2018 一月號
標頭

第147期電子報  出刊日期:1070120


科學新文摘

 

狹義相對論的危機

如果要移動一顆石頭,根據直覺,就是得去推它,或是拿一根棍子去碰觸它,或是下達指令,透過空氣振盪傳播到某個人的耳朵,叫他手持棍子去戳石頭,或是其他類似的辦法;更直截了當地 說,這直覺意味東西要緊靠在一起,才能發生直接影響。如果A不在B旁邊,卻能影響它,那效應一定不是直接的,而是以一連串事件做連結,每個事件直接影響下一個,經由一段距離依序從A傳到B。每當我們以為找到了違反這項直覺的例外,結果總會發現並非如此,例如,扳開開關點亮城市裡的街燈(但仔細一想這是透過電線傳遞的),或是聽BBC的廣播(但我們接著會想到這是透過空中的無線電波)。至少,在日常生活經驗裡,我們是找不到的。

我們把這種直覺的想法稱為「局部性」(locality)。

量子力學顛覆了許多直覺,但沒有一個比推翻局部性來得更意 義深遠。而且它為狹義相對論(21世紀物理學的基石之一)帶來的危機,迄今未能解決。

量子力學挑戰直覺

回溯至量子力學發展之前,以及用科學來探索自然之初,學者相信,理論上這個物理世界可以藉著世界最小、最基本的物理元素,得到完整的描述。也就是說,把所有物理元素的小故事集合起來,就可以完整表達出這個世界的故事。

但是量子力學違反了這個信念。粒子集合體所表現出的真實、 可測量的物理特徵,有可能並非個別粒子特徵的總和,甚至毫無關 聯。例如,根據量子力學,我們可以讓一對粒子相距恰好兩公尺,但是兩個粒子各自都沒有確切的位置。除此之外,「哥本哈根詮釋」這個理解量子物理的標準方法(於20世紀初經由偉大的丹麥物理學家波耳加以宣揚,而後一代一代傳授下去)堅持,並不是我們不知道個別粒子的準確位置,而是這個答案根本就不存在。詢問單一粒子的個別位置,就像詢問數字5的婚姻狀況一樣,是一個毫無意義的問題。這不是知識論(我們知道什麼)的問題,而是本體論(它是什麼)的問題。

物理學家說,以這種方式連結起來的粒子,會形成量子纏結。受纏結的性質可以不是位置:兩個粒子可以用相反的方向自旋,但沒辦法確定何者為順時針;或是確定有一個粒子處於激發態,但沒辦法知道是哪一個。粒子的纏結和它們各自的位置、身分以及彼此的作用力無關,原則上,它們大可以是星系兩端的電子與中子。 因此,纏結讓物質透過一種過去想像不到的方式產生密切關聯。

量子計算與量子密碼學是一種嶄新且潛力無窮的技術,而纏結則是幕後的推手。它們可以解決一些一般電腦實際上解決不了的問題,並且提供不會被竊聽、絕對安全的訊息傳遞方式(參見《科學人》2008年9月號〈用離子做量子計算〉與2016年4月號〈量子金鑰 鎖住鈔票〉)。

然而,纏結似乎也造成一種極度詭異、強烈違反直覺的「非局部性」現象:不需觸碰(或觸碰連鎖動作的其中一步)就可能在物理上對某物造成影響。非局部性意味在美國愛荷華州打出一拳,可以打落在德州的人的牙齒,完全不需透過中間各州任何物體的協助,不需動到一顆氣體分子、電線裡的一顆電子或一束閃光。

除了這奇怪無比的特性,非局部性最令人擔心的是它對我們所知的相對論造成嚴重威脅。這個老問題在過去幾年終於得以進入物理研究的殿堂,並成為辯論重心,它或許終將使物理學的根基為之解體、扭曲、重塑、強化甚至崩壞。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2017 年第 929 期 12 月號】


活動訊息_圖示

退休師「凸全台」 偏鄉義務教學

〔記者陳鳳麗/南投報導〕熱血教師退而不休,一卡車「凸歸台灣」、走遍台灣偏鄉義務教學,並自創趣味教學方法,只為讓更多孩子埋下熱愛學習的種子,卻也不知不覺在繼續發光發熱的過程中,讓自己的生命更加圓滿!

  • 王昭富(左)和蘇裕年(右)這對大學同學,26個月走遍台灣本島19縣市99所偏鄉學校推展科學教育。(記者陳鳳麗攝)

    王昭富(左)和蘇裕年(右)這對大學同學,26個月走遍台灣本島19縣市99所偏鄉學校推展科學教育。(記者陳鳳麗攝)

兩年多時間 走遍19縣市99校

台中一中退休老師王昭富和虎尾高中退休老師蘇裕年,攜手一圓偏鄉學校帶實驗、說科學家故事的科教夢;兩年多來已車行兩萬五千公里,走遍台灣本島十九縣市近百學校,甚至到馬來西亞台校上課,兩人從不喊累,堅信「只要能讓一個孩子在心中埋下一顆學習的種子,總有一天會發芽」。

帶學生做實驗 說科學家故事

五十三歲的王昭富和五十九歲的蘇裕年是台師大物理系同學,兩人曾經聊到退休生活,蘇老師想開計程車專載獨居老人看病,王昭富則想到偏鄉推展科學教育,兩人後來決定一起做一件對生命有意義的事,就是載著一車自己設計的物理實驗器材,到偏鄉帶中小學生作趣味實驗、說偉大科學家的故事,希望激發偏鄉孩子對科學的好奇心。

王、蘇兩人都在二○一四年八月退休,開始「築夢工程」。由於實驗器材及材料不便宜,於是寫計畫到處找企業贊助,隔年獲推動閱讀十三年的台灣閱讀基金會及新竹物流公司的支持,基金會提供書籍、新竹物流贊助購買器材和交通費。

霧裡FUN魔法 推展科學教育

兩人規劃的課程取了「霧裡FUN魔法」的名字,用「霧裡」和「魔法」吸引孩子們的注意,二○一五年十月起,從苗栗縣苑裡國小開始,迄今已上了一○一堂課,包括台灣十九縣市、九十九所學校,甚至飛到馬來西亞檳城,為檳吉台灣學校學生上了兩次課。

兩人默契十足,王昭富講法拉第的故事,蘇裕年就帶作實驗,三小時的課不休息,非但沒學生打瞌睡,還幾乎笑聲和驚呼聲不斷。

兩人「凸歸台灣」後,最大心得就是「台灣好美、族群好豐富,但城鄉差異也好大」。因此魔法課程會繼續下去,希望台灣不再有科學教育的死角。

新聞來源網址:http://news.ltn.com.tw/news/focus/paper/1165205?utm_medium=P


「素養考題會不會讓考試變更難?」聽聽國家教育研究院測驗及評量研究中心任宗浩主任怎麼說

圖/文 教育部

第7期 2018-01-10

主持人:白宗賢(教育廣播電台主持人)

來   賓:任宗浩(國家教育研究院測驗及評量研究中心)

本集回答新課綱的疑問

新課綱強調核心素養,將來考試會增加素養考題,這樣考試會不會更難?

重要資訊都在本集的「國教協作向前行」節目中告訴您!

線上收聽

資料來源  中小學師資課程教學與評量協作中心 :http://newsletter.edu.tw/2018/01/10/107年第1集「課綱交流道」已於1月3日播出,歡迎收聽/

 

科學活動及演講_圖示

主  題:2018物理教學研討會
日  期:2018/1/25 14:00~16:30
地  點:國立臺灣大學博雅教學館、普通教學館
報名日期:106年12月18日~107年1月15日
活動網址:https://sites.google.com/a/tcfsh.tc.edu.tw/handsonphy2018/

主  題:2018國際女性科學日
日  期:2018年02月11日
地  點:新竹地區:巨城購物中心廣場、苗栗地區:竹南車站大廳
各縣市車站活動 http://science.nchc.org.tw/web/copage?id=114
各縣市熱門地點活動 http://science.nchc.org.tw/web/copage?id=117

主  題:神秘的黑洞宇宙的顫抖:談愛因斯坦的相對論和引力波
日  期:2018-02-11 14:00-16:00
地  點:臺北市立天文科學教育館
活動網址:http://ticket-app.tam.gov.tw/activity/cp.php?actno=1340

主  題:「愛的萬物論-探索物聯網」特展
日  期:106-11-10~107-10-21
地  點:國立科學工藝博物館

主  題:「石光乍現」科普教學資源中小學教師研習
日  期:107年2月3日及3月3日,每日一梯次
活動網址:http://apply.nmns.edu.tw/public/activity/595/actAbbr.asp?actId=595

主  題:芝麻開門-語音技術的前世今生
講  師:李琳山教授(國立臺灣大學電機工程學系及資訊工程學系)
日  期:2018/03/04
地  點:國立科學工藝博物館南館國際演講廳
活動網址:http://science.nchc.org.tw/web/copage?id=88

 
 

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

物理學科中心FB粉絲專頁:http://goo.gl/2hDFA3


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/
聯絡電話:(04)22226081轉811        email  聯絡信箱:physics@tcfsh.tc.edu.tw
聯絡人: 蔡沛霖