物理雙月刊 [第43卷4期]:計算物理 理論與實驗間的橋梁

點閱:37

其他題名:Physics bimonthly

作者:雜誌編輯團隊編

出版年:2021.08

出版社:台灣物理學會

出版地:臺北市

最新發刊 : 20210801

雜誌類型 : 雙月刊

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借閱說明

雜誌簡介: 我們賴以生存的能源 老店新開張:原來物理好精彩! 自上一期結束後,物理雙月刊正式跟過去說拜拜了!在這兩個月的時間裡,我們的編輯團隊加入許多新的成員,一同打造一個全新風貌的物理雙月刊。新網站在5月20 日隨著新總統的上任,重新開張了;雜誌的版面設計和專欄內容也都煥然一新,我們希望新的物理雙月刊可以吸引更多的讀者的目光,讓更多人看見原來物理不只是一堆數學公式所建構起來,也不再只是老師黑板上的無字天書,物理可以跟歷史有緊密的連結、物理可以從教育的觀點去剖析、物理可以用好多不同的方式出現在我們的生活裡,最後會看見原來我們一直跟物理生活著,從未遠離。

本期內容簡介
 
總編輯的話

計算物理學一直與近代電腦的發展有關。第一台概念上的電腦,稱之為阿塔納索夫-貝瑞電腦(Atanasoff–Berry Computer,簡稱ABC),他的主要用途是用來解線性方程式,但是由於其不可程式化,使用時也需要不斷的人力介入操作,所以沒有後續的發展。而第一台可程式化的通用型電腦,則是美國軍方在1946年開發的埃尼阿克(ENIAC, Electronic Numerical Integrator And Calculator),他的主要用途是計算大砲飛彈的軌道。但第一個拿來測試的問題,卻是約翰·馮·諾依曼(John von Neumann)關於氫彈的計算。此後,伴隨著電晶體的發展、科學運算與軍事需要,電腦科技飛躍性的發展,並且除了在這些限定的用途外,甚至還走入家庭並協助與改變人類的生活型態。

一般大眾認知上的物理學,通常是具有規律且能得到正確解的。例如一個蘋果的掉落,很多人都知道可以使用

S=S0+V0t-1/2gt(二次方)

來描述特定時間t下,蘋果位於空間中的s位置。因此蘋果在時空中的運動軌跡,可以由一系列正確的( si , ti )位置在時空的座標軸上畫出。然而實際的物理現象常常伴隨著隨機的過程。像是在核分裂反應中,如果原子核中的中子因核分裂而脫離束縛飛出,則其方向、速度、都是不確定的。為此,馮·諾依曼發展出蒙地卡羅法(Monte Carlo method),在當時使用ENIAC這樣原始的電腦來類比隨機過程,最後透過統計的方式來擬似真實的物理現象。在六十年後,總編有幸在2006到2007年間參於台灣在澳洲的三軸中子散射儀設計。也是以相同的數學手法,但使用更為先進的McStas(Monte carlo Simulation of triple axis spectrometers)軟體,來做中子束的模擬與應用。這便是長期以來計算物理學在核物理中的一種應用。

事實上,計算物理學可以說是介於理論物理與實驗物理之間的橋樑。計算物理的發展,需要基於許多已知的物理理論跟數學模型。它可以由這些基礎來開發新的理論、模擬未知或已知的現象。最後透過實驗物理學的驗證,再次將完備的物理理論投入新的計算物理中。它幾乎包含所有物理學的範疇,例如核物理、凝態物理、複雜系統、天文物理、宇宙學等等。本次的物理雙月刊的專文,將主要介紹計算物理在材料物理上的應用,包含了使用第一原理做自旋傳輸的計算、以及太陽能電池內光子、電子、電洞、聲子間的交互作用與效率計算,並橫跨歷史,將結構生物物理學的發展與藥物開發上的應用做一個詳盡的介紹。

近來網路上有許多影片提到施打疫苗會造成身體會具有磁性,並可以吸附許多的物體。但事實上這裡聲稱的吸附力並非來自於物理上的「磁性」,而是身體分泌的黏液,因此只要撒上爽身粉,身體的「磁性」就會消失。「磁性」或是「磁場」一詞在大眾間有許多的誤解。在口語上「磁性」與「磁場」似乎分別是「吸引力」與「某種玄幻不可知的力量」之代名詞。然而在物理學上巨觀的磁性通常是與物質中磁偶極矩的統計行為有關;巨觀的磁場則是與電荷的運動或是磁偶極矩在空間中建立的場有關。本期的粒子物理行專欄,將討論電子、質子、中子、與緲子的磁偶極矩。

本期在大家所喜愛的阿文開講中,將提到一位最強的阿宅科學家—吉布斯。任何讀過熱力學的學生無不認識這位大師(大師的定義通常是指能讓學生感到極度學習痛苦的科學巨擘)。但是一般的民眾,從來都沒有聽過他的名字。他終身未婚,一輩子大部分時間幾乎都在耶魯大學的紐哈芬(New Haven)度過。其他大學用1.5倍的高薪都挖不動他。但是他所發展的理論以及撰寫的專書在熱力學中堪比於牛頓於力學中的地位。到底這位阿宅科學家是怎麼樣的一個人呢?讓阿文好好的說他的故事。
雜誌簡介
 
物理雙月刊的誕生
物理雙月刊前身為「中華民國物理學會通訊」,為提供本會會員彼此聯絡之用。後因會員深感國內尚缺乏一專門介紹物理發展及新知之刊物,乃於民國68年7月正式創刊,名為「物理季刊」,每三個月出刊一次,並請吳大猷先生特為本刊封面親筆提字。民國76年6月改名為「物理會刊」,每兩個月出刊一次。至民國82年再改名為現在的「物理雙月刊」。
 
物理雙月刊的定位
「物理雙月刊」定位為物理的科普雜誌,希望可以透過國內物理各領域專家 學者為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。「物理雙月刊」努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。
  • 總編輯的話(p.3)
  • 好文推薦 拉塞福的野心(p.87)