波濤洶湧的量子革命(上)
教师: 高崇文

2017/06/12 ~ 2017/08/18
(报名结束)

概要

量子物理向来以抽象艰深闻名,常令非物理专业的人为之却步。其实量子物理之所以发展出高度抽象的数学架构,完全是因为科学家在面对无法以熟悉的古典物理来解决的难题时,无所不用其极地探索以后才逐渐产生的。要一探量子物理的奥秘,最佳的途径乃是循著这些杰出的科学家当年思索的轨迹,自然会有"山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村"豁然开朗之感,所以我们尝试以回顾量子物理的发展,来掌握量子物理的核心概念,并领略到为何二十世纪初的这场知识革命如此地新奇,如此地超乎一般人的想像。

课程目标

本課程的目標是使學員對量子物理產生興趣,並產生學習量子物理的動機。至少能掌握量子物理的幾個重要的核心概念。並且能以此為基礎,對尖端的物理發展能以這幾個核心概念為基礎有一定程度的瞭解。此外也希望透過對物理發展過程歷史的學習,能對科學社團的運作模式有正確的理解,而不會遭到坊間媒體誇大報導的誤導。

授课教师

高崇文

學歷

美國馬里蘭大學物理博士

經歷

現任:

中原大學教授

中原高能中心主任

交通大學兼任教授

中央大學兼任教授

曾任:

德國法蘭克福大學宏博學者

英國曼徹斯特大學博士後研究員

美國北卡羅來納州立大學博士後研究員

臺灣國家理論中心物理組中心學者

中原大學副教授

课程进度表

第1周:暗云密布─迈向量子革命的大道:十九世纪的物理学发展

第2周:黑体辐射

第3周:维恩上场

第4周:石破天惊─普朗克的量子假说

第5周:奇怪的光量子

第6周:不可思议的新统计

第7周:原子结构

第8周:氢之光谱

第9周:波尔模型

第10周:期末考试

课程内容

二十一世纪知识爆炸的时代,网路上遍布许多古典物理学的知识与资讯,满满物理学家的历史,以及字里行间充满枯燥乏味的方程式,如何能用有趣又生活化的方式来了解量子物理学,将是本课程的主要的目标。

本课程以量子力学之历史人物为中心,并将错综复杂的量子力学形成的过程以轻松讲解的方式呈现,适时参杂历史人物的生活小故事以及与天文学相关知识引起兴趣,也让学习者对于教材内容更为印象深刻。每周课程第三单元内容为当周课程教材于生活中应用之例子,或是有关当周课程主题之趣味故事,期待让学生能产生兴趣进而自行寻找相关资料来学习。

主题顺序

主题

学习目标

教学单元影片

1

暗云密布─迈向量子革命的大道:十九世纪的物理学发展

熟悉电磁学与统计力学的基础概念

单元1:电磁学的发展(十分钟)

单元2:热力学的发展(十分钟)

单元3:微波的应用(十分钟)

2

黑体辐射

了解黑体辐射的重要性

以及与电磁学与统计力学的关联

单元1:什么是黑体辐射(十分钟)

单元2:黑体辐射与热力学(十分钟)

单元3:宇宙微波背景(十分钟)

3

维恩上场

熟悉结合电磁学与统计力学的研究手法

单元1:Wien定律(十分钟)

单元2:Wien分布(十分钟)

单元3:如何测量恒星的大小?(十分钟)

4

石破天惊─普朗克的量子假说

了解普朗克量子论特别是与熵的关联

单元1:普朗克与黑体辐射(十分钟)

单元2:普朗克定律(十分钟)

单元3:普朗克其人其事(十分钟)

5

奇怪的光量子

了解光量子与量子不同之处

单元1:光电效应(十分钟)

单元2:光量子理论(十分钟)

单元3:光电倍增管(十分钟)

6

不可思议的新统计

熟悉量子统计力学的基础概念 特别是全同粒子的概念

单元1:波色-爱因斯坦统计(十分钟)

单元2:解开固体比热之谜(十分钟)

单元3:波色爱因斯坦凝结(十分钟)

7

原子结构

了解电子与原子核被发现的过程

单元1:发现电子(十分钟)

单元2:发现原子核(十分钟)

单元3:发现放射性(十分钟)

8

氢之光谱

了解氢光谱无法以古典物理理解的地方

单元1:氢原子光谱(十分钟)

单元2:季曼效应(十分钟)

单元3:如何测量恒星的磁场?(十分钟)

9

波尔模型

了解波尔模型与古典物理的差异

单元1:波尔模型(十分钟)

单元2:法兰克赫兹实验(十分钟)

单元3:原子核液滴模型(十分钟)

10

期末考试

 

范围:主题一到主题九

上课形式

「波濤洶湧的量子革命(上)」課程一共十週,一到九週為課程主要內容,第十週為期末考試。每週主題共3個小單元,第1&2單元為主要課程內容,第3單元課程內容偏向當週主題課程之延伸應用的補充單元。每個單元提供一段大約10分鐘左右的視頻。每週課程結束後規劃測驗及作業,進而瞭解學習者的學習成成效,再透過同儕互評之合作學習的方式,促進學習者間的互動。考核標準請參見「評分標準說明」。

為了瞭解學習者報名課程的原因及學員期望在本課程中學習到什麼,所以,課程開始將會提供課前問卷提供學員填寫;課程結束也將會提供課後問卷供學員填寫,主要瞭解學習者在課程中是否真正理解課程內容的知識、課程編排、影片呈現方式等。

评分标准

考核項目

評量比例(%)

平時

測驗*9(5%/1次)

45%

作業

同儕作業*3(10%/1次)

30%

期末測驗

期末測驗

25%

通过标准


课程及格标准:60分满分:100分

先修科目或先备能力

學習對象:

對於量子物理科學極有興趣,只需具備高中基礎物理之先備知識即可,適合想要瞭解量子物理學的來龍去脈、卻苦無門路的學習者,是絕佳的入門課程。

先備知識:

對於量子物理科學極有興趣,並具備高中基礎物理為佳。

常见问答集

1.我在此課程可以有什麼收穫?

週次

學習目標

1

熟悉電磁學與統計力學的基礎概念

2

了解黑體輻射的重要性以及與電磁學與統計力學的關聯

3

熟悉結合電磁學與統計力學的研究手法

4

了解普朗克量子論特別是與熵的關聯

5

了解光量子與量子不同之處

6

熟悉量子統計力學的基礎概念 特別是全同粒子的概念

7

了解電子與原子核被發現的過程

8

了解氫光譜無法以古典物理理解的地方

9

瞭解波爾模型與古典物理的差異

 

2.此課程是否會提供上課投影片?

會,本課程於教材區提供PDF檔案形式之課程簡報。

 

3.作業上傳可以使用那些格式?

PDF、WORD

 

4.我現在才發現有這麼好的資源,來不及上完怎麼辦?

別緊張,只要課程尚未結束,都可以進行報名上課。

 

5.課程結束後是否能繼續學習呢?

可以,只要您已報名上課,即使課程結束,也能利用您註冊的帳號登入繼續修習課程。

 

6.如果不瞭解課程內容怎麼辦?

別看高崇文老師影片中較嚴肅之講課方式,其實高老師本人是一位非常非常Nice的老師,面授課程中常常喜歡與學生互動,所以實體課程中非常受學生的歡迎。如果學員有任何問題,都可以在討論區發問,高老師或助教都會耐心回覆並解決您的問題。