2011年10月25日 星期二
Book_Physics and Technology for Future Presidents by Richard A. Muller
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2011年10月23日 星期日
Online Learning：CASE_臺大開放式課程
2009星空協奏曲 高涌泉 2009.12.16
愛因斯坦用彎曲時空(廣義相對論)解釋重力現象
愛因斯坦在研究彎曲時空時
找了同學grossmann協助數學問題
古典物力的時空觀-兩個電子因交換光子而有電磁(庫倫力)作用。
時空不受物質影響而獨立存在。
絕對時空-
牛頓以來我們對時空觀念是"時空是絕對的，不隨時間改變的"
古典時空觀念被愛因斯坦改變了：
狹義相對論的2基本假設(special relativity)
一、所有慣性座標系中的物理定律都有相同形式(沒有任何慣性座標系有特殊性(相對性原理)。
二、任何慣性座標系所測得的光速都是C。
在物理上，我們把無法在往下深究原因的事實稱為原理(principle)，以此為接受的出發點。
慣性座標系，例如：等速前進的太空船。兩個慣性座標系之間有固定的相對速度(相對性原理(一般叫做Galileo Principle)，Galileo Principle應始於Galileo之前，但他在書裡特別強調這點，故後人稱為加利略原理)。Galileo以(等速平穩前進的)船為例解釋相對性原理(若不往窗外看，則不知道船在動)。在相對性原理之下，所有觀測者都是等價的，沒有人是絕對的，也就是說速度是相對的。所有運動都是相對的不是絕對的，動或不動是以觀察者的座標來看。
但上述理論遇見光就出問題了，
J.C.Maxwell(1831-1879)在1860年代以四個方程式描述一切電與磁的現象。並將光解釋為電磁波，也就是電場(E)與磁場(B)的振盪。進而算出光速(在乙太中)大約為30萬公里/秒，C。
Maxwell認為光速在乙太(靜止座標)中，速度才會是C。若我們相對於乙太的速度不為0，則量到的光速就不是C。這論點就之前的假設而言是合理的。
但實驗學家卻發現，無論在哪種座標下量測光速，都是C。
傳統觀念中，速度是相對的，沒有絕對速度存在，如何解釋？
....愛因斯坦想了10年(16歲開始想)，26歲(1905年)想出須重新檢討時間的定義，或何謂"同時"。
如果光速真的是絕對的，那應反過來思考我們過去對時間和空間的觀念是否需要修正。
如果我們接受光速是絕對的，那時間(同時)就變成相對的概念。
若A在等速直線前進的火車的正中間，與B相會時向前後發射兩道光，以A而言，兩道光會同時射達車廂前後牆壁，但就在月台觀察的B而言，向後的光會比較早射達車壁。
對A而言，
兩束光線會同時到達兩端的時鐘。
對B而言，
兩束光線將不同時到達兩端的時鐘。
左邊的圖是我按照老師影片中的插圖重繪的。
<<<REF 以下岔出去找些資料>>>
Simultaneilty Video
by nsf October 5, 2007http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.cfm?med_id=55657&from=vid
影片註記：
月台上的男士看到火車前後光線同時射出，且同時到達他的眼裡；他同時認為車裡的朋友會先看到前方的光束，因為前方的光束以光速迎向向前行進的女士，而因為遠離後方發出的光束，所以較晚看到後方的光束。
火車裡的女士的確先看到前方的光線，但因為在女士的參考座標中所測出光速一樣是C，而光線經過的前後距離一樣，所以她認為先看到前面的光束是因為前方的光束較後方光束要早射出。
究竟是在月台的男士認為光線是同時射出正確？還是在車裡的女士認為前方的光束先射出才正確？
--愛因斯坦認為兩人以各自的參考座標所下的結論都對。
--這是愛因斯坦特殊相對論的基礎，也就是說，在不同的參考座標中，對"同時"的觀點永遠不會一致。
Time Dilation Video
by: nsf October 4, 2007 http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.cfm?med_id=55655&from=vid
愛因斯坦用彎曲時空(廣義相對論)解釋重力現象
愛因斯坦在研究彎曲時空時
找了同學grossmann協助數學問題
古典物力的時空觀-兩個電子因交換光子而有電磁(庫倫力)作用。
時空不受物質影響而獨立存在。
絕對時空-
牛頓以來我們對時空觀念是"時空是絕對的，不隨時間改變的"
古典時空觀念被愛因斯坦改變了：
狹義相對論的2基本假設(special relativity)
一、所有慣性座標系中的物理定律都有相同形式(沒有任何慣性座標系有特殊性(相對性原理)。
二、任何慣性座標系所測得的光速都是C。
在物理上，我們把無法在往下深究原因的事實稱為原理(principle)，以此為接受的出發點。
慣性座標系，例如：等速前進的太空船。兩個慣性座標系之間有固定的相對速度(相對性原理(一般叫做Galileo Principle)，Galileo Principle應始於Galileo之前，但他在書裡特別強調這點，故後人稱為加利略原理)。Galileo以(等速平穩前進的)船為例解釋相對性原理(若不往窗外看，則不知道船在動)。在相對性原理之下，所有觀測者都是等價的，沒有人是絕對的，也就是說速度是相對的。所有運動都是相對的不是絕對的，動或不動是以觀察者的座標來看。
但上述理論遇見光就出問題了，
 |
| pic from google search |
Maxwell認為光速在乙太(靜止座標)中，速度才會是C。若我們相對於乙太的速度不為0，則量到的光速就不是C。這論點就之前的假設而言是合理的。
但實驗學家卻發現，無論在哪種座標下量測光速，都是C。
傳統觀念中，速度是相對的，沒有絕對速度存在，如何解釋？
....愛因斯坦想了10年(16歲開始想)，26歲(1905年)想出須重新檢討時間的定義，或何謂"同時"。
如果光速真的是絕對的，那應反過來思考我們過去對時間和空間的觀念是否需要修正。
如果我們接受光速是絕對的，那時間(同時)就變成相對的概念。
若A在等速直線前進的火車的正中間，與B相會時向前後發射兩道光，以A而言，兩道光會同時射達車廂前後牆壁，但就在月台觀察的B而言，向後的光會比較早射達車壁。
對A而言，
兩束光線會同時到達兩端的時鐘。
對B而言，
兩束光線將不同時到達兩端的時鐘。
左邊的圖是我按照老師影片中的插圖重繪的。
<<<REF 以下岔出去找些資料>>>
Simultaneilty Video
by nsf October 5, 2007http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.cfm?med_id=55657&from=vid
影片註記：
月台上的男士看到火車前後光線同時射出，且同時到達他的眼裡；他同時認為車裡的朋友會先看到前方的光束，因為前方的光束以光速迎向向前行進的女士，而因為遠離後方發出的光束，所以較晚看到後方的光束。
火車裡的女士的確先看到前方的光線，但因為在女士的參考座標中所測出光速一樣是C，而光線經過的前後距離一樣，所以她認為先看到前面的光束是因為前方的光束較後方光束要早射出。
究竟是在月台的男士認為光線是同時射出正確？還是在車裡的女士認為前方的光束先射出才正確？
--愛因斯坦認為兩人以各自的參考座標所下的結論都對。
--這是愛因斯坦特殊相對論的基礎，也就是說，在不同的參考座標中，對"同時"的觀點永遠不會一致。
Time Dilation Video
by: nsf October 4, 2007 http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.cfm?med_id=55655&from=vid
The Twin Paradox Narrative Explained (Animated)
http://youtu.be/Sa81lP9MR0I動的物體，時間走的比較慢。
Time Dilation不合用於twin paradox，因為離開地球那一方的座標有加速度，非慣性座標。
Click on the pic on the left and view the lectures, Physics for the future presidents, by Richard A. Muller.
Time Dilation
If you're going 99% of speed of light. Then you'll slow down by a factor of 7. That's dramatic. If I'm going that fast. You'll time it and till I've gone for 7 years. When I come out, I'll be 1 year older. I'll have experienced less time.
Length Contraction
When I'm moving at 99% of speed of light, I'm actually 7 times thinner. It looks like a pancake. It only contracts in the direction of movement. Side way directions don't change. A sphere becomes a pancake. It doesn't think it's a pancake. In it's frame of reference. It hasn't changed. You'll have changed. You'll become pancakes. It leads to a famous paradox.
Think of it as a train in a tunnel. The train is coming along real fast and because it's going so fast, it gets short. It goes through a tunnel. The tunnel isn't very long. But the train's going so fast, it fits inside anyway. As soon as it's inside, he closes the open doors and the train is trapped inside the tunnel.
Now let's analyze it in the point of view of the train. You're going really fast and you're not shortened up at all. In fact, in terms of frame of reference, the train is coming toward you. And now the tunnel is super short.
So from the tunnel point of view, the train's gotten short and then it'll fit inside. From the train point of view, the tunnel's gotten short. How can it possibly fit inside.
The pics blow are all taken from the lecture clips.
In the theory of relativity, there're two parts to the energy. One is exactly the same as Newton's, at least low velocities, one half m0v2, There's a new term now called rest energy, m0C2
<<REF end>>
運動中的基本粒子受命較長。Time Dilation
運動中的尺比較短。Length Contraction
Time Dilation不合用於twin paradox，因為離開地球那一方的座標有加速度，非慣性座標。
 |
| http://youtu.be/nNgzqpKZwhE |
Time Dilation
If you're going 99% of speed of light. Then you'll slow down by a factor of 7. That's dramatic. If I'm going that fast. You'll time it and till I've gone for 7 years. When I come out, I'll be 1 year older. I'll have experienced less time.
Length Contraction
When I'm moving at 99% of speed of light, I'm actually 7 times thinner. It looks like a pancake. It only contracts in the direction of movement. Side way directions don't change. A sphere becomes a pancake. It doesn't think it's a pancake. In it's frame of reference. It hasn't changed. You'll have changed. You'll become pancakes. It leads to a famous paradox.
Think of it as a train in a tunnel. The train is coming along real fast and because it's going so fast, it gets short. It goes through a tunnel. The tunnel isn't very long. But the train's going so fast, it fits inside anyway. As soon as it's inside, he closes the open doors and the train is trapped inside the tunnel.
Now let's analyze it in the point of view of the train. You're going really fast and you're not shortened up at all. In fact, in terms of frame of reference, the train is coming toward you. And now the tunnel is super short.
So from the tunnel point of view, the train's gotten short and then it'll fit inside. From the train point of view, the tunnel's gotten short. How can it possibly fit inside.
The pics blow are all taken from the lecture clips.
In the theory of relativity, there're two parts to the energy. One is exactly the same as Newton's, at least low velocities, one half m0v2, There's a new term now called rest energy, m0C2
<<REF end>>
運動中的基本粒子受命較長。Time Dilation
運動中的尺比較短。Length Contraction
2011年10月15日 星期六
2011年10月14日 星期五
BoOK Note：暖化戰爭首部曲_全球暖化與氣候變遷【商鼎數位】
寫序的長官送了我一本，拿到之後馬上拜讀。
我喜歡這本書，是本入門書，講重點不囉嗦，就像是為了不知道注意力記憶力是何物的火星族類如我而寫的！
加上字體大、圖大，簡直就是專門為了我這種有求知慾但老眼昏花的讀者而設計的，
但若是關鍵字能加註英文就會更完美了。
以下文中所有連結和英文標註均為本人加油加料，不是原書中所有，若有英譯錯誤均非出版社的責任，敬請留言告訴我，感謝~~
序：汪中和教授、劉紹臣教授、俞川心將軍、黃榮村校長
Part 1 自然狀態下的地球氣候變遷
I 氣候變遷的因素
氣候_可指特定【時間】範圍內的平均天氣，或特定【地區空間】範圍內的平均天氣狀況。
氣候變遷_氣候的平均狀況如果隨這更長的時間範圍而有顯著變化，稱為氣候變遷；這種變化通常持續十年或者更長，世界氣象組織(WMO)定義30年的平均變化做為典型的氣候參考期。
氣候系統_由大氣圈、水圈、冰雪圈、地圈與生物圈，及前者之間的交互作用所構成。太陽照射與人類活動是影響氣候系統的外部作用。
地球的氣候系統 (def. IPCC)(Earth's System)：
一、大氣圈(Earth's atmosphere(地球的大氣圈)中譯)(The Atmosphere)： pic from wiki
(一)不含水氣的乾燥空氣中，
主要成分為：氮氣(N2)78.1%、氧氣(O2)20.9%，氬氣(Ar)0.9%。
p19. 地圈：地表上的植被與土壤接受太陽光照射後能放出紅外線輻射，經由大氣的溫室效應而溫暖地表，也能蒸發地表的水分至大氣中；地形與植被會影響大氣風吹動力。
p19. 生物圈：影響溫室氣體吸收與釋放，對大氣成分有重要影響。特別是森林生長時吸收CO2轉為碳水化合物，能大量儲存CO2中的碳元素。
氣候變化也影響碳在生物圈的儲存，透過研究化石、樹木年輪、花粉等可了解過去的氣候。
氣候系統內部的交互作用
地球的大氣圈、水圈、冰圈、生物圈和地圈，透過複雜的物理、化學和生物過程的交互作用產生。
影響氣候系統的外部作用 p22
一、太陽照射：
(一)太陽輻射是影響地球氣候最主要因素，亦為地球上物質與能量循環的來源。
(二)地球繞日公轉軌道變化週期為10萬年，造成地球上太陽輻射量的改變，也會引起氣候改變。
(三)太陽照射地表蒸發水氣，形成雲雨；
(四)地表吸收太陽輻射à釋放出紅外線輻射à被大氣中溫室氣體吸收à產生溫室效應。
二、人類活動(human activities)
II 古氣與地質候年代
REF<<地質年代>>
地球年齡約46億年
46 億年~5.50億年 >> 前寒武紀(Precambrian) (wiki)
5.42億年~2.51億年 >> 古生代 (Paleozoic)
======= 古生代 共分6時期 =============
古 5.42 億年 ~ 4.883億年 > 寒武紀(Cambrian)(wiki)三葉蟲
生 4.883億年 ~ 4.437億年 > 奧陶紀(Ordovician)
代 4.437億年 ~ 4.16 億年 > 志留紀(Silurian)
分 4.16 億年 ~ 3.59.2億年 > 泥盆紀(Devonian)兩棲類登陸、魚類
6 3.592億年 ~ 2.99 億年 >>石炭紀(Carboniferous)最早爬蟲類，後來形成煤礦
期 2.99 億年 ~ 2.51 億年 >> 二疊紀(Permian) 大量蕨類森林↑↑↑↑
======================================
中生代(Mesozoic)分3期
2.5 億年~2.0 億年 三疊紀 (Triassic)最原始的哺乳類
1.996億年~1.445億年 侏儸紀 (Jurassic)始祖鳥類、恐龍
1.45 億年~0.665億年 白堊紀 (Cretaceous ,K)開花植物出現
研究地球氣候的方法 p28
【地質時代】古老的地質時代無科學儀器或文字記載，須透過地層、冰層、樹輪、珊瑚、花粉、
生物化石的同位素變化來分析。
【歷史時代】人類有歷史記載的時代，根據資料紀錄加以判斷。
【觀測時代】工業化以來使用科學儀器與觀測方法的時代，可以直接用儀器觀測與紀錄氣候變化。
III 近百萬年的氣候變化與冰河期
在過去的100萬年間，前50萬年氣溫偏低，後50萬年氣候溫暖，人類出現於此階段。
IPCC
IPCC_Greenhouse Effect
Glossary of Climate Change Terms (U.S. EPA)
CO2Now.org > climate Q&A
Earth's Climate System (Kean U., New Jersey)
Climate Timeline Tutorial ( NOAA paleoclimatology)
Climate Change and Global Warming _ complete explanation
The Encyclopedia of Earth_greenhouse gas
中央研究院溫室氣體資料庫(~1999年止)
我喜歡這本書，是本入門書，講重點不囉嗦，就像是為了不知道注意力記憶力是何物的火星族類如我而寫的！
加上字體大、圖大，簡直就是專門為了我這種有求知慾但老眼昏花的讀者而設計的，
但若是關鍵字能加註英文就會更完美了。
以下文中所有連結和英文標註均為本人加油加料，不是原書中所有，若有英譯錯誤均非出版社的責任，敬請留言告訴我，感謝~~
序：汪中和教授、劉紹臣教授、俞川心將軍、黃榮村校長
Part 1 自然狀態下的地球氣候變遷
I 氣候變遷的因素
氣候_可指特定【時間】範圍內的平均天氣，或特定【地區空間】範圍內的平均天氣狀況。
氣候變遷_氣候的平均狀況如果隨這更長的時間範圍而有顯著變化，稱為氣候變遷；這種變化通常持續十年或者更長，世界氣象組織(WMO)定義30年的平均變化做為典型的氣候參考期。
氣候系統_由大氣圈、水圈、冰雪圈、地圈與生物圈，及前者之間的交互作用所構成。太陽照射與人類活動是影響氣候系統的外部作用。
地球的氣候系統 (def. IPCC)(Earth's System)：
一、大氣圈(Earth's atmosphere(地球的大氣圈)中譯)(The Atmosphere)： pic from wiki
(一)不含水氣的乾燥空氣中，主要成分為：氮氣(N2)78.1%、氧氣(O2)20.9%，氬氣(Ar)0.9%。
其他微量氣體：CO2+CH4(甲烷)+N2O(氧化亞氮)+O3(臭氧)... < 0.1%
會吸收(或放射)紅外線輻射稱為【溫室氣體】。
(二)水蒸氣也是溫室氣體，且地表溫度主要靠它維持，含量約0~0.4%。
會吸收(或放射)紅外線輻射稱為【溫室氣體】。
(二)水蒸氣也是溫室氣體，且地表溫度主要靠它維持，含量約0~0.4%。
二、水圈(The Hydrosphere)：能溶解並儲存大量的CO2，約佔70%地球面積，包含海洋、河川、湖泊、地下水等。
三、冰雪圈(The Cryosphere)：地球上受冰雪覆蓋的地方。
四、地圈(The Geosphere)：地表上的植被與土壤。
五、生物圈(The Biosphere)：海洋與陸地的生物。
p19. 地圈：地表上的植被與土壤接受太陽光照射後能放出紅外線輻射，經由大氣的溫室效應而溫暖地表，也能蒸發地表的水分至大氣中；地形與植被會影響大氣風吹動力。
p19. 生物圈：影響溫室氣體吸收與釋放，對大氣成分有重要影響。特別是森林生長時吸收CO2轉為碳水化合物，能大量儲存CO2中的碳元素。
氣候變化也影響碳在生物圈的儲存，透過研究化石、樹木年輪、花粉等可了解過去的氣候。
氣候系統內部的交互作用
地球的大氣圈、水圈、冰圈、生物圈和地圈，透過複雜的物理、化學和生物過程的交互作用產生。
影響氣候系統的外部作用 p22
一、太陽照射：
(一)太陽輻射是影響地球氣候最主要因素，亦為地球上物質與能量循環的來源。
(二)地球繞日公轉軌道變化週期為10萬年，造成地球上太陽輻射量的改變，也會引起氣候改變。
(三)太陽照射地表蒸發水氣，形成雲雨；
(四)地表吸收太陽輻射à釋放出紅外線輻射à被大氣中溫室氣體吸收à產生溫室效應。
二、人類活動(human activities)
II 古氣與地質候年代
REF<<地質年代>>
地球年齡約46億年
46 億年~5.50億年 >> 前寒武紀(Precambrian) (wiki)
5.42億年~2.51億年 >> 古生代 (Paleozoic)
======= 古生代 共分6時期 =============
古 5.42 億年 ~ 4.883億年 > 寒武紀(Cambrian)(wiki)三葉蟲
生 4.883億年 ~ 4.437億年 > 奧陶紀(Ordovician)
代 4.437億年 ~ 4.16 億年 > 志留紀(Silurian)
分 4.16 億年 ~ 3.59.2億年 > 泥盆紀(Devonian)兩棲類登陸、魚類
6 3.592億年 ~ 2.99 億年 >>石炭紀(Carboniferous)最早爬蟲類，後來形成煤礦
期 2.99 億年 ~ 2.51 億年 >> 二疊紀(Permian) 大量蕨類森林↑↑↑↑
======================================
中生代(Mesozoic)分3期
2.5 億年~2.0 億年 三疊紀 (Triassic)最原始的哺乳類
1.996億年~1.445億年 侏儸紀 (Jurassic)始祖鳥類、恐龍
1.45 億年~0.665億年 白堊紀 (Cretaceous ,K)開花植物出現
研究地球氣候的方法 p28
【地質時代】古老的地質時代無科學儀器或文字記載，須透過地層、冰層、樹輪、珊瑚、花粉、
生物化石的同位素變化來分析。
【歷史時代】人類有歷史記載的時代，根據資料紀錄加以判斷。
【觀測時代】工業化以來使用科學儀器與觀測方法的時代，可以直接用儀器觀測與紀錄氣候變化。
III 近百萬年的氣候變化與冰河期
在過去的100萬年間，前50萬年氣溫偏低，後50萬年氣候溫暖，人類出現於此階段。
IPCC
IPCC_Greenhouse Effect
Glossary of Climate Change Terms (U.S. EPA)
CO2Now.org > climate Q&A
Earth's Climate System (Kean U., New Jersey)
Climate Timeline Tutorial ( NOAA paleoclimatology)
Climate Change and Global Warming _ complete explanation
The Encyclopedia of Earth_greenhouse gas
中央研究院溫室氣體資料庫(~1999年止)
2011年8月22日 星期一
greenhouse effect
http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/greenhouse/
-translated by Ko
The Earth's surface absorbs the solar energy and releases it back to the atmosphere as Infrared(IR) radiation, some of which goes right back into space.
But some of the IR radiation emitted by the Earth is absorbed by greenhouse gases in the atmosphere and sent back towards the Earth's surface. That warms the Earth's surface.
The warming due to greenhouse gases is expected to increase as humans add more greenhouse gases to the atmosphere.
當人類不斷增加大氣層中的溫室氣體時，溫室氣體造成的暖化現象也當然越來越明顯。
-translated by Ko
Global Warming
and the
Greenhouse Effect
Our Earth receives most of its energy, called radiation, from the Sun.
地球大部分的能量，是得自接收太陽的輻射而來。
This energy is electromagnetic radiation in the form of Visible light, with small amounts of Infrared(IR) and Ultraviolet(UV).
這種能量是一種可見光形式的電磁輻射，並帶有少許紅外光和紫外光。
這種能量是一種可見光形式的電磁輻射，並帶有少許紅外光和紫外光。
The incoming Visible solar energy has a very short wavelength and passes through the atmosphere.
照射到地球上的可見太陽光能，波長很短，穿透大氣。
The Earth's surface absorbs the solar energy and releases it back to the atmosphere as Infrared(IR) radiation, some of which goes right back into space.
地球表面吸收了太陽能，並且以紅外線輻射的模式將其釋放回大氣中，其中部分的紅外線回到了太空。
But some of the IR radiation emitted by the Earth is absorbed by greenhouse gases in the atmosphere and sent back towards the Earth's surface. That warms the Earth's surface.
但是一些地球釋放出的紅外線輻射被大氣中的溫室氣體所吸收，並再度折回地表，造成地表增溫。
Three main gases in our atmosphere that contribute to the greenhouse effect are carbon dioxide(CO2), methane(CH4), and water(H2O).
地球大氣層中造成溫室效應的三種主要氣體為二氧化碳、甲烷和水。
These gases absorb the infrared radiation emitted by the Earth and re-radiate the energy as heat back towards the Earth, causing a warming known as the greenhouse effect.
地球大氣層中造成溫室效應的三種主要氣體為二氧化碳、甲烷和水。
These gases absorb the infrared radiation emitted by the Earth and re-radiate the energy as heat back towards the Earth, causing a warming known as the greenhouse effect.
這些氣體吸收地球釋放出的紅外線輻射，再度以熱的形式將能量輻射回地球，造成眾所周知的溫室效應所引起的暖化現象。
The warming due to greenhouse gases is expected to increase as humans add more greenhouse gases to the atmosphere.
當人類不斷增加大氣層中的溫室氣體時，溫室氣體造成的暖化現象也當然越來越明顯。
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