2017 十月號
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第144期電子報  出刊日期:1061019


科學新文摘

 

看見伴隨重力波的光:愛因斯坦相對論再次撼動世界

撰文者:余海 博士(物理雙月刊 副總編輯,費米伽瑪射線太空望遠鏡研究團隊成員)

2017 年 10 月 16 號,天文學家宣布已經探測到伴隨著電磁輻射的重力波。人類科學史將從此永遠改寫。

黑洞和重力波

重力波天文學的開創學者們已經獲得了科學界許多殊榮,包括獲頒 2016 年邵逸夫天文學奬的 Ronald Drever、Kip S. Thorne 與 Rainer Weiss,以及 2017 年諾貝爾物理學獎的 Rainer Weiss、Barry C. Barish 與 Kip S. Thorne。可惜的是,Ronald Drever 已經於 2017 年 3 月離世。

重力波是愛因斯坦於 1915 年發表的廣義相對論預言存在的物理現象。廣義相對論指出時空曲率造成重力,當兩個互相環繞轉動的質量扭曲時空,就會造成時空中的漣漪——重力波。然而,即使由兩個幾十倍太陽質量的黑洞產生的重力波,在穿越了十幾億光年抵達地球後,亦會變得非常微弱,其波幅只有約萬分之一個質子直徑。只有非常精密的實驗才有可能探測到這極其細微的長度變化。

於 2015 年 9 月 14 號首個直接測量到的重力波叫做 GW150914(即 Gravitational Wave 15-09-14),其波源離地球約 13 億 3 千 7 百萬光年。它和之後再證實測量到的另外三個重力波事件 GW151226、GW170104、GW170814 的波源都是雙黑洞併合系統(binary black hole merger)。故名思義,雙黑洞併合就是兩個黑洞結合在一起的意思。

兩個黑洞互相環繞運行時,其極強重力會把時空扭曲成向外擴散的重力波,就好像兩艘互繞航行的船隻在水面造成的波動般。由於重力波帶有能量,不斷放出重力波的雙黑洞系統的能量就會逐漸流失,使它們越來越彼此靠近,最終併合為一,成為一個更巨型的黑洞。

兩個黑洞的距離越近,放出的重力波能量就越強。以現時頂尖科技,我們測量到的重力波都只是它們併合前一瞬間放出的。不過,單憑這丁點資訊,科學家已經能從中獲得大量關於波源系統的情報,包括它們來自天空中哪個方向、年代有多久遠,以及兩個黑洞的質量等等。

重力波和電磁波

一直以來,人類,呃不,正確來說應該是地球上存在過的所有生物,都只靠光線、聲波、接觸,甚或電場和磁場來得到關於這個世界、這個宇宙的資訊。而這一切感知方式背後,其實都依賴相同物理原理——電磁力。

天文學家並沒有觀察到來自這四次雙黑洞併合事件的任何電磁輻射。世界各地的光學和無線電望遠鏡、太空中的 X 射線和伽瑪射線望遠鏡等,都完全沒有測量到任何可能來自這些併合事件的電磁波。物理學家其實早已料到不會有任何電磁輻射,因為這些黑洞都重達十幾到幾十倍太陽質量,互相環繞運行了數以十億年計的時間,周遭物質早被吸收得一乾二淨。沒有物質,就沒有方法輻射電磁波。所以,這些結果其實是證實了物理學家的黑洞理論。

那麼,我們就不能期待會有同時放出重力波和電磁波的系統嗎?非也。如果該雙星併合系統的其中一方、或者雙方都不是黑洞的話,那麼雖然在併合後依舊會形成一個黑洞,但周圍就會殘留有併合過程中拋出的物質。這些物質會在黑洞周圍形成吸積盤(accretion disk)和噴流(jet),放出伽瑪射線、X射線、可見光以至無線電各種電磁輻射。

事實上,這正是所謂的短伽瑪射線暴(short gamma-ray burst, sGRB)的形成理論。伽瑪射線暴是一種突然爆發放出大量伽瑪射線的天體,依其爆發持續時間分為長短兩種,其中短的不超過兩秒。天體物理學家一直估計,短伽瑪射線暴是兩個中子星碰撞結合所產生的,稱為雙中子星併合(binary neutron star merger)。我本身亦從事伽瑪射線暴的研究,它們的形成和輻射機制是高能量天體物理學的未解之謎。

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文章來源網址:物理雙月刊

 


活動訊息_圖示

諾貝爾物理獎揭曉 美國3學者共享殊榮

美國學者魏斯(Rainer Weiss)、巴里什(Barry C. Barish)和索恩(Kip S. Thorne)獲諾貝爾物理學獎殊榮(由左至右)。 (法新社)

2017-10-03 17:59

〔即時新聞/綜合報導〕2017諾貝爾物理學獎得主,台灣時間今(3)日傍晚揭曉,由美國學者魏斯(Rainer Weiss)、巴里什(Barry C. Barish)和索恩(Kip S. Thorne)獲得殊榮。

  • 2017諾貝爾物理學獎得主揭曉,由美國學者Rainer Weiss和Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲得殊榮。(圖取自推特)

    2017諾貝爾物理學獎得主揭曉,由美國學者Rainer Weiss和Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲得殊榮。(圖取自推特)

瑞典皇家科學院的諾貝爾物理學委員會指出,上述3人的獲獎理由是「對雷射干涉重力波天文台(LIGO)及重力波(gravitational waves)觀測有決定性貢獻。」魏斯將得到900萬瑞典克朗獎金的一半,巴里什和索恩則共享另一半獎金。

委員會指出,愛因斯坦在100多年前的廣義相對論推論出重力波存在,但直到2015年科學家才首次觀測到重力波,魏斯、巴里什和索恩經過長達40年的努力,終於捕捉到重力波。

巴里什和索恩曾經於2015年,陸續應中央研究院邀請來台演講。魏斯和索恩曾在2016年獲得邵逸夫天文學獎,獲獎原因是以表彰他們對「雷射干涉重力波天文台(LIGO)」的構思和設計。

今年85歲的魏斯出生於德國柏林,後移居美國,畢業於麻省理工學院,因在引力物理學與天文物理學的貢獻而知名於學術界,現在是麻省理工學院物理學榮譽教授。

今年81歲的巴里什出生於美國內布拉斯加州,畢業於加州大學柏克萊分校,現在加州理工學院的林德物理學教授(Linde Professor of Physics)。

今年77歲的索恩出生於美國猶他州,畢業於加州理工學院,在1965年獲得普林斯頓大學的博士學位。2009年以前一直擔任加州理工學院費曼理論物理學教授,與英國物理學家霍金是好友。

諾貝爾物理學獎自1901年至2016年,已頒發110次,僅47次由1人獲得,目前只有2位女性得主,只有美國物理學家巴丁(John Bardeen)獲得2次殊榮,最年輕的得主是1915年布拉格(Lawrence Bragg),當時才25歲的他和父親一同獲獎,而物理學獎得主的平均獲獎年齡為55歲。

去年物理獎由3位英國出生的科學家杜列斯(David Thouless)、哈爾丹(Duncan Haldane)和科斯特利茲(Michael Kosterlitz)獲得殊榮,得獎原因是「拓樸相變和拓樸物質的理論研究發現」。

諾貝爾獎昨日已公布生理醫學獎得主,明天將揭曉化學獎,週四文學獎,週五和平獎,諾貝爾經濟學獎得主則會在9日出爐。

新聞來源網址:http://news.ltn.com.tw/news/world/breakingnews/2212489

 


因應未來社會快速變遷挑戰 素養導向教學與評量動起來

圖/臺師大陳佩英教授高優前導團隊 文/國教署

第4期 2017-10-10

新課綱最重要的理念就在培養學生的核心素養,使其具備適應現在生活及面對未來挑戰,所應具備的知識、能力與態度。「核心素養」強調學習不宜以學科知識及技能為限,而應關注學習與生活的結合,透過實踐力行而彰顯學習者的全人發展。為了讓現場的教師理解新課綱的理念,並具備素養導向教學與評量的專業知能,教育部整合了國教院、國教署各項專業支持系統的資源,提出了完整的配套規劃,同時國中教育會考、大學入學測驗、技專校院統測等總結性評量,以及學校內的平時與定期評量,也都將規劃朝向素養導向努力,希望引導現場教學發生質變,以落實新課綱核心素養的精神。

在學校課程發展方面,國教署高中優質化計畫團隊目前已研發完成素養導向跨領域課程設計工作坊模組,預計於年底前出版高優素養導向課程手冊開發,內容將涵蓋素養導向課程概念簡介、課程設計流程、教案示例,並將培力約30名具備素養導向課程設計之協作員,至全國各地辦理共28場次工作坊,協助各校素養導向課程開發工作。在國中小階段,國教署將透過前導學校協力計畫,分北、中、南、東四區辦理彈性學習課程發展工作坊,輔導前導學校透過教師專業社群共備,進行素養導向教學與評量的設計與實施。

在教師專業增能方面,國教署高中課程發展工作圈已結合國教院為各學科中心研究教師辦理研討會及素養導向團體共創工作坊,為了回應老師對素養導向課程設計的需求,將於年底前先為學科中心研究教師及六個直轄市的輔導員辦理初階、進階工作坊,未來將由各學科中心研發素養導向教學與評量示例,並結合各直轄市規劃推動單科行素養導向課程設計工作坊,提供高中各學科老師增能機會,同時辦理跨領域/科目選修課程教學及實施優良示例徵選,未來將辦理推廣並彙編成冊發送至全國各校參考。在國中小階段,國教署則是透過中央輔導團素養導向教學與評量示例研發、規劃地方輔導團三階人才培訓並結合精進教學計畫規劃各國中小領域召集人相關研習。

在素養導向評量方面,國教署委託國立臺灣師範大學心測中心辦理「國中教育會考試題研發計畫」,分析題庫中符合新課綱素養試題的比例,更分析素養導向是提對不同族群、社經背景、性別學生作答的公平性,以期使現場的教師能夠安心。在學校內的評量方面,心測中心辦理了「學生學習成就素養導向標準本位評量計畫」,分別提供國中小上千題基礎概念及高層次能力的試題,未來可以提供學校及教師作為命題的參考。

在高中部分,除了由大考中心展開素養導向命題的規劃工作之外,更著重在素養導向的課程設計工作,透過各種工作坊,促使學科中心的研究教師能夠掌握素養導向的課程設計精神,同時也學習到素養是如何被評量的,接下來才能由更多的現場教師協助大考中心展開命題工作,使得教學與評量能夠完全連結與契合,在此同時,國教署也啟動課程發展工作圈、學群科中心、前導學校、高優計畫、六都策略聯盟等支持系統,為素養導向的學習評量奠定優質的基礎。

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訊息來源:中小學師資課程教學與評量協作中心第四期電子報


活動訊息_圖示

主  題:南區共同觀課、議課教師工作坊
講  師:吳原旭老師(新莊高中退休物理老師,遠哲科學趣味競賽資深設計老師)
地  點:高雄市立新莊高級中學 特科大樓3樓物理實驗室
日  期:10月24日、10月31日、11月7日(星期二) 13:00~17:10
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:2281245、2281246、2281247

主  題:跨領域教學課程的設計與發想--以登山的醫療救援為例
日  期:106年10月26日(星期四)13:10~17:10
講  師:古建國教授(臺北市立大學)
地  點:臺中一中科學館物理演示教室
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:2274852

主  題:2017物理學史研習會
日  期:106年10月28日(星期六)09:00~17:10
地  點:東吳大學第一教學研究大樓源流講堂
研習議程:https://goo.gl/8Qa2zD
報名網址:https://goo.gl/iUbYaD

主  題:探究與實作的課程小單元分享
日  期:106年11月9日(星期四)13:10~17:10
講  師:朱慶琪教授(中央大學)
地  點:臺中一中科學館物理演示教室
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:2297214

 
科學活動及演講_圖示

主  題:【從真空到蒸汽機的歷史:科學、技術與社會的互動】&【從蒸氣機到熱力學】
講  師:王憲群教授、牟中原教授
日  期:2017/10/31 14:20~17:00
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
活動網址:http://caseregister.ntu.edu.tw/ntucaseweb/pages/main.jsp

主  題:月亮:地球的那個奇異小兄弟
講  師:趙丰(中央研究院地球科學研究所特聘研究員)
日  期:2017/11/11 14:00~17:00
地  點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳
活動網址:http://caseregister.ntu.edu.tw/ntucaseweb/pages/main.jsp

主  題:半導體科技-影響你和我
講  師:UMC 聯華電子 周孝邦 處長
日  期:2017/11/05(日) 10:00 - 12:00
地  點:國立科學工藝博物館南館國際演講廳
報名網址:http://registration.nstm.gov.tw/act_query

主  題:2017人工智慧年會
日  期:2017/11/09-2017/11/10
地  點:中央研究院
活動網址:http://datasci.tw/?conf=AI

主  題:滄海桑田─那些衛星帶我們看到的地球角落
講  師:曾國欣(國立中央大學太空及遙測研究中心助理教授)
日  期:2017/12/29 週五晚間 7:00 ~ 9:00 pm
地  點:國立臺灣大學應用力學研究所一樓國際會議廳
活動網址:https://prospect.phys.ntu.edu.tw

 
 

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