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本校物理系林彥誌同學研究成果榮登國際權威期刊【2008.09.22秘書處】

「揉紙」看似平凡的日常小動作,很難想像是一門大學問,甚至能登上國際權威期刊;更難能可貴的是,對一個頂尖學府的博班學生都甚難投稿成功,而以一個大學部同學,又是如何做到的?本校物理系洪在明教授所指導的大學部專題生林彥誌同學 (最近甫升碩一) ,耗時一年,於96學年下學期時,以「三維的揉皺實驗」為題的一篇論文,投稿美國最具權威的物理學期刊「物理評論通訊(Physical Review Letter)」,並於本(九)月十九日獲刊登。

雖然「皺摺力學」對於物理學家是個新名詞,但它在大自然中出現的地方並不少,例如造山的板塊運動、高速公路上的車禍、甚至在房間的書桌旁!想像手中拿著一張紙並揉成一個球,然後開始使勁的捏它、壓它,不久就會發現這顆紙球展現無比的應力,而你也最終會向它投降。但是此時,紙球中卻還有百分之七十以上的空氣!紙團為何具有這麼大的應力,至今還是個謎,不過科學家相信這和紙團內錯綜分布的尖點結構和摺痕有很大關聯。林彥誌同學設計一個利用高壓空氣壓縮紙球的儀器,先將用手大致揉過的樣本放入保鮮膜內,然後將其用一導氣管和外界聯通後,再往壓克力腔體內灌入高壓氣體,由於保鮮膜將樣本和高壓氣體隔絕開來,樣本可以一直感受到空氣壓差,而承受非常大的均向壓力。這簡單的設計就可以讓他們有系統的研究皺摺的力學結構。

德國IFF中心的Gompper教授在2006年的Nature雜誌中指出,紙球壓縮的大小和所施加外力的關係是冪次法則(Power law)。冪次法則出現在很多地方,例如牛頓的萬有引力地律、庫倫的靜電作用力,甚至先前相當火紅的”長尾理論”也正是因為經濟體系中有許多冪次法則分布。Gompper的報告中特別指出紙團的冪次法則具有普適性,也就是說無論你用何種大小、厚度、硬度的紙,甚至是換成鋁箔或塑膠都能做出相同的關係。林同學的實驗,證實此理論是部分正確、部分需要修改。在同種材料當中,紙球壓縮大小和外力的關係確實是唯一的,但是不同的材質卻呈現不同的冪次方。

更大的發現是:把一張原本是直徑30cm的鋁箔紙揉成球,在大約6大氣壓時球會被”阻塞”住,”阻塞”這個詞相當傳神,因為細看內部,會發現許多皺摺互相卡住,使得大家都動彈不得,終致整顆球無法繼續坍縮。目前發現,”阻塞”住的鋁箔球可以抵抗到11大氣壓,進一步的估計,卻是非常令人吃驚,為什麼呢?11個大氣壓相當於正常成人的20倍握力,但是鋁箔球內部卻仍保有90%的空氣含量。大自然中的低密度堆積並不多見,就算在最亂的沙堆堆積也只有40%的空氣,所以阻塞的鋁箔球內空氣含量,著實令人驚異,相信這樣的一個新發現,可在「軟物質」領域開啟一個新的研究題材,並對應用力學的材料研究,產生一定的影響力。

成功的背後,總會有許多不為人知的辛苦歷程,早上不到8:00就到實驗室,而離開時,早以半夜三更,甚至是凌晨二、三點;由於做的是「純理論」,較難爭取到實驗經費,除於雜費中省吃儉用外,自掏腰包也是常事;因沒有獨立的實驗空間,只能利用物理系四樓公共實驗室的角落,在最簡單不過的條件與儀器下,憑藉毅力和磨練出來的技術,以完成各項研究。提到個人研究歷程與感想,林彥誌說:作研究的過程,「勇氣」是很重要的,不要怕被取笑,只要想做且願意嘗試,都會有機會。從小到大,他不大在意名次,甚至有老師跟他說「以你的資質,有必要把成績弄成這樣嗎?」大一、大二時,算是很安份地完成各種學業要求,但從大三開始,他就開始思索,希望自己能夠廣泛涉獵哲學、人際…等其他不同領域。他亦感性地提到,人要浪漫些,千萬不要太功利,喜歡就去嘗試,甚至可以影響周遭人,也讓他們覺得世界很有趣;至於談到做研究,他則認為:「選題要浪漫,做研究要嚴謹」。

如同指導教授洪在明所說:「做學問,不能只跟潮流走」,只要有興趣的,無須執著於是否為主流,更不要害怕問「笨問題」。林彥誌總有一股屬於自己的方向感與自信,勇於嘗試並發掘身周圍有趣題材。本次,除個人研究榮登國際頂尖期刊,月前國科會公布「96年度國科會大專學生參與專題研究計畫--研究創作獎」名單,林同學亦名列其中,可謂「雙喜臨門」。而研究之餘,林同學除熱衷網球運動,同時也是小提琴好手,曾經獲得不少音樂比賽的獎項,全方位且均衡的發展與表現,實不失為時下青年標竿學習的對象。

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