科學新粹


1991年10月262期｜上一篇＃發行日期：1991、10 ＃期號：0262 ＃專欄：科學新粹＃標題：科學新粹＃作者：曹培熙陳鴻章楊意暐譯．低溫暗質可能仍主宰著宇宙．甜甜圈分子能造出更健康的食品．「藍色掉隊者」長壽之謎．圖：正常狀況下，「藍色掉隊者」應該已經偏離主序帶，其他與它溫度相近的星球，早已耗盡燃料而偏離主序帶。．圖		科學新粹低溫暗質可能仍主宰著宇宙曹培熙譯根據最近對於宇宙背景輻射（大霹靂的遺跡）所作的觀察來推測，低溫暗質（cold dark matter，簡稱CDM）也許仍能說明宇宙的構造。在南極所作的觀測，肯定地排除「高溫暗質」的存在。所謂高溫暗質，是以微中子之類粒子形式存在的物質，這種物質裡的粒子是以光速或接近光速運動的。這項觀測所用技術的靈敏度很高，若是背景輻射有與低溫暗質理論預測不符之處，它幾乎足以將這不符之處測出。 CDM理論認為，宇宙質量的90～99％，都是不發光的物質，也就是暗質。若有暗質存在，能見到的恆星或星系發出的光線會受暗質重力場影響，天文學家們由於觀察到這種影響，而得知暗質的存在。低溫暗質中的粒子會聚集成團，就像正常物質一樣，其運動速度相當低。這些暗質團，原本該是形成各能見星系時的各質量中心。雖然CDM粒子在理論上有存在的根據，可是至今尚未有所發現。有人把這些假想的粒子命名為「假想子」（axion）或「光微子」（photino）。關於暗質的理論模型中，最近居於領先地位的是CDM學說。計算機模擬的結果顯示，若是在CDM的浩瀚分布中，嵌著各明亮星系，則在宇宙膨脹演化時，這些星系會形成星團和星鏈，很像天空中所看到的那樣。不過，模擬的結果跟真的天空不很吻合。今年稍早的時候，《自然》（Nature）曾登出一些報導，說CDM理論已死，後來也有報紙跟進。這些戲劇性故事的起頭，是純CDM理論預測與星系的真實分布之間，小小的不符。多罕（Durham）大學的夫侖可（C. Frenck）和多倫多大學的凱瑟（N. Kaiser），是兩位主要的CDM理論家。他們最近責備撰寫那些戲劇性故事的人，並指出觀測結果只顯示，除了低溫暗質的重力影響以外，還有別的因素在影響實際現象，而且新的觀測所獲資料，並未自動排除低溫暗質的存在（Nature，351：22, 1991）。他們說，例如大霹靂之後，宇宙中可能留下一些由宇宙絃（cosmic string）構成的環（loop），而由重力對星系的分布產生影響。他們認為，低溫暗質絕非已經亡故。夫侖可與凱瑟的論點，獲得《物理論壇快報》（Physical Review Letter, 66：2179）所登載新報導的支持，這篇論文的作者包括加拿大理論物理研究院、牛津大學及加州大學聖巴巴拉校區的一群研究工作者。他們詮釋在南極觀測宇宙背景輻射的結果，並分別與高溫暗質及低溫暗質模型的預測相比較。物質在宇宙中的分布，會反映在宇宙背景輻射上，而使空中不同方向的溫度有差別。這輻射的平均溫度是－270℃，也就是比絕對零度高3度。常用於表示暗質模型的一個數，叫做「偏向因數」（biasing factor）。若明亮星系的分布與暗質的分布相同，則偏向因數等於1；如果明亮星系像CDM理論所預期般，比暗質密集，則偏向因數大於1。就高溫暗質模型而言，偏向因數要比1小得多。可是關於宇宙背景輻射的新觀測，指出事實上偏向因數大於0.86。這事實有效地排除所有的高溫暗質模型，而接近CDM模型所預測的數值。蘇聯人造衛星RELICT 1號觀測宇宙微波背景輻射時，已經顯示偏向因數大於0.4，但仍不足以徹底否定高溫暗質說。美國航太總署的宇宙背景探測器COBE，現在正環繞地球進行觀測，它很快就要量測背景輻射隨方向分布的不均勻程度，若是CDM確實以其重力主宰著宇宙，這探測器的精密度，會使CDM效應呈現出來。甜甜圈分子能造出更健康的食品陳鴻章譯「聚環狀糊精及超臨界流體技術，可以輕而易舉的去除食品中90％的膽固醇。」低膽固醇的蛋、牛奶製品及速食，將會愈來愈受重視健康的消費者歡迎。澳洲的研究專家在探求兩種技術，這兩種技術都可去除90％左右的膽固醇，而不會改變食物的味道、營養價值或構造。血液中膽固醇含量過高會引起心臟疾病，已經是不爭的事實；食用低膽固醇的食物將能改善心臟病患者。席德胡（C. Sidhu）是位生化學家，在澳洲政府研究機構CSIRO工作，他說有種新技術能幫助人們每天膽固醇攝取量維持在美國心臟基金會所推薦的300毫克以下。 β-環狀糊精（β-CD）是從澱粉衍生出來的一種不具毒性的物質，由7個葡萄糖分子連結而成，具有甜甜圈狀結構（見圖）。α-CD及γ-CD是類似β-CD的分子，其分子由6及8個葡萄糖分子連結而成。席德胡和同事卡肯弗（D.Cakenful），已發展了一種以β-CD為基礎的聚合物。此聚合物可與打碎的蛋和牛奶中的膽固醇凝結，這是因為β-CD分子的甜甜圈狀結構所導致，這時，膽固醇會緊貼甜甜圈狀的洞，然後被吸入分子的中心。如果將經過β-CD處理的食物在離心分離機中旋轉，則可分離出擠滿膽固醇的β-CD聚合物。依據席德胡的說法，這種技術可去除80～90％的膽固醇。 β-CD技術真正的好處是，它在5℃的低溫亦能作用。這意思是食物不會因加熱而損壞，並且在加工過程中因冷藏的關係可阻止微生物的滋長。他說許多食品公司已經有所需的設備，並且β-CD的造價非常便宜。 CSIRO早在今年就和澳洲一家蛋類製造公司簽下合約。這公司製造出粉狀及液體狀的低膽固醇蛋，這種有益身體健康的蛋能廣泛使用於各種食物中，從蛋酒、冰淇淋、餡餅皮到蛋黃醬等。福斯特爾（N. Foster）是新南威爾斯大學的化學工程師，他使用所謂的超臨界流體技術（supercritical fluid technology, SFT），從脂肪和油中抽取出膽固醇。當氣體受壓到臨界點之外，它會從常態變成液體，形成超臨界流體，此時，氣體會同時具有氣體和液體的特性。例如，二氧化碳的超臨界點是31℃和約73大氣壓，SFT的應用要領就是，找出壓力和溫度的適度平衡點。為了去除膽固醇，福斯特爾讓超臨界點的二氧化碳穿過一個類似家用壓力鍋，其內裝有油脂的容器。液態的二氧化碳會溶解膽固醇，接著，藉著容器逐漸降低的溫度和壓力，超臨界流體便會回到氣體狀態。當氣體從油中擴散出來時，便會將溶於其中之膽固醇順便帶出來。當氣體通過吸附床時，會存積在吸收劑上，而二氧化碳則可一直循環利用。福斯特爾聲稱此一過程可去除所有未附著於脂質上的膽固醇，這些膽固醇大約占所有膽固醇90％左右。因為二氧化碳變成超臨界點流體的溫度接近室溫，因此，不能久煮的食物在加工過程中，不會受到傷害。目前，福斯特爾正循著自己的計畫找尋商業合作的伙伴。（譯自 New Scientist, 18May 1991.）「藍色掉隊者」長壽之謎楊意暐譯天文學家一直為一種壽命特別長的星體──「藍色掉隊者」（blue straggler）──所迷惑。而今，美國和加拿大的兩位天文學家，使這個謎展露一線曙光。他們認為，這種星體將其外部氫混入中心，補充星球內部的燃料，使它具有較長的壽命。加拿大維多利亞大學的普萊契特（C. Pritchet）和葛拉斯培（J. Glaspey）使用加拿大-法國-夏威夷合作的一部望遠鏡觀測，發展出一套學說。他們認為，「藍色掉隊者」是兩顆較小的星體互撞合併，使星球內部的物質重新混合所形成的星體。「藍色掉隊者」在1953年由桑達吉（A. Sandage）在M3球狀星團中首先發現。此後，陸續在其他星團中發現該類星體。此類星體違反了天文學中主序星的質量與壽命的基本關係。星球內部的質量，用來當作燃料進行核融合反應，將氫融合成氦，並釋放出光和熱，這叫作「主序星」（見圖）。包括太陽在內的90％的星是主序星。星球隨著時間的流逝逐漸將氫燃料消耗殆盡而逐漸離開主序帶。所以在主序帶上，質量愈大的星體，星球的溫度就愈高，顏色看起來愈藍，光度也愈大，消耗氫燃料的速度愈快，壽命較短。同一星團中，星體都是同時形成的，輕星比重星長壽。「藍色掉隊者」雖然比其他已經老死消失的星體質量還大、顏色更藍、溫度更高，卻仍留在主序帶上不離開，不符合前面所描述的天文學定律。普萊契特和葛拉斯培為想了解這謎，他們測量了M67星團中的7個「藍色掉隊者」表面鋰金屬的含量。鋰是一種容易分解的元素。當溫度超過200萬度時，鋰原子核就會分解為氦。這暗示著鋰僅能存在於溫度較低的星球表面，而不能存在於高溫的星球內部。如何估計星球表面的鋰含量呢？普萊契特和葛拉斯培測量星體的吸收光譜。鋰吸收波長6707Å的紅光。這次觀測必須使用夏威夷Mauna Kea山頂上直徑3.6公尺的望遠鏡。普萊契特和葛拉斯培發現：所有「藍色掉隊者」的光譜中，都沒有鋰的吸收譜線。然而在主序帶上，類似溫度的星體皆可觀測到鋰吸收譜線。這二位天文學家認為：「藍色掉隊者」內部有某些攪動，將星球表面的鋰帶至星球內部而受到高溫燒毀成氦。有一種說法是－－星球的快速旋轉或強磁場，使星球物質攪動混合。這種攪動將金屬鋰曳至高溫的內部而燒毀。同時星球外部的氫燃料，也被帶至星球內部燃燒而延長星球的壽命。普萊契特和葛拉斯塔比較不贊同上述的說法。他們認為「藍色掉隊者」是由二個質量較小的星體碰撞合併而成。因為質量小的星可以有比較長的壽命，所以他們合成的「藍色掉隊者」質量變大時，還能賴在主序帶上，而其他與它相同質量的星卻已逝去。根據普萊契特和葛拉斯培的理論，兩個小星球互相碰撞，形成一個較大的星體，使星球內部的物質充分混合，亦將星球表面的鋰帶至高熱的星球內部而燒毀。這點可以解釋為什麼「藍色掉隊者」沒有鋰的譜線。（譯自 New Scientist﹐23 Feb. 1991）
		回到最上面
科學月刊全文資料庫最佳瀏覽解析度800*600，請使用IE4.0以上版本的瀏覽器科學月刊雜誌社．金台灣資訊事業有限公司．圖龍文化事業股份有限公司版權所有 Copyright 2000 Science Monthly and King-Taiwan Information Technology Inc. All Rights Reserved.


1991年10月262期｜上一篇＃發行日期：1991、10 ＃期號：0262 ＃專欄：科學新粹＃標題：科學新粹＃作者：曹培熙陳鴻章楊意暐譯．低溫暗質可能仍主宰著宇宙．甜甜圈分子能造出更健康的食品．「藍色掉隊者」長壽之謎．圖：正常狀況下，「藍色掉隊者」應該已經偏離主序帶，其他與它溫度相近的星球，早已耗盡燃料而偏離主序帶。．圖		科學新粹低溫暗質可能仍主宰著宇宙曹培熙譯根據最近對於宇宙背景輻射（大霹靂的遺跡）所作的觀察來推測，低溫暗質（cold dark matter，簡稱CDM）也許仍能說明宇宙的構造。在南極所作的觀測，肯定地排除「高溫暗質」的存在。所謂高溫暗質，是以微中子之類粒子形式存在的物質，這種物質裡的粒子是以光速或接近光速運動的。這項觀測所用技術的靈敏度很高，若是背景輻射有與低溫暗質理論預測不符之處，它幾乎足以將這不符之處測出。 CDM理論認為，宇宙質量的90～99％，都是不發光的物質，也就是暗質。若有暗質存在，能見到的恆星或星系發出的光線會受暗質重力場影響，天文學家們由於觀察到這種影響，而得知暗質的存在。低溫暗質中的粒子會聚集成團，就像正常物質一樣，其運動速度相當低。這些暗質團，原本該是形成各能見星系時的各質量中心。雖然CDM粒子在理論上有存在的根據，可是至今尚未有所發現。有人把這些假想的粒子命名為「假想子」（axion）或「光微子」（photino）。關於暗質的理論模型中，最近居於領先地位的是CDM學說。計算機模擬的結果顯示，若是在CDM的浩瀚分布中，嵌著各明亮星系，則在宇宙膨脹演化時，這些星系會形成星團和星鏈，很像天空中所看到的那樣。不過，模擬的結果跟真的天空不很吻合。今年稍早的時候，《自然》（Nature）曾登出一些報導，說CDM理論已死，後來也有報紙跟進。這些戲劇性故事的起頭，是純CDM理論預測與星系的真實分布之間，小小的不符。多罕（Durham）大學的夫侖可（C. Frenck）和多倫多大學的凱瑟（N. Kaiser），是兩位主要的CDM理論家。他們最近責備撰寫那些戲劇性故事的人，並指出觀測結果只顯示，除了低溫暗質的重力影響以外，還有別的因素在影響實際現象，而且新的觀測所獲資料，並未自動排除低溫暗質的存在（Nature，351：22, 1991）。他們說，例如大霹靂之後，宇宙中可能留下一些由宇宙絃（cosmic string）構成的環（loop），而由重力對星系的分布產生影響。他們認為，低溫暗質絕非已經亡故。夫侖可與凱瑟的論點，獲得《物理論壇快報》（Physical Review Letter, 66：2179）所登載新報導的支持，這篇論文的作者包括加拿大理論物理研究院、牛津大學及加州大學聖巴巴拉校區的一群研究工作者。他們詮釋在南極觀測宇宙背景輻射的結果，並分別與高溫暗質及低溫暗質模型的預測相比較。物質在宇宙中的分布，會反映在宇宙背景輻射上，而使空中不同方向的溫度有差別。這輻射的平均溫度是－270℃，也就是比絕對零度高3度。常用於表示暗質模型的一個數，叫做「偏向因數」（biasing factor）。若明亮星系的分布與暗質的分布相同，則偏向因數等於1；如果明亮星系像CDM理論所預期般，比暗質密集，則偏向因數大於1。就高溫暗質模型而言，偏向因數要比1小得多。可是關於宇宙背景輻射的新觀測，指出事實上偏向因數大於0.86。這事實有效地排除所有的高溫暗質模型，而接近CDM模型所預測的數值。蘇聯人造衛星RELICT 1號觀測宇宙微波背景輻射時，已經顯示偏向因數大於0.4，但仍不足以徹底否定高溫暗質說。美國航太總署的宇宙背景探測器COBE，現在正環繞地球進行觀測，它很快就要量測背景輻射隨方向分布的不均勻程度，若是CDM確實以其重力主宰著宇宙，這探測器的精密度，會使CDM效應呈現出來。甜甜圈分子能造出更健康的食品陳鴻章譯「聚環狀糊精及超臨界流體技術，可以輕而易舉的去除食品中90％的膽固醇。」低膽固醇的蛋、牛奶製品及速食，將會愈來愈受重視健康的消費者歡迎。澳洲的研究專家在探求兩種技術，這兩種技術都可去除90％左右的膽固醇，而不會改變食物的味道、營養價值或構造。血液中膽固醇含量過高會引起心臟疾病，已經是不爭的事實；食用低膽固醇的食物將能改善心臟病患者。席德胡（C. Sidhu）是位生化學家，在澳洲政府研究機構CSIRO工作，他說有種新技術能幫助人們每天膽固醇攝取量維持在美國心臟基金會所推薦的300毫克以下。 β-環狀糊精（β-CD）是從澱粉衍生出來的一種不具毒性的物質，由7個葡萄糖分子連結而成，具有甜甜圈狀結構（見圖）。α-CD及γ-CD是類似β-CD的分子，其分子由6及8個葡萄糖分子連結而成。席德胡和同事卡肯弗（D.Cakenful），已發展了一種以β-CD為基礎的聚合物。此聚合物可與打碎的蛋和牛奶中的膽固醇凝結，這是因為β-CD分子的甜甜圈狀結構所導致，這時，膽固醇會緊貼甜甜圈狀的洞，然後被吸入分子的中心。如果將經過β-CD處理的食物在離心分離機中旋轉，則可分離出擠滿膽固醇的β-CD聚合物。依據席德胡的說法，這種技術可去除80～90％的膽固醇。 β-CD技術真正的好處是，它在5℃的低溫亦能作用。這意思是食物不會因加熱而損壞，並且在加工過程中因冷藏的關係可阻止微生物的滋長。他說許多食品公司已經有所需的設備，並且β-CD的造價非常便宜。 CSIRO早在今年就和澳洲一家蛋類製造公司簽下合約。這公司製造出粉狀及液體狀的低膽固醇蛋，這種有益身體健康的蛋能廣泛使用於各種食物中，從蛋酒、冰淇淋、餡餅皮到蛋黃醬等。福斯特爾（N. Foster）是新南威爾斯大學的化學工程師，他使用所謂的超臨界流體技術（supercritical fluid technology, SFT），從脂肪和油中抽取出膽固醇。當氣體受壓到臨界點之外，它會從常態變成液體，形成超臨界流體，此時，氣體會同時具有氣體和液體的特性。例如，二氧化碳的超臨界點是31℃和約73大氣壓，SFT的應用要領就是，找出壓力和溫度的適度平衡點。為了去除膽固醇，福斯特爾讓超臨界點的二氧化碳穿過一個類似家用壓力鍋，其內裝有油脂的容器。液態的二氧化碳會溶解膽固醇，接著，藉著容器逐漸降低的溫度和壓力，超臨界流體便會回到氣體狀態。當氣體從油中擴散出來時，便會將溶於其中之膽固醇順便帶出來。當氣體通過吸附床時，會存積在吸收劑上，而二氧化碳則可一直循環利用。福斯特爾聲稱此一過程可去除所有未附著於脂質上的膽固醇，這些膽固醇大約占所有膽固醇90％左右。因為二氧化碳變成超臨界點流體的溫度接近室溫，因此，不能久煮的食物在加工過程中，不會受到傷害。目前，福斯特爾正循著自己的計畫找尋商業合作的伙伴。（譯自 New Scientist, 18May 1991.）「藍色掉隊者」長壽之謎楊意暐譯天文學家一直為一種壽命特別長的星體──「藍色掉隊者」（blue straggler）──所迷惑。而今，美國和加拿大的兩位天文學家，使這個謎展露一線曙光。他們認為，這種星體將其外部氫混入中心，補充星球內部的燃料，使它具有較長的壽命。加拿大維多利亞大學的普萊契特（C. Pritchet）和葛拉斯培（J. Glaspey）使用加拿大-法國-夏威夷合作的一部望遠鏡觀測，發展出一套學說。他們認為，「藍色掉隊者」是兩顆較小的星體互撞合併，使星球內部的物質重新混合所形成的星體。「藍色掉隊者」在1953年由桑達吉（A. Sandage）在M3球狀星團中首先發現。此後，陸續在其他星團中發現該類星體。此類星體違反了天文學中主序星的質量與壽命的基本關係。星球內部的質量，用來當作燃料進行核融合反應，將氫融合成氦，並釋放出光和熱，這叫作「主序星」（見圖）。包括太陽在內的90％的星是主序星。星球隨著時間的流逝逐漸將氫燃料消耗殆盡而逐漸離開主序帶。所以在主序帶上，質量愈大的星體，星球的溫度就愈高，顏色看起來愈藍，光度也愈大，消耗氫燃料的速度愈快，壽命較短。同一星團中，星體都是同時形成的，輕星比重星長壽。「藍色掉隊者」雖然比其他已經老死消失的星體質量還大、顏色更藍、溫度更高，卻仍留在主序帶上不離開，不符合前面所描述的天文學定律。普萊契特和葛拉斯培為想了解這謎，他們測量了M67星團中的7個「藍色掉隊者」表面鋰金屬的含量。鋰是一種容易分解的元素。當溫度超過200萬度時，鋰原子核就會分解為氦。這暗示著鋰僅能存在於溫度較低的星球表面，而不能存在於高溫的星球內部。如何估計星球表面的鋰含量呢？普萊契特和葛拉斯培測量星體的吸收光譜。鋰吸收波長6707Å的紅光。這次觀測必須使用夏威夷Mauna Kea山頂上直徑3.6公尺的望遠鏡。普萊契特和葛拉斯培發現：所有「藍色掉隊者」的光譜中，都沒有鋰的吸收譜線。然而在主序帶上，類似溫度的星體皆可觀測到鋰吸收譜線。這二位天文學家認為：「藍色掉隊者」內部有某些攪動，將星球表面的鋰帶至星球內部而受到高溫燒毀成氦。有一種說法是－－星球的快速旋轉或強磁場，使星球物質攪動混合。這種攪動將金屬鋰曳至高溫的內部而燒毀。同時星球外部的氫燃料，也被帶至星球內部燃燒而延長星球的壽命。普萊契特和葛拉斯塔比較不贊同上述的說法。他們認為「藍色掉隊者」是由二個質量較小的星體碰撞合併而成。因為質量小的星可以有比較長的壽命，所以他們合成的「藍色掉隊者」質量變大時，還能賴在主序帶上，而其他與它相同質量的星卻已逝去。根據普萊契特和葛拉斯培的理論，兩個小星球互相碰撞，形成一個較大的星體，使星球內部的物質充分混合，亦將星球表面的鋰帶至高熱的星球內部而燒毀。這點可以解釋為什麼「藍色掉隊者」沒有鋰的譜線。（譯自 New Scientist﹐23 Feb. 1991）
		回到最上面
科學月刊全文資料庫最佳瀏覽解析度800*600，請使用IE4.0以上版本的瀏覽器科學月刊雜誌社．金台灣資訊事業有限公司．圖龍文化事業股份有限公司版權所有 Copyright 2000 Science Monthly and King-Taiwan Information Technology Inc. All Rights Reserved.