2010年10月27日 星期三
無手指一樣可以執筆
一隻能夠拿起各種形狀的機械手，技術上是十分困難的。
原來，關鍵不在於如何控制手指，關鍵在於放棄手指。最近有人發明了一隻沒有手指的機械手，嚴格來說是「機械拳頭」，一個滿載咖啡粉的膠皮球。把皮球壓進待執起的物件，然後抽走球內的空氣，使其變硬，便能捉緊物件。
球內不一定是咖啡粉，可以是沙或膠珠。它的好處是易控制，用途多，能夠執起多種形狀，看看以下影片的示範：
Source: Science News
其他報導：ScienceNOW，New Scientist
原來，關鍵不在於如何控制手指，關鍵在於放棄手指。最近有人發明了一隻沒有手指的機械手，嚴格來說是「機械拳頭」，一個滿載咖啡粉的膠皮球。把皮球壓進待執起的物件，然後抽走球內的空氣，使其變硬，便能捉緊物件。
球內不一定是咖啡粉，可以是沙或膠珠。它的好處是易控制，用途多，能夠執起多種形狀，看看以下影片的示範：
Source: Science News
其他報導：ScienceNOW，New Scientist
2010年10月26日 星期二
搭巴士偷窺心理
近日天氣轉涼，好不舒服，站在路邊等候巴士毫不悶熱，心想這才是適合人住的地方。
巴士到站，下層座位所剩無幾，我本能地向左一拐，爬上反時針的梯間。數秒後，從梯間冒出頭來……shit，上層已經半滿，不能獨佔雙座位，暗暗失望，我本能地向前走……呵，一位黑人男士後面還空着的一個窗口位，想必是他身材魁梧，遮擋了剛才的視線。我不經思索，本能地向右一拐，坐下。這是上層最後一個窗口位。
上層乘客愈來愈多，空位愈來愈少。不久，只有黑人旁邊的座位還空着。沒人選擇這個座位，是否純屬巧合？還是他身材健碩，將位子佔去大半？抑或我們或多或少帶點歧視？無論什麼原因，我開始想做黑人，至少在乘巴士的時候。
途經沙田大會堂，一對新人剛剛註冊，步出禮堂，女的是中國人，男的貌似印度裔，雙方親友在旁拍照。現今社會開明，跨族裔婚姻雖未至司空見慣，但總比從前較易得到家人接納，見雙方親友相處融洽，欣喜之情溢於言表，彷彿印證了香港這個國際都會的文明進步。然而笑容背後，有否隱藏着潛意識的不快？潛意識沒有流露，可能礙於禮儀、面子等傳統考慮，亦可能為了跟隨社會潮流而作出「政治正確」之舉。我相信大多數親朋對兩位新人的祝賀都是由衷之言，可是一些潛藏內心深處的喜惡和偏見，當事人未必察覺，即使察覺也不敢或不肯承認。
巴士停站，一位年輕女子來到上層，在黑人男子身邊坐下，他望了一眼，她報以含蓄而真誠的微笑。我想，這真是個好女孩，不分種族，一視同仁，是國際都會的模範。可是，她心底怎想呢？她是善於掩飾，還是由衷微笑？即使她待人以誠，內心對某些事物總有喜惡吧？
巴士開行，忽然發現一個有趣景象，兩位男士拖着手，站在巴士站的一端，倚偎着欄杆談情，巴士站其實頗為人多，但所有人都擠往另一端，彷彿讓出空間給那兩位同性戀「獨處」。眾目睽睽，他倆也真夠勇氣，佩服。滿腦子問題的我，跟着問，巴士站這個特殊的「人口分佈」，是否表示香港社會對同性戀仍然存有偏見？抑或，純屬巧合？我真想立即跳下巴士，向站內那些人詢問一下，然而想深一層，他們的答案有多可信呢？問不出可靠答案的話，又有什麼辦法窺探人的內心世界呢？
記得有人說過，世上有些事，我們知道，亦願意告訴別人；另有一些事，我們知道，但不願意讓別人知道；還有些事，我們連自己也瞞騙過來。歧視和偏見，屬後二者。既然問卷不能給予可靠答案，作這方面研究的心理學家如何透視人的內心世界呢？
Implicit Association Test (IAT) 便是一個廣泛使用的辦法。假設我想知道自己對同性戀有否偏見，可做一做以下測試。電腦屏幕出現一連串詞彙或圖像，它們分四大類：（一）與同性戀有關，如「gay」、「homosexual」、兩個女洋娃娃的圖像；（二）與異性戀有關，如「heterosexual」、一男一女洋娃娃的圖像；（三）「壞」的詞彙，如「bad」、「evil」、「nasty」；（四）「好」的詞彙，如「good」、「marvelous」、「glorious」。
在我面前有兩顆按鈕，一左一右，每見一個詞彙或圖像，我需要盡快決定按哪一個掣。在測試的第一階段，「同性戀」和「壞」屬於左邊的按鈕，「異性戀」和「好」屬於右邊的按鈕。記着，按掣要快。測試第二階段，把「同性戀」和「異性戀」換邊，現在即是「異性戀」和「壞」屬於同一邊，「同性戀」和「好」屬於另一邊。
多數人認為同性戀不是好東西，故第一階段的反應較快（潛意識：「同性戀」和「壞」走在一起，理所當然），第二階段反應較慢（「同性戀」和「好」走在一起？不太自然）。心理學家利用兩階段的反應快慢，便知道受試者的內心偏見。
測試對膚色的偏見也可以，只要把以上同性戀和異性戀的詞彙或圖像，分別換上深、淺膚色的表達。事實上，IAT 可測試多種偏見，美國哈佛大學便有個叫 Project Implicit 的網站，羅列了多項 IAT，包括對性取向、肥瘦、膚色、年齡、回教徒等偏見。我自願當「白老鼠」，親自做了其中幾項，發現我與多數人一樣，對同性戀、肥胖、年老、深膚色抱着或多或少的偏見。
坐我隔鄰的女士語帶鄉音、說着不純正的廣州話問：「請問你沙田大會堂邊度落車呀？」「已經過了……」我邊答邊想，我們對內地同胞有沒有或多或少的偏見呢？
（2010 年 10 月 26 日 信報副刊）
巴士到站，下層座位所剩無幾，我本能地向左一拐，爬上反時針的梯間。數秒後，從梯間冒出頭來……shit，上層已經半滿，不能獨佔雙座位，暗暗失望，我本能地向前走……呵，一位黑人男士後面還空着的一個窗口位，想必是他身材魁梧，遮擋了剛才的視線。我不經思索，本能地向右一拐，坐下。這是上層最後一個窗口位。
上層乘客愈來愈多，空位愈來愈少。不久，只有黑人旁邊的座位還空着。沒人選擇這個座位，是否純屬巧合？還是他身材健碩，將位子佔去大半？抑或我們或多或少帶點歧視？無論什麼原因，我開始想做黑人，至少在乘巴士的時候。
途經沙田大會堂，一對新人剛剛註冊，步出禮堂，女的是中國人，男的貌似印度裔，雙方親友在旁拍照。現今社會開明，跨族裔婚姻雖未至司空見慣，但總比從前較易得到家人接納，見雙方親友相處融洽，欣喜之情溢於言表，彷彿印證了香港這個國際都會的文明進步。然而笑容背後，有否隱藏着潛意識的不快？潛意識沒有流露，可能礙於禮儀、面子等傳統考慮，亦可能為了跟隨社會潮流而作出「政治正確」之舉。我相信大多數親朋對兩位新人的祝賀都是由衷之言，可是一些潛藏內心深處的喜惡和偏見，當事人未必察覺，即使察覺也不敢或不肯承認。
巴士停站，一位年輕女子來到上層，在黑人男子身邊坐下，他望了一眼，她報以含蓄而真誠的微笑。我想，這真是個好女孩，不分種族，一視同仁，是國際都會的模範。可是，她心底怎想呢？她是善於掩飾，還是由衷微笑？即使她待人以誠，內心對某些事物總有喜惡吧？
巴士開行，忽然發現一個有趣景象，兩位男士拖着手，站在巴士站的一端，倚偎着欄杆談情，巴士站其實頗為人多，但所有人都擠往另一端，彷彿讓出空間給那兩位同性戀「獨處」。眾目睽睽，他倆也真夠勇氣，佩服。滿腦子問題的我，跟着問，巴士站這個特殊的「人口分佈」，是否表示香港社會對同性戀仍然存有偏見？抑或，純屬巧合？我真想立即跳下巴士，向站內那些人詢問一下，然而想深一層，他們的答案有多可信呢？問不出可靠答案的話，又有什麼辦法窺探人的內心世界呢？
記得有人說過，世上有些事，我們知道，亦願意告訴別人；另有一些事，我們知道，但不願意讓別人知道；還有些事，我們連自己也瞞騙過來。歧視和偏見，屬後二者。既然問卷不能給予可靠答案，作這方面研究的心理學家如何透視人的內心世界呢？
Implicit Association Test (IAT) 便是一個廣泛使用的辦法。假設我想知道自己對同性戀有否偏見，可做一做以下測試。電腦屏幕出現一連串詞彙或圖像，它們分四大類：（一）與同性戀有關，如「gay」、「homosexual」、兩個女洋娃娃的圖像；（二）與異性戀有關，如「heterosexual」、一男一女洋娃娃的圖像；（三）「壞」的詞彙，如「bad」、「evil」、「nasty」；（四）「好」的詞彙，如「good」、「marvelous」、「glorious」。
在我面前有兩顆按鈕，一左一右，每見一個詞彙或圖像，我需要盡快決定按哪一個掣。在測試的第一階段，「同性戀」和「壞」屬於左邊的按鈕，「異性戀」和「好」屬於右邊的按鈕。記着，按掣要快。測試第二階段，把「同性戀」和「異性戀」換邊，現在即是「異性戀」和「壞」屬於同一邊，「同性戀」和「好」屬於另一邊。
多數人認為同性戀不是好東西，故第一階段的反應較快（潛意識：「同性戀」和「壞」走在一起，理所當然），第二階段反應較慢（「同性戀」和「好」走在一起？不太自然）。心理學家利用兩階段的反應快慢，便知道受試者的內心偏見。
測試對膚色的偏見也可以，只要把以上同性戀和異性戀的詞彙或圖像，分別換上深、淺膚色的表達。事實上，IAT 可測試多種偏見，美國哈佛大學便有個叫 Project Implicit 的網站，羅列了多項 IAT，包括對性取向、肥瘦、膚色、年齡、回教徒等偏見。我自願當「白老鼠」，親自做了其中幾項，發現我與多數人一樣，對同性戀、肥胖、年老、深膚色抱着或多或少的偏見。
坐我隔鄰的女士語帶鄉音、說着不純正的廣州話問：「請問你沙田大會堂邊度落車呀？」「已經過了……」我邊答邊想，我們對內地同胞有沒有或多或少的偏見呢？
（2010 年 10 月 26 日 信報副刊）
2010年10月23日 星期六
香港樓價 vs 世界樓價
注意：本文圖表已過時，最新圖表見 2011 年 4 月 update。
The Economist 有個顯示各地樓價的工具，幾好玩。下圖可見，自 2003 年第二季起，香港樓價升幅（黑線）遠遠拋離所有發達地區，樓市泡沫無容置疑。
不過，自 2000 年第一季算起（下圖），卻是另一番景象，香港升勢（黑線）不算瘋狂。
Lesson: 計算升幅，起點非常重要。同一堆數字可以有多個解讀，視乎你想表達的訊息吧，這是統計數字最有趣和最有用的地方。
2010年10月19日 星期二
Benoit Mandelbrot: Fractals and the art of roughness
Fractal 之父 Benoit Mandelbrot 上星期去世，今年 2 月他才出席了 TED Talk，就讓我們聽聽他親自解述 fractal：
變幻才是永恆
我很花心，很易受異性吸引，為了收窄求偶對象，我用一條方程式輔助篩選，每見心儀女士，首先給她的樣貌打分，再估量其秀髮長度、身高、身材等等，收集所有表面數據，代入方程式得出分數。用科學手法表達：
這是我的「萬有引力」定律，雲團內的複雜運算是獨門秘方，暫不透露。
運算過後，周秀娜得 1001 分，林志玲得 999 分。我這花心漢，當然希望兩者兼得。（對，我正在發夢，這是我日常生活一部分，大家不要見怪。）
下一步，送花。花束大小該與分數成正比，一分應該等於幾朵玫瑰呢？一分一朵的話，共送 2000 朵，會破產。逼不得已，十分送一朵，用科學手法表達：
不要問我 0.1 或 0.9 朵怎樣送，那是花店的問題。那個「十分一」，科學上稱為「常數」（constant），一個永恆不變的數，正好代表我對兩位女士的情意。事實上，很多物理學方程式都是這個模樣：
骨子裡，我是一位科學家，做事手法與科學家無異，分別只在於我追求的是異性，他們追求的是真理。
常數決定着我們活在一個怎麼樣的世界。萬有引力常數（gravitational constant）決定星體的牽引，庫侖常數（Coulomb's constant）決定正負電荷的吸引力，磁力常數（magnetic constant）決定帶電粒子移動所產生的磁力，蒲朗克常數（Planck's constant）決定量子的大小，氣體常數（gas constant）決定空氣的脹縮。許許多多常數，只要其中一者偏差，宇宙將會截然不同，我們能否存在，太陽系會否形成也是問題。事實上，物理學其中一個「深層次」問題便是為何一些常數好像「設計」得恰到好處，正好創造合適環境供我們生存，難道宇宙真有造物主？難道宇宙真的為我們而設？
常數數值牽連之廣，我有切身體會。上面那條送花方程式，假使常數不用十分一，改用 0.9，即是要送 1800 朵，還是會破產；改用千分之一的話，兩位女士定必覺得有欠誠意。可見這個「送花常數」在我的追求大計是佔着一個如何重要的地位 －－ 太大，出師未捷身先死；太小，她們會嗤之以鼻。數值適中，未必成功；數值不宜，定必失敗。常數數值對（我的）宇宙影響至巨，不言而喻。
當我他朝名成利就，財力雄厚，買花萬朵亦綽綽有餘，「送花常數」不妨提升一下，既顯誠意，亦表豪爽。也許這便是我的常數和物理常數不同之處，我的常數是假常數，可因應財力變更，物理常數是真常數，恆常不變。
真的恆常不變嗎？
精細結構常數（fine-structure constant）是物理學另一非常重要的數值，科學家計算過，此常數若是偏差 4%，碳和氧都不會存在，我們亦不會存在。它主宰原子內電子的能量值，當電子由原先能量跳至另一級能量，它會釋放或吸收某一頻率的光線，換言之，當光線穿過氣體，其光譜會改變，被吸收的頻率變得較暗，被釋放的頻率變得較強，投射後形成像梳子般光暗相間的圖案，精細結構常數的名字由此而來。每種氣體釋放或吸收的頻率不同，若光線經過多種氣體，科學家便能靠最終的光譜算出精細結構常數的值。
今年 8 月，兩位澳洲天文學家向學術期刊 Physical Review Letters 遞交了一篇論文（率先刊載於 arXiv.org），說他們發現精細結構常數並不恆常。二人用夏威夷的 Keck 望遠鏡觀察類星體（quasar），這些外太空星體發出的光線，通過宇宙中的氣團到達地球，二人借其光譜計算精細結構常數，發現 90 億光年以外，此常數比現值低 0.0006%。這看似微不足道的差異，足以證明物理定律並非放諸四海而皆準，而會限隨空間而改變！
為了嚴謹查證，二人再用位於智利的 VLT 望遠鏡觀察另一群類星體，結果更叫人吃驚 －－ 這次得出的精細結構常數比地球的大，與夏威夷觀察所得恰恰相反！如何解釋兩地矛盾呢？關鍵在於兩只望遠鏡分別位處北半球和南半球，指向宇宙不同方向。朝某一方向望，精細結構常數小於現值，隨視線轉移，常數亦跟着變，漸漸變得大於現值。
據我所知，該篇論文仍在同行審閱之中，還未正式發表。如此重要的發現，未有第三方獨立查證之前，應以步步為營、戰戰兢兢的心態面對為佳。假如最終確認，這肯定是科學史上最驚人的發現之一，打破物理定律放諸四海而皆準的傳統假設，會否掀起另一場宇宙認知的革命，只有拭目以待。
「Change is the only constant」，說得有智慧。現今世界不只變得快，連物理常數也加入變的行列，真有點教人透不過氣。也許只有「以不變應萬變」，才能坦然面對「變幻才是永恆」這個殘酷現實。
（2010 年 10 月 19 日 信報副刊）
其他報導：
Ye cannae change the laws of physics, The Economist
Changing one of nature's constants, Science News
Changes spotted in fundamental constant, physicsworld.com
Fine Structure Constant Varies with Direction in Space, Says New Data, arXiv blog
抱懷疑態度的報導：
The fine-structure constant is probably constant by Sean Carroll, The Language of Bad Physics
這是我的「萬有引力」定律，雲團內的複雜運算是獨門秘方，暫不透露。
運算過後，周秀娜得 1001 分，林志玲得 999 分。我這花心漢，當然希望兩者兼得。（對，我正在發夢，這是我日常生活一部分，大家不要見怪。）
下一步，送花。花束大小該與分數成正比，一分應該等於幾朵玫瑰呢？一分一朵的話，共送 2000 朵，會破產。逼不得已，十分送一朵，用科學手法表達：
不要問我 0.1 或 0.9 朵怎樣送，那是花店的問題。那個「十分一」，科學上稱為「常數」（constant），一個永恆不變的數，正好代表我對兩位女士的情意。事實上，很多物理學方程式都是這個模樣：
骨子裡，我是一位科學家，做事手法與科學家無異，分別只在於我追求的是異性，他們追求的是真理。
常數決定着我們活在一個怎麼樣的世界。萬有引力常數（gravitational constant）決定星體的牽引，庫侖常數（Coulomb's constant）決定正負電荷的吸引力，磁力常數（magnetic constant）決定帶電粒子移動所產生的磁力，蒲朗克常數（Planck's constant）決定量子的大小，氣體常數（gas constant）決定空氣的脹縮。許許多多常數，只要其中一者偏差，宇宙將會截然不同，我們能否存在，太陽系會否形成也是問題。事實上，物理學其中一個「深層次」問題便是為何一些常數好像「設計」得恰到好處，正好創造合適環境供我們生存，難道宇宙真有造物主？難道宇宙真的為我們而設？
常數數值牽連之廣，我有切身體會。上面那條送花方程式，假使常數不用十分一，改用 0.9，即是要送 1800 朵，還是會破產；改用千分之一的話，兩位女士定必覺得有欠誠意。可見這個「送花常數」在我的追求大計是佔着一個如何重要的地位 －－ 太大，出師未捷身先死；太小，她們會嗤之以鼻。數值適中，未必成功；數值不宜，定必失敗。常數數值對（我的）宇宙影響至巨，不言而喻。
當我他朝名成利就，財力雄厚，買花萬朵亦綽綽有餘，「送花常數」不妨提升一下，既顯誠意，亦表豪爽。也許這便是我的常數和物理常數不同之處，我的常數是假常數，可因應財力變更，物理常數是真常數，恆常不變。
真的恆常不變嗎？
精細結構常數（fine-structure constant）是物理學另一非常重要的數值，科學家計算過，此常數若是偏差 4%，碳和氧都不會存在，我們亦不會存在。它主宰原子內電子的能量值，當電子由原先能量跳至另一級能量，它會釋放或吸收某一頻率的光線，換言之，當光線穿過氣體，其光譜會改變，被吸收的頻率變得較暗，被釋放的頻率變得較強，投射後形成像梳子般光暗相間的圖案，精細結構常數的名字由此而來。每種氣體釋放或吸收的頻率不同，若光線經過多種氣體，科學家便能靠最終的光譜算出精細結構常數的值。
今年 8 月，兩位澳洲天文學家向學術期刊 Physical Review Letters 遞交了一篇論文（率先刊載於 arXiv.org），說他們發現精細結構常數並不恆常。二人用夏威夷的 Keck 望遠鏡觀察類星體（quasar），這些外太空星體發出的光線，通過宇宙中的氣團到達地球，二人借其光譜計算精細結構常數，發現 90 億光年以外，此常數比現值低 0.0006%。這看似微不足道的差異，足以證明物理定律並非放諸四海而皆準，而會限隨空間而改變！
為了嚴謹查證，二人再用位於智利的 VLT 望遠鏡觀察另一群類星體，結果更叫人吃驚 －－ 這次得出的精細結構常數比地球的大，與夏威夷觀察所得恰恰相反！如何解釋兩地矛盾呢？關鍵在於兩只望遠鏡分別位處北半球和南半球，指向宇宙不同方向。朝某一方向望，精細結構常數小於現值，隨視線轉移，常數亦跟着變，漸漸變得大於現值。
據我所知，該篇論文仍在同行審閱之中，還未正式發表。如此重要的發現，未有第三方獨立查證之前，應以步步為營、戰戰兢兢的心態面對為佳。假如最終確認，這肯定是科學史上最驚人的發現之一，打破物理定律放諸四海而皆準的傳統假設，會否掀起另一場宇宙認知的革命，只有拭目以待。
「Change is the only constant」，說得有智慧。現今世界不只變得快，連物理常數也加入變的行列，真有點教人透不過氣。也許只有「以不變應萬變」，才能坦然面對「變幻才是永恆」這個殘酷現實。
（2010 年 10 月 19 日 信報副刊）
其他報導：
Ye cannae change the laws of physics, The Economist
Changing one of nature's constants, Science News
Changes spotted in fundamental constant, physicsworld.com
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抱懷疑態度的報導：
The fine-structure constant is probably constant by Sean Carroll, The Language of Bad Physics
2010年10月15日 星期五
2010年10月12日 星期二
膠紙 ＋ 鉛筆 ＝ 諾貝爾獎
今年諾貝爾物理學獎一反常態，頒給「年紀輕輕」52 歲的海姆（Andre Geim）和 36 歲的諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），比後者更年輕的物理學獎得主要追溯至 1973 年，那時後者還未出生。根據諾貝爾獎網頁，他們的獲獎理據是「對二維物料石墨烯的開創性實驗」（for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene）。
石墨烯是一層厚（薄？）的碳原子，亦可稱作「單層石墨」，在二維平面上，碳原子排列成一個個六角形（上圖），如蜂巢。鉛筆芯（三維立體石墨）就是由許多層石墨烯相疊而成。物理學家對石墨烯一點也不陌生，超過六十年前已開始作理論探討，早已預見多項有趣特性，例如超低電阻；然而另一方面，由於熱力學的限制，他們認為真正的二維石墨烯實在太薄，不能獨立隱定地存在，必須處於一些三維實體之內（如鉛筆芯的一部分）。可以用建築物作比喻，樓層（二維平面）不可能隨便抽離大廈（三維立體），樓層只是一個概念，實際上不能獨立存在。有人嘗試製造石墨烯，往往達到十幾層厚便失敗收場，與理論所言互相呼應。
換言之，石墨烯只是理論上的一個概念，除了幫助了解碳物料特性和讓物理學家作天馬行空的學術探討外，從沒有人期望石墨烯真的出現……直至 2004 年海姆和諾沃肖洛夫的「開創性實驗」。
二人「提煉」石墨烯的方法簡單得難以置信，用膠紙黏掉鉛筆芯的表層，附在膠紙上的便是石墨烯。嚴格來說，膠紙上的石墨並不平均，有的地方黏着多層石墨烯，有的三層，有的兩層，有的一層，我們最感興趣的當然是一層，但這裡遇上另一個難題，如何分辨及尋找單層石墨呢？來到這個厚薄（一至數顆原子厚度），它是透明的，透明的東西很難辨別厚度，莫說石墨烯，窗子是單層或雙層玻璃也未必分得清。海姆和諾沃肖洛夫把膠紙上的石墨印往二氧化矽（SiO2）薄板之上，二氧化矽薄板呈紫色，但光線經過石墨烯的干擾（interference）後呈藍色，不同厚度的石墨烯呈不同深度的藍色（一層油在水面呈彩色的原理差不多），利用光學顯微鏡便看得見（右上圖，點擊放大，圖中數字為厚度）。肉眼認出單層石墨烯之後，二人隨即採用原子力顯微鏡（atomic force microscope）確認其厚薄，果然只有一原子厚，石墨烯這種「不可能」物料竟然面世！
細心的讀者會問，既然原子力顯微鏡能知厚薄，為何需要肉眼辨認呢？這是技術問題，原子力顯微鏡以針尖逐點掃瞄，在如此微細的尺度下，膠紙像是一望無際的平原，在這裡地毯式搜尋「獵物」，無異於大海撈針，因此必須首先收窄範圍。
海姆和諾沃肖洛夫指出，近在眼前的石墨烯遲遲未給發現，原因有二。首先，根本無人認為石墨烯能夠獨立存在；其次，透明的石墨烯放在玻璃或普通平面上根本看不見。諾貝爾委員會在物理學獎科學背景（scientific background）文件中指出，兩人「have succeeded in producing, isolating, identifying and characterizing graphene」，可見今次獎項是表揚他們對基礎科研的貢獻，傳媒廣泛報導的應用如輕觸式屏幕、集成電路、基因排序等反而是次要。
事實上，除輕觸式屏幕以外，其他應用乃願景多於事實，能否打進市場還是未知之數。要打進市場，首先要大量生產，以上描述的「生產過程」，做實驗還可以，大量生產是笑話。現時，工業生產石墨烯的方法可分兩大類。第一類叫「chemical vapour deposition」，把金屬（如銅）與含碳氣體（如 CH4，即甲烷）一起加熱，金屬表面形成一層碳，亦即石墨烯；最近有南韓科學家用此法製造了對角 30 寸的長方形石墨烯塊，打算用於輕觸式屏幕。第二類方法是把碳化矽（SiC，silicon carbide）在接近真空下加熱，其表面亦會形成石墨烯。
這兩種生產工序，在海姆和諾沃肖洛夫的「開創性實驗」之前早已發明，印證了二人獲獎的原因不在應用、而在基礎科研方面。石墨烯的超低電阻及其代替矽作為集成電路材料的潛質早已廣為人知，其生產工序的研究即使沒有以上兩人亦進行得如火如荼；我不懷疑他們的貢獻，科學界亦對二人得獎毫無異議，我只是覺得有點諷刺，假如十年後第一部石墨烯電腦面世，公眾必會歌頌今屆諾獎得主，但事實上，即使沒有他們的「開創性實驗」，石墨烯電腦還是會面世。
當然，經過今屆廣泛宣傳，石墨烯「人氣急升」，其應用研究該會加速，也許這便是海姆和諾沃肖洛夫二人對石墨烯應用的「貢獻」吧。毫無疑問，「石墨烯」一詞將會成電子產品宣傳詞彙的一部分。我在想，假如劉曉波是物理學家，代替了以上兩人作那「開創性實驗」，今屆劉曉波同時獲得物理學獎及和平獎，中國政府在互聯網除了封殺「劉曉波」一詞外，還要不要封殺「石墨烯」一詞呢？
（2010 年 10 月 12 日 信報副刊）
註：事實上，單層石墨在光學顯微鏡下並不明顯（下左圖中間部分），用電子顯微鏡才看得清（下右圖），故嚴格來說，海諾二人是用光學、電子和原子力顯微鏡三管齊下發現石墨烯的。以上文章為簡單起見，沒有提及電子顯微鏡。
學術參考：
M. Sprinkle, et al. (2010), “Scalable Templated Growth of Graphene Nanoribbons on SiC,” Nature Nanotechnology 5, 727-731.
Sukang Bae, et al. (2010), “Roll-to-Roll Production of 30-Inch Graphene Films for Transparent Electrodes,” Nature Nanotechnology 5, 574-578.
A. K. Geim, K. S. Novoselov (2007), “The Rise of Graphene,” Nature Materials 6, 183-191.
K. S. Novoselov, et al. (2005), “Two-Dimensional Atomic Crystals,” PNAS 102, 30, 10451-10453.
K. S. Novoselov, et al. (2004), “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films,” Science 306, 666-669.
2010年10月9日 星期六
會走路的細菌
有人錄影一群細菌的活動，發現有些竟然會站起走路！
它們的「腿」其實是一些叫「type IV pili」的菌毛。菌毛幫助細菌移動是已知多時的事實，科學家一直以為細菌只會「躺臥」着水平移動，這是首次目睹垂直「站立」式行走。
「站立」式走得較快及去得更遠，相信有助細菌探索周圍環境。
Source: Science News
其他報導：ScienceNOW, We Beasties
它們的「腿」其實是一些叫「type IV pili」的菌毛。菌毛幫助細菌移動是已知多時的事實，科學家一直以為細菌只會「躺臥」着水平移動，這是首次目睹垂直「站立」式行走。
「站立」式走得較快及去得更遠，相信有助細菌探索周圍環境。
Source: Science News
其他報導：ScienceNOW, We Beasties
2010年10月5日 星期二
狸貓換太子 ── 杜鵑鳥版
某晚，我發了這樣的一個夢。
我來到一個純白色空間，一排排高聳的書架向遠方伸延，一望無際。每個書架的外側都刻着這樣一句：「這是神造萬物的筆記，記載着每種生物的設計過程，創世記只是非常簡短的撮要。」最後那一句，似是為我等凡人度身定造。
原來這是神的檔案室，隨手拿下一疊厚厚的筆記翻閱，三個字忽然引起我的注意：杜鵑鳥。
眾所周知，杜鵑鳥把培育幼鳥的責任推給其他鳥類，如此缺乏責任感的壞榜樣，神怎會容許？神設計杜鵑鳥的目的何在？
在「杜鵑鳥」的標題下，神這樣寫：
（B）圈着，神顯然選擇了後者。
祂想了多久才選擇（B），我不知道，我只知道人類花了一個世紀才知道神選擇了（B）。十八世紀時，杜鵑的寄生習性經已廣為人知，有人看見杜鵑啣着鳥蛋飛行，誤以為牠下蛋後才尋找寄主；十九世紀初，觀察杜鵑的記載漸多，真相才漸漸浮現，原來杜鵑是「偷龍轉鳳」的能手，在寄主的窩下蛋後，為保持巢內蛋數不變，會啣走一只，故其口中並非自己的蛋，而是別人的蛋。
未知真相前，（A）和（B）都有可能。真相大白後，（B）變得理所當然，反而從沒去想別的可能性，今晚重溫神的筆記，果收溫故知新之效。
神續寫：
（A）圈着，如今日我們所知的一樣。
知道今天的答案之前，我們在（A）和（B）之間猶豫了很久。有人見過杜鵑雛鳥本能地「剷除異己」，可是亦有人遇過更古怪的情況，十九世紀一些德國觀鳥者從未親眼目睹杜鵑雛鳥「剷除異己」，反而巢內的鳥蛋在他們未及觀察時不翼而飛，故他們斷定，一定是杜鵑母鳥趁沒有人在的時候，替兒女作最後一件「好事」。（A）和（B），哪個是真，哪個是假？怎樣解釋以上矛盾呢？
近年才發現，杜鵑雛鳥缺乏維持體溫的能力，若寄主母鳥在天氣清涼的日子離巢太久，杜鵑雛鳥便沒有足夠體溫去履行「剷除異己」的本能，必須待至養母回歸，窩巢回暖，才能完成「任務」。為何那些德國觀鳥者無法目睹？沒人知道，很可能是他們不夠貫徹始終，見杜鵑雛鳥孵化後沒有動靜便鬆懈，不再深究；也難怪，可能他們一早斷定剛剛破殼的雛鳥未有足夠力氣，必須借助「外力」方能剷除同伴，其生母便是最「現成」的元兇。
杜鵑鳥逃避責任真的徹底，連「謀殺同伴」這種髒事也留給兒女「獨力承擔」，神最好有充分理由解釋杜鵑鳥的存在，否則我不相信神的存在。
杜鵑雛鳥既要剷除同伴，孵化必須比同伴早，神寫道：
讓我解釋一下。幼鳥在蛋內發育，可視作一連串化學反應（所有生物都是一大堆化學反應），早點孵化即化學反應提早完結，怎樣提早完結呢？第一個做法，降低要求（A），一茶匙化學物和一湯碗化學物，哪較快用完？當然是前者。蛋重和哺蛋時間成正比，這是幾十年前已經知道的。第二個做法，改變成分（B），加點激素，加點摧化劑，加速化學反應。第三個做法，保留蛋於體內較長時間（C）；之所以要哺蛋，是因為蛋內的化學反應需要高於室溫，保留蛋於體內愈久，下蛋後所需的哺育便愈短。
神圈着（C）。
多數鳥類隔 24 小時下蛋，杜鵑和某幾種寄生鳥隔 48 小時下蛋，這替體內哺育提供了伏線。最近一次研究，發現杜鵑鳥蛋一出母體，其胚胎已比其他鳥類成熟，與一些雀科（杜鵑的慣常寄主）鳥蛋經人工哺育 24 小時後的狀態相約，換言之，經過生母的體內哺育，杜鵑鳥蛋「偷步」了一整天時間。
鈴……鈴……鈴……鬧鐘響。
我不想睡醒，因為還未看完神的筆記，還有很多疑團未解，例如有些寄主懂得辨認杜鵑鳥蛋，將之摒棄，牠們憑什麼認出呢？有些更懂得杜鵑雛鳥並非己出，不予喂飼，哪種鳥類有這能耐？既然牠們有此能耐，為何杜鵑鳥仍在牠們的巢下蛋？杜鵑又是如何選擇寄主的呢？這些問題，科學界仍未有答案，但我肯定神的筆記會有答案。
幸好，離開夢境前給我瞥見了最重要的一段，神寫道：「設計此鳥的目的，在於給人製造迷團，使他懷疑我的存在，刺激他對自然現象的思考，不要事事歸咎於我。我賜人智慧，希望他認真了解萬物的奇妙，不是讀完聖經便算。」
創世記，果然只是撮要。
（2010 年 10 月 5 日 信報副刊）
學術參考：
T. R. Birkhead, et al. (2010), “Internal Incubation and Early Hatching in Brood Parasitic Birds,” Proc. R. Soc. B, doi:10.1098/rspb.2010.1504
Karl Schulze-Hagen, Bard G. Stokke, Tim R. Birkhead (2009), “Reproductive Biology of the European Cuckoo Cuculus canorus: Early Insights, Persistent Errors and the Acquisition of Knowledge,” J Ornithol 150, 1–16.
H. Rahn, A. Ar (1974), “The Avian Egg: Incubation Time and Water Loss,” Condor 76, 147–152.
我來到一個純白色空間，一排排高聳的書架向遠方伸延，一望無際。每個書架的外側都刻着這樣一句：「這是神造萬物的筆記，記載着每種生物的設計過程，創世記只是非常簡短的撮要。」最後那一句，似是為我等凡人度身定造。
原來這是神的檔案室，隨手拿下一疊厚厚的筆記翻閱，三個字忽然引起我的注意：杜鵑鳥。
眾所周知，杜鵑鳥把培育幼鳥的責任推給其他鳥類，如此缺乏責任感的壞榜樣，神怎會容許？神設計杜鵑鳥的目的何在？
在「杜鵑鳥」的標題下，神這樣寫：
把幼鳥寄養在其他鳥類的巢，需要解決幾個問題。
蛋如何放進寄主的巢？
（A）下蛋後搬至寄主的巢
（B）直接在寄主的巢下蛋
蛋如何放進寄主的巢？
（A）下蛋後搬至寄主的巢
（B）直接在寄主的巢下蛋
（B）圈着，神顯然選擇了後者。
祂想了多久才選擇（B），我不知道，我只知道人類花了一個世紀才知道神選擇了（B）。十八世紀時，杜鵑的寄生習性經已廣為人知，有人看見杜鵑啣着鳥蛋飛行，誤以為牠下蛋後才尋找寄主；十九世紀初，觀察杜鵑的記載漸多，真相才漸漸浮現，原來杜鵑是「偷龍轉鳳」的能手，在寄主的窩下蛋後，為保持巢內蛋數不變，會啣走一只，故其口中並非自己的蛋，而是別人的蛋。
未知真相前，（A）和（B）都有可能。真相大白後，（B）變得理所當然，反而從沒去想別的可能性，今晚重溫神的筆記，果收溫故知新之效。
神續寫：
如何剷除寄主的幼鳥？
（A）雛鳥孵化後自行剷除
（B）母鳥在附近守候，待自己的雛鳥孵化後，一一將其他幼鳥剷除
（A）雛鳥孵化後自行剷除
（B）母鳥在附近守候，待自己的雛鳥孵化後，一一將其他幼鳥剷除
（A）圈着，如今日我們所知的一樣。
知道今天的答案之前，我們在（A）和（B）之間猶豫了很久。有人見過杜鵑雛鳥本能地「剷除異己」，可是亦有人遇過更古怪的情況，十九世紀一些德國觀鳥者從未親眼目睹杜鵑雛鳥「剷除異己」，反而巢內的鳥蛋在他們未及觀察時不翼而飛，故他們斷定，一定是杜鵑母鳥趁沒有人在的時候，替兒女作最後一件「好事」。（A）和（B），哪個是真，哪個是假？怎樣解釋以上矛盾呢？
近年才發現，杜鵑雛鳥缺乏維持體溫的能力，若寄主母鳥在天氣清涼的日子離巢太久，杜鵑雛鳥便沒有足夠體溫去履行「剷除異己」的本能，必須待至養母回歸，窩巢回暖，才能完成「任務」。為何那些德國觀鳥者無法目睹？沒人知道，很可能是他們不夠貫徹始終，見杜鵑雛鳥孵化後沒有動靜便鬆懈，不再深究；也難怪，可能他們一早斷定剛剛破殼的雛鳥未有足夠力氣，必須借助「外力」方能剷除同伴，其生母便是最「現成」的元兇。
杜鵑鳥逃避責任真的徹底，連「謀殺同伴」這種髒事也留給兒女「獨力承擔」，神最好有充分理由解釋杜鵑鳥的存在，否則我不相信神的存在。
杜鵑雛鳥既要剷除同伴，孵化必須比同伴早，神寫道：
如何確保孵化得早？
（A）降低蛋的重量
（B）改良蛋內的化學成分
（C）體內哺育
（A）降低蛋的重量
（B）改良蛋內的化學成分
（C）體內哺育
讓我解釋一下。幼鳥在蛋內發育，可視作一連串化學反應（所有生物都是一大堆化學反應），早點孵化即化學反應提早完結，怎樣提早完結呢？第一個做法，降低要求（A），一茶匙化學物和一湯碗化學物，哪較快用完？當然是前者。蛋重和哺蛋時間成正比，這是幾十年前已經知道的。第二個做法，改變成分（B），加點激素，加點摧化劑，加速化學反應。第三個做法，保留蛋於體內較長時間（C）；之所以要哺蛋，是因為蛋內的化學反應需要高於室溫，保留蛋於體內愈久，下蛋後所需的哺育便愈短。
神圈着（C）。
多數鳥類隔 24 小時下蛋，杜鵑和某幾種寄生鳥隔 48 小時下蛋，這替體內哺育提供了伏線。最近一次研究，發現杜鵑鳥蛋一出母體，其胚胎已比其他鳥類成熟，與一些雀科（杜鵑的慣常寄主）鳥蛋經人工哺育 24 小時後的狀態相約，換言之，經過生母的體內哺育，杜鵑鳥蛋「偷步」了一整天時間。
鈴……鈴……鈴……鬧鐘響。
我不想睡醒，因為還未看完神的筆記，還有很多疑團未解，例如有些寄主懂得辨認杜鵑鳥蛋，將之摒棄，牠們憑什麼認出呢？有些更懂得杜鵑雛鳥並非己出，不予喂飼，哪種鳥類有這能耐？既然牠們有此能耐，為何杜鵑鳥仍在牠們的巢下蛋？杜鵑又是如何選擇寄主的呢？這些問題，科學界仍未有答案，但我肯定神的筆記會有答案。
幸好，離開夢境前給我瞥見了最重要的一段，神寫道：「設計此鳥的目的，在於給人製造迷團，使他懷疑我的存在，刺激他對自然現象的思考，不要事事歸咎於我。我賜人智慧，希望他認真了解萬物的奇妙，不是讀完聖經便算。」
創世記，果然只是撮要。
（2010 年 10 月 5 日 信報副刊）
學術參考：
T. R. Birkhead, et al. (2010), “Internal Incubation and Early Hatching in Brood Parasitic Birds,” Proc. R. Soc. B, doi:10.1098/rspb.2010.1504
Karl Schulze-Hagen, Bard G. Stokke, Tim R. Birkhead (2009), “Reproductive Biology of the European Cuckoo Cuculus canorus: Early Insights, Persistent Errors and the Acquisition of Knowledge,” J Ornithol 150, 1–16.
H. Rahn, A. Ar (1974), “The Avian Egg: Incubation Time and Water Loss,” Condor 76, 147–152.
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