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2026年2月

當量子走進電路:2025 諾貝爾物理獎專刊

總編輯的話——當量子走進電路:2025 諾貝爾物理獎專刊

秉持《物理雙月刊》長期以來的編輯精神與作業模式,在諾貝爾物理獎公布後的隔年第一期(亦即二月刊),本刊一向會以較為深入、系統性的方式,推出專題報導,帶領讀者重新理解諾貝爾獎所肯定的科學工作。雙月刊的宗旨從來不在於即時追逐話題或流行,因此每年十月諾貝爾獎揭曉後,我們除了會即時提供基礎介紹與背景說明,但更重要的是,希望在沉澱之後,邀請真正深耕相關領域的專家學者,以嚴謹清楚但深入淺出的方式,為廣大華語讀者撰寫具深度的科普專文,深入探討得獎研究的物理內涵、科學影響,以及對未來發展的意義與展望。

2025 年諾貝爾物理獎頒發給 約翰.克拉克(John Clarke)、米歇爾.德沃雷(Michel H. Devoret) 與 約翰.馬提尼斯(John M. Martinis) 三位科學家,表彰他們在「電路中發現宏觀量子力學穿隧效應與能量量子化」的突破性貢獻。本期特別邀請中研院特聘研究員陳啟東研究員、中研院研究員柯忠廷研究員與中央大學物理系陳永富教授,以及中興大學郭華丞教授,從不同角度為讀者介紹本次諾貝爾獎所肯定的核心工作。這四位學者不僅長期在相關領域深耕並有傑出表現,亦與諾獎得主有實際合作或第一手學術交流的經驗,不僅能帶領讀者更貼近這些研究成果,更可以引領大眾理解其對未來量子科技發展所帶來的深遠影響。

除了諾貝爾物理獎專文之外,本期亦為讀者精選三篇 Physics Today 的翻譯選文,延續雙月刊橫跨基礎研究、跨領域應用與社會關懷的編輯取向。〈通往碎形仿生學的跨領域之旅〉介紹科學家如何運用生物系統中的碎形幾何結構,設計人工植入神經元,並透過生物工程、神經科學與物理學的跨領域合作,加深對自然系統與植入系統交互作用的理解,展現物理思維在生命科學中的實際影響力。〈吳健雄在粒子物理學中的開創性實驗〉則回顧這位華裔美國女性物理學家在實驗上證實宇稱不守恆,以及在光子糾纏等研究中的關鍵貢獻,凸顯其對粒子物理基本對稱性與量子力學基礎結構所帶來的深遠影響。最後,〈自脫除鹽晶體〉介紹一項奈米工程表面上的新機制,說明鹽晶體如何自發脫落,並探討其在工業材料開發與水資源利用上的潛在應用。在淡水資源日益珍貴的今日,這項研究也回應了能源、環境與永續發展的迫切需求。

本期亦收錄兩篇來自陽明交通大學林志忠教授的投稿,延續其一貫結合物理史與人文關懷的書寫風格。林教授透過回顧凝聚態物理學泰斗安德森(P. W. Anderson)離開貝爾實驗室、轉任普林斯頓大學教職後所面臨的教學挑戰,以及 1996 年諾貝爾獎得主 Douglas D. Osheroff 自研究員轉入史丹福大學任教、從教學挫折中不斷調整並最終獲得優良教學獎的歷程,呈現大學體制中「研究」與「教學」雙軌並行、卻時常拉扯的真實樣貌。另一篇文章則將視角拉回量子力學草創時期,結合第一次世界大戰的歷史背景,探討薛丁格、海森堡、狄拉克以及戰死沙場的莫塞萊等關鍵人物的人生際遇,反思若無戰亂干擾,在那個人才輩出的年代,量子力學的英雄敘事或許將截然不同。

此外,范欽淨延續其微中子物理系列,帶來第二篇專文,回顧微中子如何從「被認為沒有質量的粒子」,因太陽微中子問題而逐步引導物理學家透過一系列實驗,重新認識其質量本質;皮皮老師則再次以教學觀點出發,透過比較力學中的驅動-阻尼-彈簧系統與電路學中的 RLC 電路,展示不同物理系統之間的深層相似性,幫助學生更直觀地理解物理結構之美。

同樣地,阿文老師延續上期對量子力學大師馬克斯.波恩(Max Born)的介紹,在本期進一步將焦點放在波恩門下眾多傑出學生的故事。罕見的是,這些弟子們的學術成就橫跨物理、化學與生理醫學三個不同領域的諾貝爾獎,充分展現波恩不僅自身學養深厚,更在培養下一代科學家方面具有非凡的影響力。

由於門生眾多,除了一般讀者較為熟悉的海森堡、喬丹、包立、費米與洪德等人之外,阿文老師特別將筆墨轉向較少被提及、卻同樣深具代表性的學生,並規劃分成多篇陸續介紹。本期內容聚焦於幾位關鍵人物:包括因提出原子核殼層模型而於 1963 年獲得諾貝爾物理獎的瑪麗亞.格佩特–梅耶;1969 年諾貝爾生理醫學獎得主、對分子生物學奠基甚深的德爾布呂克;1971 年以分子電子結構研究獲得諾貝爾化學獎的赫茨伯格。此外,文章亦回顧諾德海姆、魏斯考夫、弗呂格與海特勒等人在核子物理、半導體、天體物理、化學鍵理論與宇宙射線研究中的重要貢獻。透過這些橫跨不同學科的生命軌跡,可以清楚看見波恩在物理研究、教育與人才培育上的深遠影響。

綜觀本期內容,從 2025 年諾貝爾物理獎所揭示的宏觀量子現象與量子科技基礎,到 Physics Today 選文中跨領域研究、物理史與永續議題的交織,再到人文視角下對科學家人生、教育與時代背景的反思,以及量子力學大師波恩所展現的學術傳承力量,《物理雙月刊》始終希望為讀者提供的不只是最新研究成果的摘要,而是一幅能夠理解物理如何形塑世界、也如何被時代形塑的完整圖像。

在資訊快速流動、話題不斷更迭的今日,雙月刊仍選擇慢下腳步,邀請真正投入研究與教學的學者,為華文讀者留下可反覆閱讀、值得深思的科學文字。期盼本期內容,能陪伴讀者在量子科技迅速發展的時代中,持續回望物理的本質、方法與精神。

 

總編輯  

目錄
物理專文
2025諾貝爾物理獎:從人造原子邁向量子電腦的科研之路
由微觀邁進巨觀的量子現象-2025年諾貝爾物理學獎專題報導
超導量子電腦的發展與挑戰
物理專欄
量子場論教科書點將錄(一) 路徑積分三書
波恩的眾弟子們 (上) 橫跨三個領域的諾貝爾獎
哥廷根學派的掌門人:波恩 (下) 飽經滄桑的一代智者
微中子振盪:通往新物理的大門
力學與電磁振盪系統的奇妙對應
好文推薦
通往碎形仿生學的跨領域之旅
自脫除鹽晶體
吳健雄在粒子物理學中的開創性實驗
世事難料,「量子力學英雄傳」或許改寫?
安德森和Osheroff的「委屈」

物理專文

物理專欄

中原大學物理學系 高崇文教授2026年2月13日
量子場論教科書點將錄(一) 路徑積分三書

阿文這十幾年來,分別在幾個不同大學開了十八次與量子場論相關的課程,雖然不敢自稱是「量子場論」的專家,但若自稱是「量子場論教科書」的專家,勉勉強強還算得上吧。市面上,量子場論的教科書簡直就像是天上繁星,海灘細沙那樣地多,阿文甚至懷疑,是不是所有開了量子場論這門課的老師,一開完課都寫了一本! (是說阿文也的確自己很想寫一套啦)。雖然教科書這麼多本,令人眼花撩亂,每一本打開來,又好像大同小異,但是一旦拿到課堂上使用,好壞可是高下立判,有些書讓人感嘆天下文章一大抄,有些書卻是令人眼睛為之一亮,驚呼連連。甚至還有些書,簡直像天書一樣,明明講的是我已經知道的材料,但是拜讀之後卻是丈二金鋼摸不著頭腦,完全墮入五里霧中,往往是過了好些年再回頭看,才知道作者的微言大義。原本這些個人的體驗,只能在茶餘飯後拿來閒磕牙,但是有幾次被熱心的學生問到相關的問題,所以阿文就來野人獻曝一番,從我過去教學的經驗來分享我對那些量子場論教科書的印象,希望對有心學習量子場論的學生能有些幫助。 首先要介紹的是三本以路徑積分公式為主要內容的教科書。分別是皮埃爾·拉蒙(Pierre Ramond,1943 —)的《場論

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好文推薦

Samantha McBride 譯者:劉雨恩2026年2月13日
自脫除鹽晶體

一種新發現的機制,即鹽晶體從奈米工程表面脫落的現象,可以推動工業材料的開發,用於抵抗淡水和鹽水中礦物質的積聚。 水不僅在人們的日常生活中不可或缺,在工業上也是如此。在發電廠中,淡水被廣泛用於透過蒸汽渦輪機的旋轉,將熱能轉換為力學能。隨著氣候變遷對淡水供應構成的威脅日益加劇,保護地球有限的水資源比以往任何時候都更為重要。在地球上的總水量,僅有約1%以液態淡水的形式存在,還有2%為封存在例如冰川和雪冠等的固態淡水。其餘的97%為鹽水,分佈於海洋和海域內。 將鹽水利用於工業過程可以顯著地緩解對淡水需求的壓力。然而,在工業過程中用鹽水取代淡水並不是一個簡單的解決方案。淡水和鹽水都含有可溶解的礦物質,這些礦物質往往會積聚在表面。一個常見的例子是洗手台和淋浴間中出現的皂垢。礦物質積聚在工業過程中會是一個更大的問題,特別是那些涉及例如蒸發或沸騰等的相變過程。如果使用更充足但富含更多礦物質的鹽水,這個問題只會變得更糟。 自潔凈(self-cleaning)材料對於減少系統中的低效率運行將會大有幫助,但現有的塗層並不足以解決這個問題。關鍵可能在於以奈米工程製作的表面紋理結構。 我和同事們在麻省理工學院克

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