希格斯場(Higgs field)是一種假定遍布全宇宙的量子場。它是標準模型中極為關鍵的一部分,主要負責解釋為何基本粒子具有質量。
賦予質量的機制:根據希格斯機制,基本粒子在穿越希格斯場時會與其產生交互作用。这种交互作用就像粒子在「黏稠的液體」中運動,使其速度減慢並獲得慣性,從而在宏觀表現為「質量」。
不為零的真空期望值:與其他場(如電磁場)在能量最低狀態時強度為零不同,希格斯場在真空中具有不為零的數值(稱為「真空期望值」)。這意味著即便在完全空無一物的空間中,希格斯場依然存在並持續與粒子作用。
希格斯玻色子(上帝粒子):希格斯玻色子是希格斯場的「激發態」或量子表現。2012年,歐洲核子研究組織 (CERN) 透過大型強子對撞機 (LHC) 證實了希格斯玻色子的存在,進而間接證明了希格斯場的存在。
對稱性破缺:希格斯場的存在導致了「自發對稱性破缺」,這解釋了為什麼傳遞弱交互作用的 W 和 Z 玻色子具有巨大質量,而光子卻沒有質量。
CES(Consumer Electronics Show,消費電子展)是全球最大、影響力最廣的消費科技盛會,每年1月於美國拉斯維加斯舉行。該展覽被視為全球科技趨勢的風向球,展示最新的人工智慧(AI)、自動駕駛、機器人、數位健康等硬體與軟體創新。CES 2026 焦點集中在 AI 從雲端落地邊緣裝置、智慧轉型與永續生活。
熵增定理(Entropy Increase Principle)是熱力學第二定律的具體體現,指出在一個孤立系統中,自發過程總朝著熵(混亂度、無序度)增加的方向進行,不可逆過程熵增加,可逆過程熵不變,絕不可能減少,最終達到熵最大的狀態(熱平衡)。
「宏觀世界」(Macrocosm)是一個相對於「微觀世界」的概念,通常指的是大尺度、肉眼可見或以整體系統為觀察對象的物質領域。
截至 2026 年初,通用人工智慧 (AGI) 仍處於研究與開發階段,尚未正式實現。目前業界正經歷從「生成式 AI」向「代理型智慧 (Agentic Intelligence)」的轉型,系統展現出更強的推理、規劃與跨領域協作能力。
絕對零度(英語:absolute zero)是熱力學的最低溫度,是粒子動能低到量子力學最低點時物質的溫度,絕對零度是僅存於理論的下限值,其熱力學溫標寫成0K,等於攝氏溫標零下273.15度(即−273.15℃)或華氏溫標零下459.67度(即−459.67℉)。物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。根據馬克士威-波耳茲曼分佈,粒子動能越高,物質溫度就越高。理論上,若粒子動能低到量子力學的最低點時,物質即達到絕對零度,不能再低。然而,根據熱力學定律,絕對零度永遠無法達到,只可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。在此一空間,所有物質完全沒有粒子振動,其總體積並且為零(絕對真空)。
太空人全景效應(Overview Effect)是指太空人在航行太空或從月球觀看地球時,因視角轉變而產生的認知與心理巨變。他們意識到人類紛爭的渺小,感受到地球的脆弱與美麗,並對人類作為一個整體產生極大連結感。這種體驗多發生在從太空回望地球時。
第一性原理(First Principles Thinking)是一種回歸事物本質的思考方式,主張將複雜問題拆解至最基本的真理(不可再分的本質事實),再從基礎出發邏輯推演,而非依賴類比或經驗。該原理源自亞里士多德,經埃隆·馬斯克(Elon Musk)推廣,旨在破除傳統慣例,實現顛覆性創新。
科學術語:地幔 (Mantle)
地幔(台灣稱為地函)是地球內部構造的一個層次,介於地殼與地核之間。
位置: 深度約從地表下 35 公里延伸至 2,900 公里處。
成分: 主要由富含鐵、鎂的矽酸鹽岩石組成。
特性: 雖然大部分是固體,但在高溫高壓下具有延展性,會產生緩慢的「熱對流」,這是推動板塊運動的主要動力。
極地渦旋(Polar Vortex)是位於南北極上空平流層的持續性、大規模寒冷氣旋,冬季時最強大,能將極地冷空氣鎖在北極地區。當其穩定運轉時,冷空氣被限制在極地;但若受到擾動(如平流層升溫)而減弱或分裂,冷氣團會南下,為北半球中緯度地區帶來嚴寒天氣和暴風雪。