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我所關注的重要與不重要的事實

2020年4月21日 星期二

酷科學 GIF 圖集錦 #第3集

十則來自推特的趣味動圖,有些很有學(ㄒㄧㄠˊ)問,有些光是看著就讓人滿足。

▆ 1. Nervous System 是一家美國的客製化視覺設計工作室,利用電腦的生成式設計(generative design)/或稱公式設計(algorithmic design)或參數設計(parametric design),3D列印和雷射切割等科技,製作有機流動感的飾品、拼圖、甚至衣物。非常未來感。圖中的是兩種拼圖,一個仿瑪瑙晶洞,一個分支無以名狀。





▆ 2. Linkage mechanism 連桿機構,不過只有幾個動件,劃出的軌跡從簡單到複雜異常都有可能。一個有名的例子是楊森的自走怪(Jansen's linkage)。這位推主是連桿職人。



▆ 3. 蠢蠢欲動的印尼火山 Anak Krakatoa(Anak 印尼語 = 之子),在 1883 年劇烈的爆發把原本的 Krakatoa 火山錐炸飛之後,這百年來地底的岩漿活動一直持續,向上頂出了新的火山錐,所以稱為喀拉卡托之子。圖為從歐洲太空總署的哨兵二號(Sentinel 2)衛星上監測到的紅外線熱訊號。



▆ 4. 核能的能量密度(Energy Density)和所有其他能源不在同一個數量級上。這讓它成為人類假使想踏出地球的舒適圈,前往太空探索,長期而言必需開發的一類能源科技(火箭酬載論重量計酬,而且更糟的,火箭方程式讓成本隨重量呈指數增長)。

不過這和我們「現在」要不要用核能是兩件不同的事,目前的核能科技......只能說大有進步空間,還差大約一兩個關鍵的數量級。



▆ 5. 十七世紀英國科學家羅伯特虎克曾和他的後輩,一個叫牛頓的小子通信寫道,他認為地心引力應該是和連心距離平方成反比,並讓以此力相互作用的兩物體的軌道呈現橢圓(拋物線只是一段橢圓的近似)。不過虎克是個大忙人,想歸想卻無法給出完整證明。我們有讀歷史都知道後來的發展:牛頓用他神級的數學能力完成了證明——並在哈雷的全力支持下將證明呈現在大作《自然哲學的數學原理》(1687) 中。之後由於虎克的暴怒抨擊(牛頓不小心沒提到前輩的貢獻)讓兩人結了大仇。

(不過是寫幾句場面話給人面子嘛,這種事都要結仇,這兩人的人格真是嗆爆,這告訴我們冤家宜解不宜結XD。)

伯特蘭定理和牛頓的結論相關,但從另一個角度切入:指出唯有萬有引力定律準確的和半徑的平方成反比,天體的軌道才會形成閉合的曲線。一丁點偏離都不會封閉。也給「水星軌道進動」問題埋下了伏筆。如這個動態——如果引力是和 1.9 或 2.1 次方反比,軌道會變成......



▆ 6. 同一位教授的 #PhysicsFactlet 物理小事實系列。現在年輕學子多有福,逐漸有很多多媒體動圖可以幫助理解書上死板的式子。甚至近年有 AR 實境輔助的物理課本這麼神屌的產品。科幻小說家感到難過——當科幻等級的應用已成日常。

離題惹。根據內文這動圖展示的是某介質中的電磁波遇到金屬表面時,彼此耦合(基本原理是自然界中電場與磁場強度需要是連續的)而產生「表面電漿子極化子」(surface plasmon polariton)現象——此外順帶一提,此時在金屬內部還會產生「漸逝波」(evanescent wave)。這些屬於凝態物理(condensed matter physics)的研究範圍。而其應用是先進的光電、感應器、新穎材料等。



▆ 7. 謎題:這動畫是什麼宅梗?(某演算法)



▆ 8. 立刻來到的解答:那是計算平面的 Voronoi 分割的 Fortune's 演算法

平面上分布著若干的點,Voronoi 分割是由點兩兩之間的中垂線的某些部份圍成的凸包,所有在該凸包內的點離中心點的距離都小於其他點。例如在城市中散布著便利商店,一般人為了方便大概都會挑離家最近的店吧,這時 Voronoi 圖可以表達出每家店之間的分水嶺(所以區域間總是以點與點的中垂線分隔)。

因為 n 個點兩兩取中垂線總共有 O(n^2) 條,感覺起來計算起來是大工程,Fortune(←人名)演算法的神奇之處在於就如動圖所示,一條線掃過去搞定!屬於一種線掃描演算法(sweep line algorithm)。掃描過程中會暫時創造出一些輔助用的拋物線(掃描線為準線,點為焦點),Voronoi 圖的關鍵分割點由拋物線之間的交點決定。雖然實際上演算法的實作並不需要把拋物線真的畫出來,但畫出來就是美!



▆ 9. 學問的部分結束了,以下兩則純觀賞。



▆ 10.


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