歷史 物理

  • 探索宇宙的神父

    The Big Bang Theory (中譯為生活大爆炸)在物理圈裡是蠻受歡迎的美國影集,這部影集設定在加利福尼亞州的帕薩迪納市,劇情圍繞著三位虛構的加州理工學院天才和一位麻省理工學院的工程師的生活。住在他們對面的是一位漂亮的金髮餐廳女服務生Penny,她的志向是成為演員。四位主角的書呆子氣與Penny的社交能力形成了鮮明的對比,讓全劇充滿了逗趣的喜劇色彩。尤其主角Sheldon 的奇言異行和極端自戀的模樣更是被物理學家拿來自嘲嘲人。在播出十二年後,終於於2019年5月16日第12季播放後結束。整齣劇當然是虛構的,但是劇名The Big Bang Theory 不但是貨真價實的物理理論,而且還是主導過去幾十年宇宙論飛躍發展的基石。可是最早提出The Big Bang Theory (大霹靂理論)的可不是像Sheldon 這種傲慢自大又神經兮兮的怪胎,而是一位虛懷若谷又溫文有禮的比利時神父! 這個反差夠大吧! 想來應該沒有電視台有興趣把這位謙遜有禮的神父搬上銀幕,今年適逢他一百二十五歲冥誕,就讓阿文我來為你介紹這位了不起的科學家吧。

  • 漢密爾頓:終生為情所困的愛爾蘭神童

     一般人想到愛爾蘭,大概只會聯想到詩人、歌手、跟酒鬼。其實愛爾蘭也出過一位非常偉大的科學家:漢密爾頓。他是不太成功的詩人,晚年也的確成了酒鬼,但是他也是科學史上響叮噹的大人物,他在代數 、光學、特別是古典力學都留下不可磨滅的貢獻。尤其是漢密爾頓發明的力學系統在電動力學、統計力學以及量子力學的發展都扮演舉足輕重的角色。此外漢密爾頓所發明的四元數也是足以讓他名留青史的偉大成就。一般大眾卻鮮少聽過他的名號,所以就讓阿文為您詳述他的一生。

  • 荷蘭黃金時期的閃亮巨星:海更斯

    荷蘭雖然是個土地貧瘠的西歐小國,面積與人口跟臺灣相差無幾,但在十七世紀卻是歐洲的一等強國,曾是海上一時無雙的超級霸權!荷蘭的東印度公司還曾在1624年正式在台灣設立據點,統治到1661年為止。而考諸史料更可以發現眾多傑出的荷蘭科學家,像是開創電動力學的羅倫茲、發現超導現象的Heike Kamerlingh Onnes,還有執現代物理牛耳的巨擘傑拉德·特·胡夫特Gerard 't Hooft 等。追溯這個傲人的科學傳統,不難發現第一位偉大的荷蘭科學家海更斯的身影。他不僅是當時歐洲知識界的領袖,更是連接伽利略、笛卡兒與牛頓的重要環節。然而關於他的生平卻少人提及。所以阿文特地撰寫此文,讓各位看官對這位荷蘭的閃亮巨星有更深入的了解。

  • 週期表背後的物理學家(三) 天然放射性元素登場

    自從1896年法國科學家亨利.貝克勒發現鈾鹽的放射性之後,藉著分析擁有不尋常地高放射性的物質來發現新的元素,成了一個頗具吸引力的方法。然而發現新元素是一回事,將它從化合物中分離出來,那又是另外一回事了。居禮夫婦在1898年宣稱找到新元素釙(Po,原子序84)和鐳(Ra, 原子序88),但是要等到1910年,瑪麗. 斯克沃多夫司卡.居禮才從瀝青鈾礦提煉出純鐳,而釙在1902年被德國化學家Willy Marckwald 提煉出三毫克的釙,但是他卻誤把它當作新元素,還取名為"radio-tellurium",三年後才發現,他提煉的是釙。雖說如此,科學家還是善用放射性,找到了許多新元素,就讓阿文我一一為您介紹。

  • 自旋物語(上) 自旋打哪兒來?

    這一次的阿文開講,阿文要介紹一本好書給各位看官。這本書叫"スピンはめぐる"(直接地翻成中文大概是"自旋轉完啦") 英文的書名翻成"The story of spin"。阿文當年是在北卡羅萊納州當博士後研究員時,閒來無事在圖書館逛逛,偶然在書架看到英文本,當下把書借回去,讀了之後,驚為"天人",覺得太精彩了,後來索性買了一本,珍藏在家中。事實上,當阿文剛回台灣時還有意將它翻成中文,無奈後來因為雜務纏身,一直無法如願。不過,這本書的英文相當通順淺顯,有心的青年學子們讀起來想必不會有什麼困難,所以就讓阿文我好好地為各位介紹一番,期待這本好書能在臺灣大大地流行起來!

  • 量子四書(下) 從矩陣力學到量子場論

    上次阿文介紹了兩本source book,談到了從舊量子論到發展出矩陣力學的那一段過程,這次要接著介紹從矩陣力學到量子場論的這一段發展歷程,順便再介紹另外兩本source book。

  • 週期表背後的物理學家(二) 光譜學家們

    今年適逢元素週期表問世一百五十周年,雖說這是化學的一大盛事,但是仔細想來,這週期表背後其實也藏著好多物理學家的心血呢,且讓阿文我一一揭露,讓各位看官看個分明。

  • 周期表背後的物理學家(一) :第三任瑞利男爵

    今年適逢周期表問世一百五十周年紀念。雖說周期表的出現是化學史上一座重要的里程碑,但是整個周期表背後蘊含著許多物理學家的心血。像是之前介紹的斯克沃多夫斯卡.居禮所發現的釙與鐳。發現第一個惰性氣體的也是位貨真價實的物理學家,而且他還因發現了這個發現而榮獲1904年諾貝爾物理學獎。他就是第三代瑞利男爵,約翰·威廉.斯特拉特(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh),他接續英年早逝的馬克斯威爾而成為第二任卡文迪希實驗室主任。今年適逢瑞利男爵逝世百年,物理在這百年內固然有著飛躍的發展,然而瑞利男爵所留下的智慧結晶,不僅在物理,也在地質,土木工程,無線電通訊等,依然有著舉足輕重的影響力,就讓阿文我為您介紹這位名聲不甚響亮的英國物理學家吧!

  • 量子四書(上) 從量子論到量子力學

    一般說來,讀物理學的原始論文是相當吃力不討好的差事。一來是過去使用的術語通常與現在的不同,慣用的符號也不同,更要命的是原始論文通常是作者與當代的學者溝通甚至爭辯而生的產物,他們的討論重心往往已經消失在知識的汪洋之中,所以現代的讀者常常丈二金剛摸不著後腦,感覺眼前的這些論文簡直就像天書一般,明明每個字都認得,怎麼連起來就成了咒語一般,完全不可解了呢?

  • 琳瑯滿目的包立授課筆記

    自從兩年前阿文有機會開設"理論物理"這個有點"微妙"的課程,至今已經教了一輪了。在這個課程中,我用了著名的物理學家包立(Wolfgang Ernest Pauli)在瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)授課的上課筆記當作上課教材,得到許多寶貴的經驗,藉這個專欄與大家分享一番,希望能帶動一波重新形塑物理系課程安排的風潮。這個課程基本上是一學年的課,上學期上的是包立演講筆記的第一冊到第三冊,下學期則是從第四冊到第五冊,至於第六冊則沒有包含在內。這大約涵蓋了現今大二與大三的必修課的內容。當然,由於一周只上兩節課,所以這個課程毋寧是大學學習內容的一個濃縮版。

  • 對稱之王維格納 (下):在普林斯頓研究原子核的火星人

    上一篇介紹了將群論引入量子力學的關鍵人物之一維格納在歐洲的時期的種種事跡,接下來要介紹的是他搬到美國之後的故事,還請各位看官賞臉。

  • 對稱之王:維格納 (上) 從布達佩斯來的化學工程師

    據說有一次有人問出身於匈牙利的物理學家西拉德:為什麼一直找不到外星人存在的證據時,他順口回答說:怎麼會沒有呢? 只不過他們都自稱是匈牙利人罷了。於是乎一群移民到美國,原籍是匈牙利的猶太科學家們被戲稱是"火星人"。這個玩笑一來是因為是匈牙利口音十分奇特,再者這群科學家神威赫赫,想法新穎,的確不像是一般的地球人,這群"火星人"中最出名的,除了西拉德與發明電腦的馮 紐曼之外,還有被稱為"氫彈之父"的泰勒。但是論到在物理史的地位,恐怕還是要首推將群論帶進現代物理的尤金·保羅·維格納(英語:Eugene Paul Wigner)。維格納為人低調,在科學界之外鮮有人知,但是他對近代物理發展的影響力非同小可,所以阿文這次要好地介紹這位非常長壽的"火星人"給各位看官認識認識。還請各位看官賞臉。

  • 叫我斯克沃多夫斯卡-居禮!(下) 我們全家都得過諾貝爾獎

    上一回的阿文開講,介紹了瑪麗. 斯克沃多夫斯卡-居禮的前半生,但是她的後半生更是波瀾壯闊,充滿傳奇,還請看官們賞臉,繼續看下去......

  • 叫我斯克沃多夫斯卡-居禮!(上)從華沙到巴黎

    最近居禮又成了熱門話題了!原來是前陣子教育部召開的12年國教課綱審議委員會審議大會在討論新課綱時,增列一項學習條目「科學史上重要發現的過程,不同性別、背景、族群者於其中的貢獻」,有委員建議負責教科書審定的國家教育研究院,應該將史上唯一獲得物理和化學兩個諾貝爾奬的得主、也是第一位女性諾貝爾奬得主的名字中文翻譯,從「居禮夫人」改成她的全名瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮(Maria Skłodowska-Curie) 。

  • 粒子物理在東洋的先驅: 坂田昌一(下) 名古屋學派的開山祖師爺

    上一回的阿文開講,阿文介紹了開創名古屋學派的坂田昌一與他在戰前的活動,接下來阿文要好好地介紹他在戰後的各項成就,內容多是與粒子物理有關的歷史,還請專家不吝指正。

  • 索末菲:承先啟後的理論物理大師 (上) 出入於物理與數學之間

    今年(2018)的十二月五日,適逢物理學家阿諾德·索末菲 (Arnold Sommerfeld)一百五十歲的冥誕。說起索末菲,一般不是念物理的看官大概都不曾聽過,就算是念物理的人,一般也就只知道他是包立與海森堡的老師,至多也只是知道他推廣了波爾的原子模型,其實索末菲對現代物理的發展,甚至現代的物理教育都有很深遠的影響,他本人更是一位了不起的楷模,所謂"經師易得,人師難求",索末菲稱得上既是"經師",也是"人師"。所以阿文這次就趁著他老人家一百五十歲大壽的機會,簡單地將他的人生故事講給各位看官們聽聽,也趁著這個機會,與各位在大學執教鞭的同行們,一齊來思索我們這一代物理教授的定位與對下一代物理學者養成教育的使命吧。

  • We will remember them

    一百零四年前在歐洲爆發的第一次世界大戰,無疑地是人類歷史上史無前例的一場慘絕人寰的浩劫。萬千花樣年華的青年在慘烈的壕溝戰中喪生。其中協約國與同盟國中各損失了一位極為優秀的物理學家。他們就如同是隕落在一戰戰場的兩顆流星,令人感嘆。尤其令人痛心的是,如果他們能夠在這場戰爭中僥倖全身而退的話,不知還能為人類的知識探索做出何等巨大的貢獻,然而他們的生命就這樣荒謬地戛然而止,

  • 粒子物理在東洋的先驅: 坂田昌一(上) 熱血的左翼物理青年

    科學史上常常有一些人物,雖然成就非凡,卻生不逢辰,碰上了一代巨星,世人的目光都被巨星給吸走了,使得這些身負才能之士,不僅在當代,甚至到了後世,都受到冷落,真是令人唏噓,像是牛頓身旁的哈雷,明明成就很高,卻常常只被當作是自然哲學的數學原理的催生者。今天阿文就來介紹一位傑出的日本科學家,坂田昌一,雖然在日本科學界以外,他的名聲往往被他的老師湯川秀樹還有朝永振一郎給掩蓋住,然而他的人生故事與科學成就,絕對值得一提,還請各位看官聽阿文娓娓道來,必會與阿文一樣為坂田桑嘆一口氣呢!

  • 為科學而生 為原子而死的波茲曼(下): 飄泊的靈魂

    上一回的阿文開講的專欄中,阿文簡單介紹了奧地利物理學家波茲曼的前半生,特別是在Graz大學的期間,他所完成的許多關於統計力學的研究。雖然波茲曼在Graz 平穩地度日,在學術上也有令人驚艷的成就,但是1885年他摯愛的母親過世讓他悲痛異常,再加上四年後他的長子Hugo因盲腸炎夭折,讓他自責不已,他的精神狀態開始不穩定,讓他又萌生另謀新職他去之意。他曾接受柏林大學的邀請去遞補剛過世的Gustav Kirchhoff的缺,但是他因視力惡化而送電報前去婉拒,後來這個缺就給了比波茲曼年輕十四歲的德國學者馬克斯‧普朗克(Max Planck)。當時應該沒有人可以預見那個看來一板一眼的年輕學者會在十年後掀起量子革命的序幕吧。

  • 為科學而生 為原子而死的波茲曼(上) 帝國的黃昏

    上一回的阿文開講,介紹了統計力學的開山祖師爺之一的吉布斯。這一次阿文要接著介紹另一位幾乎與吉布斯同時間在德語世界開創統計力學的大人物,他就是大名鼎鼎的波茲曼。與一生平靜無事,與人無爭的吉布斯相比,波茲曼的人生可以算得上是波瀾壯闊,為了說服別人相信自己苦心孤詣建構出來的理論,波茲曼終生與人爭論不休,最終居然抑鬱自殺,這樣的傳奇人物,阿文當然無法放過。就讓阿文仔細為您介紹這位來自維也納的物理大師的傳奇一生吧。

  • 兩位飄浮在耶魯校園的寂寞天才(下) 陽春白雪又何妨

    上一回的"阿文開講",阿文介紹了美國科學家吉布斯在數學,物理光學,以及熱力學的諸多貢獻,但是論到吉布斯最大的貢獻,還是在"統計力學"上,事實上,正是吉布斯創造了「統計力學」(Statistical Mechanics)這一個名詞!統計力學的宗旨在利用統計方法從大量微觀粒子的運動角度得到對於宏觀的熱力學現象的微觀解釋。

  • 兩位飄浮在耶魯校園的寂寞天才(上) 知識沙漠裡一朵綻開的玫瑰

    前陣子阿文讀了一本書,"美國的反智傳統",這本書其實是1967年就出版的老書,作者是哥倫比亞大學美國史教授Richard Hofstadter,這本書對美國社會的觀察非常深刻,雖然是五十年寫的,現在讀來還是絲絲入扣,有時令人拍案叫絕。在書一開始,作者就提到在美國無人不曉愛迪生的大名,但是同時期美國最偉大的科學家,吉布斯,不僅生前默默無聞,甚至到今天還是有許多人不認識這位美國第一位偉大的理論物理學家!無獨有偶的是,吉布斯待了一輩子的耶魯校園中也曾出現一位了不起的物理學家昂山格,但是他的風格以晦澀難解聞名,還曾經因為上課的口碑太差被炒了魷魚!這兩位天才的名聲在物理圈外向來是非常地不響亮,阿文雖不才,對這兩位前輩的景仰如江水滔滔不絕,忍不住手癢,要為各位看官介紹他們特立獨行的一生,還請大家耐著性子,聽阿文慢慢道來呀....

  • 科學史上最大一片綠葉: 愛德蒙‧哈雷 (下) WHOSE NAME WAS WRIT IN SKY

    上次阿文開講介紹了愛德蒙‧哈雷的前半生,這裡要接下來繼續介紹他的後半生。如果您以為哈雷的後半生會比較平靜,那您可就大錯特錯了! 請讓阿文為您繼續說下去。

  • 科學史上最大一片綠葉: 愛德蒙‧哈雷 (上):《自然哲學的數學原理》的催生者

    阿文在之前"英法千年恩仇錄之兩個天文台的故事"中提到牛頓與第一皇家天文學家約翰·弗蘭斯蒂德 (John Flamsteed)之間的恩怨,其中提到愛德蒙·哈雷(Edmond Halley)也捲入這場是非之中。當時阿文曾答應,日後要為他寫篇專文,想一想居然也是兩年前的事了。文債不宜久欠,所以趁這個空檔來為大家好好地介紹一下稱得上是科學史上最大的一片綠葉。

  • 維多利亞時代的物理巨擘: 開爾文男爵 (下): 大西洋電纜

    上一次阿文介紹了十九世紀的英國科學家William Thomson 的前半生,接下來要來繼續講述他如何從William Thomson 變成 Lord Kelvin 。還請各位看官賞臉繼續看下去。

  • 維多利亞時代的物理巨擘: 開爾文男爵 (上): 絕對零度

    現在提到開爾文男爵Lord Kelvin (前譯為克耳文勳爵,William Thomson, 1st Baron Kelvin), 大家似乎只想到他在十九世紀最後一年演講時提到物理頭上僅剩的兩朵烏雲,一朵是黑體輻射,一朵是邁克生干涉實驗,言下之意,古典物理似乎即將大功告成,當然啦,第二朵烏雲後來下起"相對論"這場雨,震撼了物理界,之後第一朵烏雲釀成了一場驚天動地的大豪雨,威力不輸當年挪亞造方舟時的那一場,掀起物理界一場波濤洶湧的大變革,所以開爾文男爵的形像到了現在似乎不太光鮮亮麗,持平來講,這對開爾文男爵來講是蠻不公平的,他在物理有諸多建樹,對現代通訊的發展也有不得了的貢獻,算得上是十九世紀下半葉英國物理界的祭酒,他的一生事跡頗足稱道,就讓阿文為您好好地介紹一番,也算是還他老人家一個公道吧。

  • 卡諾父子與他們的熱血世代(下) 熱力學之父

    上一回阿文介紹了拉札爾‧卡諾以及薩迪‧卡諾的生平,今天就來說一說薩迪是如何靠著紙筆以及頭腦開創出一門新的學科:熱力學! 上次提到薩迪到馬德堡拜訪定居在此的父親拉札爾時,開啟了對蒸汽機的興趣。事實上,早在1712年英國工程師Thomas Newcomen就發明了蒸汽機,這種蒸汽機一開始大量使用在礦場中,用來將礦井裡的水汲出來。最初的蒸汽機原理是這樣的: 將蒸汽引入氣缸後閥門關起來,然後冷水被灌入汽缸,使得蒸汽凝結時產生真空。活塞另一面有空氣,活塞兩端的壓力差會推動活塞。而活塞聯結到一根深入豎井的杆來驅動一個泵。蒸汽機活塞的運動通過這根杆傳到泵的活塞來將水抽到井外。這種蒸汽機最大的問題是氣缸裡的蒸汽需要先冷凝,使活塞動起來,然後再加熱進行下一次推動,蒸汽的熱量都消耗在一冷一熱的過程中,不斷地將氣缸的溫度從低溫加到高溫,這使得機器的效率非常低。

  • 開創熱力學的普魯士學者:克勞修斯

    阿文打從年輕時起就是華格納迷,尤其醉心於尼貝龍指環系列的大結局,諸神的黃昏Götterdämmerung 一劇中的最後一景,女主角Brünnhilde 騎馬奔入火中,以身相殉,而諸神所在Valhalla 則在烈焰中土崩瓦解,伴隨著激昂的音樂,一切都煙消雲散,令人不禁茫然自失,當布幕落下時,阿文就像莊子齊物論的南郭子綦,仰天而嘯,苔焉似喪其耦呢!有趣的是,世界崩解的景像,不單只出現在藝術家的想像中,就在諸神的黃昏首演前九年,一篇嚴謹的物理論文也透露出相同的感受,這篇論文的作者比華格納小了九歲,除了同在德語世界之外,其他不論是身家背景,學、經歷,還有個性嗜好都與華格納天差地別。但是兩人居然無獨有偶地,在十九世紀後半充滿樂觀情緒的歐洲社會中,表達出對宇宙前景同等悲觀的看法,實在是非常有趣的事情,且讓阿文將這位提出entropy (熵) 這麼奧秘難解的觀念的物理學家,克勞修斯好好地介紹給各位看官。

  • 孤高的物理學家:許文格(三) 獨向斜陽嘆白頭

    上一回阿文介紹了許文格建立可重整化的量子電動力學的過程,其實這只是他學術生涯的初期,他在哈佛大學物理任教了二十五年,這段期間他發表了一百二十多篇學術論文,大部分都與量子場論有關,這些論文充滿許文格的獨特風格,行文簡潔優雅但卻不易理解,往往必須咀嚼再三才能體會其中深意,再加上許文格他行事低調,所以他的許多貢獻多遭到忽視,阿文忝為許文格的徒孫,還在各校園教了幾年的量子場論,在此不自量力,試著將這些精妙的內容介紹給諸位看官,寫得不清楚的地方,還請大家海涵,也請方家賜教,不吝指正才好。

  • 卡諾父子與他們的熱血世代(上): 勝利的組織者

    音樂劇「悲慘世界」,尤其是其中那首令人熱血澎湃的Do you hear the people sing? 應該是無人不曉吧。但是這首歌的背景不是法國大革命,也不是後來的七月革命,更不是二月革命。雨果筆下這場轟轟烈烈的革命,其實發生在1832年。這一場規模不大,短短兩天就結束的革命行動,卻因為雨果的生花妙筆而永垂不朽音樂劇「悲慘世界」,尤其是其中那首令人熱血澎湃的Do you hear the people sing? 應該是無人不曉吧。但是這首歌的背景不是法國大革命,也不是後來的七月革命,更不是二月革命。雨果筆下這場轟轟烈烈的革命,其實發生在1832年。這一場規模不大,短短兩天就結束的革命行動,卻因為雨果的生花妙筆而永垂不朽。