三大科技革命與時空宇宙

 

期中考題及參考答案 2006 年 11 月

(簡答題,每題十分)

 

 

一、愛因斯坦對近代物理的貢獻有那些?至少列出三種。

提出相對論(分狹義、廣義)、解釋布朗運動、解釋光電效應。

 

二、什麼是原子論的復興?

歷史上很早就有哲學家或思想家對物質組成的方式提出看法,有人認為物質可無窮盡不斷分割下去,另一些人則認為有最小不可切割之單位,叫原子。到了近代,由於化學之化合物實驗的結果(純物質以固定比例形成化合),以及對氣體的研究是假設氣體分子或原子構成而成功地描述了氣體的性質,因此重新使大眾接受物質的確是由基本單元原子所構成,此為原子論的復興。

 

三、什麼是布朗運動?

花粉粒子受到來自各方向水分子時時刻刻不斷撞擊,合力不一定恰好抵消,而有不停瞬間改變方向的曲折運動。

 

四、為什麼要解釋原子的結構也需要用到量子的觀念?

科學家利用實驗證明原子內部有帶正電的原子核(帶近乎全部質量)及帶負電的電子(負質量遠小於原子核),其大小皆遠小於原子,中間絕大部分都是真空。根據古典物理學,電子必須不斷像行星般繞行在中心的原子核,才能避免負的電子跌回到正的原子核上,但古典物理學亦預測帶電粒子作圓周運動是會不斷發出電磁波而使自已能量減少且軌道逐漸變近,最後終必落到原子核上。量子理論主張電子只能在幾個特定的能階間跳躍,所以原子能一直維持該有的大小。

 

五、雷射光和普通燈泡光有什麼不同?

雷射光來自電子的能階躍遷並在共振腔中產生,單一波長、具高度平行性,並有高度的同調性(同步性)。

普通燈泡則是因鎢絲受熱而發光,其光線含各種色光波長,光線朝各方向散開,相當於各自獨立的光線。

 

六、簡述 DNA 上的資訊為什麼可以被複製(提示:雙股互補配對)?

DNA 的分子結構是長長的兩股,上有密碼分子成對,互為互補,當兩股拆開,由酵素各自按其上密碼順序製造出另一股、就會有一模一樣的兩個雙股了。

 

七、詳述蛋白質在細胞中按著基因密碼被製造出來的過程。

細胞核內的染色體上有鹽基配對 A-T、G-C 形成的密碼,由一種酵素(或蛋白質、酉每)轉錄出 mRNA(訊息 RNA、或 DNA 的 copy),mRNA 跑出細胞核之後被核糖體捕捉,依照其上的密碼三聯碼把對應到的胺基酸一個個串起來形成長的胺基酸鏈,遇水自我折疊形成立體結構之後,就是具有功能的蛋白質了。

 

八、為什麼 P53 基因受損則患癌症的機率就極高?10%

P53 能誘發 DNA 的修復,甚至在無法修復時引發細胞自殺的機制。如此有效地阻止因為紫外線、自由基或其他內外在因素所造成的 DNA 損壞。若 P53 基因受損,細胞失去了 P53 這個重要的保護機制, 就容易引發不正常功能的細胞發生。

 

九、什麼是端粒?它與細胞所能分裂的次數有什麼關係?又什麼是 " 端粒 [酉每] ",它會出在人體那些細胞之中?

端粒是線狀 DNA 所特有(如大腸菌其 DNA 呈環狀,就沒有端粒),位於線狀 DNA 的兩端,有重複字碼,可使 DNA 不會錯亂黏合。(補充:兩股 DNA 的其中一股在複製時酵素是倒著走的,如果沒有多一段作軌道則就會有一小段沒複製到,因此隨複製次數而變短。)

由於端粒在每次細胞分裂後都會短一截,也因此細胞的分裂有一定次數上的限制。

端粒[西每]會延長端粒的長度,存在於生殖細胞癌細胞之中。

 

十、為什麼能以 DNA 定序的方式分析人種演化的根源?

粒線體內含有 DNA,完全從母系細胞中獲得,因此歷經許多世代也甚少變化,只會循一定的機率突變。也就是說,越接近同一來源的,粒線體內含有 DNA 類似度越高,如此可以據以判定不同生物個體或物種在親源上的遠近。