近代物理學的簡介 Introductory Modern Physics

對應原理(Correspondence Principle)

對應原理(Correspondence Principle)
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

19 世紀末,是一個古典物理發展到極致的年代,物理學家們認為已經將世界運行的規則都放進了口袋中,在 1900 年,卡爾文男爵(Kelvin Lord)在演講中說道:「There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement.」(引自http://en.wikiquote.org/wiki/William_Thomson),意思是說物理學不再會有重大的發現,剩下的只是一些更精確的計算與測量而已,不過他接著說天邊依然存在著兩片雲,指的就是邁克森的乙太飄移實驗和黑體輻射實驗,兩者都是古典物理無法解釋的情形,其中的黑體輻射,引起了量子理論的建立,使得物理學界發生一場大騷動。

重子

重子 (Baryon)
臺中縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

圖一 重子是由三種夸克所構成

 

重子是可以發生強交互作用、電磁作用、萬有引力作用與弱交互作用的粒子,因為強交互作用常發生在原子核內,所以常見的核子如中子與質子都是一種重子。重子是由三個夸克所組成,也可以由三個夸克組成反重子。重子因為是夸克所組成,所以不能稱為基本粒子。除了質子與中子,其餘重子質量比較大,也可以被稱為超子。重子也是一種費米子,意思是相鄰兩粒子的自旋方向必須相反,遵守費米迪拉克統計的結果,形成費米迪拉克分佈以及包立不相容原理。

黑體輻射(Blackbody Radiation)研究歷程

黑體輻射(Blackbody Radiation)研究歷程
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

在二十世紀到來以前,當時物理學家認為,物理學發展已臻完全,但仍有兩處是物理學家尚未理解之處,當時稱之為物理學上的兩片烏雲,其中之一為黑體輻射,另外則是以太這個物質是否存在?而當這兩件事情的解決後則帶領我們至嶄新的領域,繼續探索物理學的奧妙。

物質間的基本交互作用力

物質間的基本交互作用力 (Fundamental Interaction)
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

基本交互作用是自然界中物質間最基本的交互作用,至今我們所觀察到的所有物理表現均可隸屬於此,又我們將此分為四大種類,分別為重力交互作用、電磁力交互作用、強交互作用及弱交互作用。

臨界質量(Critical Mass)

臨界質量(Critical Mass)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

在一定的材料成分和幾何佈置下,維持核分裂連鎖反應,所需的核分裂材料質量的最小值,稱為臨界質量。

核分裂時第二代與第一代中子數的比,稱之為增值係數。少量的核分裂材料由於絕大多數中子逃逸了,故不能維持連鎖反應。當增值係數等於一時稱為臨界,此時核分裂材料的質量即為臨界質量。

連鎖反應

連鎖反應 (Chain Reaction)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

原子內部結構是由科學家拉塞福(Rutherford)先生於 1911 年以 $$\alpha$$ 粒子高速撞擊金箔所發現的。在這股研究原子內部特性的風潮中,義大利物理學家費米(Fermi)在 1934 年以中子撞擊鈾元素後,發現會有新的元素產生,這也是人類第一次發現核分裂反應。

核融合

核融合 (Nuclear Fusion)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核融合是指由質量小的原子,例如說是氘或氚,在一定條件下(如超高溫和高壓),發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核,並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。

核衰變(Nuclear Decay)

核衰變(Nuclear Decay)
國立彰化高級中學物理科李明中老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

提供核能的主要形式有三種,核衰變、核分裂以及核融合。

核衰變是原子核因放射出某種粒子,而蛻變為另一種原子核的過程。穩定性原子核中,中子與質子總數有一定限度(一般而言小於 $$209$$),而且中子數和質子數應保持一定的比例(一般而言約 $$1$$~$$1.5$$)。任何含有過大質量數,或中子數與質子數比值不適當的原子核,都是不穩定的。質量數大於 $$209$$ 的原子核,即元素週期表中釙($$\bf Po$$)之後的所有元素的原子核,都具有放射性(釙之前的元素,有的原子核也具有放射性)。

基本粒子

基本粒子 (Elementary Particle)
臺南市私立光華女子高級中學物理科楊盛智老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

宇宙的起源一直是天文學中想要探討的問題,而要瞭解宇宙更早期的情況,就必須研究「基本粒子」(物質組成的最基本單位,稱為基本粒子),例如原子是由電子以及原子核所組成的,而原子核是由質子與中子所組成的,質子與中子又分別是由三個夸克 (quark) 以不同的方式組成(質子:兩個上夸克和一個下夸克;中子:一個上夸克和兩個下夸克)。其中電子與夸克是基本粒子,質子和中子則不是。除了電子與夸克之外,還有許多基本粒子,共同組成宇宙中所有已知的物質。

機率幅(Probability amplitude)

機率幅(Probability amplitude)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

在量子力學中,機率幅是一個複數函數,它的絕對值的平方代表某種物理量的機率或機率密度。M‧玻恩提出這個概念最主要的目的是要使波函數與真實的物理量發生關連。事實上,有一段很長的時間,雖然波函數可以正確地預言原子在不連續的能階間的輻射光譜,但是始終沒有物理學家為波函數提供一套合理的物理詮釋。

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