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兆赫茲物理的進展與展望

從兆赫茲頻譜的突破，到重力波十年的回望；從相對論的速度極限，到微中子的量子之舞；從學派傳承到人物風骨，《物理雙月刊》希望持續為讀者搭建一座跨越時代與領域的橋樑

2025 諾貝爾物理學獎

2025 The Nobel Prize in Physics今年的物理獎頒給了三位在「量子電路」領域開創新局的物理學家： John Clarke（美國／英國，UC Berkeley） Michel H. Devoret（法國／美國，耶魯大學） John M. Martinis（美國，加州大學聖塔芭芭拉校區）他們的貢獻是——在宏觀電路中「抓到」量子隧穿的行為，並能精確控制量子能階！說白一點，就是把原本只存在於原子世界裡的量子現象，變成可以在實驗室裡「看得見、用得上」的電子電路。這項突破讓量子力學不再只是理論，而是走進了量子電腦、量子感測、量子通訊等新世代技術的核心。諾貝爾獎委員會說得很到位：「他們把抽象的量子現象，變成了可以操作的工程實體。」

物理雙月刊

科學家隨筆

阿文開講

2025年10月號

兆赫茲物理的進展與展望

總編輯的話｜十月刊專題：兆赫茲物理的進展與展望當我們談論兆赫茲（THz）物理時，其實談的是一段光譜間隙被填補的故事。介於微波與紅外線之間的頻段，曾長期被視為「光譜缺口」，既不屬於電子工程的舒適區，也未真正納入光學實驗的疆域。如今，隨著光源、偵測技術與材料科學的突破，兆赫茲波段正快速從「難以駕馭的領域」變成「創新應用的熱區」，從量測與非破壞檢測、通訊與安全掃描，到半導體與生醫領域的潛力，都讓人看到物理跨域的新契機。本期《物理雙月刊》以「兆赫茲物理的進展與展望」為專題，開篇由國立臺灣師範大學優聘教授兼副教務長、同時也是亞洲太赫茲產業發展協會理事長的楊承山教授撰寫〈跨越光譜缺口：兆(太)赫茲物理於臺灣研究與產業的新契機〉，從國際研究發展回望臺灣的學研能量與產業佈局，指出補上這一段「光譜空白」不僅是技術突破，更是臺灣下一階段創新的起點。隨後，國立陽明交通大學光電工程學系的安惠榮教授以〈兆赫光譜學與其應用〉一文，細緻呈現THz時域光譜技術在材料電性表徵、滲流轉變與鈣鈦礦相變診斷上的威力。值得一提的是，本刊首次嘗試以英文原文與中文譯文並列的形式，讓讀者在雙語閱讀間感受臺灣學術環境的國際化與多元

2025年10月號

兆赫茲物理的進展與展望

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2025年8月號

重繪星系演化史的宇宙之眼台灣太空創新創業

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2025年6月號

從AI預警到黑爾戈蘭島，科學百年，震動不止

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2025年4月號

2025世界量子日

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2025年2月號

2024年諾貝爾物理獎—人工智慧上的奠基與發明

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2024年12月號

量子霍爾平台-平台相變

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2024年10月號

孔洞性金屬有機骨架在儲氫與產氫的研究發展簡介

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2024年8月號

人工光合作用：通往太陽能燃料之路

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2024年6月號

探索宇宙中的光：了解星系的形成及演化

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2024年4月號

光之探針：X光顯微鏡揭開微觀世界的神秘面紗

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最新上線

中原大學物理學系高崇文教授2025年10月25日

從無畏艦講起 (上) 從「無畏號」到「無畏艦」

阿文在寫了三篇關於魚雷的文章之後，開始對二十世紀初期最熱門的軍事話題「無畏艦」產生相當大的興趣。阿文雖然談不上是軍武迷，但是國家興亡，匹夫有責，一般國民也不該不知兵，所以就讓阿文試著從物理的角度，來跟各位來談談「無畏艦」吧。大家聽到「無畏艦」這名詞可能會一頭霧水，原來「無畏號」（HMS Dreadnought）是英國皇家海軍於1906年下水服役的一艘戰艦，由於它的設計理念遠遠超前同時代其他的戰艦，而且採用了許多先進技術，所以後來被軍事史學家當成一種新型戰艦的類別，而稱之為「無畏艦」。沒有採用新的設計理念與技術的舊式戰艦，則被稱為「前無畏艦」，「無畏艦」儼然成了一個劃分新舊的里程碑，那麼「無畏艦」有何特別之處呢?「無畏艦」新穎之處在於兩項革命性的創新設計，其一是採取「全重砲」的武裝配置。過去的軍艦往往配置數種不同口徑的火砲，但是「無畏艦」則是統一配置相同口徑的同一種火砲。而且「無畏艦」裝備的大口徑火砲數目遠遠超過以往的戰艦。其二則是「無畏艦」使用蒸汽渦輪發動機作為推進系統，取代舊式的反復式的發動機，這使得「無畏艦」的航行速度遠高於過去的軍艦。「無畏艦」擁有壓倒性的火力與機動性的優勢，自

國立陽明交通大學電機與資訊學院光電工程學系安惠榮教授2025年10月25日

兆赫光譜學與其應用

光譜學(optical spectroscopy)是研究溶液、薄膜和塊材中的化學組成、結構特性與光物質交互作用最廣泛使用的技術之一，根據激發源的頻譜範圍，頻譜學可分類成X-射線光譜學(X-ray spectroscopy)、光譜學(特別在可見光範圍)、電子能譜學(electron spectroscopy)等。X-射線光譜學廣泛應用在探測各種材料的原子局部結構、元素化學組成與電子態，而電子能譜學分析放射或散射電子的能量，能夠辨識元素並確定其電子結構。同時，利用紅外(IR)光源的光譜技術可用來探索分子與固體中的鍵結機制及振動模式(vibrational modes)，因為大部分的分子在電磁光譜的紅外區(4000–400 cm–1)具有特徵的吸收特性，即所謂的分子指紋(molecular fingerprints)，這裡，這些指紋對應特定的電子、振動或自旋態的共振頻率。然而在IR波段以下的低頻範圍，資訊無法由傳統IR光譜學取得，作為代替，一般是利用拉曼散射光譜學(Raman scattering spectroscopy)來探測低能量的振動模式。最近，一種操作於兆赫

國立臺灣師範大學優聘教授兼副教務長/亞洲太赫茲產業發展協會理事長楊承山博士2025年10月25日

跨越光譜缺口：兆(太)赫茲物理於臺灣研究與產業的新契機

前言-從「光譜缺口」到新科學新產業在人類探索自然萬物的過程中，電磁波光譜始終是物理學的核心舞台之一。自十九世紀馬克士威方程式建立以來，無線電波、紅外光、可見光、紫外光、X光乃至伽瑪射線，逐一被發現並加以應用，勾勒成一幅橫跨十幾個數量級的「頻率地圖」，如圖（一）所示。這張光譜圖像既是物理學教科書的核心章節，也是科技發展的指引：無線電推動了全球廣播與行動通訊，可見光與紅外光成就了光電與資訊產業，高能的X光與伽瑪射線則開啟了現代醫學影像與核子科學。對筆者而言，這張光譜並非只是靜止在課本裡的圖表，而是一路伴隨其研究與學習的真實場域。圖（一）電磁波譜示意圖。 (圖片資料來源:Wikimedia commons) 然而，在這張看似完整的圖譜之中，卻存在一塊長期被忽視的拼圖—頻率落在 0.1 到 10 兆赫之間的兆赫茲輻射（Terahertz （THz） Radiation, 1 THz = 1012 Hz，也被翻成太赫茲輻射或T-ray）。「兆赫茲」一詞源自於國際單位制（SI）的Tera，對應的中文傳統譯法就是「兆」。另一方面，「太赫茲」則在中國逐漸成

雙月刊編輯部2025年10月25日

十年重力波、半世紀光學夢——專訪清華大學趙煦教授

十週年特別策劃｜人類首次直接量測到重力波（2015/09/14；2016/02/11公布）專題前言2015 年 9 月 14 日，LIGO 首度直接量測到重力波，印證了愛因斯坦廣義相對論一百年來的預言，也開啟「重力波天文學」的新紀元。十年之際（以量測日計），雙月刊特別以電話口訪形式採訪清華大學趙煦教授——趙老師以光學薄膜與雷射反射鏡起家，跨足工業與學術，晚近十年深耕重力波偵測器反射鏡鍍膜材料，見證了從室溫到低溫、從理想到落地的技術演進。。受訪者：趙煦榮譽退休教授(清華大學光電所)｜訪談與整理：陳樫旭副教授(淡江大學物理學系/現任雙月刊總編輯) 快速導讀（重點摘要）• 研究主軸演進：光學薄膜 → 非線性藍光 → 矽光子／光子晶體 → 重力波偵測器反射鏡（低溫鍍膜材料）。• 重力波核心挑戰：任何超過 ~10⁻¹⁹ m 的擾動都會淹沒信號；反射鏡懸掛抑震與反射面「熱噪聲」是關鍵。• 低溫材料突破：以「跳水板測試（ring-down）」在 10–120 K 量測機

Castaly Fan (范欽淨)2025年10月25日

無所不在的幽靈粒子——微中子探秘（下）

首先讓我們複習一下質量與電子伏特（electron volt, eV）的概念。粒子物理學中，電子伏特相當於一顆電子在一伏特電壓下所帶的能量，約為 $1.602 \times 10^{-19}$ 焦耳。質能等價公式（$E = mc^2$）意味著質量與能量是一體兩面的，因此粒子物理學通常會省略常數 $c$，直接將質量用 eV 等單位來表示。電子與原子核之間的能級差約在 eV 尺度，這個能量大約就是將電子彈出原子的大小；假設原子核的束縛能落在 MeV，那麼一旦擁有 MeV 級的能量，就可以拆散原子核。對於日常生活而言，我們可能很難感知這個能量有多強大，畢竟：即使能量高達 $1\ \mathrm{GeV} \simeq 1.602 \times 10^{-10}$ 焦耳，但現實中一顆果子從樹上掉下來的能量大約就是 $1$ 焦耳、將近 $10^{10}\ \mathrm{eV}$（$10\ \mathrm{GeV}$）了——所以我們應該用微觀的角度想：假設一顆蘋果由 $10^{25}$ 個基本粒子所組成，如果每個粒子都擁有 $10\ \mathrm{GeV}$ 的能量，蘋