科學日誌(主要是物理,科普,天文)
全要說自然科學的野和個人觀點
 
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二十世紀,物理的黃金時代,上圖是二十世紀初物理巨人的群英會!我們現在的科技的基礎都是上圖人物發現!
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hawking
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•第十二章 新探險
•第十一章 上帝的判決
•第十章 不等式
•第九章 測量問題
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量子力學發展大事記
前期:
1690年，惠更斯出版《光論》，波動說被正式提出
1704年，牛頓出版《光學》，微粒說成為主導
1807年，楊整理了光方面的工作，提出了雙縫干涉實驗，波動說再一次登上舞臺
1819年，菲涅爾證明光是一種橫波
1856－1865，麥克斯韋建立電磁力學，光被解釋為電磁波的一種
1885年，巴爾末提出了氫原子光譜的經驗公式
1887年，赫茲證實了麥克斯韋電磁理論，但他同時也發現了光電效應現象
1893年，黑體輻射的威恩公式被提出
1896年，貝克勒耳發現了放射性
1896年，發現了光譜的塞曼效應
1897年，J.J.湯姆遜發現了電子
量子誔生:
1900年，普朗克提出了量子概念，以解決黑體問題
1905年，愛因斯坦提出了光量子的概念，解釋了光電效應
1910年，α粒子散射實驗
1911年，超導現象被發現
1913年，玻爾原子模型被提出
1915年，索末菲修改了玻爾模型，引入相對論，解釋了塞曼效應和斯塔克效應
1918年，玻爾的對應原理成型
1922年，斯特恩-格拉赫實驗
1923年，康普頓完成了X射線散射實驗，光的粒子性被證實
1923年，德布羅意提出物質波的概念
1924年，玻色-愛因斯坦統計被提出
1925年，泡利提出不相容原理
1925年，大衛遜和革末證實了電子的波動性
1925年，海森堡創立了矩陣力學，量子力學被建立
1925年，狄拉克提出q數
1925年，烏侖貝克和古德施密特發現了電子自旋
1926年，薛定諤創立了波動力學
1926年，波動力學和矩陣力學被證明等價(由海森堡和薛定諤一起證明)
1926年，費米-狄拉克統計
1927年，G.P.湯姆遜證實了電子的波動性
1927年，海森堡提出不確定性原理 (測不準原理)
1927年，波恩作出了波函數的概率解釋
1927年，科莫會議和第五屆索爾維會議召開，互補原理成型
1928年，狄拉克提出了相對論化的電子波動方程，量子電動力學走出第一步
1930年，第6屆索爾維會議召開，愛因斯坦提出光箱實驗
1932年，反電子被發現
1932年，查德威克發現中子
1935年，愛因斯坦提出EPR思維實驗
1935年，薛定諤提出貓佯謬(薛定諤的貓實驗)
1935年，湯川秀樹預言了介子
1938年，超流現象被發現
1942年，費米建成第一個可控核反應爐
1942年，費因曼(費曼)提出路徑積分方法
1945年，第一顆原子彈爆炸
1947年，第一個電晶體
1948年，重正化理論成熟，量子電動力學被徹底建立
1952年，玻姆提出導波隱變數理論
1954年，楊-米爾斯規範場，後來發展出量子色動力學
1956年，李政道和楊振寧提出弱作用下宇稱不守恆，不久被吳健雄用實驗證實
1957年，埃弗萊特提出多世界解釋
1960年，雷射技術被發明
1963年，蓋爾曼等提出誇克模型
1964年，貝爾提出貝爾不等式
1964年，CP對稱性破缺被發現
1968年，維尼基亞諾模型建立，導致了弦論的出現
1970年，退相干理論被建立
1973年，弱電統一理論被建立
1973年，核磁共振技術被發明
1974年，大統一理論被提出
1975年，τ子被發現
1979年，惠勒提出延遲實驗
1982年，阿斯派克特實驗，定域隱變數理論被排除
1983年，Z0中間玻色子被發現，弱電統一理論被證實
1984年，第一次超弦革命
1984年，格裏芬斯提出退相干歷史解釋，後被哈特爾等人發揚
1986年，GRW模型被提出
1993年，量子傳輸理論開始起步
1995年，頂誇克被發現
1995年，玻色-愛因斯坦凝聚在實驗室被做出
1995年，第二次超弦革命開始
 
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波耳,上帝不擲骰子!
愛因斯坦,別指揮上帝應該怎麼做!
  
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)
 
上帝不單只和宇宙玩擲骰子遊戲,而且還把骰子擲到我們看不見的地方去!
  
史蒂芬.霍金(stephen hawing)
  
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  1. 哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473), 波蘭人
  • 24歲開始他的第一次天文觀測
  • 以各種不同的方法分析行星的運動，很快地發現到，如果以太陽為中心， 將地球視為另一個繞著太陽的行星，則可以更簡單地分析與預測太陽系的行星運轉(日心學說)。
  • 1512年建立了哥白尼理論：
    太陽是在太陽系的中心，行星繞著太陽運行， 月球繞著地球運行，恆星是在無法測量的遠處。
  • 1543出版了他的學說—On Revolutions。　
  1. 第谷•布拉赫(Tycho Brahe, 1546-1601)
    • 出色的觀測者
    • 出身於丹麥的貴族家庭，喜歡天文研究。
    • 1576以後在丹麥王腓特立二世的資助下，在哥本哈根附近的赫芬島上修建一所大的天文台稱為觀天堡。 從1576∼1596的20年內，做了大量精確的觀測。
    • 不是一位高明的理論家；因為宗教的緣故，及觀測不到日視差， 他不願意採取哥白尼的理論，他主張一種半日心半地心的混合體糸， 去解釋他的觀測。（行星繞者太陽；太陽再率領行星繞著地球。）
    • 1599年離開觀天堡至布拉格，替迷信占星術的奧皇魯道夫二世觀測天文。
    • 1601年去逝，臨死之前將畢生觀測資料贈給刻卜勒。 （刻卜勒是在1600才到布拉格擔任他的助手）
  2. 刻卜勒(Johanes Kepler, 1571-1630)
    • 主張哥白尼體糸
    • 1596年著"The Harmony of the Sphere"， 天球諧合論試圖承襲畢達哥拉斯的理論，以內接正多面種來探討各行星軌導間的幾何關係。　
    • 根據第谷•布拉赫的觀測資料，仔細地計算分析， 認為火星的軌道不能是圓形的，而必須是橢圓的才能與數據資料符合。
    • 建立刻卜勒三大定律：用以描述行星運動，而且可精確地預測行星的位置。

      刻卜勒三大定律：

      1. 行星運行的軌道為橢圓，而太陽位於橢圓焦點之一。(1609)
      2. 行星與太陽的連線，在相同的時間內掃過相同的面積。(1609)
        dA/dt = 常數。
      3. 軌道半長軸a 的三次方與週期p平方之比為常值。(1619)
        a3/p2 = 常數。
  3. 伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)
    • 為重要的實驗物理學家。
    • 在比薩斜塔研究自由落體實驗。
    • 觀測物體運動情形，提出靜著恆靜，動者恆動的觀念。影響牛頓建立了力學系統　
    • 1610年經由望遠鏡發現了木星的四顆主要衛星 為哥白尼體系的一個強而有力的證據。
    • 觀測到金星與水星的相位（盈虧）更支持日心理論(出版"三個哲學家的對話")。
    • 望遠鏡的觀測結果提供更多更精確的觀測資料來驗證刻卜勒的運動定律。
  4. 牛頓(Isaac Newton, 1642-1727)
    • 偉大的物理學家
    • 23∼25歲之間，發明微積分，力學三大運動定律，萬有引力定律， 並研究光的性質，發明反射式望遠鏡.......
    • 牛頓的萬有引力定律：

      宇宙中任何質點都互相吸引，引力的大小與兩者質量的乘積成正比，但與距離平方成反比。

    • 牛頓運動定律：
      1. 物體所受的靜力為零時，動者恆動，靜者恆沿直線做等速運動。
      2. 每一作用在物體上的力，所產生的加速度其方向與與此力相同，但大小與物的質量成反比(F=ma)。
      3. 作用在物體上的每一個力，皆有其反作用。反作用力的大小與作用力相同，但方向相反。
  5. 愛因斯坦(Einstein, 1879-1955)
    • 偉大的理論物理學家
    • 1905年，提出狹義相對論(Special Relativity)
    • 1915年，提出廣義相義論(general Relativity) —物質的存在影響時空的彎曲程度
    • 三大實驗的驗證
    1. 水星近日點的進動 43"/100yr
    2. 星光的偏折效應 1.75秒弧
    3. 重力紅位移效應
2007 年 11 月 12 日  星期一   晴天


還是狹義相對論的問題 分類: 科普文章

 

這個星期的普物課正值講解狹義相對論，照例預期開學兩個月來已逐漸低落的士氣，可以獲得一些提升。和平常一樣，我在證明Lorentz transformation之前，先舉幾個典型的dilemmas來鼓起學生的興趣和學習動機，例子包括兩個拿著相同的長矛對衝的騎士1（每一個騎士都覺得對手的矛變短，所以一定能先刺死他，自己再從容閃躲）、開車入庫1（車子比車庫長）、和鬧鐘對時的問題2。

 

和往年一樣，又有聰明的學生跳出來挑戰我（也果然當場把我給問倒）。他問如果把第一個例子裡的矛換成竹竿（因為希望讓它一旦刺到人身時，可以頂住對方，使他的矛無法再前進刺我），而且本來在靜止時就是一長一短，並且要求騎士們打死不退。對於旁觀的人，兩個騎士都在運動，所以他們的竹竿會縮短同樣的比例（假設速率相同），因此最後看到的自然是那個抽到拿短竹竿的倒楣鬼躺在地上。顯然這個結局不應該隨不同的慣性座標而改變，但是當騎士們對衝的速度夠快時，倒楣騎士應該發現對手的竹竿縮的比自己（沒縮短）的還短，因此他「絕對」不能想像自己會無法先幹掉對手，甚至說被刺到（記得倒楣鬼的竹竿可以頂住對手，使他無法前進）。

 

後來回到辦公室，考被我戲稱為小狗的同事林秀豪（老狗是誰，讀者就不用多問了3），經過一番「數學推導」（因為直覺已經不夠使用）和反覆討論，我們掰出來的可能圖像是：倒楣鬼會看到以下靈異現象，當他的竹竿還沒有刺到對手之前，突然開始隨著對方的逼近而縮短，直至對手由於相對論效應而變短的竹竿（注意：這隻矛並沒有像倒楣鬼的一樣持續地縮短）把自己從馬匹上刺倒到地面。倒楣鬼顯然無法理解他的竹竿為什麼會突然開始縮短，但是在旁觀的人看來，這個靈異現象是由於對手的長竹竿刺到、並頂住倒楣鬼，使他減速的事實（不再是慣性座標）經過座標轉換而得到的結果。

 

那我們可以問：倒楣鬼或許很衰，但是不笨，他為什麼不在看到自己的竹竿開始縮短的時候就閃人，以避免被對手刺到。這個顯然和旁觀者看到的下場矛盾，因此結論似乎是宿命的，但是站在倒楣鬼的角度，特別是設身處地想像如果真有那麼一天「靈異現象」也發生在自己身上時4，我們一定迫切想知道能否避開隨之而來的可能「悲劇」。非常不幸地告訴各位，林秀豪和我的結論是逃不掉，我們當然不是說當倒楣鬼想閃人時，會突然腿軟或發現褲子被緊緊黏在馬鞍上，而是一旦他做出閃人的動作時，對手的竹竿會突然變長，而提早「砰」的一聲把他頂下馬5。這個結局比起先前自己突然縮短的竹竿還夠震撼、靈異吧！

 

 

發表時間：2007-11-12 09:01 PM  [ 訪客留言(0) ] [ 編輯日誌 ] [ 分享至FACEBOOK ]


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