陳老師一如往常,很有元氣的站在台上,介紹今天「物理與生活」的講師。他說,今天的講師有點不一樣。

端坐在台上的,的確是一位很不一樣的老師。話說之前來過的講師都有幾個共通點。一、年齡30以上。二、研究物理。三、男性。今天的講師也一樣,除了第三點之外。陳老師很興奮的說,這是他們物理所的寶貝,唯一的物理博士,林耿慧老師。難得請到一位女老師來上課,大夥眼睛一亮!誰說女生不能研究物理的?眼前就是活見證!

林老師研究的領域也別有一番風味。她說這個領域是在1991年時訂立,研究生活中的軟物質。什麼是軟物質呢?物理上來說,沒有量子力學的凝態物理,就屬軟物質的範疇。舉例來說,沙是固體,但一堆沙流動的行為,就跟水一樣。那這種行為是怎麼產生的?泡泡,是液體組成的。但泡泡飄在空中,居然不會滴出水來,原理何在?果蠅的飛行方式沒有任何人造機械可以辦的到,它是怎麼飛的?細菌那麼小,是靠什麼東西來游泳的,會有怎樣的物理作用?蛇沒有腳,在沙地上怎麼爬行,才爬的快?壁虎、蜥蜴為什麼可以攀木,對抗地心引力的秘訣在哪?水滴滴落的慢動作中,為什麼一定要蓄積到一定程度,形成水滴狀,才會滴落下來?這些問題,都是軟物質學家感興趣的。

林老師說,水滴之所以會形成水滴狀,是因為水的表面張力。這個表面張力支撐著水的形狀,待水因萬有引力蓄積在下面時,上面的表面張力會因為抵抗不了萬有引力,讓水滴滴下來。

為引起大家興趣,林老師先做了一個實驗。她把訂書針放在水上,這些訂書針因為水面張力而浮在水面,然後她滴了一滴清潔劑,結果訂書針全部沈下去了!水面張力可以支撐物體,但清潔劑可以破壞水面張力,讓訂書針沈下去。原因在於清潔劑中界面活性劑,有親水端和親油端。泡泡上能包住水,不讓水分子亂跑的東西,就是界面活性劑。

可是水黽的腳那麼細,接觸水的面積那麼小,照理說應該沒辦法在水上行走。結果我們用顯微鏡發現,這些水黽的腳上有許多奈米結構,其增加了和水表面的接觸面積,此故表面張力才能支撐水黽站起來。

林老師順便介紹一個新的觀念:凡得瓦力。根據網路上的解釋,「在化學中通常指分子之間的作用力。根據荷蘭物理學家約翰尼斯•迪德里克•范•德•瓦爾斯命名。凡得瓦力是一種電性引力,它比化學鍵弱得多。其中分子的大小和凡得瓦力的大小成正比。通常其能量小於5kJ/mol。」一言以蔽之,這就是分子之間的靜電作用力。人類就算用多好的吸盤,也比不上蜥蜴可以在牆上待一整天。原因就是蜥蜴腳上有一絲絲的奈米小吸盤,這些小吸盤能夠完全吻合牆壁上凹凸不平的表面,造成很大的凡得瓦力。或許人類可以利用這點原理製造奈米貼紙,不用膠就能貼了。

再講回泡泡之後,林老師很明顯的綻放出笑容,因為泡泡的物理現象相當有趣。一顆一顆的泡泡是球狀體,但一群泡泡在一起的時候,會漸漸彼此連接,變成有稜有角的多面體。原因在於隨著時間,泡泡的液體會漸漸往下流。在泡泡中含的水量少掉原來的26%,就會從球體形變成多面體。

這堂課相當精采,可看得出林老師對於生活中各式各樣的東西,都有旺盛的好奇心。這也是她之所以選擇物理研究的原因。除了泡砲、水面張力、凡得瓦力之外,她還介紹了許多特殊物質的特性,跟「高分子」有關。維基百科上說,「高分子是具有相當高的分子量的分子,一般指聚合物和結構上包括聚合物的分子。幾乎所有的高分子都是有機分子。

「許多生物化學中的分子是高分子,其中包括蛋白質、澱粉、脂類和核酸,這些分子有時也被稱為生物大分子。人工合成的高分子包括塑料。金屬和晶體雖然也是由許多原子組成的,其內部通過類似分子的鍵聯合在一起,但是它們一般不被認為是高分子。」

如炒菜用的勾欠(太白粉水),如果用力攪拌的話,勾欠會變的很硬,攪不開。但如果輕輕攪,就很以很容易的攪拌開來。油漆時,沾到刷上時要黏一點才不會滴,擦在牆上要水一點才容易刷,這也是靠著高分子物理學的原理造成。林老師還給我們看了部影片,現在美軍科技已經可以發展出用液體來做防彈背心。這液體看起來跟固體一樣,但是沒有傳統防彈背心的笨重,而且居然能在子彈來襲時,用液體的柔軟削弱子彈速度,又能用超強的張力將子彈彈開,防彈背心本身沒有任何損傷。原來軟物質物理能應用在這麼多的地方,今天真是大開眼界。

林耿慧老師最後跟我們分享,美國物理學家Richard Feynman的名言:「For a successful technology, reality must take precedence over public relations, for Nature cannot be fooled.」或許在言論當中,我們可以去質疑某項觀點。因為這是諸神的戰場,世界上各種價值觀彼此都在互相衝突著。但是要知道,大自然的法則並不會被人類的價值觀所影響,人類想要藉由欺騙自然,必定是徒勞無功的。到頭來,人類之所以會發展出科技,不也是從自然界得到靈感的嗎?林老師對物理的熱忱,來自於此。那我們對自己的學科,也能不能從大自然運行中,得到啟發呢?
arrow
arrow
    全站熱搜
    創作者介紹
    創作者 白蚓 的頭像
    白蚓

    幼部屋

    白蚓 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()