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  • (第一章)粒子、場和量子場

    一切物質皆由基本粒子組成。粒子物理學是一門研究基本粒子相互作用的物理學分支。從還原論角度看,粒子物理學是自然科學的基礎。在「粒子物理行」裏,我們會踏足粒
    子物理學的每個角落,包括粒子物理的基本概念、主要研究成果和一些有關歷史。

  • 用無線網絡熱點拍快照

    依據「物理評論通訊」(Physical Review Letters)刊出的結果,一個商業無限網絡(WiFi)路由器發射出的信號可以當做是一種雷達電波,可以用它產生發射台四周環境的影像。

  • 兩波源的干涉

    高三課程講到波動時,有水波的兩個點波源發出的波的干涉,在黑板上要畫許多同心圓,再畫出節線、腹線,但沒有用波的形狀來講解。在此利用簡單的東西可以以波的形式解說,也可用在雙狹縫干涉的講解。

  • 固定式電磁跳動線圈與浮接式電磁振盪線圈

    認識電磁力或磁極交互作用、電流磁效應、安培右手定則等科學知識,並比較與僅由科學知識教學學習這些科學知識學生的差異!

  • 磁性薄膜中之磁矩方向操控

    在磁性材料科學之發展歷史中,自旋磁矩方向操控之物理與技術一直是非常重要之研究主題。其背後原因涵蓋磁性材料之形狀、晶格結構、元素成分等多方面與基礎材料物理相關的因子。而其可應用之領域涵蓋現今資訊產業中磁感應與磁儲存等重要技術。在本文中,我們將逐步介紹幾種自旋磁矩方向操控之物理,並簡單舉例說明其於下一世代高密度資訊產業上之創新應用。

  • 好書推薦:『薛丁格的貓:50個改變歷史的物理學實驗』

    物理的理論模型(theoretical model)是一種假想的結構。理論模型是否正確,必須藉由實驗予以檢驗或修正;反過來說,物理學實驗有賴於理論模型來決定實驗工具和方式。因此,理論模型和實驗的交互應用,有助於科學家逐步發現自然現象和物質變化的基本規律。科學史上,原子有那些理論模型?陰極射線管實驗(cathode ray tube experiment)和法蘭克-赫茲實驗(Franck-Hertz experiment),與這些理論模型有何關係?雲室實驗(cloud chamber experiment)如何被應用於研究組成物質和射線的基本粒子?

  • 光的祕密

    聖經上寫道:「神說:『要有光!』就有了光。」如果宇宙真的存在一個創造者,我不相信這會是祂說過的話。天文學家使用越來越大型亦越來越精密的天文望遠鏡收集來自宇宙深處的光,希望得知宇宙的奧秘。今次我要討論一個問題,其實「光」是甚麼?

  • 電磁英雄列傳之一:庫侖

    阿文以前在上大學一年級下學期的普通物理的時候,最喜歡考電磁學的各種單位了。因為電磁學裏頭單位特別多,彼此的關係又錯綜複雜,學生往往無所適從,索性通通留白,讓一口氣要改近百份的阿文來講,頓時省了不少力氣。(這算是教授的逆襲嗎? 哈哈哈!) 不過話說回來,如果能將電磁學的各種單位都弄得一清二楚,那也等於將電磁學的各個基本定律都學起來了。其實這些電磁學單位大都是以發現相關物理定律的物理學家來命名,像是庫侖、伏特、安培、法拉第、韋柏、高斯、特斯拉、亨利、歐姆……等等都是。這些能留名青史,還能在數百年後陰魂不散地造成學生的困擾的大人物們,其實各自有著精彩的人生故事,阿文準備好好地介紹這些創造電磁學的前輩們的生涯故事,希望能讓莘莘學子們至少對這些人名有些印象,普物考卷不要留白!
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  • 電磁英雄列傳之二:伏打

    接著這一回要接著介紹的是發明電池的義大利科學家伏打。電壓的單位伏特就是以他的名字來命名。至於為什麼伏打變成伏特呢? 其實是因為英國科學家Josiah Latimer Clark跟Charles Tilston Bright在1861年提議用前輩科學家的名字當做電磁學的單位時,依英語的發音習慣把Volta給簡化成Volt,把後頭的母音給拿掉了。(有注意到用義大利文唱歌劇特別好聽嗎?那是因為每個字都是母音結尾的關係啦) 1881年國際電工委員會的前身英國電氣工程師協會(IEE)正式採用Volt當做電壓的單位,一直沿用至今。雖說每個學生都學過電壓的單位是伏特,對伏打的生平卻大概所知有限,就讓阿文好好地介紹一番吧。

  • 電磁英雄列傳之三:厄斯特

    \接著上場的是...一位來自丹麥的哲學家!雖然他在物理、化學、乃至教育,甚至文學都卓然有成,然而仔細審視他的各項成就,並非隨性為之,而是遵循著一個特定理念而成。所以稱他是哲學家應該是最恰當的吧。他就是發現電流生磁的漢斯‧克海斯提安‧厄斯特(Hans Christian Ørsted)。

  • 電磁英雄列傳之四:安培

    上一回的電磁英雄列傳提到了丹麥科學家厄斯特發現了電流生磁的現象。但是真正將這個現象成功地用數學公式表達,還是要靠兩位法國數學教授跟一位法國軍醫。他們的人生也反映出大革命前後法國的變化,更精確地說,從啟蒙運動那個理性樂觀的世代轉換到在保守與激進搖擺不定的徬徨世代。而科學也不再是貴族沙龍的茶餘飯後,而變成才智出眾之士的終身志業。就請各位聽阿文娓娓道來。

  • 電磁英雄列傳之五:法拉第(上)

    這一回要來寫一個家喻戶曉的人物,法拉第。他的人生簡直是從狄更斯小說中冒出來的傳奇故事: 出身寒微、個性善良的主人翁,憑著毅力與熱誠,得到眾人的喜愛與幸運之神的青睞,即使遇到嫉妒的眼光,碰到惡棍的阻擾,但主角總能逢凶化吉,最後結局皆大歡喜。所以法拉第的生平往往被寫成勵志小說,這也是法拉第人氣高居不下的原因。但是阿文倒是想趁這個機會,藉著法拉第好好地來介紹工業革命如何改變科學的面貌。

  • 電磁英雄列傳之五:法拉第(下) 新時代的普羅米修斯

    工業革命之後,科學與社會的互動變得比以前更密切,而科學家不僅要焚膏繼晷地探究自然的奧妙,還要將科學的新知轉換成大眾熟悉的語言,甚至要幫社會解決問題,簡直成了希臘神話中那位教會人使用火的普羅米修斯了。綜觀法拉第的一生,在普及科學方面可是說是開風氣之先,此外他還運用他的科學知識幫助社會處理礦災,燈塔甚至發臭的泰晤士河。說他是維多利亞時期的普羅米修斯毫不為過呀!

  • 電磁英雄列傳之六:韋伯

    十九世紀電磁學的發展可以看成是一場歐洲各國的競賽,只是上場的不是身健如飛的運動健將,而是皓首窮經的學者。這一回要來介紹的是日耳曼的選手,喔,不!是德國的物理學家韋伯,雖然他的知名度遠遠不如之前介紹的幾位"電磁英雄",然而他的研究對電磁學的發展,曾扮演舉足輕重的角色,同時他也是原子論重要的一位先驅,他的人生故事也是相當精彩,所以請各位看官耐著性子,待我慢慢道來。

  • 電磁英雄列傳之七:亨利

    阿文有幸曾在美國東岸馬里蘭州待過五年半,記得剛到馬里蘭的College Park時隔天就跑到附近的美國首都,華盛頓特區著名的Mall參觀。印象最深的是其中一棟看似歐洲中世紀城堡的建築。一問之下才知道是史密森尼學會的總部。建築物前還有一尊銅像,不過阿文當時只喜歡跑進隸屬史密森尼學會的華盛頓國家畫廊欣賞各時期的西洋繪畫,對這尊銅像到底是誰從沒放在心上。在馬里蘭當博士生的時候,雖然不時遛達跑去國家畫廊看畫,順便到鄰近的China Town吃碗海鮮炒麵打打牙祭,對其它附近的博物館向來是興趣缺缺,直到最近寫起電磁英雄傳才赫然發現,原來那尊立在”古堡”前銅像原來正是本集的主角:約瑟夫.亨利。他是史密森尼學會的首任會長,但是讓他真正青史留名的是他在電磁學的各種貢獻。其實比起法拉第,亨利毫不遜色,然而不知為什麼他的知名度在美國之外相對地低,大家頂多只知道電感的單位叫亨利,至於亨利是何許人也恐怕大家也不甚了了,就讓阿文好好地將他的豐富人生做個介紹吧。

  • 電磁英雄傳之九:馬克斯威爾(上)

    電磁學發展到十九世紀的中葉,來到關鍵的時刻。電與磁的現象雖然彼此鈎連,乍看之下錯綜複雜,然而在眾多科學家的努力下,逐漸柳暗花明。而將這全景整個描繪出來之人,正是本次阿文開講的主角,詹姆斯·克拉克·馬克斯威爾(James Clerk Maxwell),他不僅是電磁學的集大成者,更重要的是他指出光的本質正是電磁波!他的各項研究對後世的影響既深且廣,所以在他的百年誕辰,愛因斯坦曾盛讚馬克斯威爾,認為他對物理學做出了「自牛頓時代以來的一次最深刻、最富有成效的變革」。這樣一位科學史的巨人,私底下卻是一位謙遜的維多利亞時期的蘇格蘭紳士,且讓阿文好好地來介紹這位承先啟後的大師。

  • 電磁英雄傳之九:馬克斯威爾(下)

    雖然學物理的人,沒有一個沒學過馬克斯威爾方程式,然而鮮少有人去讀馬克斯威爾的原始論文。如果各位看官跟阿文一樣去讀的話,一開始一定會一頭霧水,完全看不懂馬克斯威爾在幹嘛。這是因為現代的教科書早已將馬克斯威爾方程式簡化成現代讀者容易接受的形式,而非看來相當憋扭笨拙的十九世紀樣式。但是更要緊的是這背後隱含著的是一次劇烈的"典範轉移",馬克斯威爾當年念茲在茲的分子渦流模型早在二十世紀初就被拋諸腦後。雖然馬克斯威爾開創的電磁理論打開邁向相對論之路,但是相對論卻回頭將馬克斯威爾深信不疑的以太學說徹底推翻。探索科學史的最大樂趣往往就是發現科學思潮的變換,也讓自己對物理的演進有更深一層的了解。請各位看官一起跟阿文來探索一番吧。

  • 電磁英雄傳之十: 赫茲

    1865年 馬克斯威爾推導出電磁波的波動方程式,各位看官或許以為馬克斯威爾應該當下就名滿天下,而那四條馬克斯威爾方程式也馬上洛陽紙貴,那可要大失所望了,事實完全不是這麼一回事。馬克斯威爾在歐陸名氣並不響亮,因為歐陸學者對"場論"仍有所疑慮,韋柏等人的超距力理論比馬克斯威爾的電磁場論來得更受學者青睞。現在常見的馬克士威方程組,其實是經過黑維塞於1884年編排修改而成。同時期,Gibbs和赫茲分別都研究出類似的結果。有很久一段時間,這些方程式被總稱為赫茲-黑維塞方程組、馬克斯威爾-赫茲方程組或是馬克斯威爾-黑維塞方程組。真正讓馬克斯威爾的電磁理論名聲大噪的關鍵還是1888年赫茲利用振盪電流產生電磁波這件事。且讓阿文好好地介紹黑維塞與赫茲給各位認識,雖然他們名氣不如馬克斯威爾這麼響亮,但他們可都是對電磁學的進步有著功不可沒的貢獻的大功臣呢!

  • 電磁英雄列傳之十一:特斯拉

    電磁學發展了一世紀之後,終於要從實驗室走入一般民眾的生活之中。稱二十世紀是"電力的世紀"應該不為過吧。這都要歸功於一群活躍在世紀初的鬼才,他們既是工程師,也是發明家,電力的世紀就是由他們打造出來的。而在這群鬼才之中,個性最為鮮明,最愛出風頭,人生也最富傳奇性的莫過於特斯拉。就讓阿文好好地細數他一生的傳奇吧。

  • 電磁英雄列傳之十二:羅倫茲 (上)

    十九世紀物理學上最重要的發現,莫過於馬克斯威爾發現光就是電磁波。然而當馬克斯威爾撒手人寰時,身後卻留下重重的謎團。舉例來說,當時已經知道光在介質中有許多複雜的行為,這能夠被馬克斯威爾的電磁理論來解釋嗎? 赫茲利用振盪電流產生無線電波時,固然證明了馬克斯威爾的理論,另一方面卻也引發一個更深刻的問題: 帶電的物體的加速運動是如何產生電磁波的呢?更進一步我們還可以追問,在介質中運動的帶電體產生的電磁波與介質的性質有什麼關係呢?

  • 電磁英雄列傳之十二:羅倫茲(下)

    上一回的阿文開講提到了羅倫茲花了整整十二年的時間,從1892年開始發展出他的"電子理論"。他的出發點是將帶電粒子與以太的運動脫鉤,換句話說,以太不會被物體所牽動。接下來阿文要仔細地解釋他是如何一步一腳印地完成這項工作。

  • NMR之父: 拉比 (下) 推動科學國際合作的推手

    阿文開講上回介紹自己的祖師爺伊西多·艾薩克·拉比(Isidor Isaac Rabi) 如何一路奮鬥,從安身於紐約郊區的猶太移民變成諾貝爾獎得主。隨著世局動盪,拉比也從一介學者逐漸晉身於權力核心,成為美國學界的領導人物之一,甚至成為推動科學國際合作的重要推手。這一切都要從二戰談起。

  • NMR之父: 拉比 (上) 一個猶太移民的美國夢

    阿文開講上回提到拉莫爾進動,順便提到了核磁共振(NMR)以及核磁共振成像(MRI),其實發明核磁共振的正是阿文的祖師爺(嚴格地講,是阿文的指導教授的指導教授的指導教授的指導教授啦)。就讓阿文這個不成才的徒孫來介紹這位稱得上傳奇人物的祖師爺,伊西多·艾薩克·拉比(Isidor Isaac Rabi) 給大家認識認識,阿文也順便沾點光!