波涛汹涌的量子革命(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

本课程的目标是使学员对量子物理产生兴趣,并产生学习量子物理的动机。至少能掌握量子物理的几个重要的核心概念。并且能以此为基础,对尖端的物理发展能以这几个核心概念为基础有一定程度的了解。此外也希望透过对物理发展过程历史的学习,能对科学社团的运作模式有正确的理解,而不会遭到坊间媒体夸大报导的误导。

授课教师

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高崇文

学历

美国马里兰大学物理博士

经历

现任:

中原大学教授

中原高能中心主任

交通大学兼任教授

中央大学兼任教授

曾任:

德国法兰克福大学宏博学者

英国曼彻斯特大学博士后研究员

美国北卡罗来纳州立大学博士后研究员

台湾国家理论中心物理组中心学者

中原大学副教授

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

「波涛汹涌的量子革命(上)」课程一共十周,一到九周为课程主要内容,第十周为期末考试。每周主题共3个小单元,第1&2单元为主要课程内容,第3单元课程内容偏向当周主题课程之延伸应用的补充单元。每个单元提供一段大约10分钟左右的视频。每周课程结束后规划测验及作业,进而了解学习者的学习成成效,再透过同侪互评之合作学习的方式,促进学习者间的互动。考核标准请参见「评分标准说明」。

为了了解学习者报名课程的原因及学员期望在本课程中学习到什么,所以,课程开始将会提供课前问卷提供学员填写;课程结束也将会提供课后问卷供学员填写,主要了解学习者在课程中是否真正理解课程内容的知识、课程编排、影片呈现方式等。

评分标准

考核项目

评量比例(%)

平时

测验*9(5%/1次)

45%

作业

同侪作业*3(10%/1次)

30%

期末测验

期末测验

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

学习对象:

对于量子物理科学极有兴趣,只需具备高中基础物理之先备知识即可,适合想要了解量子物理学的来龙去脉、却苦无门路的学习者,是绝佳的入门课程。

先备知识:

对于量子物理科学极有兴趣,并具备高中基础物理为佳。

常见问答集

1.我在此课程可以有什么收获?

周次

学习目标

1

熟悉电磁学与统计力学的基础概念

2

了解黑体辐射的重要性以及与电磁学与统计力学的关联

3

熟悉结合电磁学与统计力学的研究手法

4

了解普朗克量子论特别是与熵的关联

5

了解光量子与量子不同之处

6

熟悉量子统计力学的基础概念 特别是全同粒子的概念

7

了解电子与原子核被发现的过程

8

了解氢光谱无法以古典物理理解的地方

9

了解波尔模型与古典物理的差异

 

2.此课程是否会提供上课投影片?

会,本课程于教材区提供PDF档案形式之课程简报。

 

3.作业上传可以使用那些格式?

PDF、WORD

 

4.我现在才发现有这么好的资源,来不及上完怎么办?

别紧张,只要课程尚未结束,都可以进行报名上课。

 

5.课程结束后是否能继续学习呢?

可以,只要您已报名上课,即使课程结束,也能利用您注册的帐号登入继续修习课程。

 

6.如果不了解课程内容怎么办?

别看高崇文老师影片中较严肃之讲课方式,其实高老师本人是一位非常非常Nice的老师,面授课程中常常喜欢与学生互动,所以实体课程中非常受学生的欢迎。如果学员有任何问题,都可以在讨论区发问,高老师或助教都会耐心回复并解决您的问题。