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科學人 過刊套裝組合【天文物理】

  • 雜誌名稱:科學人
  • 刊別:特刊
  • 出版地區:台灣
  • 語言:繁體中文
  • 出版日期:2017/03/01
  • 定價:299
  • 優惠價:95284
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封面故事

【SM170量子金鑰】
一旦量子電腦在10年後問世,駭客便有機會隨時竊取你的網路交易資訊,屆時荷包恐不保。幸好,兩位科學家30多年前在海灘上想出的創新點子,如今可能演變成我們的救命繩。
 
【SM164愛因斯坦】
大家都知道重力是什麼。如果有個盒子應該被推倒卻沒有倒下,連三個月大的嬰兒都會露出驚訝的表情;一歲大的小孩就知道,一個不穩定的物體是否會倒下,決定因素是它的形狀。科學家原本認為重力是往地球掉落,後來則採取更廣義的方式,把重力視為任何兩個質量間的引力。
 
後來愛因斯坦出現了。1915年,他在廣義相對論中揭示,重力不是一種力,而是宇宙彎曲的副產物。換句話說,日常經驗賦予我們對重力的認知是錯的。
 
【SM158黑洞電梯】
■太陽將在數十億年後死亡,為了生存,人類必須找到新能源;黑洞可能是一個能量來源。 
■「想像實驗」利用太空電梯,以纜繩把電梯廂懸吊至黑洞事件視界附近,來擷取黑洞釋出的輻射。 
■然而即使我們使用世界上最堅固的材料——弦,也製造不出足以抵抗黑洞事件視界附近強大重力的纜繩。 
 
有一天太陽將會死亡,因為用於核融合反應的燃料會燒完,太陽系因而變冷。屆時即便地球還能倖存,人類也將陷於無止境的寒冬中。為了生存,我們的後代必須想出備案。首先,他們會消耗地球的資源,接著是太陽系的資源,最後用完可見宇宙一切星系中所有恆星的資源。當一切都耗盡了之後,他們一定會盯上最後剩下的能量儲存處所:黑洞。他們能不能夠從黑洞擷取能量來拯救文明呢? 
 
我在這裡要報告壞消息:這個想法行不通。理由和一些奇異物體的物理性質有關,例如量子弦與太空電梯(科幻小說喜愛的題材)。 
 

編者的話

【SM170量子金鑰】
上上網路、滑滑手機、App按幾個鍵,啊!一不小心又買東西了。
 
今天的線上購物幾乎在一瞬間完成,你可能根本不需要輸入信用卡號碼、個人密碼、驗證碼等,更不必了解背後複雜的數學演算法;大家欣然接受網路交易大致上安全無虞,也很快習慣讓生活大小事發生在虛擬世界。然而所有在網路上儲存或傳輸的資料,你的銀行帳戶、通訊內容、個人隱私,即將面臨空前安全危機!量子電腦10年內就可問世,它強大的運算能力,現今以大質數為基礎的加密技術立刻破功!
 
要鞏固量子時代的資訊安全,唯有以其人之道還治其人之身。根據量子物理,資訊的量子位元(qubit)可以同時是0與1,就像「薛丁格的貓」,你不打開箱子,不會知道這個位元處於哪個量子態。利用一連串偏振光子來傳輸資訊,便可確保資料不被偷窺,打造〈量子金鑰 鎖住鈔票〉。
 
銀河系中,有一顆尚未命名的恆星正以詭異的節奏忽暗忽亮,想透露什麼訊息?天文學家絞盡腦汁,悟出唯一的可能:那裡有一條〈宇宙級華麗行星環〉。昆蟲以費洛蒙到底如何「溝通」?〈小螞蟻 大數據〉引入演算法,破解蟻群不需首腦也可運作順暢的秘密。想知道上述科學家為什麼這麼有創意?你得先〈讓大腦再年輕一次!〉。更多新奇內容,請見《科學人》雜誌2016年4月號。
 
【SM164愛因斯坦】
每每提起「愛因斯坦」,人們就把他與「天才」劃上等號,或是想到「相對論」、E=mc2等物理創見。26歲的他在1905年連續發表五篇論文,其中關於「光電效應」的發現讓他在1921年獲得諾貝爾物理奬,兩篇有關光速恆常性的討論則建構出知名的「狹義相對論」。
 
狹義相對論解決了牛頓力學與電磁學的矛盾,但只適用於等速直線運動的物體;若物體處於加速度狀態,該怎麼辦?愛因斯坦〈苦思廣義相對論〉的這幾年,正與妻子鬧離婚,和數學家好友希爾伯特也處於微妙的競爭關係,但他終於在1915年11月完成「重力場方程式」。
 
廣義相對論把時空結為一體,任何有質量的物體都會使時空彎曲,成為現代宇宙學的基礎。如今〈相對論開枝散葉〉、〈誰會超越愛因斯坦?〉,《科學人》雜誌2015年年度專輯還有更多精采文章:
〈想像想像實驗〉深入頗析這種頭腦體操式的研究方法,告訴你愛因斯坦的思路是怎麼走的;籌劃中的「事件視界望遠鏡」即將進行〈黑洞大考驗〉!〈天才也會犯錯!〉對後世別具啓發,然而執著於追尋天才根源,也造成愛因斯坦死後〈飄泊的天才腦〉。
 
關於〈愛因斯坦這個人⋯⋯〉,我們知道的面向可能很不一樣。他是最頂尖的科學家,卻也是社交白痴。他不工作時希望好好放鬆,這會是他驚人創意的來源嗎?本期《科學人》雜誌封面摺頁特別企劃「分享你的愛因斯坦著色畫」,邀請您一起來著色抒壓!
 
【SM158黑洞電梯】
還記得2014年電影「星際效應」熱映的時候,網路上黑洞文章滿天飛、搜尋引擎的熱門關鍵字是黑洞、電視新聞記者忙著採訪物理學家,連報紙也要闢一整版介紹黑洞,認識黑洞成了全民運動。
 
黑洞之所以令人著迷,除了本身「無限質量的超強引力」帶來的神秘感,千奇百怪的應用方式(當然都是想像來的)更是挑逗人們的創意慾望,難怪科幻片喜歡拿黑洞為題材,利用蠹孔為時光機穿梭宇宙、讓男女主角往來古今。
 
誰說黑洞只進不出,黑洞不是會有霍金輻射嗎?建造〈黑洞電梯〉、〈巧奪黑洞能量〉可否解決能源危機?別以為這要像大強子對撞機(LHC)或發射太空船一樣花大錢,理論物理學的好處之一就是:動動腦筋,做個想像實驗就知道答案了!
 
喝咖啡也是近年的全民運動,你不覺得現在「整個台灣都是咖啡館」?我們的精品咖啡各有風味、揚名國際,全球皆聞〈台灣咖啡香〉。不過世界各大咖啡產區正面臨銹病襲擊,咖啡樹的基因多樣性不足,能否渡過這次〈咖啡危機〉?
 
古人有云養生要依時辰,如今從分子生物學、生物化學與醫學研究,證實除了大腦有生理時鐘,我們〈五臟六腑各有時鐘〉,你還要熬夜、延誤三餐嗎?〈缺水、缺電、缺糧食,有解嗎?〉4月22日是「世界地球日」,這個問題不能靠想像實驗解決,需要你我一起身體力行!
 

雜誌目錄

【SM170量子金鑰】
資訊科學
30 量子金鑰 鎖住鈔票
 文/佛爾吉(Tim Folger)
 一旦量子電腦在10年後問世,駭客便有機會隨時竊取你的網路交易資訊,屆時荷包恐不保。幸好,兩位科學家30多年前在海灘上想出的創新點子,有望成為我們的救命繩。
 
行星科學
38 宇宙級華麗行星環
 文/肯沃希(Matthew Kenworthy)
 天文學家透過觀測資料發揮奇想,推論可能有個比土星環大200倍的行星環就在太陽系外,而且其中還藏有一顆系外衛星。
 
神經科學
46 讓大腦再年輕一次!
 文/韓施(Takao K. Hensch)
 童年和青春期是大腦學習能力最強大的時期,研究大腦成型階段的神經機制,可啟發我們找出矯正大腦老化與神經疾病的有效方法。
 
永續發展
52 60億人擠爆非洲
 文/安格曼(Robert Engelman)
 非洲人口的成長速度令人憂心,提升婦女地位及自主意識是最好的解決之道!
生物學
60 南極冰棚下的顛倒世界
 文╱福克斯(Douglas Fox)
 低溫、高壓、一片漆黑的深海底,竟有「顛倒眾生」的奇幻世界!一項南極探勘計畫鑽穿數百公尺冰層,獲得的驚人發現,讓科學家重新思考與定義何謂不適生存的極端環境。
 
環境科學
68 捕碳換石油 減碳一場空
 文/比艾羅(David Biello)
 燃煤火力發電廠是全球最大的二氧化碳排放源,眼看碳捕集與封存技術即將發展成熟,卻受到成本太高、效益太低的質疑。
 
醫學
76 幫基因裝上開關
 文/科朱貝克(Jim Kozubek)
 科學家正發展可遙控的分子開關,用來調控植入基因的活性,為更安全且有效的基因療法鋪路。
 
動物行為學
82 動物互聯網
 文/杜加金(Lee Alan Dugatkin)、哈森耶格爾(Matthew Hasenjager)
 你能想像,如同我們人類,鳥兒、獼猴、海豚也有各自的「人際關係」課題?從家庭以至社會,動物錯綜複雜的社會網絡埋藏各種待解的謎題。
 
社會行為
88 小螞蟻 大數據
 文/高登(Deborah M. Gordon)
 聰明如人類,管理起龐大組織也可能傷透腦筋。蟻群沒有中央首腦,卻能克服各種生存挑戰,靠的只是再簡單不過的互動。
 
天文學
92 彗星獵人
 文/李維(David H. Levy)
 少年時代的一場法語測驗,開啟了他長達半世紀的宇宙探索。
 
【SM164愛因斯坦】
 
38 愛因斯坦 廣義相相對論100年
 文/Scientific American編輯部
 愛因斯坦在100年前發表廣義相對論,不僅在科學界掀起一場革命,也影響了20世紀的哲學、藝術、政治和流行文化!《科學人》2015年度專輯完整回顧我們從愛因斯坦的傑出成就學到了什麼,同時展望未來即將開展的人類文明新天地。
 
導論
40 愛因斯坦為何如此重要?
 文/格林恩(Brian Greene)
 這位傑出科學家的心血結晶,改變了人類文明,創造的價值難以估計!
 
科學史
44 苦思廣義相對論
 文/艾薩克森(Walter Isaacson)
 愛因斯坦處在婚姻與家庭危機、緊繃的政治情勢,以及差點失去發現者榮耀的科學競爭之際,創造出最負盛名的理論。
 
研究方法
52 想像 想像實驗
 文/赫森費德(Sabine Hossenfelder)
 愛因斯坦的想像實驗對後世造成長遠的影響,但黑洞的想像實驗引發許多爭論。究竟,想像實驗有何重要性?
 
宇宙學
56 天才也會犯錯!
 文/克勞斯(Lawrence M. Krauss)
 愛因斯坦對於時空的深刻見解,改變了我們對宇宙的認知。然而每個人都會犯錯,他也不例外,只是他的錯誤別具啟發。
 
統計證明不朽傳奇
62 相對論開枝散葉
 文/Scientific American編輯部
 把廣義相對論拓展出的當代物理學名詞集合在一起繪製成圖,我們看到了花團錦簇般的絢麗圖案!愛因斯坦百年前的傑作對當今物理學影響甚鉅,可見一斑。
 
基礎物理
66 誰會超越愛因斯坦?
 文/鮑威爾(Corey S. Powell)
 愛因斯坦尚未建構出萬有理論便已辭世,新一代物理學家繼承遺志,從不同觀點出發、進行各項實驗,希望能夠成功解決愛因斯坦處理不了的問題。
 
理論
74 來去時間旅行
 文/佛爾吉(Tim Folger)
 前往未來,如今已證實可行。但要回到過去,那就麻煩多了,光是弄出個蟲洞就夠複雜了,還要看看宇宙本身同不同意這種「逆向行駛」。
 
天文學
80 黑洞大考驗
 文/帕薩提斯(Dimitrios Psaltis)、杜樂曼(Sheperd S. Doeleman)
 廣義相對論是否禁得起考驗?黑洞的邊緣具有超強重力效應,最適合用來驗證!我們利用相當於地球大小的望遠鏡進行各種測試,而答案即將揭曉!
 
比較研究
86 愛因斯坦這個人……
  當然,他對科學很在行,但科學不是人生全部。
 
神經科學
88 飄泊的天才腦
 文/柏瑞爾(Brian D. Burrell)
 愛因斯坦死後,他的腦受到了許多專家的檢驗,這段曲折的過程顯示出科學界研究天才腦的迷思。
 
量子力學
94 宇宙是隨機的嗎?
 文/馬瑟(George Musser)
 一直以來,世人曲解了愛因斯坦對於上帝不擲骰子的主張。
 
【SM158黑洞電梯】
天文物理
30 黑洞電梯
 文/布朗(Adam Brown)
 未來的人類可能會想利用黑洞能量來拯救文明,而現今的我們能透過物理原理來進行想像實驗,以勸告他們這個點子行不通。
 
36 巧奪黑洞能量
 文/陳義裕
 人類想以逸待勞,坐等黑洞蒸發來擷取能量,是個行不通的點子。不過一旦對象換成是帶有自轉的黑洞,只要換個腦袋思考,那情勢可就要改寫了。
 
農業
42 咖啡危機
 文/羅斯納(Hillary Rosner)
 科學家正加快腳步拯救因為高同質性而面臨絕種危機的咖啡樹,培育出利於生存的新性狀,以免全球咖啡因氣候與病蟲害侵襲而絕跡。
 
48 台灣咖啡香
 文/王裕文、林權均
 想要了解台灣咖啡的特色,要先了解台灣咖啡的歷史!咖啡自清末引進台灣以來,皆以官方規劃、科學試驗的方式發展,奠定今日量少、高品質的精緻農業風格。
 
時間生物學
52
 五臟六腑 各有時鐘
 文/蘇馬(Keith C. Summa)、涂瑞克(Fred W. Turek)
 除了由大腦主導的生理時鐘之外,我們體內的器官也有各自的生理時鐘。生理時鐘的節律研究正在快速累積,未來可能改變疾病的診斷與治療方式,以及人類維持健康的能力。
 
醫學
58 瓦解細菌堡壘
 文/齊默(Carl Zimmer)
 演化生物學家正試圖利用干擾細菌社交生活的新方法來攻擊細菌。
 
資訊科學
64 記憶運算 學人腦思考
 文/文特拉(Massimiliano Di Ventra)、潘興(Yuriy V. Pershin)
 新型電子元件不像電晶體,反而更像大腦神經元,將帶來效率極高、運算速度更快的「記憶電腦」。
 
環境科學
70 缺水、缺電、缺糧食,有解嗎?
 文/韋伯(Michael E. Webber)
 水資源、能源和糧食問題,牽一髮而動全身。為了拯救70億人的未來,我們必須有整合性的解決方案!
 
神經科學
76 深腦刺激 揮別憂鬱?
 文/羅札諾(Andres M. Lozano)、梅伯格(Helen S. Mayberg)
 以外科手術植入電極、對大腦情緒網絡施以電刺激,可能減輕憂鬱症,為現行臨床治療方法沒有反應的絕望病人,帶來新希望。
 
81 溫柔治療憂鬱症
 文/阮啟弘、徐慈妤、張期富、曾祥非、梁偉光、游家鑫
 
演化
84 尼泊爾埋葬蟲逆境求生術
 文/沈聖峰
 物競天擇是演化論的核心,不過,在惡劣環境中,生物也能透過彼此合作,使群體競爭力變得更強、獲得更大生存利益!
 

內容簡介

《科學人》雜誌-全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎!身為全球科普雜誌的第一品牌,《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢,除生命演化及天文奧秘的探索外,也包括成就未來經濟創新的各種工具:「NBIC,Nano-Bio-Info-Cogno(奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技)」,及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外,台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上,藉由淺顯易懂的編輯呈現方式,帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

《科學人》雜誌即將於2017年2月滿15週年!15年來,在「廣」的方面,《科學人》月月帶給台灣讀者科學新知、科學新聞、重要科學研究;而在「精」的方面,《科學人》推出15週年特別獻禮:「博學誌」系列文集,滿足您在單一領域更深入、更全方位的知識渴望。

「博學誌」系列文集

問,時間為何物?(2016/9/20全新出版) 台灣大學物理系教授 高涌泉 專文導讀

窺探大腦(2016/10/20修訂版)  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美(2016/11/20修訂版) 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活(2016/12/20全新出版) 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為(2017/1/20全新出版)金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀

 

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