物理學發展史

[物理史] 菲左(Armand Fizeau)發表光速實驗的結果

菲左(Armand Fizeau)發表光速實驗的結果
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2010年7月)

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菲左(Armand Fizeau)

光速在物理學上是最為確立的數值之一,它被測得的值非常精確,所以現在的公尺以它來定義。但在 17 世紀之前,大多數的科學家,包括如克卜勒(Johannes Kepler)和笛卡兒(Rene Descartes)等大師都認為光速是無窮快的,可以瞬間行走任何的距離。伽利略(Galileo Galilei)是最先對此假設提出質疑,並試著以實驗方法測量光速的科學家之一。

以現在的標準來看,伽利略的方法極為簡陋。他自己站在一個山頂上,請一位助理站在遠處的山頂上,兩人均配備有一個可自由開關的燈。伽利略會打開他的燈,他的助理一看到伽利略的燈光也會立即開燈。只要知道兩個燈的距離,伽利略即可測定兩道亮光之間所經過的時間,以算出光速。伽利略的結論含糊不確定不足為奇:「光速如果不是瞬間,也是超級快速。」但他卻也下結論說,光速至少比聲速快 10 倍。 

[物理史] 《分析基礎入門》的出版

《分析基礎入門》的出版
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2010年6月)

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瑪麗亞.阿涅西(Maria Gaetana Agnesi)

歐洲文藝復興雖然燦爛輝煌,不過女性除非選擇加入女修道院,否則沒有太多學術上的機會。但有一個值得注意的例外是義大利,義大利的態度較開放,允許少數女性在藝術、醫學、文學和數學方面發光發熱。那時在數學方面最知名的女性之一即是瑪麗亞‧阿涅西(Maria Gaetana Agnesi)。

阿涅西出生於 1718 年,父親結婚 3 次,家中有 21 個小孩,她是老大。阿涅西真的是一個天才兒童,在她家是有名的「活語言專家」,因為她 13 歲時就會說法語、義大利語、希臘語、希伯來語、西班牙語、德語和拉丁語。另外,阿涅西十八、九歲即精通數學。 

[物理史] 拉午耳(François-Marie Raoult)和拉午耳定律 他發現了溶解分子的普適特性並說明如何加以利用

拉午耳(François-Marie Raoult)和拉午耳定律
他發現了溶解分子的普適特性並說明如何加以利用

國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2011年5月)

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拉午耳(François-Marie Raoult)

物質的原子-分子論要被全盤接受端賴能否將熟悉的物質巨觀性質與個別分子特性連結起來,這從亞佛加厥(Amedeo Avogadro)提出,在相同的情形下,所有單位體積的氣體分子數目相同開始。在此基礎下,理想氣體理論在物理上引發了無數的努力,以求進一步的理解。在理想氣體中,任一種氣體分子的行為皆相同,此觀念所表達的普適性說明了有一基本物理適用於廣大範圍的物質。終於,物理學家找出了測定亞佛加厥常數數值的方法,即特定體積(視壓力和溫度而定)中的實際分子數目。分子量如此便可以簡單地經由測定氣體的密度而決定。

[物理史] 布拉克(Joseph Black)和潛熱 消失的熱和沒有吠叫的狗

布拉克(Joseph Black)和潛熱 消失的熱和沒有吠叫的狗
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年4月)

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布拉克(Joseph Black)

人類自古以來最自然的本能之一,即是靠著觸覺來分辨東西是否是熱的;東西感覺熱熱的,是因為它的能含量,「顯熱」。然而有一種更微妙的熱形式,大家後來才知道;我們無法經由觸覺來察覺,但我們的四周隨處可見它存在的證據。

例如,冰的融化吸收大量的熱,但溫度並沒有任何上升;又如水的蒸發吸收更多的熱,但溫度也沒改變。當過程反過來,水結成冰或水蒸氣凝結成液體時,這種「潛熱」就會回到四周環境。冰和水蒸氣中儲存的潛熱對於天氣和氣候有很深度的影響。 

[物理史] 波耳(Niels Bohr)向拉塞福說明他的原子模型

波耳(Niels Bohr)向拉塞福說明他的原子模型
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2012年3月)

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波耳和愛因斯坦攝於 1925 年

在古典原子的圖解中,一個電子依循固定的軌道,繞著一個小原子核旋轉,這已成了大家心目中有力的圖騰;例如,它被美國原子能委員會用來做為標誌,也被熱門的電視連續喜劇《大爆炸說》(The Big Bang Theory,又譯《宅男行不行》、《生活大爆炸》)做為更換場景時使用。但發展出此圖型的波耳(Niels Bohr)在大家眼中則沒那麼有名。

1885 年,波耳出生在哥本哈根,父親克里斯蒂安.波耳(Christian Bohr)是哥本哈根大學的生理學教授,母親艾倫(Ellen Adler Bohr)則來自丹麥知名的金融政治世家。年輕的波耳自幼即被鼓勵追求他對科學的興趣,還和弟弟哈那德(Harald)同享足球的樂趣。(哈那德是 1908 年丹麥奧林匹克足球隊的一員,那年贏得銀牌,之後成了知名的數學家。) 

[物理史] 范德格拉夫起電器獲得了專利

范德格拉夫起電器獲得了專利
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2011年2月)

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范德格拉夫起電器(Van de Graaff generator)

許多參觀科學博物館的人都曾看到過范德格拉夫起電器,這奇妙的機器是實驗室和科學博覽會中動手做實驗主要的裝置,它總是讓參觀者驚喜連連,因為會產生「閃電」,或當他們碰觸其標誌的中空金屬球平滑的球面時,他們的毛髮會豎立起來。但沒甚麼人知道最先發明此機器的人─范德格拉夫(Robert Jemison Van de Graaff)的事蹟。

范德格拉夫出生在美國阿拉巴馬州塔城(Tuscaloosa, Alabama),在阿拉巴馬大學獲得機械工程學學位與碩士。范德格拉夫在阿拉巴馬電力公司工作 1 年,之後到巴黎索邦學院(Sorbonne,現為巴黎大學)研讀,在那裏上過居里夫人的輻射課程。他接著獲得了羅德獎學金(Rhodes Scholarship),於 1926 年在牛津大學轉習物理,獲得了第二個學士,1928 年完成博士學位。

[物理史] 第一個月球的達蓋爾銀版攝影

第一個月球的達蓋爾銀版攝影
國立臺灣大學物理學系 楊信男教授、蕭如珀
(譯自APS News,2013年1月)

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達蓋爾(Louis Daquerre)

無論從地面的望遠鏡,或像哈伯太空望遠鏡等儀器拍攝出高解析度的星球彩色照片,是現今天文學研究的主要方法,但以前並非都是如此。在發明攝影術之前,天文學家必須將他們在望遠鏡中之所見手繪出來,時常會遺漏重要的細節;天文學家再將原先的初圖重畫複製,錯誤也不知不覺地存在畫中。一直到達蓋爾發明銀版照相法後,天文學家才找到了更好的方法。

1814 年,一位名叫尼埃普斯(Nicéphore Niépce)的法國人開始試驗記錄光線的方法,兩年後成功經由暗箱將影像轉至紙張上。1822 年,他找出了讓此影像持久的方法,就是將影像記錄在一擦亮並塗有瀝青的錫片上。以此方法留存照片最早的案例之一要追朔到 1825 年,當時尼埃普斯照了一個拉著馬的男孩雕像的黑白影像,但這方法需要感光整整 8 小時。 

[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。

[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。

[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。

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