[5]虞忠衡
不同的光谱吸收不同场的能量。电子光谱吸收可见光的能量,电子自旋吸收的是电磁场的能量 虽然都属于电磁场 ,但是不同的 波段有不同的称谓
[PDF]釋說新語之二十四儀性與奇偶性
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釋說新語之二十四. 儀性與奇偶性. 劉源俊. 基本粒子有兩個重要性質是古典物理裡找不到相應性質的,那就是spin 與 parity。這兩個詞的翻譯煞費思量。 先說spin。釋說新語之二十四 儀性與奇偶性
劉源俊
基本粒子有兩個重要性質是古典物理裡找不到相應性質的,那就是spin與parity。這兩個詞的翻譯煞費思量。
先說spin。這詞一般依照字面意思譯為「自旋」,但其實它與旋轉一點也沒有關係。以電子為例,它在磁場中會呈現兩互相獨立狀態之一,一者其磁矩與磁場同向,一者其磁矩與磁場反向,前者的能量較低。若無磁場,則其狀態是兩態的兼態。用量子物理裡的術語說,是:電子的spin quantum number 為 ½,其沿著磁場方向的角動量分量為 ½或﹣½。
換言之,電子遇磁場時,其取向截然二分。這一性質用spin來描述實是一不幸。中文如何寫才好呢?我想到古書上所說的『太極生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦。』「象」與「卦」因與四和八扯上關係,已被借用來翻譯「象限」(quadrants)與「卦限」(octants);準此,何不利用「儀」與二的關係來翻譯spin呢?於是說:電子有「兩儀性」,其「儀數」(spin)為 ½;電子在磁場裡有兩種「儀態」,一為「上儀」(spin up),一為「下儀」(spin down)。Spinor自然譯為「儀量」。
此說還可推廣:質子、中子等「重子」(baryons)與緲子、中微子等「輕子」(leptons)的儀數也是 ½;夸克的儀數也是½;但π介子在磁場裡只有一種狀態,儀數則是0;氘核12D有「三儀性」,它在磁場裡可有三種狀態,儀數是1。狀態數與儀數s的關係是2s+1。惟光子例外,其儀數雖為1,但因以光速進行,只呈兩種狀態(沿著進行方向的角動量分量或為,或為 ﹣)。
質子與中子的質量相近,可視為同一類粒子─核子(nucleon)的兩種狀態。於是又可定義「同類儀」(isospin):核子的同類儀數為 ½,π介子的同類儀數為1,…。此詞一般譯為「同位旋」,實是大謬不然。
再談parity。一系統的parity,指的是其「運態幅」(state amplitude)在空間座標倒置變換下變號或不變號的性質。如果交互作用具左右對稱性,則系統的運態必然或為「奇性」(odd parity,例如π介子本身),或為「偶性」(even parity,例如氫原子基態)。此一性質最恰當的稱呼當是「奇偶性」,亦屬「對立詞」。
1956年,華裔物理學家李政道與楊振寧提出:在弱作用中,奇偶性可能不守恆(奇性態可能變為偶性態,偶性態可能變為奇性態),若如此則微小世界裡會有左右不對稱(「宇不稱」)的現象。經吳健雄等人的及時實驗證實,他們獲得了1957年的諾貝爾獎。一般將奇偶性譯為「宇稱」,不恰當,應予更正。
釋說新語
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釋說新語
東吳大學劉源俊及任慶運教授著
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釋說新語之八
「物理」探原
劉源俊
「物理」一詞現今作為西文 Physics 一詞的譯名。但中文裡「物理」一詞是歷經一些演變的,西文 physics 的意義也是經過演變的,用物理來譯 physics 也是經過一番演變的。分別說明如次:
中文「物」與「理」合在一起講,最早應該是在《莊子》。《莊子‧知北遊》篇提到『聖人者,原天地之美而達萬物之理。』《莊子‧秋水》篇提到『道…,是所以語大義之方,論萬物之理。』《莊子‧天下》篇又提到『判天地之美,析萬物之理,…,寡能備於天地之美,…。』莊周顯然不贊許分析法,而以「道」論理。
到晉朝,楊泉有《物理論》一書(~208),可能是「物理」一詞的最早出處。該書為道家論自然之作,主張水為天地之本,且水、氣可互相轉化;今日視之,自不足為訓。《晉書‧明帝紀》(晉明帝,323-326)有『帝聰明有機斷,尤精物理。』一語;這裡所提「物理」,與近人于右任所作聯語『高懷見物理,和氣得天真。』裡的「物理」類似,只有普通意涵。
到宋朝,朱熹(1130-1200)有「欲致吾之知,在即物而窮其理也。」之語,此「即物窮理」(接近物而探究其理)一語之由來,有近代科學精神的一點影子。明朝方以智(1611-1671)受西學影響,著《物理小識》一書,有言:
『考測天地之家,象數、律曆、音聲、醫藥之說,皆質之通也,皆物理 (natural science) 也。
專言治教則宰理 (social science) 也。專言通幾,則所以為物之至理 (philosophy)也。』此處之「物」,泛指萬;物。他重視「質測」(即觀察測量)。王夫之(1619-1692)亦有言:『蓋格物者,即物以窮理,唯質測為得之。』
在西方, physics 最早是亞理斯多得作品集的一篇名,蓋言「萬物之理」,泛指「自然哲學」(natural philosophy)。牛頓 1687 年的名著名為《自然哲學的算學原理》;在十七世紀時,今稱為物理學家的人是以「自然哲學家」自居的。在基督教教義中,physical 與 spiritual 本是相對的詞,所以 physics 之學包含了無生物與生物 例如醫生就名為 physician 到如今 physical education 還是指「體育」。Physiology 本有兩義,一與 natural philosophy 同義,一指「生理學」。其後,則 physics 的涵義逐漸窄化。到了十八世紀,該詞已排除生物學 (biology),只涉及無生物之理,Physiology 亦同時窄化為只指「生理學」。然後,化學 (chemistry) 又從其中排了出去,於是十九世紀的 physics 大體涵蓋力學、熱學、光學與電磁學。1840 年後, Whewell 提倡以新詞 physicist(物理學家)描述研究力與物質的這群人。
中國清末提倡西學,先賢於是將 science 譯為「格致」或「格致之學」。後來各級學堂多在格致科下設「物理學目」。換言之,當時已將 physics 譯為「物理學」。其後有人將 physics 譯為「物理」,有人沿襲日本譯為「物理學」,並不一致。今臺灣與大陸通常都用「物理學」之名,但我贊成李怡嚴的主張:在中文裡,「理」即「成理之學」之意,所以用「物理」即可,不必贅言「學」。
綜上所述,可知中國「物理」一詞詞義的演變與西洋 physics 一詞若合符節。
至於 Physical science ,則是現代新詞,用來涵蓋物理與化學兩科,通常用在中學課程裡。當譯為「物質科學」;有譯為「物理科學」的,是硬譯,沒真懂它的意涵。
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一些上文作者譯的量子力學名詞
source:
http://sci.ncu.edu.tw/wp-content/uploads/s13.pdf
http://sci.ncu.edu.tw/wp-content/uploads/s19.pdf
http://sci.ncu.edu.tw/wp-content/uploads/s24.pdf
機運幅 probability amplitudes
運態幅 state amplitude
複數矢量宇 complex vector space
希爾伯特宇 Hilbert space
機演繪景 Heisenberg picture
運演繪景 Schrödinger picture
matrix mechanics approach 機演門
wave mechanics approach 運演門
path-integral approach 諸徑俱攝門
隨緣現相 reduction of wave packet
兼合各態 be a linear combination of states
non-lacality 越地性
locality 局地性
entanglement 糾纏
non-separability 不可分隔性
vacuum fluctuation 空自出沒
電子順磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR),又称電子自旋共振(electron spin resonance,ESR),是屬於自旋1/2粒子的電子在靜磁場下发生的磁共振現象。因为類似靜磁場下自旋1/2原子核核磁共振的現象,又因利用到電子的順磁性,故曾稱作“電子順磁共振”。
由於分子中的電子多數是成對存在,根據泡利不相容原理,每个電子对中的两个电子必為一個自旋向上,另一個自旋向下,所以磁性互相抵消。因此只有拥有不成對電子存在的粒子(例如過渡元素中重金屬原子或自由基),才能表現磁共振。
雖然电子自旋共振的原理与核磁共振的类似,但由於電子的質量遠輕於原子核的质量,所以电子有较大的磁矩。以氫原子核(質子)為例,電子磁矩強度是其659.59倍。因此對於電子,磁共振所在的拉莫頻率通常需要透過減弱主磁場強度來使之降低。但即使如此,拉莫頻率通常所在波段仍比核磁共振拉莫頻率所在的射頻範圍還要高(通常是在微波的波段),因此有穿透力以及對帶有水分子的樣品有加熱可能的潛在問題,在進行人體造影時則需要改變方法。舉例而言,0.3T的主磁場下,電子共振頻率發生在8.41GHz,而對於常用的核磁共振核種——質子而言,在這樣強度的磁場下,其共振頻率仅為12.77MHz。
未成對的電子可以在吸收或放出電磁波能量 後,在兩能階間移動。吸收到(或放出)的能量必須與轉換能階後能量變化相同,也就是 ,此即共振條件。代入 和 ,我們可以得到電子順磁共振的基礎公式: 。實驗上,非常多種頻率和磁場的組合都能滿足此公式,但大多量測都是用9,000–10,000 MHz(9–10 GHz)範圍的微波進行,其對應的磁場大約為3500 G(0.35 T)。
理論上,改變照射在樣品上的光子頻率而磁場不變,或者相反,都可以得到電子順磁共振光譜。但實際上通常是固定頻率。樣品暴露在固定頻率的微波中,然後開始增強外加磁場。電子能级相差越來越大,直到能级差值與微波能量相同,如先前的圖所示。此時未成對電子能在兩能级間移動。電子依馬克士威-波茲曼分布而在低能级分布較多,因此整體而言是在淨吸收微波能量。實驗時即是量測此吸收值,轉換得到光譜。
釋說新語
東吳大學劉源俊及任慶運教授著
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釋說新語之八
「物理」探原
劉源俊
「物理」一詞現今作為西文 Physics 一詞的譯名。但中文裡「物理」一詞是歷經一些演變的,西文 physics 的意義也是經過演變的,用物理來譯 physics 也是經過一番演變的。分別說明如次:
中文「物」與「理」合在一起講,最早應該是在《莊子》。《莊子‧知北遊》篇提到『聖人者,原天地之美而達萬物之理。』《莊子‧秋水》篇提到『道…,是所以語大義之方,論萬物之理。』《莊子‧天下》篇又提到『判天地之美,析萬物之理,…,寡能備於天地之美,…。』莊周顯然不贊許分析法,而以「道」論理。
到晉朝,楊泉有《物理論》一書(~208),可能是「物理」一詞的最早出處。該書為道家論自然之作,主張水為天地之本,且水、氣可互相轉化;今日視之,自不足為訓。《晉書‧明帝紀》(晉明帝,323-326)有『帝聰明有機斷,尤精物理。』一語;這裡所提「物理」,與近人于右任所作聯語『高懷見物理,和氣得天真。』裡的「物理」類似,只有普通意涵。
到宋朝,朱熹(1130-1200)有「欲致吾之知,在即物而窮其理也。」之語,此「即物窮理」(接近物而探究其理)一語之由來,有近代科學精神的一點影子。明朝方以智(1611-1671)受西學影響,著《物理小識》一書,有言:
『考測天地之家,象數、律曆、音聲、醫藥之說,皆質之通也,皆物理 (natural science) 也。
專言治教則宰理 (social science) 也。專言通幾,則所以為物之至理 (philosophy)也。』此處之「物」,泛指萬;物。他重視「質測」(即觀察測量)。王夫之(1619-1692)亦有言:『蓋格物者,即物以窮理,唯質測為得之。』
在西方, physics 最早是亞理斯多得作品集的一篇名,蓋言「萬物之理」,泛指「自然哲學」(natural philosophy)。牛頓 1687 年的名著名為《自然哲學的算學原理》;在十七世紀時,今稱為物理學家的人是以「自然哲學家」自居的。在基督教教義中,physical 與 spiritual 本是相對的詞,所以 physics 之學包含了無生物與生物 例如醫生就名為 physician 到如今 physical education 還是指「體育」。Physiology 本有兩義,一與 natural philosophy 同義,一指「生理學」。其後,則 physics 的涵義逐漸窄化。到了十八世紀,該詞已排除生物學 (biology),只涉及無生物之理,Physiology 亦同時窄化為只指「生理學」。然後,化學 (chemistry) 又從其中排了出去,於是十九世紀的 physics 大體涵蓋力學、熱學、光學與電磁學。1840 年後, Whewell 提倡以新詞 physicist(物理學家)描述研究力與物質的這群人。
中國清末提倡西學,先賢於是將 science 譯為「格致」或「格致之學」。後來各級學堂多在格致科下設「物理學目」。換言之,當時已將 physics 譯為「物理學」。其後有人將 physics 譯為「物理」,有人沿襲日本譯為「物理學」,並不一致。今臺灣與大陸通常都用「物理學」之名,但我贊成李怡嚴的主張:在中文裡,「理」即「成理之學」之意,所以用「物理」即可,不必贅言「學」。
綜上所述,可知中國「物理」一詞詞義的演變與西洋 physics 一詞若合符節。
至於 Physical science ,則是現代新詞,用來涵蓋物理與化學兩科,通常用在中學課程裡。當譯為「物質科學」;有譯為「物理科學」的,是硬譯,沒真懂它的意涵。
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一些上文作者譯的量子力學名詞
source:
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機運幅 probability amplitudes
運態幅 state amplitude
複數矢量宇 complex vector space
希爾伯特宇 Hilbert space
機演繪景 Heisenberg picture
運演繪景 Schrödinger picture
matrix mechanics approach 機演門
wave mechanics approach 運演門
path-integral approach 諸徑俱攝門
隨緣現相 reduction of wave packet
兼合各態 be a linear combination of states
non-lacality 越地性
locality 局地性
entanglement 糾纏
non-separability 不可分隔性
vacuum fluctuation 空自出沒
電子自旋共振[编辑]
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由於分子中的電子多數是成對存在,根據泡利不相容原理,每个電子对中的两个电子必為一個自旋向上,另一個自旋向下,所以磁性互相抵消。因此只有拥有不成對電子存在的粒子(例如過渡元素中重金屬原子或自由基),才能表現磁共振。
雖然电子自旋共振的原理与核磁共振的类似,但由於電子的質量遠輕於原子核的质量,所以电子有较大的磁矩。以氫原子核(質子)為例,電子磁矩強度是其659.59倍。因此對於電子,磁共振所在的拉莫頻率通常需要透過減弱主磁場強度來使之降低。但即使如此,拉莫頻率通常所在波段仍比核磁共振拉莫頻率所在的射頻範圍還要高(通常是在微波的波段),因此有穿透力以及對帶有水分子的樣品有加熱可能的潛在問題,在進行人體造影時則需要改變方法。舉例而言,0.3T的主磁場下,電子共振頻率發生在8.41GHz,而對於常用的核磁共振核種——質子而言,在這樣強度的磁場下,其共振頻率仅為12.77MHz。
应用[编辑]
EPR應用在多個領域,其中包括:- 固態物理, 辨識與定量自由基分子(即帶有不成對電子的分子)。
- 化學,用以偵測反應路徑。
- 生物醫学領域,用在標記生物性自旋探子。另外在造影方面另有用途,參見下方說明。
- 晶体学,用来进行晶体内部缺陷的局部结构的研究。一般需要配合测角器(Goniometer)。
理論[编辑]
訊號來源[编辑]
電子的自旋為 ,自旋投影量子數可以是 或 。 在外加磁場強度為 時,電子磁矩會順向平行()或反向平行 () 於該磁場,兩種情形具有的能量不同(見塞曼效應),與磁場同向的電子能階較低。 兩個能階的能量相差 ,為電子的“g因子”(朗德g因子)、是波耳磁元。這個方程式顯示兩能階的差值與磁場強度呈正比,如下圖。未成對的電子可以在吸收或放出電磁波能量 後,在兩能階間移動。吸收到(或放出)的能量必須與轉換能階後能量變化相同,也就是 ,此即共振條件。代入 和 ,我們可以得到電子順磁共振的基礎公式: 。實驗上,非常多種頻率和磁場的組合都能滿足此公式,但大多量測都是用9,000–10,000 MHz(9–10 GHz)範圍的微波進行,其對應的磁場大約為3500 G(0.35 T)。
理論上,改變照射在樣品上的光子頻率而磁場不變,或者相反,都可以得到電子順磁共振光譜。但實際上通常是固定頻率。樣品暴露在固定頻率的微波中,然後開始增強外加磁場。電子能级相差越來越大,直到能级差值與微波能量相同,如先前的圖所示。此時未成對電子能在兩能级間移動。電子依馬克士威-波茲曼分布而在低能级分布較多,因此整體而言是在淨吸收微波能量。實驗時即是量測此吸收值,轉換得到光譜。
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