2014年11月3日

格子趣

怎麼讓巧克力和冰淇淋更美味?答案是:結晶。

結晶?這聽來一點也不陌生,我們所熟知的糖和鹽,就是結晶體。晶體可以視為由許多相同大小的格子所組成,是具有規則排列的原子或分子。

自1914年起,科學家發現透過X射線在排列整齊的晶體中能產生繞射現象,解出物質內部的結構,「結晶學」便開始照亮組成這個世界的成分。

結晶學發展至2014年,剛好屆滿百年。這個100年,對臺灣結晶學界來說,也別具意義,不論是促成結晶學研究的儀器演化、同步輻射設施的成立,或是與國際相關社群的交流,這一路走來,也正是臺灣結晶學完美蛻變的過程。

天然礦物中存在許多晶體,像是紫水晶或石英,耀眼奪目;但長久以來它們的三維結構一直是個謎團,直到X射線的出現才豁然開朗。「沸石」也是如此。沸石是無機孔洞物質,可以做為分子篩,為了將它開發應用至醫療、電子等產業,科學家開始深究其晶體結構的孔洞大小、形狀、孔壁的化學組成等訊息,以人工方式合成各種類沸石孔洞物質;而這些孔洞也不單只是個洞,在結構如積木般排列規則的晶體裡,還帶有數字玄機。

除了無機物,想要了解調控生命體運轉機制的「蛋白質」,也需要透過解析蛋白質晶體的三維結構。臺灣科學家在這個領域的研究可說是百花齊放,且是少數擁有蛋白質結晶學設施的國家,未來的學術成就更值得期待。

看來結晶學包含的領域非常廣,不僅有物理學家發展解析結構的理論,還有地質學家依靠礦物的結構與形式將其分類,更有生物學家使用X光繞射技術去解決更複雜的蛋白質分子。

不過除了X光,還有許多關於「光」的故事。其中有一道最古老的光──宇宙微波輻射,裡頭可是留有宇宙最初形成和演化的證據。而光的探測器,更讓1994年諾貝爾和平獎得主阿拉法特驟然去世之謎有跡可循!

至於「結晶」到底如何讓巧克力和冰淇淋變得更美味?除了糖會因產生結晶的過程相異有品質及風味上的差別,巧克力吃起來不一樣是由於裡頭含有可可脂的結晶型態不同,而冰淇淋的軟硬口感其實取決於冰結晶生成的多寡。都是因為X射線,才能看見這些格子裡,藏有那麼多意想不到的樂趣!

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