物理

[物理史] 利希滕貝格圖形的發現

利希滕貝格圖形的發現
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年11月)

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利希滕貝格(Georg Christoph Lichtenberg)

被閃電擊中的人在他們的皮膚上經常會產生紅色、分枝狀的圖案,並常會持續好幾天,這很可能是皮膚下易脆的微血管因電流衝擊而破裂所致,是不規則碎形的自然例子;俗語稱之為「閃電花」,也被叫做「利希滕貝格圖形」,以紀念 18 世紀的物理學家利希滕貝格(Georg Christoph Lichtenberg)。

1742 年,利希滕貝格出生於德國達母斯塔特(Darmstadt, Germany),父親是牧師,家中有 17 個小孩,他是老么。利希滕貝格從小即顯示出對自然的好奇心,喜愛數學和科學。起初,他家裡無法負擔他的教育費用,但一筆來自貴族資助者慷慨的助學金讓他得以進入哥廷根大學(Göttingen University)就讀。他最後在那裏當物理教授,是他終生唯一的職業。

衝擊擺

衝擊擺 (Ballistic Pendulum)
國立臺灣大學物理系 簡裕峰

衝擊擺是一個用以測量射體速度的裝置。它是由英國軍事科學家班傑明・羅賓斯 (Benjamin Robins) 於他有名的著作,《砲彈新原理》 (New Principles of Gunnery) 中首次提出。在這本書中,羅賓斯運用衝擊擺來測量子彈的速度,並在當時造成了不小的轟動。衝擊擺的裝置十分地簡單,卻是動量守恆原理的一個重要展現。如今衝擊擺已被其他更精確的射體速度測量裝置取代,卻依舊出現在課堂上,演示著動量的概念。

[物理史] 路易斯在給《自然》的信中造了「光子」一詞

路易斯在給《自然》的信中造了「光子」一詞
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年12月)

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路易斯(Gilbert Lewis)

在 20 世紀初,普朗克(Max Planck)和愛因斯坦(Albert Einstein)提出了量子的概念,為物理界投下了震撼彈。愛因斯坦 1905 年的論文討論光的粒子本質,但他並沒稱這些粒子為光子,光子一詞是由美國的物理化學家路易斯(Gilbert Lewis)所創造出來的。

路易斯是美國麻塞諸塞州維貿斯(Weymouth, MA)人,他主要都是由家教到家教導,只短暫地於 9-14 歲間到公立學校就讀,那時他到內布拉斯加大學(University of Nebraska)註冊。3 年後,他 17 歲,轉到哈佛學院就讀,1899 年,他年僅 24 歲就完成了博士學位。路易斯在德國當了 1 年的訪問學者,追隨有名的科學家如奧士華(Wilhelm Ostwald)和能斯特(Walther Nernst)做研究,之後回到哈佛教書。

天球

天球 (Celestial Sphere)
國立臺灣大學物理學系 鍾豪

天球 (celestial sphere),是個假想的球面,其球心、自轉軸皆和地球一樣,但半徑無限大。天球並無遠近的概念,所有天空中的物體,無論是人造衛星、月亮,或是遙遠的天體,都可投影到天球上。天球在描述天空中的物體時,是十分重要且方便的工具。

當我們描述地球上的地理位置時,例如紐約市、聖母峰等,會使用經緯度座標。當我們描述天空中的星星時,就需使用天球座標。天球是個二維的球面,所以無論哪一種天球座標,都僅需要兩個參數。常見的天球座標有「地平座標系」和「赤道座標系」兩種。

[物理史] 托里切利(Evangelista Torricelli)示範了真空的存在

托里切利(Evangelista Torricelli)示範了真空的存在
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年10月)

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托里切利(Evangelista Torricelli)

托里切利(Evangelista Torricelli)出生於卑微的家庭,最後晉身於義大利的知識界。他引領義大利,之後甚至全球,解決了兩千年來有關真空、以及空間本質的哲學辯論。托里切利因做了一個簡要明確的物理實驗,經了解後得到了答案,所使用的設備也是一個實用的發明─水銀氣壓計。

托里切利於 1608 年 10 月 15 日出生在義大利法恩扎(Faenza, Italy),自幼遭父親遺棄,所以被帶到羅馬接受教育。他在那裏出色的表現引起了人在佛羅倫斯的伽利略(Galileo)的注意,於是他搬去佛羅倫斯和伽利略住在一起。伽利略當時正全力思考托斯卡掘井師傅們所面臨的一個難題;他們每次試著用抽水機將水往上抽大約 10 公尺後,即會感到很洩氣,因為當他們努力要再抽高一點時,水就會從抽水機的活塞分岔開來,而無法再往上。這是因為活塞下形成了真空嗎?他們問伽利略,為什麼水無法再往上抽高呢?伽利略認真地思考此問題,可是直到他 1642 年過世時,此問題仍是無解。

[物理史] 康普頓(Arthur H. Compton)的誕生

康普頓(Arthur H. Compton)的誕生
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀

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圖1:康普頓(Arthur H. Compton)

1895 年,倫琴(Wilhelm Conrad Roentgen)在研究陰極射線時,發現了 X 射線。雖然當時有人建議將此新射線命名為「倫琴射線」,但因它的本質是個謎,所以倫琴還是堅持以數學上用以代表未知數的符號「X」來稱呼它。由於倫琴所發現新型態的射線可以穿透身體的軟組織,看得見骨頭,在醫學診斷上助益很大,所以馬上在全球各地引起轟動。科學家對此新射線更是著迷,用盡各種方法,希望能揭開它的謎底,了解它的本質。1923 年,康普頓(Arthur H. Compton)提出了答案,X 光是短波長的電磁波,同時帶有波和粒子的性質。

[物理史] 莫斯利(Henry G. J. Moseley)在戰爭中陣亡了

莫斯利(Henry G. J. Moseley)在戰爭中陣亡了
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年8月)

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莫斯利(Henry G. J. Moseley)

世界各地學習科學的學生都很熟悉以化學元素的特性和原子序為基礎的現代週期表,不過,早期週期表的組織架構卻是鬆散許多;例如,1789 年,拉瓦節(Antoine Lavoisier)將他 33 種化學元素表分類為氣體、金屬、土和非金屬。但是化學家都期盼能有一個顯示更精確的分類架構。

1869 年,門得列夫(Dmitri Mendeleev)和他的前輩對我們現代的元素週期表提出一個更好的架構,他們將其按照原子質量排序。可是,這樣還是會引發他將有些元素如何在表上排列的爭議。例如,他基於元素的物理和化學特性,將原子序 27 和 28 分別給予金屬鈷和鎳,雖然鈷的原子質量稍重,嚴格來說應該排在鎳之後。那是他直覺的躍進:門得列夫是基於該兩種元素已知的化學和物理特性做了他的決定。 

[物理史] 磁振造影在臨床診斷方面使用到基礎物理

磁振造影在臨床診斷方面使用到基礎物理
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2006年7月)

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拉比(I. I. Rabi)

全球首次為病人做核磁共振造影(MRI)檢查是在 1977 年 7 月 3 日。核磁共振利用原子在磁場中不同的行為來辨識它們,現在已成為人體內組織造影及疾病診斷極其有用的非侵入性方法。此救命的醫學技術是基於物理學家拉比(I. I. Rabi)的研究,他於 1930 年代發展出測量原子核在磁場中性質的方法。

拉比(I. I. Rabi)於 1898 年 7 月 29 日出生在奧地利雷馬努夫鎮(Rymanow, Austria),1899 年全家移居美國紐約,先是居住在曼哈頓東南的工人區下東城(Lower East Side),生活貧窮,1907 年才搬到布魯克林區(Brooklyn)。拉比的雙親都是正統的猶太人,雖然拉比長大後從未參加宗教活動,但他總受到成長過程時的宗教影響。他認為做好物理是「跟隨上帝的腳步」。

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

一莫耳的水18克,體積約18毫升,100℃的水加熱變成100℃的水蒸氣,體積可達30586毫升,體積膨脹1700倍。當我們在奶粉罐裡加入少許的水加熱使其沸騰,此時將鐵罐密封起來,水在沸騰後變成水蒸氣時體積膨脹最高可達1700倍。相反的,當水蒸氣變成水時,體積縮小1700倍。於充滿水蒸氣的鐵罐外澆冷水讓奶粉罐降溫,裡面的水蒸氣因為降溫凝結成水,體積也縮小1700倍,體積瞬間縮小,導致奶粉罐外的大氣壓力的擠壓,使瓶內往內收縮而變形。

實驗影片

3D 有趣實驗:神奇的大氣壓力,上傳Youtube網站,

開啟YouTube影片後,若設備允許,可以開啟最高解析度。右下角可以選擇2D或開啟3D。若開啟3D,選項有並排或紅藍等3D效果選項,請依您的設備選取適當格式。

[物理史] 蓋革計數器的發明

蓋革計數器的發明
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年6月)

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蓋革(Hans Geiger)

要討論原子的歷史,若不提及拉塞福(Ernest B. Rutherford)於 1909 年所帶領完成之著名的金箔實驗是不可能的,那是第一次以實驗證明原子核的存在。實驗的結果推翻了湯木生(J. J. Thomson)更早的梅子布丁原子模型,奠下波耳(Niels Bohr)發展其原子模型的基礎,直至今日在教學上都扮演著重要的角色。那次實驗重要的一個因素是,拉塞福的實驗室助理蓋革(Hans Geiger)發明了一個可靠的儀器,可以測量 $$\alpha$$ 輻射。

蓋革出生於 1882 年,父親是德國埃蘭根大學(University of Erlangen)的哲學教授,家中共有五個小孩。年輕的蓋革在慕尼黑大學研讀物理,畢業後服德國兵役,再到埃蘭根大學上研究所,1906 年獲得博士學位,論文研究經由氣體的放電現象。蓋革之後到英格蘭,在曼徹斯特大學拉塞福的實驗室擔任實驗室助理。

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