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#物理 那些年,物理讓我學到的一些事

來把最近打的文章貼來這裡好了。 昨天去台中美術館看(?)了「對稱性破缺—超科學•藝術展」,其實這個特別的展覽名稱不是藝術家發明的,對稱性破缺(symmetry breaking)是一個著名的物理情形,在量子場論等中有所應用,但,我不會,所以。 在這場展覽中,作品有實物、有畫、有投影片,其中投影片印象猶深,因為這些藝術家們用著強烈的聲光效果,以及新穎前衛的風格,讓我想忘也忘不瞭。 除此之外,他們還有一個共同點:「我都不知道他們在衝三小」。 新穎前衛、看不懂他們到底在幹嘛,如果要說這個展覽跟物理最相關的部分,那大概莫過於此了。 我想,多數人都能理解物理的「看不懂他們到底在幹嘛」,甚至可能深有共鳴(我也是)。 那,為什麼說物理新穎前衛呢? 先來說說近代物理學的發展。 (以下大量減少專有名詞的出現,甚至調整成其實不是很正確的詞彙。) 近代物理學有兩大支柱,分別是相對論及量子力學,這兩者分別打破了現實的兩大直觀。首先可以這樣想:「我們可以把世界的構成,想成舞台和角色,其中舞台就是時空,而角色就是物質」 在相對論裡,我們的時間不再是絕對的,對不同的人來說,衡量同一件事發生的時間,可能會是不同的。而若在重力的作用下,時空更會被扭曲,此時光為了走最短的路徑,他會有「轉彎」的現象(可以想像在圓球上兩點的最短距離不會是直線)。 而在量子力學中,我們描述微觀情況下的粒子現象,而在這裡所有的物理量(像是粒子的位置、能量),都是機率性的,換句話說,我們沒辦法知道粒子在某個時間的確切位置,只能知道它「比較可能」出現的位置而已。甚至,在量子力學中,我們沒辦法同時知道這個粒子的位置與速度。 簡而言之,這兩大支柱中,前者打破了我們對時空的直觀理解,後者打破了我們對物質的直觀理解,我們對世界的直觀已經被抹滅的差不多了。 近代理論物理的發展過程,物理學家盡可能的從舊有理論推廣、延伸,並給出新假設,這個假設再怎麼違背直覺都好,重點是他是否符合實驗結果。 如果說前衛的意思是違背傳統,那我想物理學家在擊潰傳統上,是不會輸人的。 那,這些「新穎前衛」的物理,能帶給我什麼? 如果你覺得上面對近代物理的描述很抽象,那是的,在學習過程中,他就是這麼的抽象。 在學習上,我們要做的第一件事,是拋下一直以來對世界的直觀理解,丟掉那些你認為再正常不過的事,從而接受新理論。 這其實是一件很不容易的事,在過程中你很可能下意識地用傳統思維去思考,然後得出矛盾的結果,當你百思不得其解去詢問他人時,他可能會回你一句:「你要記得,你在這裡已經沒有這個(舊有)概念了。」 這很像是在現實生活中,我們常常說要學會放下自己的偏見與刻板印象,但這何其困難?有多少時候,我們嘴邊說著可以接受他人的想法,卻還總是用著自己的框架看事情。 當我們已經把立場給牢牢定死,我們會少看見許多原本就在你眼前的事,而這些事情可能改變你原有的立場或價值觀,或是讓你提出相對論。 如果現今連一門艱澀複雜、不得不遵守實驗結果、新理論還要可以解釋舊理論,這樣種種條件下的學科,都為了尋找世界真理而開始瘋狂嘗試新思維,我們一個普通的一般人,又何必畫地自限、甚至僵化自己的思想呢。


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B1

最短距離不會是直“線” 你打成直銷了

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1
B2

還好我沒有讀物理,我不夠前衛,很多都想像不太出來wwwww 化學相對直觀很多,對我蠻適合的

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B3

雜雜嗚嗚嗚嗚 這個板要消失了

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B4

嚴格說起來 不能同時觀測的量是位置和動量 也不是說所以的物理量都不能同時觀測啦 量子力學的核心概念就是 用某種狀態來描述物理系統 對於某一個物理量 (像是能量) 我們可以對一個狀態進行觀察 觀察的同時會看到某個物理量的量值 一般來說 觀察的同時會改變物理系統的狀態 所以有可能你每次觀察的結果都不一樣 取他們的算數平均 就是古典物理中 系統的物理量 但是有一些特別的狀態 即使觀察了也不會被改變 我們稱做特徵態(eigenstate) 他對應到的物理量就是當下的特徵值(eigenvalue) 對於特定的物理系統來說 無論狀態為何 你只能觀察到其對應的特徵值 舉個例子 氫原子的電子 永遠只能看到他在某個能階的能量 某個狀態他可以是好幾種特徵態組成的 每次觀察都有可能不一樣 但是每個特徵值出現的機率總和為一 因為觀察總是會給你一個物理量 對於兩個物理量 如果他們的特徵態有重合 就代表你可以同時觀察這兩個物理量 而不改變他的狀態 簡單的例子 自由粒子的動量和能量 我們說這兩個物理量是commuteㄉ

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B5

對於一般的情況 動量的特徵態通常不是位置的特徵態 所以觀察動量後 再觀察位置 和觀察位置後 再觀察動量 會得到不同的結果 這兩個物理量就是測不準的(uncertainty) 如果分別觀察兩個物理 A看物理量A B看物理量B 如果他們特徵態沒有重疊 把多次觀察的結果取其標準差(standard deviation) 相乘後會大於等於某個常數 如果是位置和動量 就是平常看到在高中課本寫的 測不準原理(uncertainty principle) 所以我們還是可以觀察到物理量 只是處理很麻煩 而且以上結果都是建立在實驗的基礎上 可以說沒有實驗就沒有量子力學

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確定要刪除此文章?
#物理 那些年,物理讓我學到的一些事

來把最近打的文章貼來這裡好了。 昨天去台中美術館看(?)了「對稱性破缺—超科學•藝術展」,其實這個特別的展覽名稱不是藝術家發明的,對稱性破缺(symmetry breaking)是一個著名的物理情形,在量子場論等中有所應用,但,我不會,所以。 在這場展覽中,作品有實物、有畫、有投影片,其中投影片印象猶深,因為這些藝術家們用著強烈的聲光效果,以及新穎前衛的風格,讓我想忘也忘不瞭。 除此之外,他們還有一個共同點:「我都不知道他們在衝三小」。 新穎前衛、看不懂他們到底在幹嘛,如果要說這個展覽跟物理最相關的部分,那大概莫過於此了。 我想,多數人都能理解物理的「看不懂他們到底在幹嘛」,甚至可能深有共鳴(我也是)。 那,為什麼說物理新穎前衛呢? 先來說說近代物理學的發展。 (以下大量減少專有名詞的出現,甚至調整成其實不是很正確的詞彙。) 近代物理學有兩大支柱,分別是相對論及量子力學,這兩者分別打破了現實的兩大直觀。首先可以這樣想:「我們可以把世界的構成,想成舞台和角色,其中舞台就是時空,而角色就是物質」 在相對論裡,我們的時間不再是絕對的,對不同的人來說,衡量同一件事發生的時間,可能會是不同的。而若在重力的作用下,時空更會被扭曲,此時光為了走最短的路徑,他會有「轉彎」的現象(可以想像在圓球上兩點的最短距離不會是直線)。 而在量子力學中,我們描述微觀情況下的粒子現象,而在這裡所有的物理量(像是粒子的位置、能量),都是機率性的,換句話說,我們沒辦法知道粒子在某個時間的確切位置,只能知道它「比較可能」出現的位置而已。甚至,在量子力學中,我們沒辦法同時知道這個粒子的位置與速度。 簡而言之,這兩大支柱中,前者打破了我們對時空的直觀理解,後者打破了我們對物質的直觀理解,我們對世界的直觀已經被抹滅的差不多了。 近代理論物理的發展過程,物理學家盡可能的從舊有理論推廣、延伸,並給出新假設,這個假設再怎麼違背直覺都好,重點是他是否符合實驗結果。 如果說前衛的意思是違背傳統,那我想物理學家在擊潰傳統上,是不會輸人的。 那,這些「新穎前衛」的物理,能帶給我什麼? 如果你覺得上面對近代物理的描述很抽象,那是的,在學習過程中,他就是這麼的抽象。 在學習上,我們要做的第一件事,是拋下一直以來對世界的直觀理解,丟掉那些你認為再正常不過的事,從而接受新理論。 這其實是一件很不容易的事,在過程中你很可能下意識地用傳統思維去思考,然後得出矛盾的結果,當你百思不得其解去詢問他人時,他可能會回你一句:「你要記得,你在這裡已經沒有這個(舊有)概念了。」 這很像是在現實生活中,我們常常說要學會放下自己的偏見與刻板印象,但這何其困難?有多少時候,我們嘴邊說著可以接受他人的想法,卻還總是用著自己的框架看事情。 當我們已經把立場給牢牢定死,我們會少看見許多原本就在你眼前的事,而這些事情可能改變你原有的立場或價值觀,或是讓你提出相對論。 如果現今連一門艱澀複雜、不得不遵守實驗結果、新理論還要可以解釋舊理論,這樣種種條件下的學科,都為了尋找世界真理而開始瘋狂嘗試新思維,我們一個普通的一般人,又何必畫地自限、甚至僵化自己的思想呢。

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