我讀《量子物理史話》- 1

在這股市動蕩之際,是不是不予理會,更顯得指數投資的優越性呢?哈!這幾天又讀了一本量子力學的科普書,因為它描述的派別很多,不限於一門一派。而且始終用門派對決的觀點來敘事,像是看武俠小說一樣,我特別地喜歡這樣風格,所以又入坑了。

本書作者曹天元(Capo),1981 年生,其它沒有過多的介紹,大概是因為他是大陸人的關係。這邊主題是科學,我們就放下政治和宗教了。立刻開始我們的波粒第一戰。

[波派] 格里馬第(Francesco Maria Grimaldi)發現光通過狹縫或障礙物邊緣時的偏折現象,並提出「繞射」概念。著作在 1665 年死後出版,成為波動說的重要證據。

1664 年,波義耳 (Robert Boyle) 出版《關於顏色的實驗與思考》,提出顏色是光照在物體上反射出來的。

[波派] 胡克 (Robert Hooke),他曾是波義耳的助手。 1660 年,他根據觀察格里馬第的實驗,認為光是一種快速的脈衝。1665 年在《顯微術》(Micrographia)一書中明确地支持波動說。

[粒派] 1666 年,牛頓發現了光的色散現象。因為光走直線,他認為光是粒子。

1672 年,牛頓投論文到皇家學會,文章解釋了光的色散和復合 (回白光)。審查論文的胡克認為光的復合是抄他 1665 年在《顯微術》的發現,粒子說則是錯誤的。牛頓大怒撤回論文,視胡克為終身仇家,從此成為堅定的大粒派。

[波派] 1690 年,惠更斯 (Huygens) 在《光論》(《Traitė de la Lumiere》)提出光是一種波動。並用波前思想解釋反射與折射。

[粒派] 1704 年,牛頓發表了《光學》,以粒子為基礎加上新的假說,解釋了反射、折射,和先前各種波派看到的現象。加上有了國會議員和皇家學會會長的身分加持,波派暫時被打垮。至於牛頓為何會得到這些身分呢?當然是因為他在力學上的成就,連帶影響到了 “粒"學的說服力。

其中,牛頓解釋繞射是因為以太 (Aether) 的關係。以太是古希臘時期,亞里斯多德認為的第五元素。雖然現在已經認為它不存在。但是這個名字恰好被用來命名 Ethernet,倒是因而變得永垂不朽了。


波粒第二戰當然是靠波派的反攻。

[波派]1801~1803年,托馬斯·楊 (Thomas Young) 做出雙縫干涉實驗,說明光會干涉,這在當時被視為光不是普通牛頓式粒子的有力證據。不過牛頓權威仍在,許多人依然相信粒子說。

[粒派,誤助波派]馬呂斯 (Etienne Louis Malus) 在 1809 年發現的偏振現象。偏振一開始讓波動說很尷尬,因為當時許多人 (例如胡克) 把波想成類似聲波的縱波;若光只是沿傳播方向振動的縱波,就很難解釋為何光會有特定的振動取向。馬呂斯本人傾向粒子說,因此認為偏振對波動說不利。沒想到後來這反而成為光是橫波的重要線索。

1819 年,法國辦了一個光衍射的論文比賽,評審都是粒派大老,像是比奥(J.B.Biot)、拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)和泊松(S.D.Poisson) [1]。大家學數學時少不了被他們荼毒。

[波派] 菲涅耳 (Augustin Fresnel) 投稿論文說,如果光是橫波,那偏振就不是問題啦!這是個創新的觀點。

評審帕松認為,如果菲涅耳說的橫波是真的,那麼一個圓盤遮蔽光線時,陰影的中心應該會出現亮點,這個太不直覺了,所以應該是錯的。泊松的同事阿拉果 (Franois Arago) 堅持做個實驗看看,結果陰影下真的有亮點!菲涅耳因此得到論文大獎 (Grand Prix) !

題外話,泊松賺到了人稱那個亮點是 “泊松亮斑" 的虛名,有時它也被稱作是 “阿拉果亮斑",兩個人都有得分。馬呂斯發現的偏振後來成為偏光眼鏡技術的理論基礎。

書上還說阿拉果其實是那篇論文的共同作者,但是橫波這部分的假說太過前衛,他身為知名人物沒有勇氣署名,於是把 “物理光学之父" 的稱號平白送給了當年 31 歲的菲涅耳。

[波派,補刀粒派]1850 年,傅科(Foucault) 測量出水中的光速比空氣中慢。按照牛頓的假設,水的折射率比較高,光粒被水拉扯、吸引後應該要加速。就如同光通過三稜鏡一樣,不同顏色的光粒因為質量不同,所以被吸引的速度也不同,被吸引得愈厲害,折射角就愈大。

畢竟老牛有錯在先,人走書還在,此時已然百口莫辯。這個原本應該對粒派有力的實驗,反而打得自家基礎動搖。按照牛頓力學,就算光是粒子,它通過水分子時產生阻力而變慢,完全 “說" 得過去。不過既然老牛以前講錯,現在等於拿刀給對手砍了。

BTW,以現代觀點來看,光在介質中變慢並不是簡單因為光子像小球一樣受到「阻力」,而是電磁波與介質中的電子相互作用,使宏觀傳播速度降低。因此現代的「光子」概念並不等同於牛頓式小粒子。(AI 審稿要我補這句,以免教壞小孩。)

波派在這裡還有個小問題,那就是光沒有介質,怎麼能傳遞波動?所以 “以太" 假說還是得拿出來講故事,以太必須又稀疏、又堅硬、又透明、又絕對靜止,既不影響星球運行、太陽光還能波動到地球上來,這個假說有點太假。不過牛頓自己也引用過以太,這應該算是 “波粒式" 的共業了。

[波派,電磁波認親]1856,1861 和 1865 年,馬克斯威爾 (Maxwell) 發表了三篇關於电磁理論的論文,預言光也是一種電磁波。

[波派,寫進族譜]1887 年,赫茲 (Hertz) 實驗證明光是電磁波。

總之,古典牛頓式粒派至此 “人" 設崩壞。第二戰波派勝出。

[勘誤]

  1. 本書 p.10, Poisson typo 為 Poission.

丹麥之旅 – 2

2026/7/3(五)

到了丹麥,當然要看小美人魚。今天下雨,遊客很少。

接下來去吉菲昂噴泉(Gefionspringvandet),這個銅雕很厲害。四隻牛拉車的張力十足。

接下來是簡單的城市之旅。丹麥比起前面的三個國家,多了很多歷史建築。首先我們停車在腓特列教堂 (Marmorkirken)附近。

由下圖左上角的 Frederilsgade 到走阿馬林堡宮殿廣場 (amalienborg slotsplads)。Gede 就是台語的"街道"。

其中,克里斯丁九世 (Christian IX)有個人專屬雕像。因為他到處聯姻,有歐洲岳父的稱號。

宮殿當然少不了衛兵,但是女衛兵很罕見。

接著我們從左下方黃宮那個方向,穿過大使館林立的 Amaliegade 離開。走到新港 (Nyhavn)。

新港就是哥本哈根最好拍的景點。有人去搭一小時的渡輪 (票價 207 DKK,差不多一千台幣有找),有人徒步拍照。

我家是散步組,所以可以抽空先吃午餐,但老婆挑食又說不餓,我只好買一支 70 DKK 的熱狗,然後被老婆吃掉一半。

中午大家會合後,領隊再帶我們去看旁邊的丹麥歌劇院,以及旁邊的安徒生像。

接下來我們又是下午的自由活動。大部份的時間都花在 Rains 旗艦店,以及解決退稅碼的烏龍事件。簡單來說,結帳完畢,店員設定好畫面,我們填上 email 和電話後,會出現一個QR code.

雖然我填老婆的 email,但是我的手機不是拍照,而是掃 QR code,所以退稅簡碼就被我的 email 綁架了。老婆聽人說,退稅不當場搞定,回去會扯不清。所以她叫我幫她裝 app,用她的 email 為帳號,卻怎麼也吃不進那個退稅碼。

店員很熱心但是解決不了,領隊很無奈,說這個他沒有特別厲害。我打開我的手機,結果我的帳號可以正常操作,只是要等海關蓋章過有貼紙的收據,用 app 拍照上傳才能結案。老婆又問過 chatgpt 也是這樣講,才放心離開 Rains. (我感謝AI)

剩下的時間我們還是到處拍照。下圖是克里斯蒂安堡宮 (Christiansborg Slot)。

雨停了,但風超級大,Stork Fountain 噴水池的水都歪了。

後來走到哥本哈根大學前面,忽然想起波耳和哥本哈根學派。他們對量子物理貢獻卓著,原來就是在這塊土地上想出來的。

晚餐我們就在最熱鬧的斯楚格街 (Strøget) 的 Buka 吃斯堪地風味餐。他們的豬肉煮得不錯,但是沒甜點令人不習慣。

外面有巴勒斯坦人抗議以色列,我們好像一早就在各處遇到他們了,天祐巴勒斯坦人。

明天凌晨三點就要出發到機場,伊斯坦堡機場一年路過四次,已經沒啥可以寫了,除非博物館有開門。讓我們拭目以待。

[後記]

這次在丹麥的機場有個發現。通常我們在歐洲,大家都說廁所水龍頭的冷水可以生飲,但是熱水不能喝。這次老婆在丹麥機場裝水的時候,發現水是溫的,所以她很疑惑能不能喝?後來換了一件廁所 – 感覺 CHP 機場真是十步之內就有一間廁所,原來這裡有差別。右邊有牌子的才是飲用水 (冷的)。

丹麥之旅 – 1

2026/7/2 (三)

這兩次搭船都是早上 10 點靠岸。吃完早餐,很快就要準備下船了。由於大家都想早點上岸,以至於在 5 樓樓梯口塞了滿久的時間。Silja 號則是在 7樓下船,客人可以在先以商店街緩充,感覺比較不窘迫。

踏上丹麥國土後,幣別成了丹麥克朗 DKK。除了芬蘭用歐元,瑞典克朗 SEK 大概是 3.3 台幣,挪威克朗 NOK 是 3.24 台幣,但 DKK 是 4.85 台幣。本來習慣看到售價 x 3,猛一看丹麥的東西還以為它便宜,其實差不多要 x 5。

丹麥的第一個景點是旋轉塔。它位在一個山訓場地裡面。像我們這種觀光客只是登塔拍照留念。其實他可以當渡假村主蒙古包,或是玩山訓器材。

因為這兩天丹麥下雨,塔上風又大,我的雨傘開花好幾次了。我覺得回國時把傘留在北海邊牧羊。

午餐在園區自理。說起來還滿顯窮的,這樣就要 160 DKK. 不過確實它的漢堡比台灣的華堡還大,用料也不錯。

下午的行程表上說要去折扣村,其實就是去 outlet。它的建築結構就是每家店佔一間房,沒有公共走道或是休憩區。如果風和日麗,那麼在每間店進進出出也不成問題。但是雨下得不小,濕淋淋地在每家店開傘收傘,感覺有點淒涼。事後發現,果然一張照片都沒拍。

於是我們直接跑去隔壁的 fotex 大賣場。他們的沙拉包裝得像賣花一樣,還冰起來。晚上去另外一家比較簡陋的 Netto 超市就不冰照樣賣。

晚上我們還是吃中餐。團友覺得偏鹹,我覺得還行。可能是中午薯條還更鹹都吃慣了。所以我要額外稱讚老闆在我筷子被碰掉時馬上補我一雙。

哥本哈根有很多漂亮的房子。明天我們才正式做市區觀光加自由活動,希望天氣好一點。附上車站和電影院搶拍的快照。

附上團友拍的新房子。

BTW, 以前我們老師教數學的時候,把數字 0 加上斜槓 (Ø),說是可以和字母 o 做區別。想不到,挪威和丹麥的 0 加上斜槓 (Ø),就是字母 o,這下更難分辨了。

挪威之旅 – 5

2026/7/1 (三)

維持著每家旅館只住一個晚上的原則。我們早上帶著行李和過夜包出門。城市觀光結束後,就要帶著過夜包去睡遊輪。

城市觀光第一站是參觀維吉蘭人生雕刻公園(Vigelandsanlegget)。由維吉蘭這位設計師蓋出這座園區。主體是反應七情六慾的人生百態。

包括生命之門,象徵雲雨孕育大地。

生命之橋旁邊的銅像表現人生的喜怒哀樂。最有名的是"憤怒的小男孩",旁邊的"委屈的小女孩"據說也很有人氣。因為黃銅慢慢從青銅色裡面透出來了,表示很多人摸。

後面的生命之泉剛好在清掃,所以沒有噴水。它的主體是從幼年、青少年、成年到老年四個角落,每個角落再用五個場景描繪人生。

生命之柱是石雕,三位雕刻師花了 19 年才完成。除了中間的石柱,平台上也有很多大型石雕,也都在描繪人生的場景。

最後是生命之輪,據說象徵一週的循環。正面六個人,背面多出一個不開心的小孩,表示星期天快要上班的心情。這是維吉藍先生看了人家做銅雕十幾年後,覺得我也會了,下海親自做的。

第二個行程是奧斯陸的文化史博物館。據說有位瑞典國王很喜歡收集房子,只要看到喜歡的,就下令將它拆掉重建,收集到他的"後花園"(?)

挪威從瑞典獨立出來後,就直接在這 160 多棟房子的基礎上建立了露天的博物館。其中鎮館之寶是這座木造教堂,見證北歐從自己的神話體系轉為基督教。

當然,要講好玩的話。牲畜房、馬房也都好玩。他們在房頂上種草,可以擺梯子讓動物就近走上去吃草。

走出文化村後,我們有個簡短的 city tour。重要的有劇院,上面有易卜生的名字,旁邊有他的雕像。出生在半年缺乏日照的北歐,難怪會是悲劇作家啊!

附近還有市政廳。一樓的柱子後面都是壁畫。

因為午餐訂在下午一點鐘,所以我們有很多時間閒晃。我們走到市政廳後面的海港,據說二次大戰後,挪威的皇室就是從這個港口回到故鄉的。

港邊有個阿克斯胡斯城堡 (Akershus Festning) 要塞,免費參觀。

市政廳附近的建築應該也都有歷史。這個等人身的雕塑在某個轉角,情節有點耐人尋味。

在金山飯店用完中餐後,我們又去等著搭遊輪。這艘 DFDS 珍珠號比上次那台小,餐廳有很多家,但賣場只有一個。原來以為會有 Rains 的斗篷雨衣,但是只有兩款排釦的。所以老婆鎩羽而歸。

這艘船似乎比較穩,輕微抖動的狀況比較少。晚餐菜色比較豐富一點,不過酒水只能點一杯,不是無限暢飲。麵包做得不錯,幾乎都好吃。

可惜奧斯陸到哥本哈根的海景實在一般。如果體力允許,應該要看個海上日出,不過真是累昏了,起床時已經五點多,太陽都直射房間了。

挪威之旅 – 4

2026/6/30 (二)

看完有名的各種天然景色後,我們拉車前往奧斯陸,沿途停幾個點休息。由於又是一早出發,避免交通管制,所以沒睡好,體力有點不足。

在半睡半醒之間,還好有拍到挪威長隧道特有的視覺變化站。這是為了避免駕駛開久了,景色都沒變,容易睡着。

當然,除了司機要看不一樣的東西,我們也需要。首先我們停在哈當格大橋 (Hardangerbrua) 旁拍照。

然後,前往超厲害的景點 – 菲爾鈴瀑布 (Vøringsfoss)。下圖左邊是一個水量很大的瀑布,右邊是一條比較細的,兩條瀑布在此合流回 Bjoreio 河(水往上方流)。

離開這個景點後,巴士開上有世界最長的公路隧道的 E16 公路 。中午在一家收藏許多老家俱的滑雪場 Vestlia 吃飯。

裡面有一整區都是擺各種有時代感的木製品,大至床櫃門窗、小至壺罐擺件,拍也拍不完,只好用眼神記錄了。

巴士續行,我們經過好幾個停滿遊艇的碼頭後,在挪威國家歌劇院下車。導遊說,挪威平均五個人有一艘遊艇。

這個歌劇院,採用大大小小的幾何型切割為造型。雖然有創意,但是比起同樣建在港口邊的雪梨歌劇院遜色了許多。尤其是刻意在可以平滑的上下坡上,切出很多逆向的平面-我想是寓意海浪吧?結果很多人走著走著無故抖一下,差點摔倒。

參觀完歌劇院外觀之後,還有一點時間到處溜達。最有趣的是看到這個街頭藝人,在地上畫各國國旗,然後有人把零錢放在自己母國的圖騰上。最左邊就是台灣,他也有畫中國,在最遠的右邊。顯然做生意的不需要過多的政治立場。

晚上在木造老木屋 Egon 餐廳吃 Carbonara,味道還不錯。網路上說這個要搭黑胡椒,試了果然可以提升風味。

飯後進到 Radisson Blu Hotel Alna酒店休息。因為這家旅館前面就是加油站,旁邊就是交流道,感覺沒啥好逛。本來打開電視要幫挪威加油,想不到看到哈德藍(Erling Braut Håland)踢進第二分後,剛進入傷停時間就跳電了。

原來是隔壁熱水壺的電路有問題,等飯店修理好,球賽也結束了。於是我改為專心寫部落格,一直寫到 7/1,才匆匆訂好 5:30am 的鬧鐘要起來吃早餐。然後倒頭便睡。