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2025年8月

重繪星系演化史的宇宙之眼 台灣太空創新創業

仰望星空,踏實築夢

本期《物理雙月刊》的主題是「太空科學」。從地表仰望星空的人類,從未停止過對宇宙的好奇與追尋。太空探索不只是高科技的展現,更是科學、夢想與實踐交織而成的長遠旅程。

我們特別邀請到鍾宏彬先生——一位從小懷抱太空夢的台灣創新創業者,現任互宇向量股份有限公司執行長,與我們分享他從童年對太空的嚮往、求學時期進入國立中央大學大氣科學系太空組的歷程,到後來參與光纖陀螺儀設計與製造的實務經驗。這段過程,不僅展現科學人對於技術的執著,更體現夢想如何在現實中一步步落地實現。值得一提的是,台灣自製的光纖陀螺儀預計將於今年底首次搭載於國際太空立方衛星任務『KOYO-1、石虎一號』升空。這不僅是台灣太空科技的一大步,也是屬於我們自己的「登天之路」。

在遙遠宇宙的另一端,我們也邀請到國立台灣大學天文物理研究所 吳柏鋒助理教授,為讀者揭開詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)的「黃金之眼」所帶來的全新宇宙視野。JWST所觀測到的星系、恆星形成與早期宇宙結構,不僅刷新我們對宇宙的認識,更挑戰著當今宇宙演化模型的理論基礎,迫使科學家重新思索標準暗物質理論框架等。如早期恆星形成的規模與演化速度、早期超大質量黑洞的產生以及過早進入停止恆星活動的『寂靜星系』等,這些最新的成果與科學突破,正如火如荼地改寫著我們對宇宙起源與未來的想像。

而在本期中,『皮皮老師』則帶領我們踏上一段更加抽象卻也極具哲思的旅程——「時間」。這個我們再熟悉不過、卻又最難真正理解的物理量,從日常生活中的感知、鐘錶的滴答,到牛頓力學宇宙觀中那絕對且均勻流動的時間,再進入愛因斯坦狹義與廣義相對論所描述的時間流動速度、重力場中的時間膨脹,乃至不同參考系中時間與空間的深刻交織。不僅如此,在量子力學中,時間成為量子態演化的核心角色,也牽動著觀測與測量的本質問題;而熱力學第二定律所揭示的「熵增加原理」,更讓我們從統計力學中理解了時間有方向這件事。

多麼奇妙呀!原來我們每天經歷的時間,從微觀到宇宙尺度,從哲學到數學,都是物理學中最深邃的一部分。請讀者跟著皮皮老師的腳步,一同踏上這條關於「時間」的奇幻維度之旅吧!

此外,本期也刊載了《Physics Today》的翻譯選文,探討一個天文學界長年懸而未決的問題:太陽系是否存在第九顆行星? 這顆假想中的行星,或許正隱藏在遙遠、寒冷且未被觀測的太陽系邊界。而即將於年底正式啟用的智利維拉·魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory),將開始以前所未有的觀測能力,一步步揭開這片未知天區的神秘面紗。
《物理雙月刊》也將持續關注,並在未來為讀者帶來來自宇宙深處的最新發現,敬請期待!

同樣有趣的還有:對於我們每天生活中不可或缺、幾乎理所當然的水分子 H₂O,你是否曾經想過——單一的水分子是無法形成液態水的,那麼究竟要幾個水分子才能夠展現出液態特性?又是從什麼規模開始,水才具備「溶解」其他物質的能力呢?讓本期的另一篇《Physics Today》翻譯選文——「五分子水團簇呈現液態特性」,帶領大家一起追隨科學家的腳步,如何深入去探索這個看似熟悉卻又充滿奧祕的問題。我們也邀請好奇的你/妳,一起共同來思索這些看似日常卻深刻的科學提問。

此外,阿文老師再次展現其融合科學與歷史脈絡的超能力。這回,他從一個看似單純的天文現象——金星凌日(transit of Venus)——出發,娓娓道來那段充滿科學野心與歷史戲劇張力的故事。
18世紀中期,為了精準測量地球與太陽之間的距離(天文單位),歐洲各國展開跨國合作,派遣天文觀測團隊遠赴全球各地進行觀測。這場國際科學行動,也促成了庫克船長遠航南半球,進而發現澳洲與紐西蘭的過程。在這段精彩的科學航海旅途外,阿文老師更同場加映地為我們介紹三位英國早期天文學的重要先驅:
•托馬斯·迪格斯(Thomas Digges):不僅將哥白尼的著作翻譯成英文,更率先提出宇宙無限延伸的概念。
•耶利米·霍羅克斯(Jeremiah Horrocks)與威廉·克拉布特里(William Crabtree):兩人合作觀測金星凌日,修正克卜勒的理論,是17世紀精密天文觀測的先驅;可惜皆英年早逝,否則極可能留下更多偉大的研究成果。

在閱讀這三篇文章時,讀者不妨將自己想像成18世紀的天文觀測者,一邊沈浸於科學的冒險與挑戰,一邊重新繪製屬於那個時代的全球地圖。

最後,本期更收錄了來自美國加州大學聖地牙哥分校(UC San Diego)天文系目前攻讀博士的林彥興同學撰文,帶領大家思考一個看似理所當然但其實蘊藏深厚科學史背景的問題:當我們描述天體運動時,我們所使用的參考座標系統究竟是如何制訂的?這些架構從古至今影響天文觀測的準確性,也記錄著人類探索宇宙時代的演進。

而從本期開始,來自美國佛羅里達大學攻讀物理博士亦同時為泛科學PanSci專欄作家的范欽淨同學,將為讀者帶來一系列有關神祕的基本粒子——微中子的精彩文章。從其物理性質、發現歷程到現今實驗室的前沿發展,篇篇值得期待!

從夢想到實踐,從時間到星辰,從一滴水分子到一段天文史詩,本期內容希望帶領讀者一同體會這場知識與信念交織的旅程。願我們都能持續仰望星空、腳踏實地,從每一次閱讀中獲得啟發,走得更遠,看得更深。

《物理雙月刊》總編輯
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目錄
物理新知
五分子水團簇呈現液態特性
第九號行星?
物理專文
重繪星系演化史的宇宙之眼
台灣太空創新創業
物理專欄
大航海時代下的國際科學合作: 庫克船長的大溪地金星凌日之旅(上)
大航海時代下的國際科學合作: 庫克船長的大溪地金星凌日之旅(下)
開拓英國天文學的三位天文學家
時間的多種面貌:漫談物理中的時間
無所不在的幽靈粒子——微中子探秘(上)
好文推薦
錨定蒼穹:天球參考系的演變史
原子核之國:物理書籍插圖家莫里斯·桑達克

物理新知

物理專文

吳柏鋒/國立臺灣大學物理學系 助理教授2025年8月25日
重繪星系演化史的宇宙之眼

想像一下,當你在晴朗的夜晚仰望星空,那些閃爍的點點星光,絕大多數是我們銀河系內的恆星。然而,在這些恆星之外,宇宙中還存在著無數由數千億顆甚至數兆顆恆星、氣體、塵埃以及神祕的暗物質所組成的巨大「宇宙島嶼」——這就是我們所稱的星系。每個星系都像是一個獨立的宇宙城市,擁有自己獨特的形狀、大小和生命故事,從優雅的螺旋星系到橢圓星系,再到不規則星系,它們在宇宙中各自演繹著壯麗的篇章。而詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST),這雙人類送往太空的「黃金之眼」,憑藉其無與倫比的紅外線觀測能力,能夠穿透宇宙中的塵埃,捕捉到那些遙遠而微弱的光線,這些光線承載著宇宙早期星系形成與演化的關鍵訊息。特別是在過去一年中,韋伯望遠鏡所取得的一系列觀測成果,正以前所未有的細緻度,逐步揭開星系生命週期的奧秘,並挑戰著我們對宇宙演化既有的認知。 時間之窗:韋伯發現的早期星系之謎韋伯望遠鏡最驚人的表現之一,莫過於發現一個又一個早期宇宙中的星系。在過去的短短兩年間,憑藉其無與倫比的紅外靈敏度,韋伯幾乎每隔幾個月就能刷新「最遙遠星系」的紀錄。目前,已知最遙遠的星系存在於距離宇宙大爆炸僅約2.8億年。這道跨越

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鍾宏彬/互宇向量股份有限公司執行長2025年8月25日
台灣太空創新創業

「我要當太空人。」 這是2006年還在高三的我,在國立中央大學(下稱中大)大氣科學系太空組甄試面談時,尚未進入會議室,來帶我的學姊詢問我為什麼選擇太空組時,我口無遮攔的直接回答。或許是從小在務農的家裡長大,在高雄杉林的田野間,我爸媽常常帶我去田裡,但我只常看著天空發呆,試想著:雲裡面有沒有天空之城?天空後面是什麼?直到高中三年級完成學測之後,開始思考要填什麼志願,世代務農的家人,對於我未來的選擇給予了高度的自由,當同學都紛紛往醫學、電機等熱門科系填寫志願,我卻選擇地理、地球科學與大氣科學,這或許不是偶然,而是從小積累的潛在興趣,雖然我當時也不知道大氣科學跟太空科學有什麼不同。 回到面試當天,就這樣跟學姊回應之後,終於輪到我進入面試會議室,依稀記得有一位教授問了我一個非常有趣的問題:「同學你好,我看你履歷寫你是高中足球校隊的,你有踢過香蕉球嗎?」。我說有,教授接著追問:「那你知道為什麼球會轉彎嗎?」由於當時我非常緊張,直接沒頭沒尾不加思索地回答:「因為白努利定律,因為球旋轉讓兩邊的氣壓有差。」這突如其來得一句話,讓在場教授們都對著我笑了,雖然當下我也不確定我有沒有說正確,那我也尷尬的傻笑

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物理專欄

中原大學物理學系教授高崇文2025年8月25日
開拓英國天文學的三位天文學家

從哥白尼的「天球運行論」出版到牛頓出版「自然哲學的數學原理」之間的一百四十四年間,英格蘭經歷了蘭卡斯特王朝,約克王朝,都鐸王朝,斯圖亞特王朝四個王朝,其中發生了亨利六世發瘋後引發的蘭卡斯特與約克兩家族間的玫瑰戰爭;亨利·都鐸在包斯渥戰役(Battle of Bosworth Field) 戰勝理查三世後建立都鐸王朝;亨利八世下令英國脫離羅馬天主教會,自封英格蘭教會最高元首,乃至於伊莉莎白女王將英國帶入黃金時代,一直到蘇格蘭的斯圖亞特家族入繼大統,君臨英格蘭,接著國會與國王爆發了衝突,國會獲勝,國王查理一世被斬首,然後克倫威爾成為護國主展開獨裁政治,克倫威爾死後,英國人迎回查理一世之子查理二世,查理二世死後,他的弟弟詹姆士二世繼位,就在「自然哲學的數學原理」出版後不久,國會與國王再度爆發衝突,史稱光榮革命,詹姆士二世逃亡,詹姆士二世的女兒與女婿成為國王與女王。可以說這一百多年讓英格蘭從一個中古世紀的封建國家轉變成現代強權。相較之下,英格蘭的科學發展,好像相對地平靜無波,而且也沒有像哥白尼,克卜勒這樣響叮噹的名字出現,難道孤懸海外的不列顛島,一點都沒受到這股新思潮影響嗎? 喔!當然不是這樣

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欒丕綱2025年8月25日
時間的多種面貌:漫談物理中的時間

我們每個人都活在時間裡,但時間到底是什麼?這是一個很難回答的問題,卻也是一個非常迷人的問題。從鐘錶滴答作響的節奏,到日夜更替、潮起潮落的自然律動,時間似乎無所不在。然而,一旦嘗試定義它,就會發現它難以捉摸。每個神智正常的人都知道什麼是時間的流逝,但要在沒有鐘錶輔助的情況下清楚說出某個過程經歷了多長的時間,卻是非常困難的。對時間長度的判斷會受到生理與心理狀況的影響,而睡夢中的人或是老年失智症患者對時間的感知也明顯與一般人不同。物理作為一門定量的科學,自然要使用最明確的時間概念,而不允許有模糊的空間。然而,即使如此,時間在不同的物理領域裡仍然具有不同的面貌,而這些不同面貌之間是否能完全互通?這可能還沒有一個很確定的答案。本文嘗試對讀者介紹物理中時間的幾種不同面貌,以及跟它們相關的物理現象或發生機制。 在牛頓力學的世界觀裡,宇宙是一部巨大的機械,而時間與空間則是這部機械運轉的背景。牛頓將時間視為絕對的,客觀的,不受外在事物影響,均勻流動且無始無終的。在這個簡單的世界裡,宇宙每處的時間都以同樣的速率流逝。此外,時間也跟坐標系的選擇或是它們彼此間的相對運動無關。出現在運動方程式裡的時間是一個描述

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好文推薦

林彥興/清大天文所碩士,加州大學聖地牙哥分校天文系博士生, EASY天文地科團隊總編輯,努力在陰溝中仰望繁星2025年8月25日
錨定蒼穹:天球參考系的演變史

「描述天體的位置」是天文研究中最基礎的工作之一。畢竟無論你發現了多麼神奇的天體,對它有多麼深入的理解,如果無法跟別人說明這個天體到底在哪裡,自然也就毫無意義。因此很顯然的,就像我們建立地理座標(經緯度)描述地表上的位置,建立一套穩定、可靠、明確的天球座標,或者說是「天球參考系(celestial reference system)」,是一件至關重要的事。 「建立天球參考系」這件事,乍聽之下像是一件平平無奇、枯燥無聊的工作,但這其實是一個綿延數百年,牽涉到恆星運動、無線電望遠鏡與超大質量黑洞的精彩旅程。 複習:高中課堂上的天球座標系統 高中的地球科學課中,我們曾學過「赤道座標系(Equatorial Coordinate System)」是最常用的天球座標系統之一。其座標原點──也就是赤經(RA)零度、赤緯(Dec)零度的點,定在春分點(vernal equinox)上。而南北極則定於地球自轉軸的方向。 赤道坐標系示意圖。Credit: ChristianReady 乍看之下,這套定義簡單易懂,大家也習以為常。但仔細想想,會發現事情並沒有這麼簡單。因為高中地科課也告訴我們,地球的自轉軸

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