- 紅移；紅位移（Redshift） 2009/09/18
紅移；紅位移（Redshift）
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯電磁波（例如光）的都卜勒效應在天文學(astronomy)領域有很大的用途，該效應造成了紅位移，或是藍位移的結果。利用該現象，可以測量宇宙中的恆星以及星雲(galaxies)，遠離或者是靠近我們地球的速率，該速率稱之為法線速率或者是徑向速率(radial velocity)。在相對論領域裡，這可以用來偵測表面看起來是一個恆星的天體，是否其實是兩個很靠近的雙星(Binary star)。
根據既有的認識，恆星的光譜(spectra)是不連續的。在天文研究中，可以據此分析與使用光譜的都卜勒效應。在光譜學裡，不同的元素吸收不同的能量，才能讓元素內的電子做能階的躍遷，稱之為吸收光譜(absorption lines)。事實上，恆星的吸收光譜卻總是和穩定不動光源的光譜頻率不同，這個現象可以用都卜勒效應解釋。因為藍光的頻率比紅光的頻率高，所以當天體靠近我們時，其所發出的光譜會偏向藍色；反之，當天體遠離我們時，其所發出的光譜會偏向紅色。
離太陽系最近的幾個恆星，根據都卜勒效應分析，天體Woolley 9722(亦稱之為Wolf 1106 and LHS 64)具有接近太陽的最大徑向速率，量值是260 km/s；反之，LHS 52具有遠離太陽的最大徑向速率，量值是308 km/s。
- 波動方程式 2009/09/18
波動方程式 (Wave Equation)
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯波動方程式是一個很重要的二階線性偏微分方程式(second-order linear partial differential equatio)，它可以定量地描述諸如聲波、水波，或者是光波等波動的行進，在聲學(acoustics)、電磁學(electromagnetics)與流體力學(fluid dynamics)中都會使用到波動方程式。
根據科學史，科學家Jean le Rond d’Alembert, Leonhard Euler, Daniel Bernoulli, 和 Joseph-Louis Lagrange都研究過樂器的弦線振動問題，弦線振動就產生了波動。
波動方程式其實是數學領域裡，有關雙曲線偏微分方程式 (hyperbolic partial differential equation)的原型實例 (prototypical example)。在波動方程式裡，有一項常數代表波動的速率。例如在20°C下，聲波在空氣中的波速是343m/s，如果弦線振動產生的波動，波速則和線的密度以及線的張力有關。對於螺旋的彈簧而言，波速可能慢到每秒幾公尺。
更多實際上波動方程式，則允許波速隨頻率改變，該現象稱之為色散(dispersion)。在色散的例子中，波動方程式的波速項就必須由相速度(phase velocity)取代。另外，在實際的波動系統中，還常見到波速和波動的振幅有關，如海浪。據此修正後的波動方程式，就會變成一個非線性方程式(nonlinear wave equation)。
- 波動（Wave） 2009/09/18
波動（Wave）
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯波動是一種會在空間中傳播的擾動(disturbance)，通常伴隨著能量的轉移(transference)。機械波(mechanical wave)是一種要依賴介質(medium)才能傳播的波動，介質受到了恢復力(restoring forces)，才會產生變形(deformation)的情況。也有波動是可以在真空(vacuum)中傳播，例如電磁輻射(electromagnetic radiation)，以及重力輻射(gravitational radiation)。隨然尚未直接偵測到重力波，但是現今的科學界普遍相信它的存在。當波動從空間中某一位置行進以及傳送能量至另一位置時，介質的粒子不會隨著波動行進而移動，反而粒子會相對於某一固定的位置做振動或者是擺動(vibrations)。
底下列舉幾個波動的例子：
1.海洋的表面波(Ocean surface waves)：經由水分子，在海洋表面傳送的擾動(perturbations)。
2.電磁波：可以不需要任何介質，就可以在真空中行進的波動。例如無線電波(Radio waves)、微波(microwaves)、紅外線(infrared rays)、可見光、紫外線(ultraviolet rays)、x射線、gamma射線等等。
其他還有聲波、地震發生的地震波(Seismic waves)以及慣性波(Inertial waves)等等。 - 第I類和第II類超導體（Type I and Type II Superconductors） 2009/09/18
第I類和第II類超導體（Type I and Type II Superconductors）
國立虎尾科技大學電子工程系吳添全助理教授/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯1950年維塔利•金茲堡同朗道和阿列克謝•阿布里科索夫的努力，讓超導現象有更深一層的解釋，也將超導體分類成第一類(Type I)及第二類(Type II)超導體。早期所發現的金屬超導體大都屬於第一類超導體。
在第一類超導體中，由於超導的相干長度遠超過磁場穿深度。外加磁場一旦超過臨界磁場值，超導狀態便消失。這一類超導體中其界面能是正的，當外磁場H小於臨界磁場HC(T)時，以超導態為穩定態。此時，它為邁斯納態且具有完全抗磁性質，即在超導體體內，磁感應強度恒等於零。由於外加場和磁體間會滿足下列式子：
第一類超導體與第二類超導體不同，第二類超導體中其界面能是負的，而且超導的相干長度小於磁場穿深度。這類型的超導體則出現在一些合金和化合物(如高溫超導體)，其臨界磁場有兩個上下值，當外加磁場超過較低的一個，內部則有部分磁力線可以穿過超導體，就進入混合態(Mixed state)，一直到外加磁場超過另一上限值，超導態才消失。下面的圖2可以簡單表示超導體和外加磁場的關係：
當外磁場達到下臨界磁場值 ( HC1 ) 之前與第一類超導體相同具有邁斯納態的磁矩；當磁場大於下臨界磁場後，磁場將進入到超導體中，這時體系仍具有無阻的能力。但當磁場進入到超導體中愈來愈多，同時伴隨著超導態的比例愈來愈少，磁通釘扎降低超導的抗磁性，故磁化曲線隨著外加磁場的增加緩緩減少，直到上臨界磁場 ( HC2 ) 時，磁矩為零，超導體完全恢復到正常態。而正常和超導相互滲透的狀態下 ( HC1 < HC < HC2)為混合態。在HC1和HC2之間，雖然邁斯納效應不完全，但仍然沒有電阻，對導電需求沒有影響。而且在有磁場和外加電流的狀況下，進入超導體內的磁通就會因為受到羅倫茲力的作用而移動。這種磁通運動(flux motion)或蠕動(flux creep)也構成電能的耗散。這種因為磁通運動所造成的電阻，稱為流阻。同時，零電阻的特性也會逐漸消失。 參考資料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Type_I_superconductor - 地震波（Seismic Waves） 2009/09/18
地震波（Seismic Waves）
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯地震波是一種藉由地球傳播，或者是其他彈性體傳播的波動，通常發生在地震、爆炸，或者是對於物體施力的過程中。當海洋的波動(ocean waves)，或者是風等等持續地重擊，地球上的地震波就持續性地活躍(continually excited)。地震學家(seismologist)專門在研究地震波，並且使用地震圖(seismograph)作為測量方法。地震圖紀錄了地震測量儀(seismometer)，或者是地音探聽器(geophone)的輸出資料。在處理有關油井(oil reservoirs)的地震研究過程，水聽器(hydrophones)也可以提供額外的資訊。
地震波的傳播速率，和地震波所穿過的介質性質有關，這些性質包含了介質的密度(density)和彈性程度(elasticity)。在地殼(Earth’s crust)裡，地震波的波速範圍從3公里/秒~8公里/秒。在更深的地函(mantle)裡，波速高達13公里/秒。地震發生時會引發各種的地震波，而且每個地震波的波速也不一樣。根據每個地震波抵達觀測站的時間差異，科學家可以標定出地震波源(hypocenter)的位置。在地質學(geophysics)領域，地震波的折射與反射(refraction or reflection)也常常用來作為研究地球內部結構的工具。
- 水波的發散 2009/09/18
水波的發散 (Dispersion of Water Waves)
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯在流體力學的領域裡，水波的發散通常是和頻率的發散(frequency dispersion)有關。頻率的發散意謂，波長不一樣的波動，在空間中的相同介質傳播時，會有不一樣的相速度。在本文的討論裡的水波，專門表示是因為水分子同時受到重力，以及表面張力作用，在水的表面產生的波動。因此，通常將擁有自由表面的水，稱之為色散的介質(dispersive medium)。
水分子因為重力作用，在水面產生的重力波，波速會隨著波長增加而增快。對於相同的波長而言，深水區的重力波，會比淺水區的重力波，有比較快的相速度。除了頻率會造成的水波發散，水波的振幅也可能會造成發散的狀況。這是一個非線性(nonlinear)的現象。振幅較大的水波，和振幅較小的水波相比較，兩者的相速度不一樣。
在物理領域所討論的波動，有一個很重要的性質。當行進波的振幅大於零時，波動的角頻率(與波動的頻率成正比)與波數(與波動的波長成反比)，兩者之間必須滿足一個相互關聯的函數，稱之為頻率發散關係(frequency dispersion relation)。頻率發散關係函數除了與波數有關，也和其他幾個變因有關。例如在討論水面的重力波時，根據線性理論，因為重力產生的加速度，以及水的深度，皆是頻率發散關係函數的變因之ㄧ。
- 你家的液晶顯示器可以產生多少種顏色(Color)呢？ 2009/09/18
你家的液晶顯示器可以產生多少種顏色(Color)呢？
國立苑裡高級中學物理科王建揚老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯網路上billylinw︰『現在流行彩色手機，常聽到65536色、4096色、26萬色、256色。不過，很少聽到電腦的色彩是幾色耶！不知道要怎麼查耶！』
lamina︰『目前大概就是這樣吧….
在桌面按右鍵選內容點設定值，這樣就可以看到你目前選用的色彩解析
-16 位元 => 65536 色
-24 位元 => 1677 萬色(全彩) 』
REI︰『再請教一個問題…
電腦顯示的顏色…是看顯示卡還是顯示器…
像我的顯示卡可以到32位元..
但LCD顯示器只有到24位元…
另外…據說24位元是肉眼辨識的極限… 』
人類視網膜上分佈著4種感光細胞，包括桿狀細胞及三種錐狀細胞。其中，桿狀細胞含有紅紫色的光敏色素，稱為視紫質（rhodopsin），由其光譜圖[1″>可以看出桿狀細胞對綠光最為敏感，這可以說明在黑夜裡，草莓綠葉會比紅色漿果更顯眼，下次到大湖夜遊採草莓可以注意觀察看看。
不過彩色視覺主要來自另外三種錐狀的感光細胞，他們分別含有對紅綠藍三種波長色光敏感的色素，它提供了人類在較明亮環境中的彩色視覺。
人類的彩色視覺，除了依賴這三種錐狀細胞對不同色光的相對吸收能力外，還需要大腦對錐狀細胞所送達的訊號強度加以比較及轉譯。因此並非所有進入視網膜的光線，都會被”我們”看到。
舉例而言，一道580nm的黃光照射在視網膜上，由圖[2″>可知除了藍色錐狀細胞幾乎吸收不到黃光的能量外，綠色及紅色錐狀細胞都能吸收並轉換成極高強度的訊號給大腦，此時大腦藉由紅綠色錐狀細胞送來約略相同的強度訊號及藍色錐狀細胞無強度訊號，將此訊息轉譯成黃色光照在視網膜上，告訴我們看到黃光了。然而，利用一道640nm紅光與一道540nm綠光同時照射在視網膜上，此時參考圖[2″>，紅綠藍三色錐狀細胞所能吸收的能量與轉換給大腦的訊號強度，與上述580nm黃光所產生的訊號強度十分相似，因此，雖然沒有任何580nm黃光照在視網膜上，但經由大腦的轉譯，我們依然認為看到黃光，儘管實際上是紅光與綠光照在視網膜上，但我們並無法察覺紅光及綠光的存在。
因此現有的彩色顯示器，不論是舊式的映像管，或者現代的液晶或電漿顯示器，都藉由這個方式，利用紅綠藍三種色光（三原色）的比例配置，引發人類大腦豐富的彩色視覺，圖[3″>翻拍自電視機畫面，畫面中白色區域，如果加以放大觀察，事實上只是一些紅綠藍的發光色塊而已，只要三種發光色塊產生不同比例的亮度組合，大腦就有可能辨識其間的差異，而讓我們看到不同的色彩。
網路上所討論的內容，主要著眼在現代數位訊號，可以提供紅綠藍三種色塊多少種發光強度及組合，舉例而言，8位元的數位訊號表示至少可以提供28 =256 種不同的訊號強度，而紅綠藍三原色的發光強度組合就有2563 =16777216種，表示螢幕一組紅綠藍色塊，可以產生16.7百萬種色光組合，至於是不是極限，就要問問你的大腦了！
參考資料：
Penelope A. Farrant(1997), Colour in Nature, Blandford, UK - 筆直的彩虹（Rainbow） 2009/09/18
筆直的彩虹（Rainbow）
國立苑裡高級中學物理科王建揚老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯日劇「愛迪生之母」主要內容在討論現代日本教育制度下，兒童教育的種種問題，其中有一段老師在校園內教導生活中的科學知識，孩子們出現了以下的對話︰
A說:「在路上看見了彩虹！」
B說:「我也有看見彩虹，而且還是筆直的一條彩虹！」
C對B說：「彩虹都是半圓形彎彎的形狀，怎麼會是直直的一條，你說謊，你是騙子！」
上面的照片圖一是2008/6/28 AM10:19，在苑裡所拍攝到天空中一抹豔麗的胭脂，當時風和日麗，陽光十分耀眼，大氣中一定有不一樣的地方，只是工作忙碌就把這事給擱下來，可是心裡還是不時的感到疑惑，總覺得不太像是日暈的現象，因為我一直認為日暈一定是以太陽為中心的圓形光環，但又沒有合理的解釋，最近終於在Color and Light in Nature 這本書裡找到答案。
國立編譯館的學術名詞資料網的名詞翻譯成，日承或環地平弧（circumhorizontal arc，CHA），十分耀眼的彩色亮帶，與地平線平行，紅帶在上方，藍帶在下方，出現在與太陽同向的天空上，仰角較低處，屬於日暈（halo）的一種，可能因為地面的障礙物影響，比較少被觀察與紀錄。
日暈的產生主要是對流層上端溫度低到零下40度以下，使得水氣結晶成為冰晶，由於冰晶的對稱性比水滴低，因此產生的大氣光學現象比水滴還要豐富，除了常見的22°圓形日暈、幻日（Parhelia, Sun Dog）…。由上圖二可知，陽光如果由六角冰晶垂直邊射入，並由下層的水平面離開時，相當於通過直角稜鏡，當然會有色散現象，同時由於紅光偏向角小於藍光，因此環地平弧的藍光帶會在下方，而紅光帶剛好相反。
當你看到一些奇異的景象或違反你的日常經驗的現象時，你會作什麼事呢？你會像日劇中的小朋友告訴大家，不怕別人異樣的眼光呢？還是馬上說那是騙人的，並拒絕任何進一步探索討論的過程。希望你不是後者，否則你會失去進步的機會。還有現代的學生們身上經常帶著千百萬畫素的3C照相設備，除了拍人物照之外，或許抬頭看一下天空的雲彩與日月星辰，並紀錄一下周遭環境的奇異景象，相信你更能感受到這個世界的奇妙與趣味。
參考資料：
國立編譯館的學術名詞資料網 http://terms.nict.gov.tw/search1.php
David K. Lynch and Willam Livingston(1995), Color and Light in Nature, Cambridge University Press, UK