2014 九月號
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第106期電子報  出刊日期:1030915


科學新文摘

 

牛頓不變的 G

300 多年前,牛頓思考蘋果掉到地面,以及月亮繞著地球運行之間的關連,讓他發現了萬有引力定律,當中的常數 G 至今仍是科學家研究的對象。

作者/曾耀寰(任職中研院天文所)

萬有引力是全面性的、不分大小遠近、不分成分、不分有生命或無生命、不分天上還是地下,只要有質量就有萬有引力。在重力不強且速度遠小於光速的情形,牛頓萬有引力的公式仍可以適用 ...... 。

萬有引力定律的進展

在重力不強且速度遠小於光速的情形,牛頓萬有引力的公式仍可以適用,我們現在用簡單的方程式描述萬有引力( F=G(M 1 xM 2 )/r 2 ),式子當中的 G 稱作萬有引力常數,代表了萬有引力是和雙方物體的質量成正比,與物體之間距離的平方成反比。牛頓當時並沒有明確地把 G 列出,在《原理》一書中只提到:對一切物體存在著一種引力,它正比於各物體所包含物質的量,以及反比於它到地球(或行星)中心距離的平方。一直到 1873 年,法國物理學家克荷紐( Alfred Cornu )和拜雅( Baptistin Baille )首次引入符號 f 來表示萬有引力常數, 1890 年代才採用 G 。

G 的測量

我們經常聽說 1798 年英國科學家卡文迪西( Cavendish ) 首次利用米歇爾( John Michell )建議的扭秤裝置(庫倫用來測量電力)測量萬有引力常數,其實當時卡文迪西是藉由牛頓萬有引力定律來測量地球的密度,他在名為〈決定地球密度的實驗〉( Experiments to determine the density of the Earth )一文中介紹如何利用扭秤研究實驗室內兩物體間的萬有引力,並準確求出地球密度是水的 5.48 倍,後人才從實驗過程中算出萬有引力常數 G = (6.67±0.07)×10 -11   m 3 kg -1 s -2 。

之後 200 多年,科學家花了很多力氣測量 G ,但在測量 G 的精準度上,大約每經過一個世紀才提升一個數量級,主要原因是萬有引力太微弱了,雖然可以從自由落體現象感受到地球的萬有引力,但在日常生活中,一般物體之間的萬有引力是不容易感受到的,尤其是和其他作用力相比,例如一個電子和一個質子之間的電磁作用力大約是它們之間萬有引力的 10 39 倍。此外萬有引力只有吸引力,在測量過程中,會受到周遭環境的物體干擾,很難用其他措施加以屏障,並且 G 和其他基本的物理常數沒有明確的關連,無法透過其他基本常數間接求得 G 。

【更詳細的內容,請參閱第 537 期科學月刊】 http://scimonth.blogspot.tw/2014/08/g.html

 


活動訊息_圖示

末日來臨?霍金警告「上帝粒子可毀宇宙」

pic1物理大師霍金又有驚人之語,繼日前霍金宣稱黑洞其實不存在,真實存在的是「灰洞」震撼科學界後,霍金在下( 10 月)推出的新書中警告,俗稱「上帝粒子」的希格斯玻色子,在極端狀況下確實有可能摧毀宇宙,莫非真有「末日來臨」?

英國《每日郵報》報導,以相對論、大爆炸、黑洞等領域聞名於世更啟發現代外太空探險和好萊塢科幻電影的當代物理大師及天文學家霍金( Stephen Hawking )將在下月推出的新書《 Starmus 》序言提出,俗稱「上帝粒子」希格斯玻色子( Higgs Boson )有可能摧毀宇宙的新觀點。

在科學界中,不同的粒子,大小各有不同,有些大於原子,有些小於原子。如電子、質子,是構成原子的次原子粒子。科學家認為,希格斯玻色子的存在,解答了粒子為何具有質量的關鍵,徹底改變現有物理學理論體系,竟而揭開充斥在宇宙中的暗黑物質的神秘。

霍金在新書中明指,,在極高的能量水平上,希格斯玻色子可能突然變得不穩定,因而出現「災難性的真空衰減」( vacuum decay ),導致「時間及空間崩潰」。在 1 兆億電子伏特的能量水平上,希格斯玻色子可能出現令人憂心的特徵,也就是可能成為介穩( metastable )狀態,這意味著宇宙可能經歷災難性的真空衰減,而這隨時都有可能發生,但我們不會察覺到。」

事實上,霍金對「希格斯玻色子」有深切研究,他曾在押金 100 美元(約 3 千元台幣)賭希格斯玻色子絕無法找到,然 1964 年發表的「上帝粒子」,經過科學家半世紀之久的努力下,於 2012 年被找到。被科學界譽為,新發現是「了解宇宙的新里程」。

而物理大師的驚人之語在科學界引發熱烈討論,有科學家擔憂,這可能讓納稅的大眾陷入恐慌,影響資助研究上帝粒子的經費。

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新聞來源網址: http://www.chinatimes.com/realtimenews/20140908001791-260408

 

 


活動訊息_圖示


主  題: 2014 科學實驗論文寫作工作坊
日  期: 2014 年 9 月 20 日 ( 六 ) 09:30-17:10
地  點: 臺中一中科學館 )
參加對象:  分數學、生物、地科、化學、物理 5 科,每科 30 人, 5 科共計 150 人為上限
活動網址: http://case.ntu.edu.tw/register/activity.php?sn=87


主  題: 能源科技與風力發電之葉片設計 DIY
日  期: 103 年 9 月 25 日下午 13 : 30-17 : 10
講  師: 全中平教授(國立臺北教育大學)
地  點: 國立臺灣科學教育館物理實驗室
報名網址: 教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:1628646


主  題: 如何指導中學生做好科學展覽作品
日  期: 103 年 9 月 30 日下午 13 : 30-17 : 10
講  師: 李文獻教授(國立中央大學物理系)
地  點: 台北市北一女中至善樓 2 樓會議室
報名網址:  教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:1621845


主  題: 2014 物理學史研習會
日  期: 臺北場 2014 年 10 月 18 日 9:00~17:30
       臺中場 2014 年 10 月 25 日 9:00~17:30     
地  點: 臺北場地點:東吳大學第一教學研究大樓源流講堂
       臺中場地點:國立臺中第一高級中學麗澤樓演藝廳
報名網址:  http://goo.gl/56y5km

 

 

主  題:2014 PASCO 盃 國際科學實驗競賽
報名日期: 即日起至 103 年 09 月 30 日止 ( 作品收件截止時間 )
參加對象: 高中職及大專院校學生,對於自然科學實驗有興趣者。
活動網址: http://education.kyst.com.tw/pascocup/2014/

主  題: 太空科學與發展
日  期: 2014 年 9 月 20 日 14:00~15:30
地  點: 國立自然科學博物館國際會議廳藍廳
講  者: 國家太空中心 顏隆政
活動網址: http://cal.nmns.edu.tw/NMNS_Cal/Detail_Ann.aspx?ANID=9285

主  題: 人類宇宙觀的演化
日  期: 2014 年 9 月 27 日 14:10~16:10
參加對象: 國立自然科學博物館科學中心地下樓演講廳
講  者: 淡江大學物理系 秦一男博士
活動網址: http://www.nmns.edu.tw/ch/education/about/speech/index.htm


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