【大紀元8月9日訊】近年來，奈米材料研究成為當今科學研究的熱點，奈米尺度的科技產品正走入生活，從奈米碳管、奈米電池、奈米馬達、奈米電動機、奈米雷射器、奈米彈簧、甚至奈米機器人等，進一步將奈米應用在信息通信元件、對體內病灶進行診斷治療的微小系統……
在奈米科技進入生活之際，試想奈米尺度以下的微觀世界是如何呢？科學家在研究微觀的量子行為時驚訝的發現，質子、電子等微觀粒子都有一個性質：在同一個時刻，它可以既在這裏又在那裏，從而推論出多世界與另外空間的存在。
既然微觀粒子涉及另外空間，奈米技術能否脫去目前這層宏觀粒子的殼，縮身一變，回到它原來所來源的那個微觀空間去？而人類，就如同繫在針鼻上的線，也被牽引著給引入其中？
雖然研究表明，許多奈米材料有著種種奇異而有用的特性，但是就像任何作用力都存在著反作用力一樣，奈米科技也存在有毒物質、環境污染等未知的黑箱子。
大自然中早就存在奈米粒子，沒有給人類帶來危害，是大千世界中和諧存在的成員。而根據現代科學的理論製作出來的人工奈米粒子，跳脫不了現代科學的缺陷與危害，也跳脫不了物質空間的制約。
美好的夢想，自由飛翔的心靈，不受約束的天馬行空。但是脫離開人類應該棲息的疆域而踽踽獨行，微觀科技研究究竟是一次科學的提升，還是一次難免失敗的蹦極體驗？
奈米 引領二十一世紀的科技主流
生活應用
文 ◎ 王敬雅
二零零七年十月二十三日在韓國首爾，三星電子召開新產品記者會，一個三十毫微米的奈米隨身硬碟正式亮相，這個新產品可以儲存八十部DVD電影。（AFP）
走在街上，凡是標榜著「奈米」的商品，身價都水漲船高。到底奈米是什麼？為什麼各行各業都想和奈米沾上邊？奈米又會對我們的生活產生什麼影響？
奈米可說是二十一世紀最熱門的名詞，據信，奈米科技將會在二十一世紀扮演重要的角色。
奈米科技突飛猛進，在磁記錄、光記錄、磁光記錄方面的發展亦相當顯著。使用奈米粉末製成的磁記錄材料，可使磁帶或軟硬磁碟的記錄密度提高，資料儲存密度也相對提高。目前普通DVD的容量為4.7GB，而利用近場光學的儲存技術，研發出近場光碟片容量可達數百個GB，是一般傳統光碟片的數千倍。
不同的奈米粒子，可以製作出各種特殊功能的奈米衣料。在內衣、胸罩、眼罩加入可以釋放遠紅外線的奈米無機粒子，在人體體溫作用下，可產生遠紅外線，使血液循環順暢，消除腰酸背痛，達到促進新陳代謝的目的；加入可以抗菌除臭的奈米銀粒子，利用銀離子抗菌除臭的特性，可以產生抗菌除臭的效果；在衣料上面加入疏水性奈米粒子，使衣料表面形成奈米結構，可製造出不沾塵、不沾油、不沾水的奈米衣及奈米領帶。加入奈米碳管等導磁性金屬材料可以擋掉電磁波，避免高輻射對人體的傷害，即使水洗也不影響功能。在鞋、襪中加入奈米遠紅外線粒子、奈米光觸媒粒子及奈米銀粒子，就可做出具備抗菌、乾爽、按摩功效的奈米鞋、襪。
奈米化的電池，體積小，容量大，且轉換效率更優異。目前研發的奈米電池，以奈米燃料電池及奈米太陽電池兩種為主。奈米燃料電池是利用外在的燃料添加轉換成電能的發電裝置，只要補充燃料經由奈米觸媒轉化反應就有源源不絕的電源。可以代替汽車的內燃機，取代手機、筆記型電腦等電子產品中的電池。燃料電池可用來發電，發電效率是傳統火力發電的兩倍以上，而且不會危害到生態環境。奈米太陽電池則是將無法使用的光能轉成人類有辦法利用的電能，屬於乾淨的綠色能源。
奈米科技也可應用在藥物與治療方面。將藥物奈米化後，比較容易被小腸絨毛吸收，藥效更好。利用奈米磁粒子導航治療癌細胞，可以直接將藥物送到癌細胞部位；將奈米磁粒子注入腫瘤部位，透過高頻電磁波提升熱度，可以慢慢的將癌細胞殺死，而不會影響到正常的細胞。
兩種常見的奈米建材
一類是利用蓮葉效應，在玻璃與磁磚表面加上疏水性的奈米粒子，奈米建材因而不容易沾塵污，且下雨時水珠輕易滾落，並將髒污一起帶走，形成自潔的效果。
一類是奈米建材，是在其表面加上奈米光觸媒，由於二氧化鈦光觸媒在光照射後具有相當強的親水性，形成一層水膜，灰塵幾乎沾附在水膜表面，而不是直接沾附在自潔建材，髒污就很容易在下雨時跟著雨水一起離開；奈米光觸媒在紫外線照射下，產生自由基，這些自由基會破壞分子結構產生自潔、殺菌與除臭的功能。以超奈米技術將高分子完全發泡後，再加入奈米粒子到塗料中，可隔絕溫度，達到保溫與隔熱的功效，降低能源的消耗，可兼顧建築外型與環保。
將奈米碳管作為燃油及潤滑油添加劑，可增強燃燒速率，促進清潔燃燒，降低污染物排放。奈米碳管因具捕捉自由基的能力，有抗震添加劑功能，可增加燃油導電度及黏度。
在催化性質方面，由於奈米粒子體積非常小，表面積越大，表面原子越多代表催化的活性越大，如Fe/ZrO2奈米觸媒可提升CO＋H2反應成烴類的催化能力。在複合材料方面，奈米材料的加入可提升材料的剛性、抗拉、抗折、耐熱、自身防燃性，若加入少許粘土於尼龍與聚亞醯胺，可改善吸濕性，降低一半水氣的穿透性。
如何分辨真假奈米？
市面上到處可以看到標榜著「奈米」的產品，種類之多實在讓人眼花撩亂，消費者如何分辨真假奈米？一種是透過工研院或知名大學的檢測報告來證明是奈米產品，不過可能只有受過科學訓練的人才看得懂檢測報告。於一般大眾而言，最好最快最容易的方法是檢查產品有沒有申請奈米標章。
市面上合格的奈米商品中，會有一枚形狀像似「∞」的奈米標章。這是因為由於奈米很小無法用肉眼分辨真偽，為防止假的奈米產品欺騙消費者、保障消費者權益、提升奈米產品品質形象、促進奈米產業健全發展，經濟部推動「奈米產品驗證體系」、推行「奈米標章」。
奈米產品驗證程序非常嚴謹，只有通過「奈米產品驗證體系」的奈米產品，政府才會授予奈米標章，項目包括：奈米脫臭塗料、奈米光觸媒、奈米抗菌燈管、奈米自潔陶瓷面磚、奈米抗菌陶瓷面磚、奈米防污塗料、奈米防污馬桶等等。奈米產品認證制度以奈米光觸媒抗菌燈管為例，判定的標準有三個項目：第一是原材料的粒徑大小必須小於一百奈米，第二是抗菌率必須達到標準，第三是奈米光觸媒的燈管必須符合標準，經過這三項驗證後才會獲得奈米標章。
對消費者而言，奈米標章可說是一大保障。因此消費者只要在購買奈米產品時，認明產品上是否有奈米標章，就可知道購買的奈米產品合格與否。
台灣經濟部為配合國家型奈米計畫發展，特委託工研院籌組奈米產品驗證體系實施奈米產品驗證制度及標章。目前其他國家尚未有類似標章。（經濟部工業局網站圖片）
奈米熱潮下的省思
工業革命改變了世界，但也帶來了一些災害。奈米真的無所不能、真的安全且不會產生後遺症嗎？當科學家投身奈米世界，致力開發更多奈米產品時，「奈米科技」是否會帶來災害同樣值得思考。從西元二零零零年以來，陸續有科學家針對奈米粒子對人體健康及安全是否有危害發出警言。
科學家指出奈米材料會隨著使用時間脫落，而現有的廢水處理以及過濾系統，都無法處理這些脫落的奈米粒子。因此脫落的奈米粒子，會不會對人體與環境造成傷害呢？如果奈米粒子進入食物鏈中，會造成什麼樣的影響？另外，食品、醫藥與化妝品奈米化後，是否會對人體產生危害？因此目前臺灣的一些研究室，開始致力於研究奈米粒子的危害性，將各種奈米粒子加入到細胞中，觀察細胞各種現象，比如是否會因加入奈米粒子而死亡、突變或是增生等。重視這些可能的危害，才能讓人們享受奈米科技帶來便利的同時，又能避免災害。◇
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奈米是什麼？
文 ◎ 王敬雅、施存真
一九八一年，掃瞄穿隧式顯微鏡（STM）的發明，使得研究人員得以觀察物體表面的奈米結構，當年普遍被視為奈米科技元年。（AFP）
奈米是「長度」單位，英文是「nanometer」。希臘文中nano是「侏儒」，meter即「公尺」。一奈米等於十億分之一公尺（10-9米），這個尺度已經遠小於細胞的尺寸，以人的紅血球為例，尺寸約為六～八微米（10-6米），約為奈米尺度的一千倍大。奈米尺度比較接近病毒的大小，小的病毒七～八奈米，大的則有數百奈米。
10-9米究竟有多小？比如一個氫原子放大109倍，就等於一顆蘋果的大小；那一個DNA放大109倍，就等於一隻大象的大小；一顆彈珠放大109倍，就等於地球的大小。
要想觀察這麼微小的粒子，唯一的方法就是用高解析的顯微技術。光學顯微鏡從十七世紀開始發展，到了十八世紀，放大倍率已提高到一千倍，後來受限於光學原理，放大倍率提高至一千六百倍就達到了極限，一般解析度最高不超過零點三微米。因此要觀察奈米尺寸的物體，光學顯微鏡就不適合了。
奈米技術的發展需要使用比光學儀器更高解析的儀器。自從電子顯微鏡發明後，顯微鏡的解析度提升到了一至五奈米，已經可觀察到病毒，但仍不夠精密。直到一九八一年，掃瞄穿隧式顯微鏡（STM）的發明，使得研究人員得以觀察物體表面的奈米結構，當年普遍被視為奈米科技元年。
奈米技術的應用不斷推陳出新，圖為二零零五年二月二十三日，NEC電腦的售貨員展示一台奈米電腦。（Getty Images）
然而，電子顯微鏡及掃瞄穿隧式顯微鏡的解析度雖然都比光學顯微鏡更高，但無法獲得微觀物體的顏色訊息，僅能觀察物體表面輪廓，而操作上也較光學式顯微鏡更複雜。除了掃瞄穿隧式顯微鏡之外，奈米技術也常採用原子力顯微鏡（AFM）作為研究工具，原子力顯微鏡可掃描三維表面形貌，並可用於生物體。
在奈米尺度下，物質的特性與一般尺度也有所不同。物質縮小到奈米尺度時，表面積所占的比例大增，物質會呈現與宏觀尺度有很大差異的物理、化學或生物特性，材料將因產生完全不同的特性而形成特殊功能：如質量變輕、體積縮小、曲度變大、表面積增加；導熱度與導電性、磁性也改變；並且會表現出高表面／體積比、高密度堆積以及高結構組合彈性等特性。
奈米是一個全新的研究領域，由於通過將原子或分子組合成新的奈米結構，並以其來設計、製作、組裝成新的材料、元件或系統，因此「奈米科技」打破了各個領域的界限，可廣泛應用於生活、醫療健康科技、國防軍事、電腦資訊、材料、生物、化學等各領域。◇
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奈米科技新穎物性現象
文 ◎ 王敬雅
二零零四年三月十七日，日本產業技術綜合研究所（AIST）發表了「奈米泡影水」，可以讓淡水魚鯉魚和鹹水魚海鯛生活在同一個水族箱中。（Getty Images）
表體比效應
同樣體積下，粒子越小，則表面積越大，表面原子所占的比例大大提高，不能忽略表體比效應。
量子效應（quantum effect）
粒子到奈米尺寸以下時，能階從連續變為階段，電性、磁性、光學特性有著重大改變，如導電金屬在奈米化後，卻變成絕緣體。
量子穿隧效應（macroscopic quantum tunneling effect）
古典力學中粒子無法克服位能障礙而有穿牆的效應。粒子到奈米尺寸以下時，電子具有穿過比本身高的位能障礙，而具有穿隧效應，因此稱量子穿隧效應。例如：穿隧顯微鏡利用極細的金屬探針接近導體表面（但未接觸），施加電壓時，電子會由探針尖端穿越空氣間隙而產生穿隧電流。
小尺寸效應（small size effect）
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由於顆粒尺寸變小所引起的巨集觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對奈米顆粒而言，隨著尺寸變小到奈米，同時比表面積亦顯著增加，從而磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等都較普通粒子發生了很大的變化，產生一系列新奇的性質。例如：金屬奈米顆粒對光吸收顯著增加，並產生吸收峰的等離子共振頻移；奈米顆粒的磁性與大塊材料相比，有明顯的區別，由磁有序態向磁無序態，超導相向正常相轉變。與大尺寸固態物質相比，奈米顆粒的熔點會顯著下降，例如：2奈米的金顆粒熔點為600K，隨著粒徑增加熔點迅速上升，塊狀金為1,337K。
這裏我們所說的是奈米尺度的粒子，或稱奈米粒子。奈米粒子，作為一種熱門的微觀粒子，用途可以說非常廣泛。◇
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奈米，自古存在
文 ◎ 王敬雅
蝶翼鱗片表面有許多類似樹枝狀的奈米結構，可反射特定波長的光波，展現多彩的色澤。（Getty Images）
奈米並非現代人的發明，中國古代鑄劍術、中古歐洲彩繪玻璃已熟練應用奈米。而早在人類發現奈米的多方應用之前，自然界的動植物就已經是奈米的應用者了。奈米，早就在大自然中了。
奈米粒子是一種新的人造粒子，就像所有的人造的化合物那樣，那些各種各樣的人造化合物，並非自然界自身所有，但是給人類的生產和生活帶來了巨大的變化，也滲透到了現代人類所在環境的每一個角落、每一個方面。
大自然中的奈米現象
事實上，奈米尺度的特殊現象早就存在大自然之中，而且已經存在了億萬年。奈米粒子，並非人類原創，並且遍及於人類周遭的環境，以及大自然中的各種生物、非生物。其實，在翩翩飛舞的蝴蝶身上就有奈米級的構造。例如：大美藍蝶、珠光鳳蝶的翅膀會呈現繽紛燦爛的顏色，特別的是這些炫麗的顏色，還會隨著觀看者的角度不同而改變。這些美麗變換的顏色，是怎麼產生的呢？這是因為蝴蝶的翅膀上，有光子晶體的顯微結構。
什麼是光子晶體呢？光子晶體，是指一種物質呈特殊的周期性排列。這樣的排列可以反射特定波長的可見光。構成蝶翼的鱗片表面中，有許多類似樹枝狀的奈米結構，就好像一大片聖誕樹林，每條細枝間的距離大約是七十至一百奈米，這些結構並不是完全規則的，當光線照射時，依照反射定律，會反射特定波長的光波。因反射產生光波重疊作用，使得蝴蝶的翅膀能展現多彩的色澤，這就是「彩蝶效應」。
不同的結構組合可以造成不同的顏色及圖案，這樣的結構在孔雀、金龜子、吉丁蟲、海中蠕蟲「海老鼠」，以及美麗的石頭「蛋白石」身上都可看到。
壁虎的每一隻腳掌上，都布滿數百萬根直徑約兩百至五百奈米的剛毛，當數百萬根奈米尺寸的剛毛一起作用時，其吸附力最大可達一百二十公斤，因此小小的壁虎在天花板上行走時不會掉下來。
蜘蛛絲具有高彈性、高強度及黏性，可說是世界上最強的生物纖維。一條小小的蜘蛛絲是由數十到百條奈米結構結晶蛋白質纖維纏繞而成的。
蜘蛛絲可說是世界上最強的生物纖維。一條蜘蛛絲是由數十到百條奈米結構結晶蛋白質纖維纏繞而成。（AFP）
蒼蠅的複眼也是奈米結構。蒼蠅的複眼是由三千個以上的小單眼所構成的，每個單眼具有各自的光學系統，既能協調一致，又能獨立工作，神奇的地方是每個小眼是個別影像，合起來才是一個完整的影像。因此，蠅眼不僅具有高速度及高精度的分辨能力，而且能夠從不同的方位感受視像。
一些動物體內也有不同的奈米粒子。有的奈米粒子具有磁性，受到地球磁場的引力作用，藉由地球引力與磁粒子引力間的差異，使得這類生物在地磁導航下能辨識方向，作為生物羅盤的導航系統。鴿子、蜜蜂、綠蠵龜及鮭魚等都擁有這種導航系統，能回到出生的地方產卵，有優秀的歸巢本領，使牠們從千里之外飛回原來的棲地，可以不靠任何儀器進行長途旅行卻不迷失方向。這些奈米磁粒子，使得海龜記得出生地的地磁傾角與強度，因此當身體龐大但腦袋很小的綠蠵龜長大成熟之後，能依照記憶中的地磁地圖，回到出生地的海灘交配產卵。當海龜發現路徑偏斜時，會立即通知大腦神經，發出修正方向的訊號，所以不會在大海中迷失方向。而蜜蜂腹部含有奈米磁粒子，影響蜜蜂的神經系統，引導蜜蜂的飛行。磁感細菌的體內也有一串約二十個磁性晶體形成的奈米級羅盤，可以根據磁場的水平傾斜角度，游到理想的深度。
自古以來，蓮花被中國文人形容為花中君子、象徵聖潔。宋周敦頤在〈愛蓮說〉中寫著：「吾獨愛蓮之出污泥而不染，濯清漣而不妖……。」蓮葉能出污泥而不染，是因為蓮葉表面有著大小約五～十五微米的乳突狀結構，其上覆有奈米級類似纖毛結構，此奈米級表面結構造成葉面超低表面能特性。葉面超低表面能特性，加上蓮葉表面有化學組成的蠟，使得蓮葉具有超疏水特性，在蓮花的葉面上滴一滴水，水滴會在葉上滾來滾去，水珠不易附著葉面。同樣，灰塵也不易附著於葉面，當雨水沖洗時，灰塵會隨水珠滾落而達到淨潔作用，因此蓮葉表面總是能保持潔淨不染。蓮葉表面的這種自我淨潔（self-cleaning）現象，叫做「蓮葉效應」（Lotus effect）。
超疏水特性同樣的可見於水黽，水黽足部末端具有奈米顆粒組織，而這種奈米顆粒組織形成超疏水的表面，具有防水結構讓水黽可以在水面上行走自如，僅一條腿即可支撐身體重量的十五倍。雁鴨及鵝類動物其羽毛上，由於具有奈米顆粒的防水結構，故可浮於水面上。
而自我淨潔現象同樣可見於海豚，海豚的皮膚肉眼看來光滑，其上面布滿了奈米尺寸的微小突起。這些突起物讓海中有害的微生物無法附著其上，具有自我清潔的功用。
在人身上也有奈米級的結構。人的消化系統中的小腸內壁布滿了皺摺及手指狀的絨毛，絨毛上又覆蓋一層直徑九十～一百奈米的微絨毛，這樣的結構使得小腸的表面積增加許多，總吸收面積可達三百平方公尺。另外，人類和動物的牙齒堅硬無比，能承受極大且不斷咀嚼的磨損和壓力，原因是在牙齒的外表排列著奈米尺寸的微小晶體。
古代的奈米運用
除了大自然有奈米的蹤跡外，你知道嗎？事實上人類很早就已經開始運用奈米材料了。
中國古代的鑄劍大師，在鑄劍時將頭髮、指甲或人骨材料加入鋼中，這些材料提供了鐵中缺乏的礦物質或金屬，經由連續敲打的鑄劍過程，將這些奈米材料打入鐵結構中缺陷的部份，鑄成的劍就具有奈米合金與完整結構，因此鑄成的劍不但不會生鏽，而且堅硬無比、削鐵如泥，比如有名的干將、莫邪劍就是一例。
中國古代用燃燒蠟燭的煙霧製成的奈米尺度的炭黑來製墨、唐代皇帝用含奈米金的水來保養身體。你看，早在一千多年前，我們的祖先就能製造與使用奈米材料了。
在其他國家歷史上，原始土著常將燃燒植物或木材後得到的炭灰塗在臉上，用來嚇跑敵人和野獸。這些奈米尺度大小的炭灰粒子，可以均勻塗在臉上，且奈米炭灰的附著力很強，可以維持很久不褪色。
中古歐洲時代建造的教堂彩繪玻璃，使用的是奈米級的顏料。中古世紀歐洲工匠利用奈米金屬對光具有之吸收與發色性質，繪製出美麗的教堂彩繪玻璃。他們將金粉融於玻璃中，等凝固後析出奈米金粒子，產生透色的紅寶石色；用同樣製法，添加含銀顏料，可產生黃色和金色；添加含銅顏料，可產生綠色和磚紅色。
不過，古代人雖已成功應用奈米材料，卻可能並不知道這些材料的結構和原理。◇
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奈米，帶來幸福如意？
奈米、科技與未
文 ◎ 山河
七月十七日剛開幕的葡萄牙奈米研究中心，吸引各界人士前來觀摩。（AFP）
當各國都看到奈米背後龐大的商機，進而投入研發搶占這塊市場大餅之際，「奈米對環境的傷害」的問題卻漸漸浮上檯面。隨著各知名雜誌對奈米的負面報導，人工奈米的罩門隱然浮現。
近年來，奈米材料研究成為當今科學研究的一個熱點。自從一九九一年美國正式將奈米技術列入國家二十二項關鍵技術和二零零五年戰略技術開始，一九九七年美國國防部將奈米技術研究納入到戰略研究領域，一九九六至一九九八年間，由美國國家科學基金會主導，在美、法、德、比利時、荷蘭、瑞典、瑞士、英國、俄羅斯、日本和中國、臺灣等地進行了三年的奈米技術發展情況調查研究。
各國看準奈米商機
根據調查研究結果，美國總統科學顧問委員會認為：奈米技術是自二戰以來美國將要經歷的第一場不具備絕對領先優勢的具有重要經濟意義的科技革命，美國需要在未來的十至二十年中顯著地、穩定地增加對奈米科技研究開發的投入。二零零零年二月，白宮正式發布了「國家奈米技術計畫」（National Nanotechnology Initiative），提出了美國政府發展奈米科技的戰略目標和具體戰略部署。
在上世紀末年代，微電子器件的微型化發展，給全世界帶來了超乎想像的變化。奈米尺度的人工材料製造出來的製品如：奈米碳管、奈米電池、奈米馬達、奈米電動機、奈米雷射器、奈米彈簧、甚至奈米機器人等等微型機械，其尺度之微小，不僅遠超微電子器件，更是遠遠超出了歷史上傳說的小人國。
最近，日本政府負責制定科技政策的綜合科學技術協會召開「推進重點領域戰略專家調查會」，確定奈米技術發展的重點領域更側重於應用，包括：應用奈米技術製成的信息通信元件、對體內病灶進行診斷和治療的微小系統。
不難想見，如果奈米科技這樣發展下去，各種各樣超級微型的機械設備、電子設備會充斥著社會的每一個角落，乃至它們會無拘無束的穿梭於我們的宏觀世界，也不是什麼奇怪的事情。
雖然研究表明，許多奈米材料有著種種奇異而有用的特性，但是就像任何作用力都存在著反作用力一樣，同樣惱人的問題也伴隨著奈米材料研究的進展。突出的麻煩如：實用應用率不高、公眾認識有偏差、環境污染問題是個未知的黑箱子等。應用率總會提高的、公眾認識總會改變的、人們總會接受的，唯一的麻煩在於環境污染。只要環境污染能解決，可愛的奈米材料會因為讓人類的生活更加如意和幸福，而必將會顯得更加親切可愛。
奈米污染 未解的黑盒子
正是看到這個幸福的未來、美妙的大餅，目前，包括日本政府在內，許多國家的政府和企業界都擔心在奈米技術領域會重蹈前些年在生命科學、生物技術、資訊技術等高科技領域的覆轍，因為不夠重視而喪失最初的技術優勢，被美國給甩掉。因此，各國今後都會持續增加對奈米技術的各種資源投入。
奈米商品背後的商機已經吸引各國爭相研究，圖為葡萄牙北部的奈米技術實驗室。（AFP）
如果奈米技術真的這樣發展下去，恐怕人類的生存狀態將發生一個空前的大變化，人類現存的許多意識、觀念也必然會隨著被顛覆。為什麼這麼說？一旦奈米材料進入普用階段，奈米材料更輕薄、更細膩、更優異、更持久、用途更多更廣，現有的機械構造、材料構成，被奈米材料給大量淘汰的結果不難預見。比紙張還薄的可視屏、可以折疊放在口袋中的電腦、植入體內的全球導航系統、隨身攜帶潛入體內的奈米醫生、到處亂竄的奈米飛船……，人類從此過上神仙般的生活，幾乎也是近在眼前的事情了。
而現代科技，會隨著奈米技術而脫去目前這層宏觀粒子的殼，縮身一變，回到它原來所來源的那個微觀空間去。而人類，就如同繫在針鼻上的線，就被牽引著給引入其中……
實質上，近代科學所帶來的現代科技，一直都沒有能夠進入另外的空間，雖然經常會認識到一些另外空間粒子的特性，但是事實上一直都沒能掌控和利用，因為認識不到，分不清到底哪些是另外空間的物質在起作用，哪些是這個空間的物質在起作用。最典型的例子，一八三九年法國畫家達蓋爾就發明了照相術，到今天為止，科學家們對於照相術能拍攝到另外空間的影像仍不明所以，有時人眼看到了UFO，而雷達或機上監控卻「看」不到；有時則相反，照片出現不明飛行物體的顯像。
只有一個小小的問題需要解決，解決了就一切都OK，但是如果不解決，你我所憧憬的一切就成了夢幻泡影、黃粱美夢。這個問題就是環境污染。
人體各種功能細胞尺寸大都在微米級，比奈米微粒的尺寸大得多，奈米尺度顆粒或奈米纖維很容易進入細胞。已經證實直徑一百奈米的顆粒能夠在六十秒之內成功穿透肺部防線，並在一小時之內出現在肝臟和其他內臟器官裏。說起來就讓人不舒服！奈米顆粒、奈米大小的塵埃就像是看不見的子彈，能夠輕易地穿透人體防線進入血液，然後直達各個內臟器官和組織。
二零零七年，英國政府委託英國皇家學會和英國皇家工程學院組成調查小組，調查奈米技術的安全性。二零零四年七月二十九日美國的《科學此刻》及二零零四年八月四日《自然》雜誌分別介紹了該研究小組的報告，對奈米污染發出預警。報告指出，「游離的奈米顆粒和奈米管可能會穿透細胞，產生毒性」；對於環境來說，「奈米科技可能是把雙刃劍」。
二零零九年三月份，《科學美國人》雜誌（Scientific American）報導：美國科學家研究發現，化妝品的奈米物質不僅對人體有害，對生態環境也有嚴重的破壞作用。為了搞定隨著好處而來的壞處，又要破費大筆的資金大量的人員去研究和預防「奈米污染」，在所難免，無法避免。相生相剋的古老信條，是人類的欲望無法掙脫的鐵律。美好的夢想，自由飛翔的心靈，都可以不受約束的天馬行空。但是脫離開人類應該棲息的疆域而踽踽獨行，究竟是一次科學的提升，還是一次超級失敗的蹦極體驗呢？
大自然中早就存在所謂的奈米粒子了，它們不但沒有給人類帶來危害，還是這個大千世界中和諧存在的成員。為什麼人工製作的奈米粒子，就不能像大自然那樣創造的奈米粒子呢？
因為人工奈米粒子，是根據現代科學的理論製作出來的。可是這個現代科學，卻是有罩門的，這個罩門一直都敞開著。由它所創造的一切，都有著一個遺傳的天然的罩門，這個罩門，反映到這個世界，就是各種各樣的缺陷、危害。◇
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從微觀世界到另外空間
奈米世界觀
文 ◎ 施存真
奈米污染環境已經得到證實，若是能解決這項問題，奈米對人類的生活將起到更巨大的影響。（AFP）
奈米尺度以下的世界是如何呢？進一步進入更微觀的原子世界內，科學家藉由量子物理，推導出多重世界存在的可能性，讓人們對於物質的組成、微觀空間的真相感到更加好奇……
在奈米科技進入生活之際，試想奈米尺度以下的微觀世界是如何呢？遠在希臘時代，哲學家德謨克利特就提出世界是由一種基本粒子組成的概念，他稱這種基本粒子為原子，現代科學即沿用他當時提出的名詞。
奈米的尺度為10-9米，這個尺度約為一般原子半徑的十倍，也就是說奈米技術的儀器工具，可以觀察物體表面的奈米尺度結構，但對於更微觀的原子尺度，仍須採用其他研究方法。
經常有人誤以為原子力顯微鏡即可對原子進行觀測，然而實際上，原子力顯微鏡最佳解析度約為零點一奈米，與原子直徑差不多，最多僅能對原子的外觀輪廓做觀測。而原子內部的結構又呈現出巨大的空洞，僅有原子核區域有較大的質量存在，要用現有的儀器原理進行觀察，可說是非常困難。
當尺度更縮小至原子的內部空間結構。目前尚未有任何儀器可以觀察其實際的構造，而是採用粒子撞擊的方式，根據撞擊結果，間接推測其內部狀態。一般認為，原子核集中於原子的中心，由質子和中子構成，質量幾乎等於整個原子的質量。而電子則分布於原子核之外，質量非常小，運行軌道則以機率的方式分布於原子核以外的區域。
物理學家近期的研究
受限於實驗手段與儀器，物理學家難以窺測微觀世界的實際情況，因此現有對小於原子尺寸的微觀空間的模型，都是在現有實驗數據基礎上進行的理論推測，並不能百分之百肯定，也不能保證其正確性。
二十世紀早期的研究指出，原子內部有質子、中子、電子等基本粒子。到了近期則發現，質子、中子其實也不是最基本粒子，而是由更小的夸克（quark）所組成的，電子則屬於輕子（lepton）的一種。而在比質子更微觀的尺度中，粒子則不僅僅有夸克、輕子等物質性粒子，還有能量性的粒子，稱之為玻色子（bosons）。玻色子又分為膠子、光子、W及Z玻色子、引力子等。（引力子尚未被發現，為假設性粒子）。
那麼比夸克和玻色子更小、更微觀的粒子存不存在呢？是有可能存在的。但已遠遠超出現有研究方法可偵測的範圍了，以實證的手段是很難進行研究的。
對微觀粒子的研究除了幫助人類了解物質的組成之外，由於微觀粒子具有異於宏觀粒子的特殊物理現象（量子效應），從而打開了另一道研究之門。
超弦理論的多維時空觀
在研究微觀粒子時，為了圓滿的解釋一些微觀世界的物理現象，科學家提出「超弦理論」，這個一九七零年代提出的理論，從數學上推論宇宙應具有多維空間，比如十維、十一維或二十六維空間，甚至還有人提出宇宙具有無窮維度的空間。
這麼多維度的空間，人類只能觸及與觀察到目前生活中的四維（三維空間加上一維時間）時空，其餘的空間維度都蜷縮在比原子還小很多的極微觀尺度當中，因此人類難以察覺。也就是說，在原子以下的微觀空間中還存在著人類所接觸不到的許多空間。
多世界理論
科學家在研究微觀的量子行為時驚訝的發現，諸如質子、電子等微觀粒子，都有一個奇怪的性質：在同一個時刻，它可以既在這裏又在那裏，也就是說一個微觀粒子同時存在於在空間中的許多位置上，就像它們有分身術一樣。但是當我們真正去觀測它時，卻又只能在一個位置上找到它。
顯然，微觀世界的物理原理與我們日常生活的經驗有很大的差異。科學家嘗試提出許多理論來解釋這個現象，但都難以自圓其說。直到一九五零年代，「多世界理論」（many worlds theory）的出現，似乎才比較圓滿的解釋了這個現象。
多世界理論認為，這個宇宙中，並不僅僅只有我們看得到的這個世界。實際上宇宙中存在著無限多個世界，我們這個世界的空間中有多少個位置，就有多少個另外的世界存在。
而在這些世界的每一個當中，微觀粒子都有一個確定的位置，所以看起來就像是粒子在我們這個世界的每一個位置上都存在一樣。我們每做一次測量，就是從這無限多個世界中選擇出一個世界，粒子在那個世界中的位置就是我們測量到的位置。
對「多世界理論」有深入研究的英國牛津大學德伊池教授（David Deutsch）進一步認為：「量子力學的多世界理論不僅適用於微觀世界，而且適用於宏觀世界的每一個層面。」因為所有的宏觀物體，包括我們自己都是由這些微觀粒子構成的，既然在微觀領域，有無數的實驗證實了量子力學的可靠性，那麼在宏觀領域，它也同樣應該適用。
德伊池教授說，我們每一個人也都同時存在於不同的空間中，即使我們自己意識不到這一點。實際上不僅是每一個人，包括這個地球，都有無數的「分身」，他們同時存在於無數宏大的世界中，在每一個世界中都有其特定的演變形式，所以單一世界的概念實際上是錯誤的。（參閱莫心海，科學家談「多世界」的存在，http://big5.zhengjian.org/articles/2002/9/19/18581.html）
「多世界理論」認為，每一個人都同時存在於不同的空間中，即使我們自己意識不到這一點。（Getty Images）
奈米科技的發展讓科學界了解微觀物質的物理與化學特性與宏觀世界有顯著的差異，奈米粒子與宏觀粒子的特性有顯著差異，自然界中，也存在著種種奈米現象，讓人們對生命的奧妙感到驚嘆不已。
而進一步進入更微觀的原子世界內，「量子」效應顯現的特殊物理現象，對於人類則是更未知的領域。奇妙的是，科學家藉由量子物理，推導出多重世界存在的可能性，讓人們對於物質的組成、微觀空間的真相感到更加好奇。期盼在未來，我們能找到真正的答案。◇
本文轉自【新紀元週刊】133期「封面故事」欄目（2009/08/06出刊）
http://mag.epochtimes.com/135/index.htm (http://www.dajiyuan.com)
