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今年(民國114年,西元2025年),適逢量子力學誕生100週年,聯合國教科文組織將其訂定為國際量子科學技術年。中華郵政公司為彰顯量子科學技術,為人類科技革新建立嶄新里程碑,特於4月14日發行小全張1張,採燙印金箔,內含面值15元郵票4枚。郵票主題分別採「黑體輻射、光電效應」、「康普頓效應、波耳原子模型」、「波包、薛丁格的貓」及「量子位元、量子通訊」,倡議基礎量子科學的研究與貢獻,以及量子科技在發展永續能源、醫學、通訊、產業基礎建設、金融基礎安全性等扮演關鍵性角色,並期許臺灣持續強化量子科技研究量能,提升國際能見度。
這一枚郵票小全張,票圖以黑色為底,運用線條的方式,來展現物理上的量子科學,相信大家看到了這枚郵票小全張,可能看到了圖卻無法理解郵票上的線條圖案,所代表的是什麼意思?物理上的知識,要以圖案來展現,似乎是很難!就算是以圖案展示,要能看得出來它的內容,除非示對物理很熟知的專家,一般人應該是很難理解!先了解什麼是量子力學?量子力學主要是用來描述微觀下的行為,所描述的粒子現象無法精確地以古典力學詮釋。量子力學始於20世紀初馬克斯·普朗克和尼爾斯·波耳的開創性工作,馬克斯·玻恩於1924年創造了「量子力學」一詞。因其成功的解釋了古典力學無法解釋的實驗現象,並精確地預言了此後的一些發現,物理學界開始廣泛接受這個新理論。
看看郵票小全張的四枚主題,「黑體輻射、光電效應」,黑體輻射指的是任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的,也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關,因而被稱之為熱輻射。為了研究不依賴於物質具體物性的熱輻射規律,物理學家們定義了一種理想物體——黑體(black body),以此作為熱輻射研究的標準物體。而光電效應是指光照射到金屬上,引起物質的電性質發生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應。
「康普頓效應、波耳原子模型」的康普頓效應是一種當光子(如X射線或γ光子)與物質中的電子發生非彈性散射時的現象。在這個過程中,光子部分能量轉移給電子,導致電子被反衝出來,而光子的能量降低,散射時的波長比入射時長。康普頓效應可以用愛因斯坦的光子理論來解釋,該理論表明光子不僅具有能量還具有動量。康普頓效應的發現進一步證實了光的粒子性,對量子理論的發展產生了重要影響。而波耳原子模型是丹麥物理學家波耳在西元1913年提出氫原子模型,主張氫原子內的電子是運行在半徑不同、能量高低不連續的軌域上,繞行著原子核,就好比各行星以不同半徑的軌道繞行太陽一般,這就是所謂的電子軌域量子化。
「康普頓效應、波耳原子模型」的康普頓效應是一種當光子(如X射線或γ光子)與物質中的電子發生非彈性散射時的現象。在這個過程中,光子部分能量轉移給電子,導致電子被反衝出來,而光子的能量降低,散射時的波長比入射時長。康普頓效應可以用愛因斯坦的光子理論來解釋,該理論表明光子不僅具有能量還具有動量。康普頓效應的發現進一步證實了光的粒子性,對量子理論的發展產生了重要影響。而波耳原子模型是丹麥物理學家波耳在西元1913年提出氫原子模型,主張氫原子內的電子是運行在半徑不同、能量高低不連續的軌域上,繞行著原子核,就好比各行星以不同半徑的軌道繞行太陽一般,這就是所謂的電子軌域量子化。
「波包、薛丁格的貓」的波包是一種物理現象,是調製過的連續波,通常是指波在空間或時間上的局域化包絡。波包的概念在量子力學中尤爲重要,它描述了量子粒子的狀態,在這種狀態下,波的能量通常會聚集到一箇固定的空間尺度上。波包的概念可以用於解釋微觀粒子的行爲,它將波動和粒子性質結合起來。而薛丁格的貓將一隻貓、少量的鐳(存在50%的衰變概率)和氰化物(毒藥)、量子探測裝置和一把錘子,放在一個不透明的箱子中。此時的貓處於活著的狀態,如果鐳發生衰變,就會放射出粒子。此時粒子探測器就會進行接收,然後發出信號,觸發錘子的機關,錘子打碎裝有氰化物的瓶子,最後導致貓被毒死。而如果鐳不衰變,那麼機關就不會被觸發,貓就不會死。
「量子位元、量子通訊」的量子位元如同二進位位元是傳統運算中的基本資訊單位,量子位元是量子運算中的基本資訊單位。 量子運算將推動醫療保健、能源、環境系統、智慧材料及其他方面的全新發現。 量子位元使用疊加的量子力學現象,以達到兩個狀態的線性組合。而量子通訊是以量子力學基本原理為基礎,把量子系統「狀態」所帶有的物理資訊,進行計算、編碼和資訊傳輸的全新資訊方式。
從以上的簡單解釋這些名稱,相信很多人還是無法從字義上來理解,畢竟物理上的各種現象或理論,除了有專精的物理學者或專家,能夠很清楚的知道這些理論,而身為集郵愛好者,我們如果喜歡就製作一些郵品來收藏,如果不是很喜歡的話,也買一枚來收藏吧!
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