線上人數: 143

最新消息

科學月刊529期:質疑才是好科學
 
                                      ■2014年 529期科學月刊      ■何秉倫
 
       清華大學物理系林秀豪教授問了全班一個問題:原子為何是穩定的?最簡單的氫原子由一個電子和一個質子所組成的,相信許多人從國中接觸到理化課就學過,但是,從未拿「穩定性」去質疑過老師。當下,班上許多同學提出很多很棒的答案,從各個理論的角度切入,試著解釋氫原子具有一個自然穩定的基態:因為電子在軌域上以駐波形式運動,有人說因為用量子力學的機率解釋存在,有人答因為電子沒有軌跡,所以就不可能放出電磁波等等。當下,連我也覺得很正確,很動聽。但回到問題的核心,為何原子是穩定的?這些林林總總的解釋,總有揮之不去的盲點。
 
       充滿了矛盾和質疑的理論,在課堂上被熱烈討論,到最後,我們曾經深信不疑的理論,其正確性都是值得懷疑的,氫原子模型的提出者——波耳,頓時間變成這個世界上最不負責任的科學家。林教授在課堂上提醒大家:學物理要注意不能被某些假象和錯覺所矇蔽,進而失去正確的識別和判斷,更不能對某個理論及其締造者產生盲目崇拜。
 
       我們可以試著這樣去瞭解原子的穩定性:(1)氫原子由帶正電的原子核與帶負電的電子構成,正負相吸的庫侖作用會使得質子與電子無限接近。根據測不準原理,當電子在無限接近質子時,其位置就十分明確,也意味著電子的動量不確定度會趨向於無窮大。因此,電子的動能將會很大,顯然不是穩定的狀態。(2)若是電子停下來,動量就幾乎是零,然而其位置的不確定性就會很大。在這種狀況下,庫侖作用導致的位能將趨近無限大。顯而易見,這也不是穩定下來的好方法。(3)在測不準原理的協調下,電子以一種有點亂又不會太亂的方式,巧妙平衡動能與位能間的競爭,而呈現一個穩定平衡的狀態。無論電子的位置,或是電子的動量,都處在有點亂而不是太亂的狀態,這就是氫原子的基態。
 
      當然,這只是費曼給出的一個通俗的解釋,在量子力學裡如果要完全解釋這個問題,肯定要有更嚴格的計算。顯然,林教授這門熱統計物理課堂上沒有太多的計算,但是學科學不僅僅要精通其數學語言,還要學會用不同面向去質疑正確解答,如此,才能真正的站在巨人的肩膀上,好好檢視自己做學問的態度和眼光。(就讀清華大學工學院學士班四年級)
 
       本版內容由台灣立報與《科學月刊》合作出版   
        《科學月刊》網址:http://www.scimonth.com.tw/




 

 

檔案下載

[回課程大綱]
【9/6-9/8 Calendar】新生領航營(至8日止)   ♠   【9/9 Calendar】中秋節補假Holiday-Mid-Autumn Festival   ♠   【9/10 Calendar】中秋節Mid-Autumn Festival   ♠   【9/12 Calendar】全校各級學生上課開始、註冊日Class Begin, Registration   ♠   【9/28 Calendar】教師節(停課一天)Teacher's Day (no class)   ♠   【7/31 Calendar】110學年度第2學期研究生論文口試結束 Thesis Defense Ends   ♠   【10/17 Calendar】期中教學意見反映週(至12月2日止) Mid-term Feedback on Teaching (10/17-12/2)   ♠   【7/31 Calendar】110學年度第2學期結束2022 Spring Semester Ends   ♠   【11/16 Calendar】全校運動大會(停課一天) Sports Day (no class)!   ♠   【8/1 Calendar】111學年度第1學期開始2022 Fall Semester Begins   ♠   【12/9 Calendar】教學意見調查開始(至112年1月8日止)Online Course Evaluation (12/9-1/8)   ♠   【8/1-8/8 Calendar】暑期班申請課程停修開始(至8日止)Summer Session Withdrawal (8/1-8/8)   ♠   【8/11 Calendar】111學年度暑碩專班休退學及畢業生退1/3學雜費(學分費)截止Last Day for 1/3 Tuition and Fees Refunded(graduates or full withdrawal of 2022 Summer In-service Master Program)   ♠   【8/18 Calendar】111學年度入學各級新生、轉學生選課(至22日止)Course Selection for New Students/Transfer Students in Fall 2022 (8/18-8/22)   ♠   【8/29 Calendar】111學年度第1學期第3次選課開始(至9月1日止)3rd Course Selection Period (8/29-9/1)   ♠   【8/29 Calendar】暑期班期末考試(至9月2日止)Final Exams for Summer Session (8/29-9/2)   ♠