ZKIZ Archives


SENSE隨筆150120讓人暈眩的量子力學

來源: http://www.tangsbookclub.com/2015/01/20/sense%e9%9a%a8%e7%ad%86150120%e8%ae%93%e4%ba%ba%e6%9a%88%e7%9c%a9%e7%9a%84%e9%87%8f%e5%ad%90%e5%8a%9b%e5%ad%b8/

SENSE隨筆150120
讓人暈眩的量子力學
執筆人:蟬

作為物理學門外漢,若非憑藉電影《星際啟示錄》介紹相對論和蟲洞理論,可能半輩子也不絲毫知道其內容。 相對論雖然是超過半世紀的科學成就,直到今天仍然是物理學的研究對象,但若要說到近代最具影響力的物理學理論,便不得不提「量子物理學Quantum Physics」了。

大家都知物理學的目的是觀察物理世界不同的現象,並嘗試找出現象之間的關係與規律。 然而量子物理學卻有點不同:它指出甚麼事不會發生,而非甚麼事必然會發生。*** 量子物理學源自一個看似簡單的問題:到底萬物是甚麼造成的?然而物理學家在追尋答案時,卻發現事情比想像中複雜得多。

生活中人們經常會問:這是甚麼物質做的?例如筷子是竹子做的,竹子是纖維做的,纖維是細胞組成的……一直追問下去,物理學家便告訴我們是分子molecule、原子atom,最後是亞原子粒子subatomic particle:“物質”就是一連串焦距以外的形態。 但在這個不斷把物質放大的過程中,科學家發現宇宙可能根本沒有最後的材料,如果硬要說的話,那就是能量energy。****

那亞原子粒子是能量做的嗎?答案卻是否定的:亞原子粒子就是能量本身。*** 量子物理學認為世界基本上只是躍動的能量,能量無處不在,以不同的形式交替展現。人們所謂的 “物質”是能量的一種形式,是能量生滅不息的一種形態。

這種禪味甚濃的說法始於物理學家尋找宇宙最小的積木開始。 他們的取徑很簡單:將物質不斷分解至最小塊為止。 舉例若要找出一個時鐘的結構,我們可以把時鐘不斷拆散,直至把每一個細小的零件也分解出來,直至不能再拆細為止。這便是粒子加速器的原理:將兩顆亞原子粒子加速互撞,撞擊所產生的碎片,便是它們的“質料”了。

這個極之合乎邏輯的實驗方法,其結果卻出乎意料,像美國物理學家David Finkelstein所笑言:粒子加速器實際就好像將兩座時鐘對撞,結果飛出來的不是齒輪和彈簧等零件,而是新的時鐘,有時還和原來的一樣大。

在撞擊的過程中,撞擊的粒子的確是碎了,但卻立即又組成了新的粒子,而這些新粒子都跟原來的一樣“基本”,質量往往又和原來一樣大。**** 物理學家發現,由於粒子在撞擊時除了質量外還有動能,粒子跑得越快,撞擊點上就有越多動能可以產生新的粒子。

那到底速度如何影響撞擊結果呢?物理學家講到粒子的質量時,一般是指靜止質量restmass,而其他質量則為相對論性質量relativistic mass。粒子的質量會隨著速度增加。
粒子在99%光速時質量比靜止時大7倍,但質量與速度的關係並非線性的,而是在99%光速以上時質量才會急速增加。

舉例一顆電子以0.99986光速運行,及以0.999999996的光速運行時,就速度增加的幅度來說其實微不足道, 差別相當於一部車以2小時跑一段路增速至1小時59分59秒跑完同一段路。但其質量變化卻不然:質量由靜止質量60倍增至1.18萬倍。所以粒子加速器應該叫做粒子增質器才對。

根據愛因斯坦的「質能二元論」E=mc2,質量是一種能量的形式,即存在的能量。運動中的粒子既有存在能量(質量),也有運動能量(動能)。兩種能量都可以在粒子碰撞時用來製造新的粒子。

對量子物理學家而言,質量其中一個最重要的應用是把粒子分成「輕子lepton」、「介子meson」和「重子baryon」。電子是眾粒子中最輕的,故亦用作粒子質量的單位。

說到這裡可能會令人有錯覺,以為量子物理學發展非常順遂,但事實並非如此。物理學家在利用粒子加速器實驗時,由於日常言語的限制,經常會說一些看似很蠢的說話。根據現時的量子物理學,物理學家相信:
1. 亞原子粒子並不是本身獨立存在的;
2. 亞原子粒子既有 “波特性wave properties”,也有 “粒子特性particle properties”,即所以「波粒二象性wave-particle duality」;
3. 亞原子粒子是 “場與場field互動”的呈現。

當中第3點來自「量子場論Quantum Field Theory」(QFT),QFT假設“物質本質上無實體”,真正真實的只有“場”,場並不是物質,物質如粒子只是場與場互動時瞬間的呈現。 場才是宇宙間唯一真正的事物,但它卻無法捉摸,並無實體。場的互動是瞬間而狹小的,互動時看起來像粒子。

量子場論雖不是完整的理論,但卻極具解釋力。 物理學家依然把粒子撞擊實驗中的粒子看成獨立的存在,仿彿粒子就像棒球在鏡頭前飛過一樣地去處理。 這種以古典物理學語言去描述量子力學的情況,只是量子物理學家面對的眾多難題之一。然而這種奇怪的研究狀況,卻在過去四十多年內成功發現了一百多種粒子。***

參考:
《像物理學家一樣思考The Dancing Wu Li Master》(1979) Gary Zukav

分享文章

SENSE 隨筆 150120 讓人 暈眩 量子 力學
PermaLink: https://articles.zkiz.com/?id=128371

書包過重 低頭打機 學童脊骨退化 頭痛暈眩 影響學業

1 : GS(14)@2015-10-12 14:22:46

【本報訊】低頭打機、揹過重書包寒背是兒童脊骨受損元凶,兒童脊科基金上學年為逾兩千名學童進行評估,發現寒背、高低膊和脊骨側彎為三大常見脊骨問題,大部份與姿勢不良有關,有逾六成家長認為子女需要改善站姿、步姿及揹書包姿勢。脊醫指近年兒童求診個案上升四至五成,有十多歲學童出現脊骨退化,情況嚴重。記者:嚴敏慧兒童脊科基金昨日舉行世界脊骨日兼全港挺直日嘉年華,進行千人護脊操,有份參與的食物及衞生局局長高永文表示,要保護脊骨,姿勢正確非常重要,坦言自己有時也會寒背,建議市民多做有助身體平衡的運動如游泳、體操。


■高永文(中)昨在世界脊骨日活動做護脊操。
書包 過重 低頭 打機 學童 脊骨 退化 頭痛 暈眩 影響 學業
PermaLink: https://articles.zkiz.com/?id=293071

股票掌故 | 香港股票資訊 | 神州股票資訊 | 台股資訊 | 博客好文 | 文庫舊文 | 香港股票資訊 | 第一財經 | 微信公眾號 | Webb哥點將錄 | 港股專區 | 股海挪亞方舟 | 動漫遊戲音樂 | 好歌 | 動漫綜合 | RealBlog | 測試 | 強國 | 潮流潮物 [Fashion board] | 龍鳳大茶樓 | 文章保管庫 | 財經人物 | 智慧 | 世界之大,無奇不有 | 創業 | 股壇維基研發區 | 英文 | 財經書籍 | 期權期指輪天地 | 郊遊遠足 | 站務 | 飲食 | 國際經濟 | 上市公司新聞 | 美股專區 | 書藉及文章分享區 | 娛樂廣場 | 波馬風雲 | 政治民生區 | 財經專業機構 | 識飲色食 | 即市討論區 | 股票專業討論區 | 全球政治經濟社會區 | 建築 | I.T. | 馬後砲膠區之圖表 | 打工仔 | 蘋果專欄 | 雨傘革命 | Louis 先生投資時事分享區 | 地產 |
ZKIZ Archives @ 2019