1
00:00:06,842 --> 00:00:11,668
周遭許多無生命的物體
看似完全靜止。

2
00:00:11,668 --> 00:00:15,663
但如果深入觀察它們的原子結構，

3
00:00:15,663 --> 00:00:18,333
就會看見一個不斷波動的世界。

4
00:00:18,333 --> 00:00:21,958
伸展、收縮、彈跳、抖動

5
00:00:21,977 --> 00:00:25,158
和飄移的原子無所不在。

6
00:00:25,158 --> 00:00:28,355
看似亂紛紛的動，其實並不亂。

7
00:00:28,355 --> 00:00:31,979
幾乎所有物質的原子
都被鍵合在一起，

8
00:00:31,979 --> 00:00:34,881
根據一套原則而移動。

9
00:00:34,881 --> 00:00:39,776
例如，分子的原子
由共價鍵結合在一起。

10
00:00:39,776 --> 00:00:42,322
分子有三種移動的基本方式：

11
00:00:42,322 --> 00:00:45,834
旋轉、平移，和振動。

12
00:00:45,886 --> 00:00:49,038
旋轉和平移乃是分子在空間中移動，

13
00:00:49,038 --> 00:00:52,166
其原子間的距離保持不變。

14
00:00:52,166 --> 00:00:55,608
另一方面，振動改變了原子的間距，

15
00:00:55,608 --> 00:00:58,250
實際上也改變了分子的形狀。

16
00:00:58,250 --> 00:01:02,688
任何分子的不同移動方式
都可以被算出來，

17
00:01:02,688 --> 00:01:05,304
總數對應於它的自由度；

18
00:01:05,304 --> 00:01:07,591
在機械學裡，自由度指的是

19
00:01:07,591 --> 00:01:13,355
為要了解整個系統
所需考慮的變數數目。

20
00:01:13,355 --> 00:01:18,019
三維空間由 X、Y 和 Z 軸所定義。

21
00:01:18,019 --> 00:01:23,034
平移讓分子向其中的任何方向移動。

22
00:01:23,034 --> 00:01:25,098
自由度是三。

23
00:01:25,098 --> 00:01:28,758
也可以繞其中一軸旋轉，

24
00:01:28,758 --> 00:01:29,990
自由度加三；

25
00:01:29,990 --> 00:01:33,042
除非它是個線性分子，
例如二氧化碳，

26
00:01:33,042 --> 00:01:37,457
它其中的一種，只是
分子依著自身的軸線旋轉，

27
00:01:37,457 --> 00:01:41,607
因它的原子位置不變，
所以不計為旋轉。

28
00:01:41,607 --> 00:01:44,596
振動則有點複雜。

29
00:01:44,596 --> 00:01:46,979
取一簡單的分子，例如氫，

30
00:01:46,979 --> 00:01:51,682
兩個原子間的共價鍵，
長短不斷地變化，

31
00:01:51,682 --> 00:01:54,479
彷彿由彈簧連結著原子。

32
00:01:54,479 --> 00:01:58,985
長度的變化極小，
短於十億分之一公尺。

33
00:01:58,985 --> 00:02:03,791
分子的原子數和鍵數越多，
振動的方式也就越多。

34
00:02:03,791 --> 00:02:06,816
例如，水分子有三個原子：

35
00:02:06,816 --> 00:02:10,164
一氧、二氫，和二鍵，

36
00:02:10,164 --> 00:02:12,476
使得它有三種振動模式：

37
00:02:12,476 --> 00:02:13,824
對稱伸縮，

38
00:02:13,824 --> 00:02:15,408
非對稱伸縮，

39
00:02:15,408 --> 00:02:16,896
和屈折。

40
00:02:16,896 --> 00:02:21,142
複雜的分子有更花俏的振動模式，

41
00:02:21,142 --> 00:02:22,426
像晃動、

42
00:02:22,426 --> 00:02:23,607
搖擺

43
00:02:23,607 --> 00:02:25,195
和扭轉。

44
00:02:25,195 --> 00:02:29,854
如果知道分子的原子數，
即可算出它振動模式的總和。

45
00:02:29,854 --> 00:02:32,011
從總自由度開始，

46
00:02:32,011 --> 00:02:35,427
也就是三乘以分子中的原子數；

47
00:02:35,427 --> 00:02:38,837
這是因為每個原子可以向
三個不同的方向移動；

48
00:02:38,837 --> 00:02:41,393
其中有三個對應著平移，

49
00:02:41,393 --> 00:02:44,633
所有的原子均向同一方向移動；

50
00:02:44,633 --> 00:02:49,430
另有三個對應旋轉，
若是線性分子則對應兩個；

51
00:02:49,430 --> 00:02:53,999
剩下的 3N-6，
或者線性分子的 3N-5，

52
00:02:53,999 --> 00:02:56,127
就是振動。

53
00:02:56,127 --> 00:02:57,961
這一切因何而動呢？

54
00:02:57,961 --> 00:03:02,053
分子因自週遭吸收了能量而動，

55
00:03:02,053 --> 00:03:05,748
主要的能量形式
是熱能或電磁輻射能。

56
00:03:05,748 --> 00:03:08,485
當能量被轉移至分子，

57
00:03:08,485 --> 00:03:12,471
分子就以更快的速度
振動、旋轉，或平移。

58
00:03:12,507 --> 00:03:16,534
加快的運動速度
提升了分子和原子的動能，

59
00:03:16,534 --> 00:03:20,792
我們定義為溫度升高或熱能增加。

60
00:03:20,792 --> 00:03:25,445
這是使用微波爐加熱食物的現象。

61
00:03:25,445 --> 00:03:29,247
微波爐射出微波輻射，由分子吸收，

62
00:03:29,247 --> 00:03:31,723
尤其是由水分子吸收。

63
00:03:31,723 --> 00:03:33,659
它們四處移動，速度越來越快，

64
00:03:33,659 --> 00:03:38,101
互相碰撞，提高食物的溫度和熱能。

65
00:03:38,101 --> 00:03:40,513
溫室效應是另一個例子。

66
00:03:40,513 --> 00:03:43,250
一些太陽輻射擊中地球表面，

67
00:03:43,250 --> 00:03:45,605
被反射回大氣中；

68
00:03:45,605 --> 00:03:49,696
溫室氣體，如水蒸氣和二氧化碳，

69
00:03:49,696 --> 00:03:52,321
吸收輻射能，速度加快。

70
00:03:52,321 --> 00:03:54,883
這些更熱、更快速移動的分子

71
00:03:54,883 --> 00:03:57,573
向每個方向散射紅外輻射線，

72
00:03:57,573 --> 00:04:00,346
包括射回地球，使地球變暖了。

73
00:04:00,346 --> 00:04:03,338
這一切分子運動會停止嗎？

74
00:04:03,338 --> 00:04:07,790
你或許認為，在絕對零度，
能達到的最低溫，分子可能就不動了。

75
00:04:07,815 --> 00:04:10,677
沒有人曾降低至絕對零度，

76
00:04:10,677 --> 00:04:11,998
但即使辦得到，

77
00:04:11,998 --> 00:04:16,213
基於量子力學原理，
分子仍然會動，

78
00:04:16,213 --> 00:04:18,561
被稱為零點能。

79
00:04:18,561 --> 00:04:22,747
換句話說，自宇宙初始，
萬事萬物已經在動，

80
00:04:22,747 --> 00:04:26,950
並且還會在我們身後長久持續地動。