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  • 物理雙月刊 [第44卷6期]:凝態物理大驚奇 : 量子物質拓樸相
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  • 作者: 雜誌編輯團隊編
  • 出版社:台灣物理學會
  • 出版年:2022.12
  • 格式:PDF,JPG
  • 附註:雙月刊
  • ● 本書因出版社限制不提供朗讀功能
  • ● 本書因出版社限制不提供繁簡轉換功能
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本期內容簡介

總編輯的話

有一句西方諺語說:「太陽底下沒有新鮮事」,幸好在科學 上這句話不太成立,要不然人類就不需要花這麼大的力氣來了 解自然界,而科學家大概也早失業了。在我看來,最近十多年 在凝態物理系統所發現的拓樸材料,就是徹頭徹尾的新鮮事。 絕緣體原本是沒什麼用處、物理學家不太感興趣的材料,沒想 到它竟然可以用系統能帶的拓樸性質來做分類,而且具有不同 拓樸性質的材料之間,還會出現可以沿著介面方向傳導的邊界 態。此外,在「拓樸超導體」的邊界上會出現「馬約拉那」 (Majorana)粒子。由於它們受到拓樸性的保護,這些馬約拉那 粒子十分穩健,未來有可能應用於量子位元的製作。


12月號的物理雙月刊的主題是「量子物質的拓樸相」,分 別由欒丕綱、謝長澤與游至仕三位老師及台大物理系的碩士生 王奕誠撰寫專文。欒丕綱教授從最簡單的拓樸絕緣體系統SSH 模型開始,介紹了「卷繞數」及「陳數」這兩個一維及二維系 統對應的「拓樸不變量」。另外,他也解釋了拓樸材料特有的 「體-邊界對應」,拓樸材料的邊界態正是在實驗上驗證其拓樸 特性最直接的證據。謝長澤教授在上述的基礎上進一步指出, 量子物質的拓樸相實際上是超越了以往根據Landau-Ginzburg理 論對物質的「相」所做的分類。他接著介紹這個領域近幾年的 發展:受對稱性保護的拓樸相以及具交互作用的拓樸相。游至 仕教授與碩士生王奕誠則介紹近幾年另一個有趣的發展:當系 統變成「非厄米」(non-Hermitian)時所帶來新的拓樸現象。一 般而言,非厄米系統的能量本徵值為複數,其能隙的樣態有兩 種可能:線能隙及點能隙。此外,非厄米系統也出現兩大特 徵:例外點及非厄米趨膚效應。新奇的現象一個接一個出現, 令人目不暇給。

這期的「阿文開講」專欄介紹了「量子四書」:《The Old Quantum Theory》、《Sources of Quantum Mechanics》、《Early Quantum Electrodynamics》及《Selected Paper on Quantum Electrodynamics》,其中第四本書的編纂者是阿文的祖師爺許文 格。這四本書除了仔細交代量子力學發展過程中少為人知的來 龍去脈,也涵蓋了量子電動力學的整個發展過程,對於量子力 學發展過程感興趣的讀者絕對不容錯過。「皮皮老師的物理心 得」的主題是「物理中確定與不需確定的物理量」。他指出物 理中不需確定的物理量,大都與某種零點選擇的任意性有關, 不過他也提供了一個有趣的例外:亞伯拉罕-閔可夫斯基爭 議。他們爭論點在於,究竟光子的動量是在介質中還是在真空 中比較大?這個問題已經吵了上百年,一直到2021年都還有物 理學家在《物理評論》發表論文探討這個問題,你的好奇心是 不是已經被撩動了?

林志忠老師的專文「低溫電導實驗與局域標度理論吻合的一場 美麗誤會:二維弱局域效應」,一開頭就引用李雅達教授在1988年 的一段話:「在過去10年間,我們學到我們以前(基於波茲曼傳輸理 論及Landau費米液理論的)對低溫極限下的金屬電阻率的描述,幾 乎都是錯誤的。」這無異是對所有研究者的當頭棒喝。林教授的專 文提醒我們:有時真理是極其幽微的,唯有透過仔細的反覆驗證才 能在基礎研究獲致堅實的進展。

「發現自然之美」系列介紹了1973及1974年的諾貝爾物理獎。 江崎玲於奈與季埃弗兩人在1973年因「發現半導體和超導體的穿隧 效應」而各得到四分之一的獎金。另一半獎金則由約瑟夫森獲得, 他的貢獻是以理論預測了「約瑟夫森效應」的存在。1974年的諾貝 爾物理獎則是頒給兩位英國天文物理學家:賴爾與休伊什,以表彰 「他們在無線電天文物理學的開創性研究:賴爾的發明和觀測,特 別是合成孔徑技術;休伊什在發現脈衝星方面的關鍵性角色」。值 得一提的是:這是諾貝爾物理獎第一次頒給專業的天文學家。 

最後,這期的「物理新知」翻譯的是「開啟微晶體電子繞射的 潛力」及「愛因斯坦將感到雙倍不可思議」這兩篇文章。前一篇介 紹科學家如何透過快速冷凍技術的發展,避免電子造成生物材料的 破壞,因而得以利用低溫電子顯微鏡來解析奈米晶體中蛋白質的原 子級結構。這個新的技術所需的蛋白質晶體的大小僅為傳統X射線 晶體學所需的十億分之一,這無疑是確定蛋白質結構的一大利器。 第二篇文章解釋物理學家如何利用「量子關聯光」來協助觀測重力 波。愛因斯坦並不相信量子關聯性,他和波多斯基及羅森共同提出 的EPR悖論思想實驗,原本是想利用「量子關聯性」來證明量子理 論的不完備。但是到了1980年代,實驗證據顯示貝爾不等式不成 立,反而證明了量子理論的完備性,不存在所謂的「隱變數」。另 外一方面,愛因斯坦自己到了生涯晚期也不再相信重力波的存在。 巧合的是,現在物理學家居然要用「量子關聯光」來改善重力波的 偵測。愛因斯坦如果還在世,大概會覺得這些人根本是衝著他來。 歷史上有許多大物理學家都曾犯過錯誤,甚至說出一些以現在眼光 看來有點愚蠢的話,我們除了要學會在大自然面前更加謙卑,也不 禁要為科學發展過程的峰迴路轉、高潮迭起讚嘆不已。

雜誌簡介
 
物理雙月刊的誕生
物理雙月刊前身為「中華民國物理學會通訊」,為提供本會會員彼此聯絡之用。後因會員深感國內尚缺乏一專門介紹物理發展及新知之刊物,乃於民國68年7月正式創刊,名為「物理季刊」,每三個月出刊一次,並請吳大猷先生特為本刊封面親筆提字。民國76年6月改名為「物理會刊」,每兩個月出刊一次。至民國82年再改名為現在的「物理雙月刊」。
 

物理雙月刊的定位
「物理雙月刊」定位為物理的科普雜誌,希望可以透過國內物理各領域專家 學者為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。「物理雙月刊」努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。
  • 總編輯的話(第3頁)
  • 物理新知(第5頁)
    • 愛因斯坦將感到雙倍不可思議(第5頁)
    • 開啟微晶體電子繞射(microcrystal electron diffraction)的潛力(第15頁)
  • 物理專文(第25頁)
    • 凝態系統中的對稱與拓樸(第25頁)
    • 能帶拓樸:從厄米走向非厄米(第37頁)
    • 古典物理系統中的拓樸相與拓樸邊界態(第45頁)
  • 物理專欄(第55頁)
    • 阿文開講(第55頁)
    • 皮皮老師的物理心得 一個物理,多重表述—淺談物理中確定與不需確定的物理量(第69頁)
    • 發現自然之美(第73頁)
  • 好文推薦(第81頁)
    • 低溫電導驗證局域標度理論的美麗誤會 譯(第81頁)
    • 緬懷鄭天佐院士(第87頁)
紙本書 NT$ 150
單本電子書
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