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2011年9月2日 星期五

黑洞吞噬恆星的發現有多重要?


最重要就是我們藉此 "直接" 知道黑洞的存在

一開始黑洞只是個假說,是完整理論中不可或缺的一塊

為了驗證,人類開始試圖尋找並觀測黑洞

但這個連光都能吸入的"洞"該怎麼觀測?這就要先提一下"事件視界"

"事件視界"指的是一個範圍,範圍外的觀測者無法藉由任何物裡方式一窺其內

也就此範圍內的任何物質,包含光都無法逃脫(所以觀測不到),後來便出現"黑洞"一詞

在此之外,行經附近的物質都會因強大的重力而改變行進路進,包含光也不例外

光因為重力而改變行進路線,此現象稱為"重力透鏡效應"

PS:就好像光經過透鏡,行進路線會偏折一般

重力透鏡效應可藉由星象的觀察得知,藉此可以"間接"知道黑洞的存在

但這不能算是直接證據

被黑洞吸引的物質,到達事件視界前,會如漩渦般朝著中心旋轉墜入

旋入事件視界前,物質因摩擦生熱而放出大量X射線,藉由X射線的觀測,可推知黑洞的存在

過去的X射線觀測仍不夠明顯

此次恆星"正"被黑洞吞噬,巨量的X射線證實黑洞的存在

於是,宇宙這幅拼圖又多完成了一點!

2009年11月25日 星期三

核融合 與 核分裂

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這幾天文章一發表便消失,雅虎大概嫌我話太多吧



還是電影2012,讓我跟娘提起"核融合""核分裂"

太陽內部進行的反應為核融合、核電廠進行的反應為核分裂



先談談核分裂:

如果我將質量10公克的物體任意分成兩份,其中一份為3公克,另一份質量為多少?

應該是7公克吧?! 這問題簡直侮辱人...

而測量的結果竟然少於7公克!

消失的質量哪裡去了? 它們變成反應釋出的能量

這能量有多少?

E=mc2  <=
這式子夠耳熟能詳了吧?

E
:能量

m
:相當質量(也就是上例中,消失的5公克)

c
:光速 3X108



同理,核融合便很容易理解了

把質量3公克與7公克的兩物體揉合,理當能得到10公克的總重

最後竟然明顯少於10公克,消失的質量便以能量的形式釋放出來





不同於核分裂採用鈾的同位素進行反應;核融合採用氫的同位素:氘與氚,故反應後不會產生放射性廢料

核融合產生的能量也較核分裂高出許多



那麼,人類為什麼不採用核融合來發電?

將兩個物體揉合需要力氣,"力"來自能量的轉換

將兩塊金屬熔在一起需要高溫,溫度也來自能量的轉換...

核融合必須將氘與氚侷限在夠小的區域內,加溫至數千萬度、甚至數億度才能進行反應

目前人類無法製造如此高溫、也無法提供如此耐熱材

知曉了這些,便不用對前些時候的新聞大驚小怪(國外某學校工友在後院自製核融合反應爐)

事實上

他成功讓氘與氚進入夠小的區域,但最後仍卡在高溫與耐熱材的問題,就像所有科學家所面臨的一般

新聞標題聳動了些倒是真的

曾經娘問我電機學什麼?

不知如何道來的我,只好回說:唉呀~說了你也不會懂...

回頭想想,原來是自己太淺

曾經聽過幾位物理大師對民眾解釋愛因斯坦的相對論、霍金的時間論

從頭到尾沒有一丁點數學、也沒有幾個專有名詞

若單純想了解新知,而非投入研究,那麼,專有名詞或數學也就不那麼重要了
當年,我只懂背誦教科書裡的條文

2009年11月12日 星期四

2012到底會出現什麼?

2012已成為過去,讓我們來看看過去的討論:

電影"2012"掀起一陣討論潮,討論電影之外,到底真相是什麼?

本來發文探討2012,主要參考NASA的網站

過去他們發佈好幾則warning,像是這一篇:

http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/10mar_stormwarning.html

主要警告世人太陽風暴(solar storm)對地球的影響,發生時間大約在2011-2012年




另外,在這一篇文章裡:

http://www.nasa.gov/topics/solarsystem/features/spaceweather_hazard.html

明確的指出:太陽風暴的等離子對電力設施、航空器材有極大影響,最近發生時間應該會是2012年




本能保護我們的磁氣圈(magnetosphere)卻在變薄:

http://www.nasa.gov/mission_pages/themis/news/themis_leaky_shield.html

另外還有很多文章可以閱讀:

http://search.nasa.gov/search/search.jsp?nasaInclude=2012+Solar+Storm




發文過後不久,朋友貼給我一則新聞,主旨是NASA的人針對電影產生的疑問闢謠:

http://www.nownews.com/2009/11/11/91-2531696.htm

其澄清的內容,與我原本寫文不同的是:

他說太陽表面活動的高峰期不在2012,比較有可能發生在其後的一、二年...

我並沒有再上NASA的官網找原文

但這不知這是道出人類對大自然的無法捉摸?還是如同電影裡說的:當他們叫你別慌張,表示該逃命了!

http://tw.movie.yahoo.com/videoplayer.html?id=2870&type=movie

看來,不到2012是不會有定論的,這邊提供一些資料給大家看看





原本2012太陽風暴說法是來自美國國家科學院2009年1月出版的論文集

http://www.nationalacademies.org/

這部份可能要用學術網路才能看到,以上網址僅是美國國家科學院首頁





其他相關新聞:

2012太陽風暴 美國將首先面對90秒的災難衝擊

http://www.nownews.com/2009/07/29/334-2484110.htm

全球暖化讓北極熊淹死? 2012效應才是真正元兇!

http://www.nownews.com/2009/07/29/334-2484363.htm

馬雅天曆預言 世界末日大約是在2012冬至日

http://www.nownews.com/2009/07/29/91-2484361.htm


2009年9月3日 星期四

物理辦案

風災後,新聞、部落格...隨處可見相關文章

其中有一則讓我印象深刻:美軍可吊掛16噸的直昇機僅吊掛8.5噸重的小機具

不能帶立場的記者,字裡行間也透露出"不知美軍搞什麼"的想法,靠媒體獲取知識的人民便跟著憤慨起來

其實美軍是真正吊掛到極限了

"荷重16公噸"應該改成"負荷16公噸重"比較恰當

"16公噸"是質量;

"16公噸重"是指重量:也就是質量16公噸的物體,因萬有引力與地球互相吸引的力有這麼大...

所以

質量16公噸的物體,在地表的重量是16公噸重

質量16公噸的物體,在太空的重量是0公噸重

16公噸乘上重力加速度(9.8m/s2)即是16公噸重(物體於地表附近的重量)...

以上不是在繞口令,是真正攸關人命的觀念,少了這觀念就會出人命,真正的出人命!...



直升機升空總有個加速度吧?就是這加速度會讓吊掛繩索的張力增加。

正如搭電梯上樓,電梯啟動的瞬間,覺得體重變重了,相對的,你給電梯地板的壓力也變大了!

是的,當物體靜止時,重量=質量X重力加速度

當物體被牽引向上時,重量=質量X(重力加速度+牽引向上的加速度)

當吊掛8.5噸重的東西以9.8m/s2的加速度上升,重量便瞬間增加一倍,繩索所受張力也倍增到超出極限

加速度指的是速度的變化趨勢,上升過程肯定有加速度。光是由靜(速度零)而動(速度不為零),即代表速度有變化。

PS:不要再把重力加速度當成力了:

http://looka330.blogspot.tw/2009/04/blog-post.html



當直升機到了一定高度總要向前飛吧?

當直升機向前飛時,慣性會讓吊掛物留在後頭,但由於繩索的牽引,最終仍跟著向前...

只要稍微減速,吊掛物便有如鐘擺一般擺盪...

鐘擺算是圓周運動的一種,當我們把重錘綁在繩子上甩,它便會做圓周運動

如果繩子斷掉,它會沿切線飛出

只要繩子沒斷,便會迫使物體改變運動方向,進而繞著圓心旋轉

對重錘來說,這股拉著的力就叫做"向心力",也就是繩子的張力...

對繩子來說,重錘有股把它拉撐的力,稱為離心力...

向心力、離心力其實是指同一個東西,對不同角色而言,它有不同的名字

就好像我在家裡,娘叫我"兒子",在學校,學弟稱呼我"學長",其實指的都是"我"

所以當直升機有向前、向後的加速度時,繩索張力也會增加



這讓我想起今年春天的新聞:吊臂砸死陸客

記者表示:業者宣稱吊掛重量在安全限重以內、檢察官懷疑業者說謊,雙方各執一詞...

該業者不是第一次出這種紕漏,根據操作員說法,當時來了陣強風

強風會使吊掛物成鐘擺班擺盪,繩索張力增加,有可能因此超過安全限重

所以吊臂限重"3.2公噸重",該業者懸掛"3.1公噸"重,很容易便超過安全荷重限制

不是天氣風險管理公司總經理彭啟明宣稱的:

當時地面平均風速一級,大約每秒2公尺,即便是30多層樓高,頂多只會每秒3公尺

「這種風頂多把樹枝樹葉吹搖晃而已,絕不可能把機具吹倒!」

http://tw.nextmedia.com/special/index/type/Article/PubDate/20090427/ParentType/Tree/ArticleID/31580950/IssueID/20090427

而且懸掛物越高、繩索伸出量越短,張力增加越大

照每秒3公尺的風速來算,早已超出安全荷重相當多!!!

怎麼算?翻高中物理課本吧!



不懂物理,業者更名再開張依然會死人!

不懂物力,案件偵辦永遠無法水落石出、流於神怪玄學!



我很好奇,這篇發文的觀念,在國中理化課本就出現過,計算則出現在高中課本

台灣不是每個人都大學畢業嗎?

問題從考試卷跑出來就看不懂了?


2009年7月22日 星期三

所以,大家都聽懂愛因斯坦說什麼了


拜昨天日偏蝕之賜,電視新聞也介紹了日全蝕

由於地球與太陽間的距離遙遠、大小差異懸殊,所以地球接受到的陽光可視為平行光

如下圖


既然月球擋住了光線,我們便能趁黑觀察、拍攝天上的星體

結果會發現:眼前有太陽、沒太陽時,天上星體的位置竟然有些不同

這現象就應證了愛因斯坦說的:光不一定走直線

其實光會受到重力的影響而改變路徑,實際狀況比較近似於下圖

光受到重力的影響轉彎了...


所以我們知道:遠方星體向地球發出的光線,因為經過太陽而偏折了...

而日全蝕發生時,天空不會全黑,而是


主要是月球擋住了太陽的強光,讓我們得以一窺太陽的高溫大氣:日冕

黑洞的質量相當巨大,它什麼都吞,連光線都不放過...

既然沒有光線會溢散出來,那我們又怎麼知道黑洞的存在?

這又要談到X射線,我看以後再說好了...


2009年4月25日 星期六

你的身高有幾公升?


標題看起來很奇怪?

是啊,看起來就好像新聞裡說:這吊臂從31樓墜下的重力加速度有兩百噸重,難怪...

嗚呼哀哉,讓我們先替受難者默哀;批評對岸充滿黑心事業的同時,Made in taiwan 也該檢討!

比較常在新聞裡面聽到的,還有"在重力加速度的作用下,造成........."

這些都是搞不清楚重力加速度的用法,重力加速度並不是"重力加上速度"

國中理化就曾提到"加速度",指的是"單位時間內速度的變化量"

就是說一秒內速度改變了多少,好比說:某車在一秒內從時速50公里加速到時速65公里

這一秒的時間間隔內,速度改變了多少就是加速度

所以重力加速度是啥?

重力加速度:在重力的作用下,造成物體運動的加速度有多大

沒有力哪有加速度?這是牛頓先生告訴我們的

在地球表面附近,因重力而落下的物體,加速度都是9.8(公尺/秒平方)

不管落下的是石頭或羽毛,加速度都是一樣的,不過是受到空氣阻力影響的程度不同罷了

所以新聞要說的,應該是:這落下的"衝力"有兩百噸重

PS:怎麼算的?

31層樓高約為110公尺、吊臂4噸重

到達地面的速度(V)平方=初速度平方+2X加速度X距離

V平方=0+2X9.8X110

V大約等於46.43(公尺/秒)

衝量=動量的變化量=質量X速度的變化量=4噸X(46.63-0)約等於185.73噸重

衝力=衝量的作用時間

所以185.73噸,除以遊覽車因撞擊而潰縮的時間,就是受到的衝力

如果作用時間少於1秒,就比185.73大,或許就是200噸重

如果超過1秒,就小於185.73

作用時間可以用算的、也可以用量測的...

總之,加速度不會有幾噸重、幾公斤這種單位,卻不只一家新聞台這麼播報

也不會有什麼"在重力加速度的作用下..."這種說法

只能說,在重力作用下,產生多少加速度(如果不考慮空氣阻力,這根本是廢話,因為重力造成物體的加速度都一樣)

這就好像說:在蘋果的作用下,我考了一百分...

啥咧~

現在的中學理化、高中物理課本寫得如何我不清楚,不過以前的課本寫得很棒咧!


很多學生猛看補習班講義、狂做參考書,卻不曾看過課本,課本才是王道啊!


我拍的是老姊的課本


所以白淨啊白淨...


老姊看過的書都乾乾淨淨,分數卻高的嚇人,不公平啊!


如果看過這一段的,應該就會知道為什麼把即將撞地球的物體擊碎會導致更大的災難

這教材出現後的好幾年,那位布魯斯先生演了一部電影,說是要炸掉即將撞地球的彗星

...

直到最近,Discovery Channel實際訪問了科學家,也證實炸掉彗星會更危險


國民教育其實很棒,但別把它看成升學的工具

2008年7月9日 星期三

屍體會說話:顱內出血


老姊曾經選修"法醫學",知道我愛好此道的她,拉我去當個"偽醫學系"...

天啊!時至今日竟已過了十年!!

除了許多爛屍爛肉的照片外,其本質上是一門物理學,

不過我發現多數同學在關鍵時刻都會趴到桌上、早餐放到中午都沒有動...




印象最深刻的案例,也是常在電視上看到的虐童案...

新聞會這麼說:幼童的父母宣稱其子從床上摔下,頭部因撞擊地面而送醫。該幼童經過搶救仍宣告不治,是否為虐童案仍有待法醫解剖驗屍報告...

一個頭部受創的死者,且頭部創傷為主要死因,

法醫如何判斷該死者是死於鈍器重擊(他殺)?還是頭部撞擊地面(or牆面...)而死(可能為意外)?




判斷的方式如下:若顱骨的外側(頭皮)創傷與顱內出血在同一側,則為遭受鈍器重擊

若頭皮的創傷(假設為左側)的對面出現顱內出血(右邊顱內出血),則為撞擊地面或牆壁之類的...

當時的老師以"衝擊、反衝擊"解釋該現象...

下課後,幾名學生再跑去問老師更詳細的原因,只見老師拉高音量再說一次:"這就是衝擊與反衝擊..."

不記得有學過什麼"衝擊",但我猜他要說的是動量守衡在碰撞問題的應用,而動量的變化即為衝量...

上面那一句不用理他,那也只是高中物理課本內的大意

碰撞問題分成幾類:

完全非彈性碰撞:疾駛中的擋風玻璃"趴擦"一隻小蒼蠅,蒼蠅屍體黏在玻璃上,這種現象稱為"完全非彈性碰撞"

非完全彈性碰撞:拿雪球K人,K中後雪球四散稱之...

完全彈性碰撞:理想狀況下的撞球碰撞(不計摩擦力、空氣阻力...OOXX...)

OK...

鈍器重擊後,

不管鈍器彈回(鈍器與頭往反方向分開)、還是連棒帶頭一起落下(棒黏頭),根據動量守衡,頭的運動方向大致與鈍器剛開始落下的方向一致

撞牆後,頭不是黏在牆上慢慢滑落就是反方向彈回




我們來看慢動作,先假設兩個受害者都面向我們(從螢幕內往外看出來)




當鈍器擊中右頭殼、頭殼往其左手邊飛,此時大腦還來不及往左運動(牛頓第一運動定律:靜者恆靜),

於是大腦右側被往左運動的顱骨擠壓滲血,於是頭皮外傷與顱內出血都出現在重擊側(受害者的右側)...




當頭的右側撞牆時,撞到牆的右側顱骨已經停止運動(黏在牆上),潰縮的右顱骨、繼續運動的大腦造成右腦顱內出血,

撞擊的能量以右顱骨的潰縮來吸收,完全吸收前,左側顱骨仍不會停止運動的繼續往牆壁衝(動者恆做等速直線運動),

這繼續往牆衝的頭骨便擠壓到左側的大腦,於是撞擊面、以及對面(左、右頭顱)都出現顱內出血...




其實動量守衡只描述了運動的軌跡,根據日常的經驗也能猜出來,

主要原理只是依據"牛頓第一運動定律":靜者恆靜,動者恆做等速直線運動...

擺在那邊不動的東西你不去碰他,他依然會繼續杵在那邊...

動者恆動:當緊急煞車時,人會繼續往前衝[沒受到外力的人體(煞車僅作用在汽車),傾向繼續往前運動]

他殺與自殺產生的物理現象完全不同,如何故佈疑陣都騙不暸人

或許以後來討論各種死法...

壞事做不得啊!屍體會說話!


2008年7月2日 星期三

2008年7月,人造黑洞即將誕生?

針對如何聰明快速的減重,曾寫過"如何製造能量的小黑洞"這樣的文章...

鍵盤上敲出"黑洞"的同時,就很想跟大家分享物理之美,既然新增了"物理"分類,就別浪費空間吧!




2008年7月,瑞士日內瓦的"強子對撞器(Large Hadron Collider, LHC)"即將展開第一個實驗!

要在繁體中文的網站找到簡介實在少之又少,更遑論實驗內容的簡述,導致發現一些亂七八糟的資訊

有人說該設備是"時光機的起源"、也有人說該機器會製造出黑洞,並吞噬全宇宙...

這些猜想都有其依據,舉凡實驗動機、實驗原理、...新聞都沒說,只報導意測結果裡,最聳動的部分並加以誇大...

以下先說說初期實驗:"是否有五度空間?"




實驗動機:

曾經在這一篇文章裡提到:我們的世界是三維世界(三度空間)加上一維的時間,總共是四維的世界

有沒有第五個維度(五度空間)?許多現象紛紛指出有此可能,於是這成了物理界的流行話題!


先是目前理論出現不完美之處:強力、弱力、重力、電磁力,形式看似相關或相似卻無法說出個"統一理論"

例如說:電力與萬有引力的強弱都是與距離的平方成反比(前者主角是兩個電荷,後者是兩個具有質量的物體)


於是"假設"更高維度的存在:在廣義相對論中,將時間之外的三度空間增加一個維度,電磁學方程式與重力方程式便因此統一了!


再來是"架構"新理論、以數學方程式驗證其合理性,最後就需要真正的實驗來支持!




實驗原理:

根據"能量守衡":能量不會憑空升成,也不會憑空消失!

例如:身體花費若干能量爬上三公尺高的溜滑梯,此時身體消耗的能量轉變成身處三公尺高的"位能"

當滑下時,剛才的"位能"轉變成下滑的"動能"、以及身體與滑梯接觸時,摩擦產生的熱

在LHC中,我們賦予質子(原子核內帶正電的微小粒子)能量,使其加速到逼近光速

當兩個如此高能粒子互相對撞(我們稱為強子碰撞)時,根據能量守衡(或動量守衡),我們能計算出粒子碰撞後的反應

也就是這套理論,使得撞球選手能預測球與球碰撞後會如何動作

當然,他們不需要熟析動量守衡!只是一切完全遵照這個原則;就好像你不必懂車子的原理就能開車

當實驗結果不符合能量守衡(有某部分能量憑空消失了),我們就能知道"第五維度存在"!

再以撞球為例:

球只要不跳起來,都僅在檯面上運動,是二維空間的運動(在球檯互相垂直的兩邊劃刻度,至少要兩組數字才能標定球的位置)

當碰撞發生時,"聲音"傳到我們的耳朵,於是我們說:聲音從"二維世界"溢散到"三維的空間"裡

同樣的,高能粒子碰撞後,經過精密的測量與估算,若有消失的物理量,就是溢散到更高維的世界去了!




可能的結果:

如果我們的世界僅有四個維度,那麼:碰撞後什麼怪事都不會發生!

如果有五個、或甚至更多維度,碰撞就可能出現"人造黑洞"




先來說說黑洞是如何產生的吧!

只要具有質量的物體就能使空間扭曲:

試想空間的一個橫斷面是一張布,布面上放置一顆鋼珠,鋼珠所在的周圍,布面會以鋼珠為中心向下凹,

附近的小東西都會順著這個凹面溜向鋼珠,若附近的東西質量與原鋼珠差不多,看起來就像是"互相吸引",這就是"萬有引力"了!

即使是光,經過扭曲的空間,行進路線也會跟著扭曲,而我們身處的世界也在相同的的扭曲空間,所以看起來光像是直線前進

這就是"流形(manifold)定理",數學的"微分幾何"就是在處理這些問題(非微積分哦...)

簡單的來說:取一把直尺比對遠處的山巒,你會發現:山的輪廓是扭曲的!

但若尺的形狀與山的輪廓一模一樣,山的輪廓總是貼著尺的起伏,對這把尺來說:山的輪廓是直的!

愛因斯坦就是熟悉微分幾何才能發表"廣義相對論"

光會扭曲,只要在日全食之際觀察其他恆星就能印證(越說越多了...)




"黑洞"就是在很小的空間裡存在非常大的質量

太陽不斷產生核融合反應,其反應的熱造成一股巨大的壓力往外衝,往外衝的力量與太陽的引力達到內外平衡

當燃料用盡,不再有往外衝的壓力,因太陽巨大質量而扭曲的空間,就如水裡的漩渦,將所有物質往中心吸引,有如手揑沙球(雪球)般

原本相對鬆散的結構因此越來越緊實、體積也越來越小,最後變成一顆很重的小球(白話)

而太陽如此大的質量仍不足以讓"夠小的空間"裡存在"夠多的質量",形成黑洞

根據計算,若要產生連光都會被吸進去的黑洞,約需要十個太陽的重量...

(好煩喔...怎麼打不完啦!!)

OK!回到LHC...

不管如何計算,最後的結果告訴我們:強子碰撞並不足以讓"夠小的空間內產生夠多的質量"

就好像兩輛長5公尺、寬2公尺的汽車以高速對撞,原本5公尺的車身都因碰撞潰縮成2.5公尺,而且沒有變寬

假設對撞後不彈開、死黏在一起:2.5公尺+2.5公尺=5公尺,

原本5x2平方公尺的範圍存在一台車的質量,碰撞後,這範圍卻塞了兩台車的質量

而構成黑洞的要件,就好像至少必須在5x2平方公尺的範圍內塞進兩輛砂石車

不管砂石車的引擎有多強大,都不足以讓車子在對撞後,因潰縮而擠進這狹小區域,總是有一部份落在範外

但是咧,如果這範圍內有個小叮噹的四度空間袋,甭說兩輛砂石車、甚至兩輛坦克車都可以塞進來

那麼,這個範圍內就含有足夠的質量造成空間扭曲、有如水中漩渦一般的黑洞

類似這樣的道理,

如果我們的世界僅有四維,那麼碰撞的能量根本不足以把粒子擠進夠小的範圍形成黑洞

如果存在更高維度的空間,那個範圍就比較寬鬆,如此就足以產生黑洞




至於黑洞會成長或是蒸發,就要提到量子理論了

在極微小尺度的世界裡,有個很重要的現象:測不準原理

例如想測得粒子正確的速度,必定測不準其位置;要測得其位置,速度必然不準

就好像拿溫度計量水溫,測得的溫度其實是"水與溫度計達成平衡後的溫度",不光是水溫本身

也就是說:被測物受到量測工具的影響,產生誤差

而動能與速度有關;位能與始末位置有關,所以測不準原理在能量與時間之間也成立

因此在空無一物的空間裡,有可能出現一瞬間的能量,下一瞬間又消失,而我們所在的尺度根本無法察覺!

從如此微觀世界,我們知道有些粒子正對偶生成(產生一正一負的粒子)、然後對偶消滅(意思就是一正一負互相抵消)

當強子碰撞時,若有更高維度的空間存在,將產生黑洞

而黑洞正好吞噬對偶生成粒子的其中之一,如此具有負能量的粒子將很快中和兩個質子產生的黑洞

所以即使產生黑洞,也會很快就蒸發,這便是根據史蒂芬。霍金博士的量子重力理論所得的結果




以上,強子碰撞是否產生黑洞,還要看高維世界是否存在

而生成的黑洞,是由兩個高能力子產生,雖說質能互換(質量能轉變成能量、能量可以轉換成質量)

質子的質量等於1.6726231×10 -27 kg =0.0000000000000000000000000016726231公斤

這樣子的質量即使以光速前進,所帶的能量也不過與一個火車頭的動能差不多

若沒有更高維度的世界便不足以形成黑洞,除非有人硬要拗:一個火車頭的動能等於十個核融合的太陽所產生的能量

若真產生黑洞,兩個粒子所形成的小小黑洞,很快就會因為吸入帶有負能量的對偶粒子之一而被中和

宇宙中的黑洞也會因為相同原因而被中和,但因十個太陽以上的質量,將始中和時間超過宇宙的壽命




OK...利用LHC產生黑洞是"有可能"的,若真產生將很快被中和

以光速前進的物體,本來就會產生"蒲島效應":

當你以接近光的速飛行,你的時間相會比地面上的人的時間慢上許多,有可能你的手表顯示才旅行兩小時,地面上卻已過了十年,如此你便到了未來

不過,回到過去是不可能的,即使是根據蟲洞(wormhold)理論,也只能從很久的未來穿越到不久的未來

相對於很久的未來,回到不久的未來好像是回到"過去",但比起"現在"來說,兩者都是"未來"...

這個現象從粒子加速器中,被加速到近光速的粒子,其生命周期變長便足以印證

時間機器,說的不過就是如此現象!

愛因斯坦這種自創理論的科學家真的很厲害,在無法以實驗印證的年代就說出如此大膽的理論!




看看繁體中文的新聞,只說LHC能製造黑洞,而地球、甚至全宇宙將因此被吞噬...

或是LHC是時光機器的...啥米碗糕




2008年6月28日 星期六

浮冰融化&quot;不會&quot;使水面上升、冰山融化&quot;會&quot;使海面上升?!

最近天氣非常熱!

中橫之旅的第一天午餐後,大家紛紛拿冰塊丟進水壺,我也不例外...

我的水壺瓶口較小,大部分冰塊都塞不下

不過還是將冰塊放在上面,用筷子往下壓

"太扯了啦!!",旁邊有人這麼說著...

"噗通!"...話才說完,冰塊已經掉進水壺...

其實我不是在硬塞,而是利用"復冰現象"

在冰上施加壓力會使溶點降低,溶點就是冰融化成水的臨界溫度

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例如說:施加一個適當壓力,原本0度C才會融化的冰,只要-2度C就會融化

也就是提前融化的意思啦!

PS:

融化:固體變成液體的現象稱之(冰變成水)

溶化:即溶解,一種物質均勻分布在水溶液中(糖溶於水)

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於是被我壓在瓶口的冰,邊緣因為受壓而變成水

冰的體積因為一部份變成水而縮小,於是就"噗通"...

這種現像哪裡還有?

冰刀溜冰!

穿起溜冰鞋,身體的重量完全落在兩條刀鋒上

比起雙腳或鞋子,冰刀給冰的壓力(單位面積上所受的力)大多了!

於是受壓的冰融化成水,冰刀與冰間,因為多了一層水的薄膜而濕滑...

或是你可以拿兩顆冰塊用力擠壓,待手放鬆即黏成一塊

(受壓期間,兩冰接面融化成水,壓力消失又再結成冰)



說起冰的融化,想起最近新聞提到:北極的冰山可能在今年完全融化...

許多人說:因為冰山融化,所以海平面上升

不過拿一杯水,裡面放些冰塊(使其自然上浮、不卡在杯上)

仔細觀察冰塊融化前後的水面高度,我相信是不變的!

???

冰塊會浮在水面,不沉下去也不飛出來,代表其處在平衡狀態

地球吸引冰塊的"重力"與其上浮的"浮力"大小相等、方向相反

所以我們可以說,當冰塊浮於水面上時,重力與浮力的"大小"相等

而洗澡洗到一半跑出來裸奔的阿基米德說:此時浮力等於重力,也等於排開的水量

既然冰山浮在水上,已經排開某種程度的水量,當它融化成水,水位也不會因此改變

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冰的密度比"水小",於是浮在水上,而排開的水量是水上水下的冰共同向下壓所貢獻

所以融冰後的水位,還是由"等重"的水(原來的冰)所排開,水面不會因此升高啦!

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但北極冰山融化的同時,預測海平面會上升是為什麼?

其中有幾個比較關鍵的原因:

1.當溫度升高,海冰變成海水,海水的體積隨著溫度的升高而膨脹,故海平面上升

PS:水在攝氏零度到四度間是"熱縮冷漲",恰好四度時是"熱漲冷漲",高於四度是"熱漲冷縮"

2.融化的冰與海水混合,將使海水變淡,這意味了總的海水密度變小,密度=質量/體積

密度變小、質量不變,故體積變大、海平面上升!

3. 升高的全球溫度將使格陵蘭群島或其他地區的陸上冰帽融化!

這些原本不在水裡的冰融化將流進海裡,使得海平面升高...



最後的結論:全球暖化將使得"冰山融化",以及"海平面升高"

浮冰融化使"水面"升高是不對的,但浮冰融化會使"海水面"升高

我好像在玩文字遊戲、吹毛求疵...=.=



不管怎麼說,全球暖化使得北極冰山可能於今年九月前全數融化,北極熊將因此絕種、以及許多衍生問題

比起十多年前的單車之旅,發現大排放量的休閒載具多了許多,但如此大排氣量卻僅載一人

雖然我迷戀機械、也欣賞重機,但為了我們的地球請適可而止,欣賞就多放在心裡吧!



最後的PS:廢棄物請回收,下回來說說稀有金屬,您以為"銅"的蘊含量很多嗎?其實"銅"比"鈦"還要少

誤會"稀有金屬"的意義、以為"基礎金屬"很多,將導致可怕的浩劫!




2008年6月5日 星期四

一路玩到掛 從物理與數學闡述我心


四歲玩工具、國小玩電路板、國中忙整合會的機械與電路、高中忙升學...

11年前如願進到電機系,之後一年比一年不開心,其中原因我也說不上來



剛進電機系就遇到一位很厲害的老師:容志輝老師,教我們"控制"相關理論

控制是什麼呢?簡單來說就是要"讓非生命體乖乖聽話",不要因為小小挫折就耍任性

古典控制很簡單,卻不是很精準!

隨著時間慢慢演進,近代控制變成大量使用數學的學問,大概也是電機領域裡用最兇的

這邊的數學指的不是"算數",指的是"發現定理、證明定理"

容志輝老師有過人的智慧,其雄厚的數學基礎,讓他碩士加博士三年就拿到了(電機系的博士通常需時五年以上)

就這樣,容老師帶我們進入令人癡迷的數學領域!"我也要麼厲害!"心中如此吶喊...

不知不覺,我已跟著"數學吹笛手"走了,甚至分不清自己身處數學系還是電機系

越玩越大,研究所跟的老師是曾傳蘆老師,也是容老師系統的人物

研究所的畢業論文叫做:" Robust T-S Fuzzy Controller Design for Uncertain Time-delay Singular Systems with Quadratic Cost Consideration"

裡面有一堆定義、定理、證明、矩陣、不等式...

什麼鬼?!我只知道目前這篇論文被人引用次數是:"0"

當外人知道我學電機,想問問隨身聽壞掉怎麼修?手機天線的電路圖是什麼?

我只能說自己是搞控制系統數學的,能幹麻很難說...



在電機系的不開心漸漸明朗,就如同物理學家與數學家數百年來的故事般...

舉個例子吧:單單維度(Dimension)一詞,就讓這兩門學問的學者很不同

維度是什麼?三度空間、四度空間聽過吧?

一個"點"沒有長度、不具面積、更不佔空間中任何體積

點點成線,這個"線"有長度、沒有面積、不具體積,是我們所謂的"一維"

三個不重疊的點圍成一個平面,有面積沒體積,是二維空間

若這個平面具有厚度,那就是三維世界(三度空間)中,佔有體積的物體

我們最熟悉的就是三度空間!

然"亞伯。愛因斯坦"提出"時間"應該是要被考慮的"第四個維度",或更適切的說:"第零個維度"

第四個維度是相對論的基礎之一,這樣的理論讓我們瞭解宇宙更多,其實也不用說那麼複雜

我跟他約台北車站見面(三度空間的座標),還必須約定時間(第四維度),否則難有交集

也曾有人問愛因斯坦相對論難不難?

"不難!就好像你坐在一個美女旁邊,總覺時間過得比平常快,這就是相對論了!",愛因斯坦這麼回答...

後來有人提出應該存在"第五維度"、或"更高維度"!

連提出這麼抽像理論的愛因斯坦都忍不住說:"很大膽、很棒的假設!但若有第五維度,它存在哪裡呢?"

這樣的大師都逃不了現實的束縛,不過該學者並非憑空想像...

自然界所有的力就四種:強力、弱力、重力、電磁力。物理學家認為這幾個力應該由某一種理論所支配

怎麼說呢?他們的想法是這樣:

立竿見影,竿是三維世界的物體,影子是二維的(不具厚度)

我們從影子就能判斷原來是什麼物體嗎?不盡然...

從不同的方向照射會產生不同的影子,例如:正方形、三角形、圓形的影子有可能來自於同一物體

很難想像?下面的型狀就是一例...


物理學家認為強力、弱力、重力、電磁力的根本其實只有一個!

又好像電力與磁力,過去被視為兩個不同的力

後來馬克士威(Maxwell, PS:咖啡品牌對這字的音譯是"麥斯威爾")發現兩力根本是一體兩面

磁能生電(發電機原理:切割磁力線的線圈中會產生電流)、電能生磁(電磁鐵原理)

相對論對重力有相當深入的探討,對電磁力卻...

提出應有第五維度存在的科學家試著將相對論裡的三度空間多加一項(3+1+時間)

這樣的嘗試讓後結果多出一項,那一項正好是Maxwell方程式(電磁學方程式)

當然,後來有不同的觀點證實五個維度並不夠嚴謹,其實總共應該要有12個維度才是!

而我們的宇宙存在一個不具厚度(非二維)的"膜"裡,膜與膜就是我們常在科幻小說或漫畫裡看到的"平行宇宙"

科學家們怎麼驗證第五維度的存在?瑞士即將完成一座世界最大的粒子加速器(直徑28公里),

物理學家打算用它來讓兩個質子對撞,藉由能量守恆來驗證

理論基礎大概是這樣:

好像球桌上的撞球,始終在台上做二維的運動,當碰撞發生時卻有種東西逃往三維的世界:那就是聲音!

兩個質子被加速到近乎光速,

碰撞後若無法滿足能量守恆,表示有些物理量不見了、就這麼消失在能觀測到的空間裡

消失的東西去了哪裡?那裡就是更高的、沒被發現的維度

在這之前,物理學家對第六個以上的維度甚至沒有很大的興趣,因為他們還沒證實第五維度的存在

即使12維度的理論再漂亮都不能改變他們的態度...



數學家就不同了!無限維度的運算早已相當成熟

這裡說的無限維度是指降階後的最簡化仍是無限

例如說:在我的不辣閣裡:魯卡、Looka、路卡、盧卡...指的都是"不辣閣"板主

四個名稱都有些關連性,指的都是"我這個人","四個"名字降階之後只剩"一個"

而數學的維度指的不盡然是某種"空間",它的定義必須用數學符號來下



說了這麼多,結論其實很簡單

有人說我每次說話總是鋪陳一堆,其實結論只有一句...

過去在電機的圈子裡,越玩越理論、越玩越數學、越玩越與現實脫節,我發現自己並不開心...

不是說數學家不重要,當物理學家發現第五、第六、甚至更多維度時,用到的正是數學家的研究成果

但有許多數學理論目前仍未被發現有什麼用,理論能用或不能用不是數學家所在意的

而我沒辦法做這麼孤獨的事、也做不來、更無法樂在其中

所以最近又開始把會的東西:包含物理、機械、電機、運動、解剖...通通放在一起,

發展些看得到、摸得到的東西,現在,我又以電機人為榮

因為我很開心!

又好像"幾何學"(geometry)這個字

geo-有大地的意思

metry-有量測的意思

古早的古早,幾何學就是從大地量測發展出來的

現在的幾何已發展出"抽象幾何"、"微分幾何"、...有些很好用,有些用不到

而我只想專注在"大地量測"這個部份!




從小就不愛聽人要我做這個、做那個,只做自己喜歡的活兒

現在我又好像重回兒時

就這麼...

一路玩到掛吧