2015 八月號
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第117期電子報  出刊日期:1040815


科學新文摘

 

氣體動力閃電戰

氣體定律與軍事作戰行動有異曲同工之處。

撰文/帕魯卡( Tim Palucka )
翻譯/洪艾彊 

納粹德國於 1939 年首度發動「閃電戰」( blitzkrieg )來攻打波蘭,這種致命的軍事戰術利用迅捷的火力來製造混亂,出其不意突破對方防線。將近 80 年後,俄羅斯物理學家宣稱,透過氣體動力論,他們能夠模擬這種攻其不備的戰術。  

這個類比雖然顯而易見,卻仍然包含一些創意。軍隊或氣體各自具有密度,例如每平方公里有幾名士兵或每立方公尺有幾個原子。我們透過可測量的截面積,來定義基本單位的勢力範圍:對於軍隊而言,是武器的平均殺傷距離;對於氣體原子而言,則是最外層電子的軌域。當不同的截面重疊時,勢必發生衝突。另外,閃電戰中防禦方的軍力部署就如稀薄氣體般,各個原子都相距很遠。  

俄羅斯科學院的物理學家亞里斯托夫( Vladimir Aristov )和伊利英( Oleg Ilyin )借調出二次大戰德國和波蘭的軍事資料,例如士兵、坦克、飛機和大砲的數目,還有機動車輛的原始進攻速度。他們把這些資料逐一轉換成氣體分子的各種參數,接著輸入依據氣體動力論所寫的數學模型。氣體原子或分子本來會隨意四處飛竄,並頻繁碰撞,一旦強迫它們通過導管或噴嘴,行進的方向就變得有秩序。在亞里斯托夫和伊利英的模型中,德軍是一束高速密集的氣流,迅速穿透代表波蘭軍的分散氣體。  

根據模型計算,氣體碰撞造成的速度減慢,會限制德軍每天只進攻 50 公里,這和史料記載的前七天進程相符,德軍推進了 350 公里到達波蘭首都華沙。研究人員同時也模擬了其他兩次著名的閃電戰,分別是 1940 年入侵法國和 1941 年襲擊蘇聯史達林格勒,結果再度發現模型預測與史料記載的攻打進程吻合。可是當第一波的閃電攻勢結束,這個類比就不再成立,因為防禦方的原子開始能有效「戰鬥」。相關研究的成果發表在今年 4 月的《物理評論 E 》。  

用物理理論來解釋複雜現象的嘗試屢見不鮮,幾十年來,科學家試圖用模型來模擬事件。例如,利用緩慢的擴散模型來模擬 14 世紀的黑死病,以墨水滴在一杯水中所發生的隨意布朗運動來描述這個過程。氣體動力論比較適合描述像突襲一樣快速、有方向性的過程。  

伊利英表示,可以利用他們的模型來預測日後戰爭的推進進程,不過前提是交戰雙方必須遵守傳統的戰略,不能發射核子武器或使用無人飛機。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人 2015 年第 162 期 08 月號】


活動訊息_圖示

愛因斯坦與廣義相對論的誕生

作者/聶斯特(中央大學物理系與天文所退休教授)

作者/陳江梅(中央大學物理系教授)

一世紀前,偉大的物理學家愛因斯坦( Albert Einstein, 1879~1955 )完成了廣義相對論,透過時空的彎曲來描述重力交互作用,這個理論毫無疑問的是物理學中最激動人心的智慧結晶。愛因斯坦在物理學上做出了許多劃時代的貢獻,例如在 1905 年,年輕的他就獨立地完成了許多開創性的成果,其中有關光電效應的論文,是開啟量子物理大門的關鍵性工作,他也因此獲得 1921 年諾貝爾物理獎的桂冠。然而,對一般大眾來說,愛因斯坦最著名的研究成果就是相對論,他在 1905 年完成了狹義相對論,討論等速運動系統的物理特性,其中光速不變性的假設所推論出來的「時間膨脹」、「長度收縮」等奇特效應,是理論物理中令人非常著迷的現象。十年之後,愛因斯坦更將其理論推廣至加速的系統,建構出描述重力作用的廣義相對論。

學生時期的愛因斯坦

愛因斯坦在大學時期是一個相當古怪的學生,常常翹課,成績也並不突出,最後勉強達到畢業門檻,而他大部分的時間致力於獨立研究物理學中最前沿的問題。至於考試,愛因斯坦則依賴於他的同學格羅斯曼( Marcel Grossmann, 1878~1936 )所做的筆記。因為愛因斯坦經常缺課,再加上似乎不夠尊重師長的態度,使得他在授課老師心中留下不良的印象。他的物理學教授韋伯( Heinrich Friedrich Weber, 1843~1912 ) 曾經責備他說:「你是一個很聰明的孩子,愛因斯坦,非常聰明的孩子,但是你有一個很大的缺點,就是永遠聽不進去別人對你說的任何事情。」他的數學教授閔可夫斯基( Hermann Minkowski, 1864~1909 )則曾經稱他為「懶狗」。許多年後,當被問到關於愛因斯坦發表的狹義相對論時,閔可夫斯基的評論是「我真的不敢相信他能夠做到。」 ...... 【更多內容請閱讀科學月刊第 548 期】

 

發現最像地球系外行星 太空探索再突破

中央社  – 2015 年 7 月 24 日 上午 7:19

(中央社佛羅里達州卡納維爾角 23 日綜合外電報導)美國國家航空暨太空總署今天宣佈,天文學家發現迄今最像地球的系外行星克卜勒 452b ,體積比地球大 60% ,表面可能有液態水,這是人類太空探索又一重大突破。

太空總署( NASA )表示,是透過克卜勒太空望遠鏡( Kepler Space Telescope )發現號稱「地球 2.0 」的太陽系外行星克卜勒 452b ( Kepler-452b ),位於天鵝座、距離地球 1400 光年。

這是人類發現的第一個圍繞與太陽相似的恒星運行,且位於行星系中適合生命存在的區域「宜居帶」內的類地球行星,令天文學者相當興奮。

任務科學家表示,恒星 Kepler-452 本身亮度稍高於太陽,和圍繞其運行的行星 Kepler-452b 之間的距離與太陽和地球距離相近,因此 Kepler-452b 是截至目前所發現最接近「另一個地球」的行星。

這個行星位置適中,體型不大且低溫,因此表面可能存在液態水;它的直徑約為地球的 1.6 倍;一年大約 385 天,和地球上的 365 天很接近。

克卜勒數據分析主管詹金斯( Jon Jenkins )表示:「我認為這是我們所找到的最像地球的行星。這是生命出現的重大機遇,這顆行星上應該有生命存在的所有必要成分和條件。」

太陽年齡約 45 億年,恒星 Kepler-452 的年齡比太陽還要老大約 15 億年,圍繞它運行的 Kepler-452b 的年齡也相近。

這個行星被歸類為超級地球的等級,但質量與組成目前還無法確知。新華社報導,如果依靠模型計算, Kepler-452b 的質量很可能是地球的 5 倍。假如它是和地球類似的岩石行星,很可能還有火山活動,其重力將是地球的兩倍。

此次一同發佈的還有 11 顆同樣直徑小於地球 2 倍,且運行於「宜居帶」的疑似目標,尚需進一步確認。

人類 1995 年首次發現繞著如太陽般的恆星運行的系外行星。克卜勒任務 2009 年 3 月展開,是 NASA 首個在適居區或接近適居區尋找繞行遠方恆星的類地球行星任務,自此發現超過 1000 顆行星及超過 3000 顆行星候選者,大小和繞行軌道距離不一。 1040724

新聞來源網址: https://tw.news.yahoo.com/ 發現最像地球系外行星 - 太空探索再突破 -231915709.html

 


活動訊息_圖示

主  題:2015中華民國物理教育聯合會議
日  期:104年8月20日~8月22日。
地  點:清華大學
活動網址:http://phyedu.gogomango.net/site/

 

主  題: 成語玩科學
日  期: 104 年8月17日
地  點: 國立臺灣大學竹北分部碧禎館二樓 206 室
活動網址: http://case.ntu.edu.tw/SciMonthly40/sm40blog/?p=9027#more-9027

主  題: 行星寶寶的超音波照片-以無線電波透視孕育行星的環境
日  期: 104 年 8月22日
講  師: 清華大學天文研究所賴詩萍博士
地  點: 國立自然科學博物館科學中心地下樓演講廳
活動網址: http://www.nmns.edu.tw/ch/education/about/speech/

主  題: Road toward the new light--the history of the bright blue LEDs
時  間: 104年9月3日15:00
地  點: 臺大集思會議中心 國際會議廳
活動網址: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=64278

講  題: 從氣爆、塵暴談身邊的危機
日  期: 104 年9月10日(週四)14:00-16:00
講  者: 陳秋民(東吳大學物理系教授)
地  點: 師大附中技藝館演講廳
活動網址: http://case.ntu.edu.tw/SciMonthly40/sm40blog/?p=9237#more-9237

 
 

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