物理

[物理史] 薛丁格 (Erwin Schrödinger) 寫信給愛因斯坦,說明「波動力學」

薛丁格 (Erwin Schrödinger) 寫信給愛因斯坦,說明「波動力學」
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2015年4月)

牛頓提出他的萬有引力定律和運動方程式,開啟了物理學的新時代。牛頓死後300年,薛丁格做出了類似的貢獻,他提出了量子方程式,等同於古典物理學中的古典運動方程式和能量守恆律。

薛丁格的父親經營一間油布工廠很成功,他是家中唯一的小孩,經濟的自主讓他可以追求化學和植物學的科學興趣。薛丁格在進入維也納一間文理中學(相當於美國的預科學校)之前,除了有一位兼職的家教外,早期的教育大都來自他的父親。他喜愛數學和物理,也很欣賞德國詩詞及戲劇,但對文學批評和硬背歷史事實很厭煩。他繼續到維也納大學深造,在那裡首先上了哈森諾爾 (Friedrich Hasenöhrl) 的理論物理課,後來成了他的論文指導教授。

[物理史] 費曼 (Richard Feynman) 的「布朗式棘輪」

費曼的「布朗式棘輪」 (Feynman’s “Brownian Ratchet”)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2013年5月)

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圖一、費曼 (Richard Feynman)
(圖片來源:wikimedia commons)

1948年,愛丁頓爵士 (Sir Arthur Eddington) 清楚說明熱力學第二定律佔據著「自然法則最高的位置」。他哀嘆說,如果有人設計出一個違反第二定律的理論,「就會走上徹底恥辱性的崩潰一途」。雖然如此,卻無法阻止物理學家三不五時就提出推測性的想像實驗,看看要如何違反第二定律,這些過程也因此深化了我們對它的理解。

其中最著名的「馬克士威精靈」,是馬克士威 (James Clerk Maxwell) 最先於19世紀,1867年12月給蘇格蘭數學家泰特 (Peter Guthrie Tait) 的一封信中所提出的。馬克士威想像說,有一個容器,裡面充滿溫度相同的氣體分子,有一個絕緣隔板將容器一分為二。容器內有一個精靈定期地打開隔板上的門,讓速度比平均要快的分子往同一方向流動,一段時間後,兩個空間就會產生溫度的差異,可以用來做功。以第二定律的統計性來看,這隻精靈似乎打敗了熵的增加。

[物理史] 黎曼 (Riemann) 論彎曲空間的經典演講

黎曼論彎曲空間的經典演講 (Riemann’s classic lecture on curved space)
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2013年6月)

1915年,愛因斯坦基於他在特殊相對論提出的四維時空概念,發表廣義相對論,改變了我們對宇宙的看法。他說明時空中的翹曲與彎曲,乃是對質量與能量的回應。廣義相對論的幾何基礎是由德國數學家黎曼 (Georg Friedrich Bernhard Riemann) 於大約60年前的研究所奠定的。

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黎曼 (Georg Friedrich Bernhard Riemann) (圖片來源:wikimedia commons)

1826年,黎曼出生於現在的德國,家中有6個小孩,他排行第二,父親是路德教派的牧師,親自教導兒子直到他10歲為止。年輕的黎曼既害羞又神經質,但很有數學天賦,當他在漢諾威上中學時,他的數學好到有時超越了他的老師。1846年,他父親湊了足夠的錢,送兒子去哥廷根大學 (University of Göttingen) 就讀。黎曼起先想要研讀神學,以便幫忙維持家裏的生計。但之後,他去上高斯 (Carl Friedrich Gauss) 和斯特恩 (Moritz Stern) 的課,他們都鼓勵他改換研習科目。黎曼帶著父母的祝福,於隔年轉學到柏林大學,跟隨當時幾個最有名的數學家學習。

[物理史] 霍金 (Stephen Hawking) 承認賭黑洞資訊會遺失是錯誤的

霍金 (Stephen Hawking) 承認賭黑洞資訊會遺失是錯誤的
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2013年7月)

1684年,雷恩(Christopher Wren,英國著名的天文學家及建築師,皇家學會的創始人之一,並曾任會長。)宣佈了一個所謂的賭注:他承諾送一本價值40先令的書,給最先證明克卜勒定律可以從平方反比律推導出來的人。3年後,牛頓的《自然哲學之數學原理》出版了,書中牛頓對此挑戰提出回應,但卻太遲了﹝1﹞,以致無法獲得賭金。雖然如此,這可是最早有紀錄的科學賭注之一,直到現在,物理學家似乎仍對打賭特別感興趣。

舉例來說,費曼 (Richard Feymann) 於1959年打賭說,要建造一個小於1/64吋的引擎是不可能的。他當時希望可以提供誘因,給有事業心的科學家,發明新的製作技術。然而,一位名叫麥克雷蘭 (Bill McLellan) 的工程師,使用既有的業餘無線電技術與零件,製成了那麼小的引擎。費曼大可拒絕付賭金給此技術 ─他並未真的正式下賭注─ 但他還是依承諾付給麥克雷蘭1,000美元,雖然他表達了對於他的目的未能達成感到失望。

[物理史] 流體動力學先驅史托克斯 (George Stokes) 的誕生

流體動力學先驅史托克斯 (George Stokes) 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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史托克斯 (George Stokes)

1998年,科技創投與金融巨孹克雷 (Landon Clay) 捐助成立了克雷數學研究所,此私人研究所在2000年6月宣佈設置千禧年大獎,給解答任一七大數學難題的人,每人1百萬美元的獎金。其中的第四難題是要證明流體動力學中最重要的方程式 ─納維耶何-史托克斯方程 (Navier-Stokes equation) 是否有解,且為唯一。這個宣布將史托克斯 (George Gabriel Stokes) 從大學物理和數學的教科書中,推到一般大眾的面前。

1819年8月13日,史托克斯出生於愛爾蘭北部濱海的斯來哥郡史格林教區 (Skreen, Sligo County) ,父親是教區長,母親也來自教區長的家庭,所以家庭宗教氣息濃厚,生活美滿。史托克斯是8個小孩中的老么,他的三個哥哥長大後都成為牧師。 

漂移速度

漂移速度 (Drift Velocity)
國立臺灣大學電信所電波組碩士班 林庭毅

我們經常會聽到人家這麼說:電流是正電荷移動所造成的。

或者你想要嚴格一點,告訴大家正電荷不會移動,是電子在動,但是對於一個物理議題的探討而言,如何等效兩個問題並解決其中一種是比較重要的事情,因此今天我們還是先內建這樣的想法:電流是正電荷移動所造成的。

導出單位

導出單位 (Derived Unit)
國立臺灣大學物理系 周文鴻

在國際單位制 (SI unit) 中有七種基本單位:長度單位(公尺 m)、質量單位(公斤 kg)、時間單位(秒 s)、電流單位(安培 A)、溫度單位(克爾文 K)、數量單位(莫耳 mol)以及亮度單位(燭光 cd),對應著七種物理量(可參考科學Online上《基本量》一文)。其餘的物理量都可由這七種基本物理量推導出來,而他們對應的單位稱作導出單位。

基本量

基本量 (Fundamental Quantity)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

當我們想要表達一個物體的物理性質的時候,會使用量度單位來當表示該特性(物理量)的大小程度。量度單位不統一,在交換資料或是溝通上會有諸多不便,在歷史上就曾有機組人員將英制跟公制單位搞混而造成飛機墜毀的意外事件。

玻色子與費米子二:粒子特性

玻色子與費米子二:粒子特性 (Bosons and fermions Ⅱ: Particles qualities)/strong>
國立臺灣大學物理系 林惟淨

連結:玻色子與費米子一:理論來源

在上一篇文章中我們解釋了玻色子與費米子的理論來源,是由我們必須改寫多粒子狀態下全同粒子的波函數而得。延續著玻色子與費米子的主題,接下來在這篇文章中,我們則要介紹這兩種粒子的特性。

玻色子與費米子一:理論來源

玻色子與費米子一:理論來源 (Bosons and Fermions Ⅰ: The Theory)
國立臺灣大學物理系 林惟淨

在量子物理的世界中,粒子可以分為玻色子 (Bosons) 與費米子 (Fermions) 兩類,它們分別以印度物理學家玻色 (Satyendra Nath Bose, 1894-1974) 與義大利物理學家費米 (Enrico Fermi, 1901-1954) 命名,以紀念兩人傑出的研究貢獻。在這篇文章中我們將著重於玻色子與費米子的理論來源,而在下篇文章中,我們將介紹一些這兩種粒子的特性。

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