《量子論》
一、何謂「量子論」?
量子論是微觀世界的物理定律!…………………………………2
相對論與量子論是自然界的二大理論……………………………4
理解量子論時所需的兩個重要項目………………………………6
二、何謂「波粒二象性」?
第一個重要項目是「波粒二象性」………………………………8
波是什麼呢?………………………………………………………10
光會發生「干涉」現象,應該是波………………………………12
有「光是波」無法解釋的現象……………………………………14
光也有粒子所具有的性質…………………………………………16
結果,光的真正身分是波?還是粒子呢?………………………18
Coffee Break 夜空的星和曬傷與光的關係………………………………………20
三、粒子也具有波的性質
探究原子的真面目…………………………………………………22
將電子置換成光來思考……………………………………………24
電子在軌域上振盪?………………………………………………26
電子在軌域上躍遷的機制…………………………………………28
四、何謂「狀態並存」?
第二個重要項目是「狀態並存」…………………………………30
在「微觀」與「宏觀」不同的「狀態」…………………………32
五、關鍵的電子干涉實驗
電子也會形成干涉條紋……………………………………………34
電子干涉條紋所具的意義…………………………………………36
觀測電子的波,結果會如何呢?…………………………………38
觀測通過狹縫的電子………………………………………………40
Coffee Break 「電子的波」是什麼樣的波?……………………………………42
六、與詮釋相關的論爭
「上帝不玩擲骰子的遊戲!」……………………………………44
「半死半生的貓」是否存在?……………………………………46
量子論詮釋仍充滿謎團……………………………………………48
七、何謂不準量關係?
通過狹縫,波大幅散開……………………………………………50
無法同時獲知物體的位置和運動方向……………………………52
八、能量與時間的不準量關係
量子論構築新的真空面貌…………………………………………54
簡直像精靈?電子穿越障壁!………………………………………56
放射線從原子核射出的穿隧效應…………………………………58
太陽因穿隧效應而大放光芒………………………………………60
九、量子論的應用
若沒有量子論,就沒有電腦………………………………………62
量子論闡明週期表的意義…………………………………………64
量子論闡明原子鍵結機制…………………………………………66
量子論闡明半導體性質……………………………………………68
Coffee Break 未來已經決定了嗎?………………………………………………70
十、量子論的未來
量子論可揭露宇宙誕生之謎?……………………………………72
量子論尚無法處理重力……………………………………………74
可望實現的「量子電腦」…………………………………………76
《相對論》
一、何謂時間?何謂空間?
牛頓所認為的「時間」與「空間」……………………………2
「1秒」是如何定義的呢?……………………………………4
現在所定義正確的「1秒」……………………………………6
「1公尺」是如何定義的呢?…………………………………8
現在所定義正確的「1公尺」…………………………………10
二、必須將時間與空間成對思考
時間和空間是相似?還是相異?………………………………12
何謂「3維空間」?……………………………………………14
時間是幾個維度?………………………………………………16
以一個圖來表示時間與空間……………………………………18
三、何謂「狹義相對論」?
時間與空間都是會伸縮的!……………………………………20
時間與空間會一起伸縮!………………………………………22
四、光速恆久不變!
汽車的速度是時速多少公里?…………………………………24
物體的速度會因觀察者的立場而改變…………………………26
以與光相同的速度追趕光,結果為何?………………………28
光的速度不會因觀察者的立場而變……………………………30
為什麼光的速度不變呢?………………………………………32
有物體的速度能夠超越光速嗎?………………………………34
Coffee Break 聲波的傳遞需要空氣,那麼光的傳遞呢?……………………36
五、時間與空間會伸縮!
為什麼可以用伸縮來形容呢?…………………………………38
伸縮情形會因速度而異…………………………………………40
伸縮會因觀察者的立場而有所不同……………………………42
利用時間延遲從事太空旅行!…………………………………44
以接近光速的速度前進,景色看起來會成什麼樣呢?………46
六、何謂「同時」?
「同時」的常識改變了?………………………………………48
是否「同時」會因觀察者的立場而異…………………………50
遠處發生的事是發生於未來的事?……………………………52
七、何謂「廣義相對論」?
牛頓所認為的「萬有引力定律」是什麼?……………………54
重力的本質是什麼?……………………………………………56
八、直線與曲線
何謂「筆直」?何謂「彎曲」?………………………………58
光在水中為什麼會彎曲?………………………………………60
何謂在曲面上的「直線」?……………………………………62
九、時間與空間會彎曲!
如何得知空間彎曲呢?…………………………………………64
「重力透鏡」使看到的天體出現扭曲?………………………66
重力強大,時間出現延遲!……………………………………68
在黑洞附近,時間會變得如何?………………………………70
黑洞的裡面是什麼?……………………………………………72
在黑洞表面的太空船會變成什麼狀況?………………………74
Coffee Break時間旅行是可能的嗎?…………………………………………76
《維度》
一、維度是什麼
利用「點」、「線」、「面」學習維度的基本概念 2
為什麼「點」是0維度 4
我們居住的空間為何是3維的理由 6
二、2維和3維的性質
從2維開始出現「形狀」 8
利用拼圖思考維度 10
具有體積的「立體」在3維出現 12
人體在2維空間會分成兩半? 14
立體和影子的關係成為思考4維的提示 16
我們看到的世界真的是3維嗎? 18
Coffee Break 140年前科幻小說所描寫的2維世界 20
三、歡迎來到4維世界
維度可以隨心所欲地增加! 22
存在於4維空間的「超立方體」是什麼 24
把超立方體切開會得到8個立方體 26
我們看到的4維物體會是什麼模樣? 28
在高維度可以做到低維度做不到的事情 30
在4維空間發生的不可思議現象 32
Coffee Break 利用維度幫助兔子掙脫牢籠吧! 34
四、空間和時間無法切割
只憑「空間」並無法確定事物 36
利用沙漏思考時間是什麼 38
愛因斯坦捨棄了牛頓的概念 40
空間和時間會拉長,也會縮短 42
把時空畫成圖會是什麼模樣? 44
在時空圖上呈現出太陽、地球的運動 46
利用時空圖描繪光速會出現圓錐 48
空間和時間會扭曲! 50
Coffee Break 若時間是2維 52
愛因斯坦闡明了重力的真相 54
我們無法感受的「空間扭曲」是什麼 56
越重的物體會造成時空越大的扭曲 58
Coffee Break 宇宙中有時間停止的地方! 60
五、如何搜尋高維度
開啟通往高維度的大門 62
自然界的4種力是什麼力 64
重力遠比其他力還要微弱 66
在微觀世界中「比較各種力」 68
預言10維時空的「超弦理論」是什麼 70
高維度空間微小而隱蔽 72
維度能夠捲縮變小 74
「閉合弦」不受維度的束縛 76
《時間》
一、導言
越想越覺得時間真神奇! 2
二、心理的時間和身體的時間
快樂的時光總是過得特別快 4
長大以後覺得時間過得很快的原因 6
「心理時鐘」的運作與腦的哪個部位有關? 8
人體具有大約24小時的節奏 10
「刻畫時間的分子」真的存在! 12
Coffee Break 感到恐怖時會覺得像慢動作 14
三、「現在」這個瞬間真的存在嗎
我們感覺到的「現在」已成為過去 16
用手打拍子的時機為什麼會一致? 18
為何感覺不到「聲音」和「光」的落差 20
足球比賽的誤判可歸咎於預見未來? 22
事件順序調換的神奇實驗 24
Coffee Break 決斷的瞬間真的是現在嗎? 26
四、現代社會調整生理時鐘的祕訣
留意夜晚的手機使用及飲食 28
配合生理時鐘選擇作業時間 30
利用午睡恢復專注力 32
每個人都有自己感覺舒適的步調 34
生理時鐘會因為生活型態而改變? 36
Coffee Break 為什麼會發生時差倦怠 38
五、思考時間的本質
超過2500年的問題「時間是什麼」 40
古代的時鐘是參考天體運動 42
伽利略發現鐘擺的祕密 44
把時間劃分為全部一致的「絕對時間」 46
時間會「伸縮」 48
時間有最小單位嗎? 50
Coffee Break 1天的長度並不固定 52
六、時間進行的不可思議
哪一邊是過去,哪一邊是未來? 54
時間為什麼不能往過去進行? 56
何謂時間進行的關鍵「熵」? 58
事物會隨著時間變得雜亂 60
違反熵法則的生命體 62
Coffee Break 時鐘能正確劃分時間到什麼程度? 64
七、時間旅行有可能實現嗎
試想一下時間旅行吧 66
利用巨大星球的未來旅行 68
回到過去會發生問題 70
若過去無法改變也就不會有矛盾,那…… 72
在平行世界中,過去能被改變嗎? 74
Coffee Break 能利用「蟲洞」回到過去嗎? 76