近代物理學的簡介 Introductory Modern Physics

半衰期(Half-Life)

半衰期(Half-Life)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

半衰期廣義而言是指某一種數量減為初始數值一半所需的時間,這個概念起源於我們要描述某些原子經過放射性衰變之後其數目減半所需的時間,但是它也適用在其他的領域的各式問題上。半衰期最適合用來描述指數衰減的現象,例如:放射性衰變,在指數衰減的過程中半衰期始終是一個定值,而且是指數衰減方程式最自然的一個特徵單位。

半衰期經常用來描述不連續的實體的數目變化,在這種情況下千萬不要把半衰期理解成物體數目減半的所需時間,例如:現在有一顆放射性的原子核,它的半衰期是1秒鐘,這絕對不是意味著在1秒後這顆原子會變成半顆原子,事實上,它可能衰變成其他的原子核或仍然維持原貌不衰變。所以正確理解半衰期的意義要從機率的觀點出發。譬如我們可以觀察很多顆上例中的原子,其中有一些在1秒後會衰變,但是也有一些在1秒後不會衰變,當觀察的數目很大時,就會有一半數目的原子會衰變成他種原子核。

雙生子弔詭

雙生子弔詭 (Twin Paradox)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

雙生子弔詭是物理學中一個與狹義相對論有關的想像實驗,它的內容是:雙胞胎其中的一人乘坐非常高速的太空船進行了一趟太空旅程之後回到地球,他將赫然發現另一位停留在地球上的雙胞胎將會比他衰老許多。

薛丁格的貓

薛丁格的貓 (Schrödinger’s Cat)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

薛丁格的貓是奧地利物理學家薛丁格在1935年所提出的一個想像實驗,薛丁格想出這個實驗最主要的目的是為了凸顯量子力學在巨觀條件下的不完備性。它充分展現了當哥本哈根的詮釋應用到日常生活中的物體會產生怎樣的問題。在這個想像實驗中,貓的狀態可能是生也可能是死取決在一個更早的隨機事件。為了發展這個實驗,薛丁格提出了一個所謂糾纏態(entanglement)的概念。

薛丁格發展出這個想像實驗是想要作為EPR論文(愛因斯坦、波多爾斯基和羅森於1935年為論證量子力學的不完備性而提出的一篇文章的延伸討論。EPR論文凸顯出量子狀態的可疊加本質。簡言之,所謂的量子疊加指的就是一個系統所有可能狀態的組合,譬如一個次原子粒子的所有可能出現的位置。哥本哈根的詮釋主張只有在一次測量之後,這個疊加狀態才會遢縮為一個確定的狀態。

勞侖茲變換(Lorentz Transformation)

勞侖茲變換(Lorentz Transformation)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

根據狹義相對論,兩個慣性座標系的觀察者可以透過勞侖茲變換轉換他們各自所得到的時間與空間的測量結果。令人感到驚訝的是,不同移動速度的觀察者會得到不同的測量長度、時間間距、甚至是兩事件的先後順序。

1904 年荷蘭物理學家亨德里克-勞侖茲提出了勞侖茲變換,當時最主要的動機是試圖解釋光在以太中傳播所觀察到的一些現象,但是後來事實證明以太是不存在的,愛因斯坦從兩個相對論的基本假設出發,重新推導出勞侖茲變換,並賦於此變換一個嶄新的物理意義。

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