2014 十月號
標頭

第107期電子報  出刊日期:10301015


科學新文摘

 

什麼是虛光子?

虛光子即是永遠隨附在電荷旁邊、不能脫離電荷的電磁場。

撰文/高涌泉

虛光子這個科學名詞是英文 virtual photon 的翻譯,經常出現在對於電磁交互作用的討論中,例如科普文章有時用「兩個電子可以藉由交換虛光子而相互施加電磁力」這樣的句子,搭配上如圖一的費曼圖,來解說電子間的電磁交互作用。這種生動的描述固然會讓一般人留下深刻的印象,但是對於學過一點電磁學的高中生來說,卻不令人滿意,因為這個圖像究竟如何跟課本所說的聯繫起來,科普文章經常沒有進一步說明。所以虛光子到底是什麼,不少高中生都很好奇。  

要說明虛光子當然得從(實)光子講起。我在上一期「形上集」說過,在中學生都很熟悉的庫侖電場之外,一個加(減)速的電子會產生輻射電磁場,這種電磁場的型態和庫侖場有很大差異:首先,電子產生的庫侖場一定是朝向電子(即是所謂的縱向或軸向向量),但是輻射電磁場有著與縱向相垂直的橫向分量;其次,空間中某處庫侖場之強度和離開電子的距離平方成反比,但是輻射電磁場的強度在離電子很遠之處,卻僅是和距離成反比而已。圖二顯示電子產生的球形振盪輻射場在無窮遠之處,會成為平面波,這就是電磁波,其電場與磁場的振盪方向都垂直於前進方向。平常我們說電磁波有橫向偏振,就是這個意思。  

總之,一個隨意運動的電子會產生庫侖場與電磁波兩種類型的電磁場:離電子越近,庫侖場就越重要,但若離電子很遠,則我們只需在意電磁波。事實上,電磁波完全可以不依賴電荷而獨立存在,因為馬克士威發現,若把電荷與電流自電磁學方程式中抽離,電磁波依舊是這些真空電磁學方程式的一種解。所以我們可以這麼說:電子產生電磁輻射之後,它就有了獨立的「生命」,離開電子越遠,這種電磁場就越接近完美的電磁波,也就越自由。  

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人 2014 年第 152 期 10 月號】


活動訊息_圖示

藍光 LED 實用發明榮獲諾貝爾物理學獎

【中央社╱斯德哥爾摩/倫敦 7 日綜合外電報導】 2014.10.08 12:15 am

日本出生的 3 位學者赤崎勇、中村修二和天野浩因發明藍色發光二極體( LED ),今天共獲諾貝爾物理學獎,成為實用發明贏得諾貝爾獎殊榮的另一引人矚目案例。

榮獲 2013 年諾貝爾物理學獎的是預言希格斯玻色子( Higgs Boson )存在的科學家;又稱作上帝粒子的希格斯玻色子,解釋了基本物質如何獲取質量,以形成恆星與行星。

馬里蘭大學( University of Maryland )聯合量子研究所( Joint Quantum Institute )物理學家契維( Phillip Schewe )說,這證明了物理研究也能帶來實際益處,不只是探究宇宙的奧秘而已。

瑞典皇家科學院( Royal Swedish Academy of Sciences )成員戴辛( Per Delsing )在記者會上表示:「紅色與綠色發光二極體已伴隨我們很長一段時間,但一直無法產生藍色光源。拜藍色發光二極體之賜,我們如今才能擁有節能且壽命長的白色光源。」

英國物理學會( Institute of Physics )會長桑德斯( Frances Saunders )說,這項改變為大幅節能帶來可能性。

她表示:「全球 20% 的電力用於照明,經過計算,合理使用 LED 燈,可望將這項數據降至 4% 。赤崎勇、中村修二和天野浩的研究讓一切變得可能,這項殊榮是為表彰他們的貢獻。」

任職名古屋大學的赤崎勇和天野浩,和當時效力日本 LED 大廠日亞化學工業( Nichia )的中村修二發明了藍色發光二極體,日亞化工卻幾乎沒有給予中村任何報償,東京地方法院 2004 年下令日亞化工支付創紀錄的 200 億日圓給中村。

3 人使用自行打造的實驗設備,經過數千次實驗和眾多失敗後,才有了突破性進展。

正在研發新一代 LED 照明技術的英國劍橋大學( Cambridge University )專家韓福瑞茲( Colin Humphreys )說,當其他人都失敗時,這 3 位科學家解決問題的能力,是巨大成就。

他說:「他們發明效率佳的藍色發光二極體,為研發明亮、高效益和節能的白光照明鋪路。」

除了建築物照明外,車燈也改用 LED 燈,這項技術還應用在智慧型手機和電腦螢幕的光源。

LED 產業蓬勃發展對照明市場造成衝擊,為荷蘭飛利浦公司( Philips )等主要大廠帶來機會與挑戰,飛利浦製造燈泡已有 123 年歷史,如今決定分拆旗下照明事業。

【 2014/10/07 中央社】


活動訊息_圖示


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: 高中物理實驗演示
日  期: 103年10月23日上午08:40-12:20
講  師: 嚴祖強教授(國立中山大學物理系)
地  點: 高雄市立三民家商202第一會議室
活動網址: 教育部全國教師在職進修網登錄報名, 課程代碼: 1649680

主  題: 科學史研習
日  期: 103年10月28日下午14:00~17:10
講  師: 高涌泉教授(國立臺灣大學物理系)、王道還助理研究員(中央研究院)
地  點: 國立臺灣大學思亮館國際會議廳
報名網址: 教育部全國教師在職進修網 登錄報名, 課程代碼: 1654497

主  題: 能源科技之風力機系統製作
日  期: 103年10月30日上午10:00~17:20
講  師: 周鑑恆 教授
地  點: 臺中一中科學館B1物理演示教室
報名網址:  教育部全國教師在職進修網登錄報名, 課程代碼: 1656501

主  題: 3D浮空投影DIY
日  期: 103年11月6日上午09:30~17:10
講  師: 戴明鳳 教授
地  點: 高雄中學 實驗館3F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: 1655144

主  題: 數位影像應用於失重觀測與拍攝光譜
日  期: 103年11月13日13:20~17:10
講  師: 黃詩翔老師
地  點: 國立臺中第一高級中學科學館
報名網址: 教育部全國教師在職進修網登錄報名, 課程代碼: 662307

 

主  題:夢想漫遊太空的故事
日  期:2014年11月1日 14:00~15:30
地  點:國立自然科學博物館科學中心地下樓演講廳
主  講:陳彥升 (國家太空中心探空火箭實驗計畫主持人)
活動網址:http://cal.nmns.edu.tw/NMNS_Cal/Detail_Ann.aspx?ANID=9285

主  題:虎尾高中自製教具工作坊-直流高壓產生器
活動日期:第一梯次:103年11月18日、第二梯次:11月25日
參加對象:有興趣之國中、高中職教師
參加名額: 每一梯次35人,另備取5至10人

主  題:愛因斯坦與20世紀物理
活動日期:103/11/14 (星期五) 16:00-17:30
講  者:楊振寧 院士
活動地點:臺灣大學物理系新館R204國際會議廳

主  題:東海大學物理系 2014冬季物理營
活動日期:2014/12/06(六) 10:00~15:30
參加對象:全國高中學生
活動網址:http://physics.thu.edu.tw/activity/2014pcwinter/


物理學科中心承辦學校為臺中第一高級中學
物理學科中心網址: http://physical. tcfsh.tc.edu.tw/

一、 學科中心提供的服務
  • 教師專業成長相關進修研習
  • 教材教法示例與各類教學資源分享
  • 課程宣導與推廣
  • 學科實務意見蒐集
  • 教師討論網路平台
  • 發行學科電子報
二、 學科中心推動工作
  • 研發及蒐集學科教學資源
  • 培訓學科種子教師
  • 規劃辦理分區或縣市教師增能研習
  • 建置學科教師區域聯繫網
  • 學科中心電子報與網路平台服務
 

 

 


物理學科中心網址: http://physical.tcfsh.tc.edu.tw/physical/index.html
聯絡電話:(04)22226081轉811        email  聯絡信箱:physics@tcfsh.tc.edu.tw
聯絡人: 蔡沛霖