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馬老師的一堂科普課
前言：馬志欽老師生前在政大新聞系教授「自然科學概論」十餘載，並於生命中最後一年抱病在世新大學開設「科技新聞導讀」，總是盡量以深入淺出的方式讓科學說白話。假使今年春天這兩門課仍由他執教，那麼某一天在課堂上，很可能會出現如下的對話。
＊ ＊ ＊
馬老師：各位同學想一想，最近有什麼熱門的科技新聞名詞？我來做個提示，是兩個字的。
某學生：老師，兩個字的我想不到，三個字的倒是有。
馬老師：三個字的是什麼？
某學生：「外星人」！
某某學生：還有「老少配」！
馬老師：「外星人」是政治新聞，「老少配」是社會新聞，跟科技都扯不上關係。
某學生：「老少配」能不能有愛情結晶，就和科技大有關係了。
馬老師：這麼說也有道理。如果你對這個問題感興趣，我可以推薦你看一本書：時報文化出版的《複製之謎》。不過「老少配」到此為止，還有沒有同學想到什麼科技新聞名詞？
某學生：老師，我也想不出有什麼兩個字的，不過四個字、五個字的都有。
馬老師：那又是什麼？
某學生：四個字的是「經濟蕭條」，五個字的是「經濟不景氣」。
馬老師：別鬧了，這些也不算科技新聞。
某學生：老師，我想到了，是不是「共振」？
馬老師：答對了！最近這個名詞炒得很熱，我們應該好好解讀一番。
某學生：老師，是不是高鐵、南科各說各話的那個「共振」？
馬老師：對，對，就是那個「共振」。
某學生：殷琪董事長在記者會上特別強調「震動」和「共振」不一樣，是不是又在玩文字遊戲？
馬老師：這次倒不是，「震動」和「共振」的確不一樣。
某學生：有什麼不一樣呢？
馬老師：「震動」這個名詞在科技上的用法，和日常生活中幾乎相同。對了，「震動」有時也寫成「振動」(在黑板上寫下這四個字)，這兩個詞沒有太大差別。
某學生：那麼「共振」呢？
馬老師：「共振」是個專有名詞，有它的特殊用法，不能用你的直覺去瞭解。讓我們從頭說起，如果你想把能量灌到一個東西裡面，通常那個東西會吸收一部分，吐出一部分。就好像你拿各種食物餵小貓小狗，牠們雖然貪吃，也絕不會照單全收，有些食物嚼嚼沒味道，就會馬上吐出來。
某學生：這和共振有什麼關係呢？
馬老師：別著急，聽我說下去。共振的定義，用最廣義的說法，就是當你把能量輸入一個東西的時候，那東西竟然通通吞下去，一點也不吐出來。這是很特殊的現象，可是有時的確會出現。
某學生：老師說的定義，好像和「共振」兩個字沒有關係嘛！
馬老師：耐心聽下去，其實還是有關係的。我先舉個例子，在美國曾經發生過一件事，剛好有人用錄影機拍了下來。有一座很大、很堅固的吊橋，竟然在一陣強風中給吹斷了！有沒有同學聽說過？
某學生：有，電視上演過！
馬老師：這就是標準的共振現象。風的能量不斷灌入吊橋，吊橋卻一點都不吐出來。這些能量在吊橋中不斷累積，讓吊橋的擺盪幅度愈來愈大，最後當然就折斷了。
某學生：聽是聽懂了，但我還是無法把這種現象和「共振」兩個字聯想在一起。
馬老師：那麼我再舉另一個例子。各位都應該盪過鞦韆吧？假設有個小弟弟坐在鞦韆上，小弟弟年紀太小，不懂得怎麼用力，剛好你在旁邊，他就拜託你幫忙。請問你幫他推的時候，要不要張開眼睛？
某學生：當然要張開眼睛，不然怎麼曉得應該什麼時候推他？
馬老師：說得好，這就是關鍵。想要把鞦韆愈推愈高，就得在適當的時候出手。什麼是適當的時候呢？就是每次鞦韆盪到你這一端(在黑板上畫個鞦韆的簡圖)，剛好暫停的那一瞬間。這時候你用力一推，鞦韆就會加速擺盪。只要多推幾次，鞦韆就會盪得很高，小弟弟也就嚇哭了。
某學生：這就是共振嗎？
馬老師：對，這就是共振的一個例子。你輸入鞦韆的那些能量，鞦韆完全沒有反彈，全部用來把鞦韆愈推愈高。
某學生：老師剛才不是說，通常能量都有一部分被吐出來嗎？
馬老師：沒錯，只要推的時間不對，就會有能量反彈的現象。如果我把你的眼睛矇起來，讓你憑感覺來推鞦韆，那會有什麼結果？
某學生：我會被鞦韆撞到鼻子。
馬老師：別鬧了，這只是打個比方。我的意思是如果你隨機出手，而不是算準時間，那會有什麼結果？
某學生：那會……很亂吧？
馬老師：如果只是隨機推一兩次，結果當然會很亂。但如果推個一兩百次，平均結果就會有規律了。規律是什麼呢？就是鞦韆會停下來。
某學生：為什麼？
馬老師：因為有一半的機會，你是在幫倒忙。如果鞦韆迎面而來的時候，你偏偏伸手去推，就等於是在幫鞦韆減速。
某學生：我懂了！一半機會是讓鞦韆減速，另一半機會是讓它加速，所以很多次平均下來，鞦韆就停了。
馬老師：對，這位同學真的懂了。從這個例子我們就能知道，想要造成共振現象，施加的力量一定要符合那個東西的節拍或韻律。用物理學的術語來說，就是外力的頻率要等於那個東西本身的頻率，也就是外力和那個東西以相同的頻率「振盪」，而「共振」就是「以相同頻率振盪」的簡稱。喔，對了，補充一點，在物理學中，我們通常用「振盪」取代「振動」，因為「振動」是看得見的運動，比較狹義，而「振盪」則廣義得多。
某學生：那麼腦震盪也包括在內嘍？
馬老師：我說的是「振盪」(在黑板上寫下這兩個字)，「腦震盪」是這麼寫的(在黑板上寫下這三個字)，你自己說有沒有包括在內？
某學生：沒……有……吧。
馬老師：我剛剛說「振盪」非常廣義，現在我們就來舉個例子。各位同學都用過微波爐吧？有沒有人用微波爐煮過水？
某學生：老師，網路上說不能用微波爐煮水，會引起爆炸！
馬老師：網路上不負責任的言論很多，盡信網不如無網，千萬不要看到什麼都相信。
某學生：這麼說，是不會爆炸嘍？
馬老師：絕對不會！如果你真想讓微波爐爆炸，方法的確有，不過老師不會教你。下面我要介紹的實驗，保證絕對安全無虞。你們回家去，拿個塑膠容器裝滿水，生水就行了，然後放進電冰箱的冷凍櫃，凍上兩三天，等到確定裡面沒有水泡，才把它拿出來。記住，千萬別用玻璃杯，因為水結冰之後體積會變大，會把玻璃杯脹破。也不能用金屬容器，因為下一步是要把它放進微波爐，金屬不能進微波爐可是常識喔。
某學生：用瓷碗可不可以？
馬老師：勉強可以，最好還是用塑膠容器。接下來，你把這個裝著一大塊冰的容器放進微波爐，微波三、五分鐘。各位同學猜猜看，結果會怎麼樣？
某學生：化作一碗水！
某某學生：通通蒸發了！
馬老師：都不對，你打開微波爐一看，會發現那塊冰好好的，幾乎沒有融化。
某學生：不可能吧！如果是一碗雞湯，微波五分鐘早就滾了。
馬老師：要解釋這個看似矛盾的現象，得從微波爐的原理說起。有沒有同學知道微波爐的原理？
某學生：就是利用微波的能量加熱食物嘛。
馬老師：說得沒錯，不過你這麼說等於沒說。微波爐加熱食物的原理，是將能量以微波的形式，傳給食物裡面的水分子，讓這些水分子劇烈翻轉。水分子的翻轉帶動食物中其他的分子，從人類的角度看來，就是整碗食物變熱了。
某學生：那麼冰裡面難道沒有水分子嗎？
馬老師：喔，對不起，是我沒說清楚。微波的能量只能傳給液態水分子，而冰裡面的水分子都是固態的，所以無法吸收這些能量。
某學生：為什麼呢？
馬老師：水分子長得大概像這個樣子(在黑板上畫出水分子H2O的模型)。兩個氫原子好像兩隻翅膀，獲得微波的能量便會來回翻轉，這就是一種廣義的振盪。可是在冰塊裡面，相鄰水分子的翅膀互相抓住、彼此牽制，所以就沒有翻轉的自由了。
某學生：這麼說的話，是不是食物裡面一定要有液態水分子，才能用微波爐加熱？
馬老師：對！冰塊裡面的水分子是固態的，所以微波爐對它愛莫能助。另一個例子是脫水的乾糧，比方說乾饅頭，那裡面的水分非常少，用微波爐也沒什麼用。
某學生：可是有些微波爐也有解凍功能啊？難道冷凍肉類裡面有液態水嗎？
馬老師：微波爐解凍的原理，要比加熱食物複雜一點，兩者不可混為一談。如果你有興趣，可以上網查查資料。萬一查不到也沒關係，下星期我再公布一兩個網址，不過你一定要自己先查查看。(註)
某學生：老師，我還是不懂微波爐和共振有什麼關係。
馬老師：嚴格說來，微波爐是使水分子翻轉，跟水分子的共振並沒有什麼關係。許多人都以為微波是讓水分子共振，其實那是錯誤的觀念。
某學生：可是為什麼一定要用微波呢？
馬老師：簡單地說，如果不用微波而用電波，那麼許多通訊裝置都可能受到干擾。
某學生：老師，微波和電波有什麼分別？
馬老師：這是另一個題目了，微波和電波都是電磁波這個大家族的成員。電波是無線電波的簡稱，是這個家族中波長最長、頻率最低的老么，其次就是微波，接下來依序是紅外線、可見光、紫外線、X射線、加瑪射線。各位同學既然有興趣，下次我們就來討論這個題目。女同學一定不要缺席喔，因為你們最關心的UVA、UVB都是紫外線……
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後記：「讓科學說中文」是科學月刊三十年來的一貫宗旨，「讓科學說白話中文」則是馬老師晚年最大的心願。謹以馬老師這個未竟之志，與所有的中文科普工作者共勉。
(註)馬老師後來公佈的兩個網址是：
http://rabi.phys.virginia.edu/HTW/microwave_ovens.html
http://wise.fau.edu/divdept/physics/jordanrg/LLS/lecture10/LLS_lecture_10.htm（已失效）
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