分类： 生活科学

为什麽无人机飞得起来？

不管是载人的直升机，还是无人机，飞起来的原因都相同。转子可带动螺旋桨旋转，使螺旋桨上下的气压产生差异。当螺旋桨上方的气压比下方的气压低，就会有一股拉力将螺旋桨往上拉（升力，将物体垂直向上拉升的力量），如此一来便能让机体上升。

再来，同时使用多个螺旋桨，并分别调整各螺旋桨的转速，就可以让无人机自由上升 / 下降、前进 / 後退、左 / 右移动。事实上，仔细观察飞行中的无人机螺旋桨，会发现相邻的螺旋桨旋转方向刚好相反。

想让无人机前进时，会让机体前方下倾。左右移动时也一样，会让前进方向的机体部份下倾。只要让其中一侧的螺旋桨转速下降，就可以让那一侧的机体下倾，往那个方向移动。如果要让四轴无人机旋转，则需让其中一条对角线上的螺旋桨转速降低。

无人机的运动机制

无人机需靠转子（马达）转动螺旋桨才能移动。大疆 Phantom 系列的多轴无人机所搭载的马达，是所谓的无刷马达（brushless motor）。

无刷马达顾名思义，就是没有电刷的马达。相对的，学校自然科课程中提到的电刷马达则是需要让电刷与整流子持续摩擦旋转，使用时会逐渐磨损。无刷马达则是透过特殊电路驱动其旋转，可以减轻维护的负担。而且，无刷马达可以透过名为 Hall IC 的磁场感应器持续监测马达状态，故可稳定控制其速度，当发生马达负荷过重、线路接触不良、断线等异常状况，可以马上停止马达运作，并发出警告讯号，以提高无人机的安全性。其他还有速度可控范围广、均匀扭矩（flat torque）、高功率等优点。

另外，将讯号送至转子的零件叫做 ESC（Electric Speed Controller）。也可以说，ESC 就是控制转子旋转速度的零件。原则上，无人机搭载的 ESC 数量会与转子数量相同。

ESC 的输出端有三条电线，电流可控制转子的旋转。随着转子位置的不同，ESC 会输出不同方向、不同大小的电流，使转子能够持续旋转。也就是说，无刷马达中的 ESC，扮演着一般马达中整流子及电刷的角色。

相对的，ESC 的输入端也有三条电线，分别是连接到电源正负极的电源线，以及从 FC（Flight Controller）接收讯号的讯号线。其中，FC 会蒐集来自陀螺仪感应器、加速度感应器、气压感应器、超音波感应器、磁场方位感应器、GPS 等装置的资讯，以控制机体的行动。

无人机的感应器

• 陀螺仪感应器与加速度感应器

陀螺仪感应器可以计算机体倾斜的角度，是稳定机体时不可或缺的感应器。相对的，与陀螺仪感应器十分相似的加速度感应器，则用於检测速度。陀螺仪感应器与加速度感应器的组合，可以同时计算「倾斜状况」与「速度」两者的变化量，并控制机体往倾斜方向的反方向拉回，保持机体平衡，悬停於空中。简单来说，陀螺仪感应器与加速度感应器就是能够保持无人机姿态平衡的重点感应器。…

• 文／陈彦谚

大脑是很有趣的东西，聪明的大脑，可以帮我们快速判断、掌握当下状况，有助於我们适应多变的环境。不过，有时候却会聪明反被聪明误——大脑判读的颜色，和真实的颜色竟然不一样！

前阵子引起网路上疯狂讨论的「蓝黑还是白金洋装」以及「灰绿还是粉白的鞋子」，就是两个经典案例。

蓝黑还是白金洋装的案例中，同样一张双色相间的条纹洋装图，有人看到的是「蓝黑条纹」，另一部分的人，看到的则是「白金条纹」。看到蓝黑条纹的人，因为大脑主动帮你忽略了图片右上角的光源，因此判断出来的颜色，比较接近裙子的原始色像素。而看到白金条纹的人，大脑可能是太聪明了，主动帮你将图片右上方的光源考量进去，根据过往的经验，大脑认为，在金色背光光源的照射下，如果画面中出现了偏蓝的颜色，那麽这个部分的原始色应该是白色，因此，感谢聪明的大脑，你看到的是白金条纹洋装。

灰绿还是粉白鞋子的案例，也是同样道理。某些人的大脑，会自动将光源颜色的因素考量进去，快速提供根据过去经验判断後的结果，导致最终看到的是鞋带、LOGO、鞋底处是绿色，鞋体是灰色的结果；另一些人，看到的则是鞋带、LOGO、鞋底处是粉红色，鞋体是白色。

这些案例背後的运作机制，其实可以理解为「大脑的自动白平衡功能」，也就是心理学家或神经生物学家所说的「色彩恒常性」。

发现色彩恒常性——蒙德里安色板实验

为了理解「色彩恒常性」到底是怎麽发生的，科学家兰德（Edwin H. Land）进一步做了着名的「蒙德里安色板实验」。蒙德里安（Piet Cornelies Mondrian）是 1940 年代的荷兰画家，他为了达到艺术创作中的「纯粹实在」，终身致力於进行色彩实验。他的代表作有《构成第十号》与《百老汇爵士乐》，都以非常简单的线条、极为单纯的红黄蓝色块，构成了画面上的和谐平衡。而兰德所做的色彩恒常性实验中，刺激物的图板与蒙德里安的画作非常相像，因此就称之为「蒙德里安色板实验」。

1964 年，兰德运用不同波长（即不同颜色。不同颜色的波长便不同。）的光源，照射在蒙德里安色板上，让受试者在回答特定区域是什麽颜色的同时，一面用机器侦测反射光的波长。如图所示。左边三台装置是 RGB 三原色的光源，用来控制光线的颜色，右方的黑色装置，则用来侦测反射光的颜色。

兰德透过这个实验，发现人们即使在不同光线的照射下，仍然可以准确地回答该色块的颜色，这说明了一件事——人类辨识物体颜色的方式，并不是单纯靠着该物体的反射光来决定的，还会受到周围物体反射光的影响。进一步来说，人类对於颜色的判断，并不是绝对的，而是相对比较出来的。

如此一来，也就可以解释另一个有趣的小实验了。当灰色的小女孩图片，加上了红色的滤镜，猛然一看，加上红色滤镜图的那一侧，小女孩眼珠的颜色似乎就变成了蓝色。不过，再拉近仔细一看，其实小女孩眼珠的颜色并没有改变，仍然是原先的灰色，只是由於色彩恒常性，当大脑侦测到画面中的环境偏红，便自动补色，补出了原先根本不存在的蓝色。

启动色彩恒常性——马克西莫夫的鞋盒实验

所以说，人体的色彩恒常性，在什麽时候会开启呢？有趣的鞋盒实验告诉我们答案。

科学家马克西莫夫（Vadim Maximov），以一个鞋盒做成实验装置。他在鞋盒一侧，开了一个小孔作为观看孔，另一侧内壁则有类似於榻榻米的色块图案。从正上方打入特定光源进入盒中後，要求受试者观看刺激物，结果发现，两张画面结构相同，但色块完全不同的原图，在不同的特定光源照射下，受试者的色彩恒常性并没有发挥作用，他们所看到的图案颜色，是两张一模一样的图。

接着，在图案上加入一圈白色色块後，再次请受试者观看，受试者的色彩恒常性开始发挥作用，能分辨出图案的原图颜色了。实验结果再次确认了，我们所认定的物体颜色其实是相对的，会随着周遭颜色进行修正，而当白色有颜色变化的时候，特别能启动我们的色彩恒常性机制。

AERO 创作者笔电，帮助创作者看见最真实的色彩

大脑太聪明了，会根据状况，自动帮我们把某些真实的部分，转换成另一种样子。只是，从古至今，作为创作者，最需要的就是传达真实了。那麽，该怎麽办呢？

不怕不怕，来到了 21 世纪，现代的方法要用现代方式解决。作为一个创作者，我们不能关闭自己脑中的自动白平衡，但我们有选择最真实与最优质的可能！

AERO 创作者笔电，考量了创作者从「设计原稿」到「完成作品」的全方位需求。视觉设计师们心中的痛，就是当颜色稍有偏离，造成了整体作品的大走钟，努力的心血就彻底埋没。

为了让创作者能有绝佳发挥，AERO 16 创作者笔电从前端到後端，通通都考量了。在前端设计上，搭载 4K AMOLED 的面板,支援 100% …

• 作者／亚当．罗杰斯 
• 译者／ 王婉卉

一件让全球流量暴增的裙子

二○一五年二月七日，瑟希莉亚．布利斯戴尔（Cecilia Bleasdale）整个下午都在逛街，想要买出席女儿葛蕾丝婚礼所穿的连衣裙。下午三点半，在英国柴郡（Cheshire）的一间店里，布利斯戴尔找到了一件镶着黑色花边的蓝裙，用手机拍了下来。她把照片传给葛蕾丝，问她觉得如何。

葛蕾丝觉得那是一件以金色装饰的白裙。她母亲告诉她才不是。这还真怪，事实上，怪到葛蕾丝把照片上传到脸书，问大家为什麽她和母亲看到的颜色不一样。

葛蕾丝的友人凯特琳．麦克尼尔（Caitlin McNeil）也同样觉得很困惑，於是在婚礼结束後，把同一张图转贴到自己在社群网路平台 Tumblr 的页面上。

不久後， 麦克尼尔将以下讯息传给了网路新闻媒体 BuzzFeed 的 Tumblr 帐号：

「buzzfeed 帮帮忙——我发了这件裙子的照片（就是我 tumblr 帐号上的最新贴文）。好了，有人觉得是蓝色，有人觉得是白色，你可以解释为什麽吗？ 因为我们快想．破．头．了。」

负责管理 BuzzFeed Tumblr 帐号的凯兹．霍德内斯（Cates Holderness），看到这则讯息後，基本上只是耸了耸肩，继续做自己的工作。但到了美国东岸下午五点，也就是霍德内斯所在的时区，这则 Tumblr 贴文下面已经有超过五万则的回覆。

霍德内斯叫了几名同事过来看那张照片，问他们那件连衣裙是什麽颜色。这群人立刻出现了共识被打破的知觉式有丝分裂，有如酵母细胞一分为二。霍德内斯发现自己被夹在两群生气的人中间，他们像坐在肩上大声叫喊的天使与恶魔：白与金对上蓝与黑。

霍德内斯对网路乡民喜欢的话题有超乎寻常的直觉，於是决定进行投票调查，把照片上传到 BuzzFeed 的网站。「Tumblr 上现在吵得不可开交，我们得来解决这场争议。这件事很重要，因为我觉得我快发疯了，」她写道。投票调查在下午六点十四分上传。之後，霍德内斯下班，赶搭地铁回家。

她从地铁站走出来时，发现大量的手机通知轰炸开来。她收到的简讯有如海啸来袭。她那篇投票调查的流量就像曲棍球杆效应般，冲高闯进了数位平流层。她上不了推特，页面一直当掉，也许是因为微网志网路本身的全球流量暴增，每分钟就有一万一千笔推文，其中看到白与金以及蓝与黑的人各占一半。

在 Tumblr 上调查的结果，两边的人数也差不多。这件连衣裙变成了所谓的「蓝黑白金裙」（The Dress）。

到底是什麽颜色？

我当时在《连线》（…

• 作者／亚当．罗杰斯 
• 译者／ 王婉卉

光谱的故事

牛顿从三棱镜中获得的最大体悟，并非不同色光在穿透同一介质後，折射率会有所不同。席奥多瑞克与他同时代的研究学者已经证实这点了。

就算让单色光再穿透另一个棱镜也不会改变，牛顿甚至不是证明这点的第一人——证明的人是十七世纪的波西米亚科学家约翰尼斯．马克斯．马奇（Johannes Marcus Marci）。

牛顿的独家发现是，那些色彩是如何混合在一起。他发觉，纯粹阳光的白光，其实是所有其他色光混合而成的结果，透过棱镜的折射，才使其分散开来。或者就像牛顿所说的，光是「由形形色色的光线构成，有些光比其他光更容易折射。」我们四周充斥的光是由顺序固定的「纯」色构成，而这个顺序就是自亚里斯多德的时代起，众人不断在寻找的目标。

牛顿为这个顺序想出了一个非常不错的名称，叫做「光谱」（spectrum）。

然後，牛顿谁也没说，就这样返回了剑桥。他协助一位年长导师编辑光学与色彩的着作，却没告诉对方自己的新发现。这位导师退休後，牛顿接任了这家伙的职务：卢卡斯数学教授（Lucasian Professor of Mathematics）荣誉职位。

牛顿这位据说上课很无聊的讲师，这时才终於开始一点一滴发表自己从研究棱镜所得出的结果。

尽管牛顿写出的折射运算式既冰冷又毫不浪漫，却依然有人深感崇拜。当时的皇家学会秘书是德国人亨利．欧登堡（Henry Oldenburg），工作主要是负责让欧洲各地的研究人员能进行书信交流。（欧登堡精通荷兰语、英语、法语、德语、义大利语、拉丁语。）

《自然科学会报》的斗嘴故事

一六六四年，他向皇家学会创始成员的波以耳极力推销一个可以赚钱的构想：把所有书信整合成只供订阅的通讯刊物。

法国才刚开始出版《科学家周刊》（Journal des Sçavans），他们的编辑部也有向欧登堡邀稿。结果，欧登堡反而把先前出版的一本周刊带到了学会的集会上，连同一份他自己想尝试的通讯草稿或校样——一份相似「但本质更偏向哲学」的刊物，他如此表示。

於是，《自然科学会报》（Philosophical Transactions）就这样创刊了，可说是世上首份彻彻底底的科学期刊。一份有两三页，要价一先令。

欧登堡听说了牛顿正在埋首研究的主题，於是开始不断央求他发表成果。最後，在一六七二年二月，牛顿洋洋洒洒写了一封长信，描述自己的研究，以为这封信会在皇家学会的集会上由人朗读。

由於欧登堡假定，任何人寄给自己的任何内容都属於正式公开发表，於是就把那封信的内容刊登在当月的《自然科学会报》上。这时，欧登堡已经把这份期刊改为订阅制，而这种模式是否可行，全取决於独家内容。

《自然科学会报》自创刊以来的七年间，发表的论文格式大多遵循波以耳树立的范本，也就是采时序叙事。现今期刊可能会遵循的格式——绪论、假设、研究方法、实验结果、结论——当时尚未成形。

牛顿写的信一开始有点像做工精良的成品，提出了研究方法与概念，并表达这整个研究到底多有乐趣，他自己对研究发现又是多乐在其中。

然後，他似乎就放弃了。写到一半，牛顿不再试图用数学计算证明任何事，就只是写下自己的理论，描述几个实验。这不是「我的彩虹之旅」。尽管如此，牛顿依然为世上有史以来的第一份科学期刊，写下了有史以来的第一篇科学论文。内容还是关於色彩与光。

几乎没过多久，世上最聪明的一群人就开始酸他。虎克在信件内容发表後的一周内，就写信给欧登堡，表示牛顿对折射性不同的看法错了、对白光的看法错了、对光是由什麽构成的看法也错了。

况且无论如何，虎克说，他早就做过这些实验了，不觉得有什麽了不起。接下来的四年间，《自然科学会报》不断发表针对牛顿研究成果的批评，再刊登牛顿对这些批评的回应。

《光学》终於出版

最终，牛顿投降放弃。他不再跟欧登堡有所交流。虎克则在一七○三年去世，一年後，少了吹毛求疵的批评者，牛顿出版了《光学》（Opticks）。

在这本相当有分量的着作中，牛顿添加了一堆新难题。他先前就一直在思考原色的问题，但现在终於承认光谱是连续的，而这个连续光谱包含了无穷的色彩层次变化，也是色彩何以会改变、色彩顺序何以会渐变的答案。

然而，牛顿也坚决主张，这个光谱具有亚里斯多德式（与炼金术）的七种色彩：他在红、黄、绿、蓝、紫罗兰中，加上了橙与靛蓝，接着将所有色彩围成一圈，透过根本就是他虚构的非光谱紫色，把其中一端的红色与另一端的紫罗兰色连接起来。…

2009 年上映的西班牙史诗电影《风暴佳人》（Agora）改编自历史上第一位女数学家、天文学家及哲学家——东罗马帝国学者希帕提亚（Hypatia）的生平事蹟。她在科学上最着名的贡献为发明了天体观测仪和比重计。

西元 350 至 370 年间出生於北非亚历山大城的希帕提亚，其父为享有盛名的数学及天文学家，史称「亚历山大的席恩」（Theon of Alexandria）。席恩曾记录月蚀及日蚀，注释了欧几里德的《几何原本》、托勒密的《天文学大成》等重要书籍，亦是一名博学院（Museum，或称谬思神庙）的教师，教授数学及天文学；席恩的成就为当时及後世影响深远。

希帕提亚自幼在博学院里长大并接受教育，由父亲亲自指导，尽心栽培宝贝女儿。希帕提亚未辜负父亲的苦心，长大後的她相貌出众、学识渊博、谦虚品德好，几乎所有美好的形容词都能套在她身上，人们都赞赏着她的美丽与学识涵养。

嫁给真理的希帕提亚

她也承袭了父亲教育後进学子，在教学方面是一位非常受人尊敬的教师，广受学生的爱戴；公开演讲时，受市民爱戴及敬重；甚至是亚历山大城的行政官员，也会登门拜访寻求政务上的意见。青年们被这位富有魅力的女性所吸引，不过据说她都以「嫁给真理」为由，婉拒了前来表达心意的追求者们，终其一生未嫁。

希帕提亚教导的是当时最为高深的天文学及数学，如《代数学》、《天文学大成》等，她会将所讲授的学问加上着述，包含关於名着的解释及个人见解，以便於学生更容易接受艰涩的内容。

除数学和天文学外，希帕提亚在教授哲学方面更富盛名，她是新柏拉图主义者，虽然新柏拉图主义带有神秘色彩，与中世纪的「经院哲学」更是息息相关，但她所讲述的哲学，却是不带特定信仰且更加结构化的。此举使她的名声传遍欧、亚、非各地，学生纷纷慕名而来为听她讲学，当中包括基督教徒、异教徒等各式宗教信仰者。

英年早逝的希帕提亚

罗马帝国晚期的亚历山大城面临着宗教文化冲击，主教提阿飞罗与皇帝狄奥多西一世下令，全面禁止各类异教崇拜，基督徒打压异教的行为蔚为风潮，并开始摧毁各式异教会所，并将新柏拉图主义视为异端。

不愿改变信念的希帕提亚，最後遭受一群暴民攻击致死。至今关於希帕提亚的逝世详情说法仍不一，各来源版本所述内容均有出入。

英年早逝的希帕提亚毕生成就不凡，除了在教育与知识传播上煞费苦心，从一些文献纪载中可得知，她对物理仪器的制造也很专精，包括天体观测仪、液体比重计、星盘等，都是在她的指导与协助下发明出的。

由於她多方成就，史称希帕提亚是世上第一位女数学家和天文学家、最出色的女哲学家，一直到近代仍有学者为她书写，以表敬重。

参考资料：

• 维基百科—希帕提亚
• 苏意雯：〈第一位女数学家──海佩蒂亚〉，《科学月刊》第302期
• 颜一清：〈海巴夏〉，《数学传播》第16卷第4期

…

被《纽约客》（The New Yorker）称为「冰女」（Ice Woman）的女科学家——玛丽．恩格尔．彭宁顿（Mary Engle Pennington；1872－1952），是美国着名的细菌化学家，同时也是一名制冷工程师。

出生於田纳西州的彭宁顿，出生後不久便举家搬往宾州费城生活。彭宁顿的童年生活很丰富，她的父亲热衷於园艺，也鼓励她一起协助栽种、熟悉各类植物；除植物外，周末彭宁顿会和母亲逛市场，有时还会去农场挑选肉品，她便会在一旁观察，也是在这时她注意到了，夏天满是农产品的摊位，一到冬天却什麽都没有。

「女性」在化学这条路上受到的阻碍

十二岁时的小彭宁顿在图书馆找到了一本医学化学教材，身为一个对书籍狂热的阅读者，努力吞下了对当时的她而言是非常艰涩的内容，她便察觉到，是那些肉眼看不到的化学元素构成了周遭的一切，甚至维持生命所需。

「突然，有一天，我意识到，尽管我无法触摸、品嚐或闻到它们，但它们确实存在。这是一个里程碑，」彭宁顿说，「我领悟到了世界的真实性。」

这引起了彭宁顿的兴趣，她便向私立女子学校的校长询问，是否愿意提供化学讲座。由於当时科学被认定不是适合年轻女性的学科，因此校长感到震惊并拒绝了。不过高兴的是，彭宁顿的家人非常支持她的新兴趣。

十八岁的彭宁顿找到了宾州大学的科学学院院长，询问是否能能提供就读名额，在当时的院长与化学系教授支持男女同校下，她顺利取得了入学允许。

1890 年，彭宁顿进入宾夕法尼亚大学攻读化学，同时也辅修了植物与动物学，彭宁顿在短短两年内完成了学士的学位要求，包括化学、植物学、动物学、细菌学。毕业时，彭宁顿是班上唯一的女性，但碍於当时宾大没有授予女性学位，因此她仅能获得修业证书，而不是像她的男性同学那样获得学位。

不过这并未浇熄彭宁顿的热忱，彭宁顿无视所有对她的歧视，并继续埋首於化学研究生涯，具有天赋的她，在短短三年内发表了一篇关於化学元素铌（columbium）和钽（Tantalum）的衍生物论文，靠着这份成就，也让彭宁顿在 1895 年时，取得宾大的化学博士学位，这件事对当时（对现在应该也是 XD）而言堪称壮举，没有学士学位，却拥有了博士学位。

然而，对她，对一位女性科学家的偏见与歧视并未因此消失。

随後彭宁顿很快就察觉，化学专业对女性从业者的偏见与在学术界时是相同的，尽管彭宁顿已经是加入美国化学学会的第三位女性，但大多数化学家，包括女性化学家，都认为应将她们的知识和技能应用於当时被认为更「女性化」的领域。

但彭宁顿坚持选择纯科学。

从纯科学走向社会

之後，彭宁顿陆续在宾大担任研究员，又在耶鲁大学攻读了生理化学，但她也不断意识到，社会对於受过良好教育的女科学家认可及需求并不高，并开始思考着如何推广她的科学工作。为此，她在费城创立了临床实验室，为医生提供良好的实验室资源，以利於进行准确的细菌学分析，而後也在宾夕法尼亚女子医学院任教，教授生理化学，并指导该校的化学实验室。

1906 年，彭宁顿被任命为新成立的费城卫生和细菌学实验室主任。此时的彭宁顿也修改了目标，她希望能用科学来改善社会，而不是在只在实验室里专注於纯科学。她任职後的第一份工作是：根除可能传播致命疾病的不纯牛奶。然而当时还没有相关法规或标准，她考量到公众对食品加工厂不卫生条件的担忧，及制作过程中是否受到污染，并建立起第一个全国通用的牛奶和乳制品检验及保存标准。

而後，彭宁顿成功地改善了食安问题，并在教育公众了解食品中污染物的危害方面发挥了关键作用，与此同时也为她之後的制冷研究埋下了种子。

为制冷技术和食品保存奠下基础

1907 年美国农业部（USDA）化学局（即为食品和药物管理局 FDA 的前身）局长哈维·威利（Harvey W. Wiley）鼓励她为政府研究食品冷藏保存的方法。

隔年威利任命彭宁顿担任美国农业部化学局食品研究实验室的负责人，这也让她成为了化学局里第一位女性实验室负责人。

彭宁顿带领研究员设计了食品工业的各个方面技术，如仓储、包装和配送等，该实验室成为了食品处理及储存研究的核心，特别是在防止鸡蛋、家禽和鱼类腐败方面。

彭宁顿在参与冷藏车运输研究的期间，开始对制冷机械产生兴趣，并开始改良冷藏仓储与推广食物保存的相关知识。她对冷藏仓储的改良十分出色，许多食品经销商向她寻求建议，以制定完善的卫生程序，为她的专业知识赢得了尊重。

事蹟

彭宁顿於 1908 年作为美国官方代表，参加在巴黎举行的第一届国际制冷大会（她终生参与此会议）。作为唯一的女性代表，虽然她没有发明制冷，但开发了确保冷藏食品保持新鲜和可食用的程序，并帮助建立了制冷行业，制冷也成了她的主要研究重点。…