從牛頓的時代背景探索第二運動定律

牛頓的萬有引力定律及三條運動定律,都和「力」關係密切。因此,如果我們要討論牛頓創立的古典力學,應該先釐清,在牛頓之前,「力」的觀念是什麼?到了牛頓的時代,「力」的定義又是什麼?如果不明白「力」的定義,我們還是可以機械式的把牛頓力學「應用」到各類問題上,但是很難「認識」牛頓力學的根源。

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【科學史沙龍】〈神經的運作與圖譜〉&〈用眼睛「看」的神經反應——談光學顯微技術與神經科學的發展〉

■在所有人體方面的研究中,腦科學大概是其中最難研究、瞭解程度也相對不高的一個區塊。而由於腦是由眾多神經元(約1千億顆)所組成,科學家的首要目標便是瞭解了神經元;因此神經元是什麼?它怎麼運作?它該用什麼方式來研究呢?成了科學家們必須先回答的問題。
神經的起源相當混亂,它的發現最早可追溯至西元前500年,一位希臘的哲學家阿爾克邁翁在解剖動物時發現了視神經,而後在西元前100年時又由羅馬哲學家蓋倫提出「腦是思考的中心」,推翻了過去亞里斯多德的學說(心是思考的中心),由此奠定了神經生物學的基礎。

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咖啡中的流體力學

■前一陣子,咖啡拿鐵和抹茶拿鐵非常流行,每天在臉書和IG上都能看到好多人在喝。你是否曾經好奇過,為什麼有些人的拿鐵只分兩層,有些人的有好多層?你不是唯一好奇的人!美國普林斯頓大學機械系的研究生也跟你一樣曾在咖啡杯前思考這個問題。他們發現這跟咖啡倒入牛奶的速度有關。不只是這樣,這個現象居然跟海洋分層一樣,可以用流體力學中的「雙擴散對流」解釋。本文介紹這個有趣的咖啡科學,首先讓我們來看一下怎麼泡一杯咖啡拿鐵。

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閃電的副產品:放射性同位素

■日本京都大學的榎戸輝揚(Teruaki Enoto)副教授與他的研究團隊在2017年2月6日的時候,在他們位於日本柏崎刈羽核能發電廠的輻射偵測器中,觀測到了兩個約略同時發生的閃電。閃電的位置距離偵測器約兩公里。在閃電之後的幾百毫秒後,他們觀察到了隨後所發生的gamma射線的餘暉(afterglow)。但是有趣的是,根據觀測結果,在這個餘暉之後,另外還有一些高能量的gamma射線逐漸產生,大約在一分鐘後達到最大值。更重要的,這個gamma射線的能量約略等於0.51MeV,也就是正負電子對相互湮滅時所放出的光子能量。

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物理學中的人工智慧

■提到人工智慧,可能會想到下圍棋、預測股市等功能導向的應用。對於偏創造性的工作,例如科學研究,直覺上來說人工智慧好像無用武之地。但其實,人工智慧在科學研究中正扮演逐漸重要的角色。本文介紹在量子力學和相對論研究中使用的人工智慧。

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首次觀測到中子星融合所放出的重力波

LIGO 與 VIRGO 在2017年8月17日所看到的重力波事件 GW170817 就是由中子星融合所產生的。中子星顧名思義,是由中子所形成,體積不大,但是密度卻很大。一般來說一個跟太陽一樣重的中子星,半徑大概只有十公里左右,可以想見其密度之大。事實上中子星的質量一般都在十個太陽以下。

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旋轉的玻色愛因斯坦凝聚態

物理學的理論描述是盡量得跟實驗呼應的,也因此,即便是今日大如強子對撞機的尖端實驗,源頭的想法也都是想藉由動量、角動量等在交互作用的前後關係,去獲得物理資訊。
本文就來略談,當我們轉動一個流體,更精確地說,一個玻色愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein Condensate),什麼事情會發生。

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測量反氫原子的超精細結構光譜

■以目前的實驗物理技術,物理學家可以大量的產生反物質。一般實驗室中最常見到的便是正電子,醫院常用到的正子造影便跟正電子有關。而質量更重的反物質就更難形成,通常只有在高能粒子實驗中透過高能粒子對撞才有辦法產生。CERN的ALPHA-2實驗宣佈他們以萬分之四的精確度測量到了反氫原子的超精細結構光譜。

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【科學史沙龍】量子糾纏的故事:從惡夢到美夢

■愛因斯坦與波耳這兩位諾貝爾獎得主,在 1930 年代針對「量子糾纏」這個怪象的論戰,使得這個領域有二三十年的時間,無法建構起一個系統化的研究框架。直到 1960 年代貝爾提出不等式定理,並且獲得實驗證明之後,量子力學才總算撥雲見日,在物理學各個重要領域裡大開大展。本講次為聽眾整理這段量子力學發展的坎坷之路,並點出科學研究突破瓶頸的關鍵所在。

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電磁對偶(S-Duality)與歐姆定律(下)

電磁場在三維空間中無疑問地遵守馬克斯威方程式,當電磁場逐漸靠近區域的邊界時,從馬克斯威方程式中可以推導出在邊界上電磁場跟表面電荷與電流應當遵守的關係。這些故事可以在標準的大學部電磁學課本中找到,在這邊,筆者打算犧牲一點嚴格性,以直覺上可以理解的方式直接講結論。

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