[影音] 2014諾貝爾獎物理獎得主中村修二：嶄新光明大道

中村修二被譽為藍光LED之父，是2014年諾貝爾物理學獎得主。

臺灣大學特邀現任職於美國加州大學聖塔芭芭拉校區中村教授，來臺大演講進行一場公開演講，全程以英文講述。

◕ 講題：Road toward the new light–the history of the bright blue LEDs

◕ 時間：104年9月3日15:00

◕ 地點：臺大集思會議中心 國際會議廳 Continue reading →

如何踢出會轉彎的香蕉球？
國立臺灣大學應用物理所碩士生劉伊修/國立臺灣大學物理學系王名儒教授責任編輯

圖一 2014世界盃足球賽（圖片來源：維基百科）

足球的國際賽事常常掀起足球熱潮，這項運動的迷人之處有很多，其中包含了足球美麗的正五邊形和正六邊形縫線圖案、大曲度的射球（俗稱香蕉球）、很像跳舞的運動姿勢等。早期的足球是用動物的膀胱和動物的皮做成的，而現在是用人造皮，大部份是用十二塊正五邊形和二十塊正六邊形的塑膠皮縫製而成。因為外皮有這些縫線的存在，所以足球和平滑的圓球比起來更容易擾動周圍的空氣，使得大曲度轉彎的球路更容易出現，增加了許多美感。

但是會轉彎的旋球是如何踢出的呢？從技巧方面而言，不論是腳背外側或內側都可以踢出旋球，只要不是剛好踢到球心，若加上扭腰的動作，球基本上都會轉。足球鞋的鞋面上的縫線是為了增加鞋面和球面的摩擦力，不同的縫線和紋路提供了多變的性能。只是如果球轉得不夠快，那麼足球轉彎的曲度就不會太明顯。所以踢旋球的重點是要讓足球旋轉，而不是足球往前的速度。大曲度的香蕉球可以很慢的球速讓足球沿著原本前進方向轉90度，恰好繞過一排對手所組成的人牆。 Continue reading →

為何可以用哈伯常數估計宇宙年齡 (Why Hubble’s constant can be used to estimate the age of the universe)
國立臺灣大學物理系教授 陳義裕

根據哈伯定律，遠方星系都在遠離我們而去，且遠離的速度 \(v\) 和距離 \(d\) 成正比，而其間的比例係數 \(H\) 則稱為哈伯常數。寫成數學形式即為：\(v=Hd\)。你可能會在不同的場合聽到人家說，哈伯常數的倒數可以用來做為宇宙年齡的估計，但這是為什麼？

我們先來看一個不相干的問題。我們都很熟悉所謂的簡諧運動，它指的是一個質量為 \(m\) 的物體在受到一條彈簧常數為 \(k\) 的彈簧之回復力時之運動，其運動方程式之數學形式為

\(m\cdot(\)加速度\()=\)\(k\cdot(\)位移\()~~~~~~~~~(1)\)

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哈伯定律以及哈伯常數的進一步說明 (More on Hubble’s law and Hubble’s constant)
國立臺灣大學物理系教授 陳義裕

人類觀星並對之做紀錄與分析雖然已有數千年，但受限於肉眼以及過去望遠鏡解析度的不足，所觀察到的星體幾乎都在本銀河系裡面，這現象持續到 1920 年代，才因為更大望遠鏡的建造、以及天文學家發現了更可靠的距離測量方式而有了改觀。至此，人們才意識到宇宙中有許許多多和本銀河系相仿的星系，而且它們和我們之間的距離，與肉眼便能見到的那些（本銀河系的）星星相比，簡直是遙不可及！

哈伯 (Edwin Powell Hubble, 1889-1953) 在 1929 年整理了前人以及自己的觀測資料，以不同星系相對於太陽的遠離速度當成縱軸，把星系相對於我們的距離當成橫軸，畫出了類似圖一的結果（這是將哈伯原始數據重新繪製，原因詳見後述）。這些數據點看起來相當散亂，在一般的實驗中，我們可能不會很有信心地以線性函數去做近似，但考慮到天文觀測的諸多不確定性，哈伯仍大膽地以一條直線（圖一綠色虛線）去描述這些數據間的關係，並將之詮釋成遠方星系都在遠離我們，且其遠離速度與星系和我們之間的距離成正比。後來所謂哈伯定律 (Hubble’s law) 指的便是這個關係。

圖一 哈伯定律的部份數據圖

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哈利波特的魔法透鏡 (Harry Potter’s magical lens)
國立臺灣大學物理系教授 陳義裕

雖然哈利波特的隱形斗蓬令人欣羨，但是小說家的想像力常常是領先科學家一截，所以如果我告訴你科學家直到今天仍然無法在隱形斗蓬的研究上取得令人滿意的進展，我猜你可能也不會很失望。但是，沒有突破性進展是一回事，這可不代表就沒有人想得出妙點子來！於 2014 年，Rochester 大學的光學家 Howell 教授和他的研究生 Choi 利用簡單的透鏡組合，示範了如何以非常低成本在自家完成（一如你我的）窮苦人家的隱身夢想！ Continue reading →

廣義相對論之鏡 ─ 重力透鏡 (Gravitational Lensing, Telescope from General Relativity)
加州大學戴維斯分校物理所博士班 薛人瑋

1919 年，天文學家愛丁頓 (Arthur Eddington) 率領探險隊，前往西非觀測日全食。然而記錄日食並不是探險隊的主要目的，愛丁頓希望藉此天文奇觀，向全世界證實廣義相對論的正確性。十九世紀初，物理學家索德那 (Johann Von Soldner，1776-1833) 藉由牛頓力學，得出光線行經大質量天體會受到偏折的結論，也計算出遠方星光受到太陽重力影響的偏折角度。然而在廣義相對論計算下，遠方星光的偏折角卻是牛頓力學的兩倍。當日全食發生時，遠方星光通過太陽表面附近被偏折的現象可以被直接觀測，愛丁頓一行人的紀錄，將決定廣義相對論與牛頓萬有引力孰對孰錯。

光為什麼會被重力偏折呢？我們知道光在介質中走直線，遇到介面則會發生折射現象。事實上，描述光直線前進並不夠精確，光所選擇的路徑為『最短時間路徑』，此原理由數學家費馬 (Pierre de Fermat，1601-1665) 在 1662 年提出，又稱費馬原理。廣義相對論將重力轉換成時空的曲率，我們可以想像太陽將附近時空彎曲，形成一個深坑，在其後的遠方星光，自然得『繞路而行』才能得到最短時間路徑。此現象對於地球上的觀察者來說，看似遠方星星在天空上的位置有了改變（見圖一）。

圖一 水星星光受太陽重力場偏折示意圖。（薛仲堯繪）

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廣義相對論 (General Relativity)
國立臺灣大學物理所博士生王建勛

愛因斯坦在提出狹義相對論之後，希望將他的相對論推廣到非慣性座標的情形，即加速度運動和重力。他觀察到，在重力場中自由落體的人，在落下時察覺不到其周遭有重力，而另一方面，想像有一個人在太空船內，無法觀看到外部的環境，此時若太空船有等加速度，那麼他將無法分辨是太空船有等加速度，或者他是處在重力場中靜止的太空船內。因此重力場和加速度系統是等價的。 Continue reading →

電磁波的動量（Momentum carried by electromagnetic waves）
國立臺灣大學數學系 101年 高尉庭

電磁波除了具有能量 （詳細內容請參考「電磁波的能量」），其時還具有動量，而且事實上，能量與動量的關係也是密不可分的。根據古典電磁學理論，空間中若有電磁場存在，則我們可以將之視為每單位體積所含的電磁場動量為

\(\vec{g}=\epsilon_0\mu_0\vec{S}=\epsilon_0(\vec{E}\times \vec{B})\cdots(1)\)式

其中向量 \(B\) 為磁場，向量 \(E\) 為電場，\(\epsilon_0\) ­為真空電容率，\(\mu_0\) 為真空磁導率，而 \(S\) 則是坡印廷向量（亦即每單位時間通過單位面積的能量）。 Continue reading →