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,請放開沒有關係的理論和日常生活的基本常識。
  
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我想知道上帝如何創造世界,我對個別現象,個別元素的光譜等並沒有興趣,我只想明白上帝的意圖,其餘的都不過是細節而已。
 
愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)
  
自然界的法則都只是近乎對稱是因為上帝不想我們妒忌上帝的完美!
  
理查德.費曼(Feynman, Richard 1918-1988)
  
興趣就是最好老師!
  
愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)
 
上帝不擲骰子!
 
愛因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)
  
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奇人費曼其人
 
理查•費曼(Richard Phillips Feynman,1918-1988)──頂尖的理論物理學家,一九六五年諾貝爾物理獎得主,舉世公認不世出的天才。曾經參與原子彈發展計畫(曼哈頓計畫),太空梭失事調查。此外還是業餘拉丁小鼓鼓手、素描畫家、開鎖專家……為人風趣,生性風流,前後有三位妻子,無數女友,一生離經叛道的事蹟不可勝數。

  這樣的一位奇人,想不成為具有爭議性的人物也難。不論在他生前死後,他的傳聞軼事都不斷為人津津樂道。而他也曾自吹自擂,口述過兩本故事性極強的自傳。在他辭世八年後,他的傳奇色彩愈來愈濃,想要瞭解他的真面目,成了愈來愈困難的一件事。

物理大師費曼

  二十世紀的大物理學家不下百位,其中最具傳奇性的應屬愛因斯坦、費曼與霍金。愛因斯坦的相對論(這三個字)早已家喻戶曉,霍金玄之又玄的量子宇宙論尚待蓋棺論定。那麼,費曼對物理學的貢獻又是什麼呢?

  量子力學與(狹義)相對論是近代物理的兩大支柱,當兩者分別發展成熟之際,下一步自然就是彼此的結合,所謂的「量子場論」。然而,這個題目卻隱藏著意想不到的困難,不知難倒了多少物理大師。一九四○年代,費曼與其他兩位物理學家以殊途同歸的方法,分別提出正確的解決之道,創立了量子場論的第一個典範「量子電動力學」。

  如今翻開任何一本物理期刊或高等物理教科書,都能看到許多彎彎曲曲的線條,以各種古怪的方式互相連接,外行人看起來簡直就是塗鴉。事實上,這種圖解是當代物理不可或缺的計算工具,可將複雜無比的數學式以簡單的直覺性圖形表現。這就是所謂的「費曼圖」──費曼研究量子電動力學的副產品。

  費曼圖可謂費曼對物理學最大的貢獻,充分顯示了發明者的治學方法與態度──去蕪存菁、以簡御繁。套句武俠小說術語,即「以有形之劍御無形之氣」。但以簡御繁並非投機取巧,這兩者的區別有時僅僅存乎一心。然而時間總是最佳的試金石,半世紀以來的物理發展,早已肯定費曼圖在物理學界的至尊地位。

凡夫俗子費曼

  人人都說費曼是天才中的天才,弔詭的是他的智商只有一百二十五!雖然這個記錄可能不準,卻是唯一可考的史料,費曼對此毫不掩飾。從這個數字,我們能解讀出什麼呢?

  只要讀過費曼的傳記,不論是自傳或他人所寫的評傳,都能看出主人翁一生並非一帆風順,也不是始終打遍天下無敵手。他遭遇過種種挫折,也有情緒起伏與缺乏自信的時候。在幾本傳記中,他的七情六慾、喜怒哀樂,甚至酒色財氣也無所遁形。而其中最為人詬病的,當然是稍嫌過分的風流韻事。

  由此可知,費曼雖是天縱英才,卻也並非完美無缺、無所不能,而是一位真真實實、有血有肉的凡夫俗子。我們唯有將他請下神壇,摘下他腦後的光環,才能真正認識這位最不平凡的凡人。

笑傲江湖的費曼

  一般人多少會以為科學家分外清高,殊不知學術上的競爭與政治鬥爭其實同樣慘烈。許許多多野心勃勃者、沽名釣譽者在學術舞台上此起彼落,默默治學的學者反而都是沒有聲音的人。一部現代儒林外史,其中有多少不足為外人道的秘辛!

  相較之下,特立獨行、玩事不恭的費曼活脫是遺世獨立的「獨孤求敗」。在他的眼中,唯一的對手只有大自然,鑽研物理的目的只是為了揭開自然之謎。唯有抱著這種瀟灑的態度,才能在學術上有大開大闔的表現;唯有不受名韁利鎖羈絆的心靈,才能在世上逍遙一生,才會有閒情逸致遊戲人間。費曼雖然小德出入,但較諸那些汲汲的龍套角色(岳不群?左冷禪?),其人格的高下不可以道里計也。

應是「費因曼」的費曼

  過去幾年間,科普書籍在台灣漸漸炒熱。除了殘而不廢、老當益壯的霍金,費曼是科普界另一顆歷久不衰的明星。《別鬧了,費曼先生》(自傳)、《你管別人怎麼想》(自傳)、《理查•費曼:天才的軌跡》(評傳)與《物理之美》(演講集),都是最近這幾年的譯作。

  其實,費曼的著作很早便已引進台灣,如徐氏基金會就出版過他的普通物理講座「費因曼物理學」(共三部五冊)。這套書的譯筆雖然不近理想,無法與近年的科普翻譯相提並論,但可貴的是在所有與費曼相關的書籍中,只有這套書並未將FE-YN-MAN錯譯為「費曼」。不知道是誰始作俑者將費因曼「以簡御繁」;不知道Feynman的中文譯名還有沒有平反的一天!

2007 年 12 月 31 日  星期一   晴天


量子力學----(7)中英對照表 分類: 物理(量子力學)

 
Abelian Group
阿培爾族
Advanced Wave
超前波
Amplitude
振幅
Anthropic Principle
人擇原理
Aspect Experiment
艾斯派克實驗
Asymptotic Freedom
漸近自由
Avogadro's Number
???
Axion
X玻色子
Bare Charge
???
Bare Mass
???
Baryon
重子
Baryon Number
重子數
Bell's Inequality
貝爾不等式
Binding Energy
結合能量
Bohr Model
波爾模型
Bohr Radius
波爾半徑
Bose-Einstein Condensate
玻色凝固
Bose-Einstein Statistics
玻色-愛恩斯坦統計法
Boson
波色子
Broken Symmetry
破殘對稱
Brownian Motion
布朗運動
Butterfly Effect
蝴蝶效應
Cabibbo Angle
???
Cabibbo Rotation
???
Casimir Effect
卡斯米爾效應
Cerenkov Radiation
???
Chaos Theory
混亂理論
Charge
電荷
Charge Conjugation
電荷共軛
Charge Current
???
'Clock in the box'
盒中鐘實驗
Colour
Compton Effect
康普頓效應
Confinement
色禁閉
Copenhagen Interpretation
哥本哈根詮釋
Correspondence Principle
???
Coulomb Scattering
庫倉散射
Decoherence
???
Deep Inelastic Scattering
深入非彈性散射
Delayed Choice Experiment
延遲選擇效應
Double Slit Experiment
楊氏雙縫實驗
Dressed Charge
???
Dressed Mass
???
Eightfold Way
???
Elastic Scattering
彈性散射
Electromagentism
電磁力
Electron Volt
電子伏
Electroweak Theory
弱電理論
Elementary Particle
基本粒子
Entropy
EPR Paradox
EPR佯謬
Fermi-Dirac Statistics
費米-狄拉克統計法
Fermion
費米子
Feynman Diagram
費恩曼圖表
Field
Flavor
Gauge Symmetry
規範對稱
Gauge Theory
規範場論
Generation
Glueball
膠球
Gluon
膠子
Grand Unified Theory (GUT)
大統一理論
Graviton
引力子
Gravity
引力
Hadron
強子
Heterotic String
???
Hidden Variables
隱變量
Higg's Particle
希氏粒子
Hyperon
超子
Imaginry Number
虛數
Inelastic Scattering
非彈性散射
Infrared Slavery
長距離束縛 / 紅外奴役
Intermediate Vector Bosons
矢量玻色子 / 弱子
Irreversible Principle
不可逆原理
Isospin
同位旋
Kaluza-Klein Theory
克拉查-克里恩理論
Lamb Shift
蘭伯移動
Lepton
輕子
Local Reality / Locality
局域性
Loschmidt's Number
???
Mach's Principle
馬赫原理
Many Worlds Interpretation
宇宙分支學說
Matrices
矩陣
Matrix Mechanics
矩陣力學
Maxwell's Demon
麥斯威爾小妖
Mean Free Path
???
Mean Free Time
???
Membranes
???
Mesons
介子
Mixing Angle
混合角
Mössbauer Effect
???
Moving Mirror Radiation
???
M-Theory
???
Non-Abelian Group
非阿培爾族
Non-Locality
非區域性
Orbital
???
Parity
宇稱
Participatory Universe
參與宇宙
Parton
部分子
Parton Model
部分子模型
Path Integrals
路徑積分
Perturbation Theory
微擾論
Phase
相位
Planck Density
普朗克密度
Planck Energy
普朗克能量
Planck Length
普朗克長度
Planck Mass
普朗克質量
Planck's Constant (h)
普朗克常數
Planck Temperature
普朗克溫度
Planck Time
普朗克時間
Probability Wave
機率波
Quantization
量子化
Quantum
量子
Quantum Chromodynamics
量子色動力學
Quantum Electrodynamics
量子電動力學
Quark
虧子
Quark-Gluon Plasma
量子湯
Raman Effect
拉曼效應
Renormalization
重正則化
Retarded Wave
延遲波
Schrödinger's Cat
薛汀格之貓
Second Quantization
第二量子化
Self-Interaction
自我作用
Shadow Matter
影子物質
Sparticles
???
Spin
自旋
Spontaneous Symmetry Breaking
自發性對稱破壞
Standard Model
標準模型
String Theory
弦理論
Strong Force
強核力
Sum Over Histories
歷史求和
Superconductivity
超導性
Superfluidity
超流體性
Supergravity
超引力
Superposition of States
重疊狀態 / 態的疊加
Superstring Theory
超弦理論
Supersymmetry (SUSY)
超對稱理論
Tachyon
迅子
Tardon
慢子
Theory of Everything (TOE)
全能理論
Thermodynamics
熱力學
Thought Experiment
假想實驗
Transactional Interpretation
交易者學說
Tunnel Effect
穿隧效應
Tyndall Effect
???
Uncertainty Principle
測不準定理
van der Waals Forces
???
Virtual Particles
虛粒子
Weak Force
弱核力
Weinberg Angle
???
Wheeler-Feynman Absorber Theory
惠勒-費恩曼吸收理論
Weakly Interacting Massive Particle (WIMP)
弱制動重粒子
World Line
世界線
Zero-Point Fluctuation
零點脹落
   



量子力學----(6)超弦理論 分類: 物理(量子力學)

 

在上章說過大統一並不那麼成功,我就算強核力可以與弱電理論統一,那引力呢?引力似乎是最難被統一,而且我們也要理論把費米子與玻色子統一,找出一個包圍所有物事之全能理論(Theory of Everything / TOE).

物理學家一直認為自然界有對稱,例如虧子與輕子也是三族,又或正反粒子,CPT守衡等等.但物理界並不如我們所想般對稱,如CP不守衡,而最大之不對稱(asymmetry)是費米子及玻色子之自旋性,費米子要自旋兩個圈才可見回原本景象,而玻色子只需自旋一個圈.

物理學家建立了N=8的超對稱理論(Supersymmetry / SUSY)統一費米子與玻色子,那是認為這個宇宙除了四維之外,還有四維,這個八維宇宙叫超空間(superspace),然而這額外的四維不可被理解為時間抑或空間,八維宇宙是由費米子居住,物質可透過自旋由四維空間轉入費米子居住之八維,又可由八維轉回四維,即玻色子可換成費米子,費米子可轉換成玻色子,它們沒有分別,我們之所以看到它們自旋不同只不過是我們局限於四維而看不到八維的一個假象.

我打個譬喻,妳在地球上只會感同到三維(上下前後左右),我們雖然知道時間之存在,然而我們眼睛看不到,眼睛只幫我們分析三維系統,然而有可能這個世界是八維,而因為眼睛只可分辨三維而妳無法得知.

科學家稱這些一對之粒子為超對稱伙伴(supersymmetric partner),如重力微子(gravitino),光微子(photino),膠微子(gluino),而費米子之伙伴叫超粒子(sparticle),只不過是在費米子前面加一個s,如超電子(selectron).可是我們知道費米子無論怎樣轉也轉不出玻色子,亦沒有發現費米子或玻色子轉出來的超對稱伙伴,例如電子就不是由任何已知玻色子轉出來,假如每一玻色子或費米子都有其超對稱伙伴,世界上之粒子數將會是現在的兩倍.

有認為超對稱伙伴質量比原本粒子高很多倍,只存在於高能量狀態,我們處於安靜宇宙是不能夠被看見,只有在極稀有的情形下,超對稱伙伴會衰變成普通的費米子及玻色子,當然我們尚未探測到超對稱伙伴,否則就哄動囉!

然而在超對稱理論背後,弦理論(strange theory)正慢慢崛起,它也是為了統一費米子玻色子.弦理論認為這個世界無論玻色子抑或費米子都是由一樣東西-弦(string)所組成,弦就像一條繩子,不過事實上它們真的太小向前地,故它們形成粒狀的粒子

The string tension in string theory is denoted by the quantity 1/(2 p a'), where a' is pronounced "alpha prime"and is equal to the square of the string length scale.
String theories are classified according to whether or not the strings are required to be closed loops, and whether or not the particle spectrum includes fermions. In

 

起初物理學家認為閉弦理論必須是十維,因為只有十維的閉弦理論方可被重正則化(Renormalization),重正則化是物理學家為解決量子電動力學中出現'無限'所用的一個巧妙手法,其中多個無限項問題都與自我作用(self-interation)有關,我舉一個電子與電磁場之無限項例子:

電磁力之影響範圍遵從平方反比定律,即1除距離之平方,電子與自己的距離是0,故影響自己之範圍是1除0,等於無限,由於E=mc2,故電子質量豈非無限大!那和觀察結果不乎.重正則化利用無限減無限得有限之方法計出電子質量(因為有限加無限也是無限).

荷蘭物理學家Hendrik Kramers認為電子之質量是由兩個質量-bare mass及infinite mass組成,利用麥斯威爾方程(Maxwell Equation)計出另一個電子質量,又是無限,用第二個質量減第一個質量,剩下的就是bare mass,即電子正常質量.

當然那不是樣樣東西都可以重正則化,妳要好巧妙地把式定成:(無限)-(無限+少少)=(少少),否則答案會是零,或答案尚是無限,最成功的例子是利用重正則化解釋蘭伯移動(Lamb Shift),蘭伯移動解釋在一條軌道上之兩粒不同態之粒子(旋上旋下)能量有少許分別,所以旋上電子變成旋下電子會放出21.11cm微波輻射.

事實上現今物理學上一個理論是否可行完全要看它是否可以被重正則化.