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如何開始科學研究 (1)

在欠著量子物質態簡介的狀態下,我覺得還是有必要從概念上說明科學研究是什麼。並且介紹科學研究中的一些基本技能,幫助有志従事科學研究的學生,少走一些冤望路。 科學是什麼?科學研究最重要的幾個需求 可以被證偽,以及預測能力 科學理論最基本的要求是:需要是一個可以被證偽的理論。可以被證偽的意思是:我們要有方法(其他理論或實驗)可以證明該理論是錯的。這個理論的創造者,有義務提出他的理論可以被證偽的結構。也就是這個理論的創造者,可以定義出什麼情況下,他所創造的理論會是錯的。如果沒辦法本質上構築出證偽的手段,那這個理論就不屬於科學,屬於連錯誤都稱不上(Not even wrong)的範疇。 什麼是可證偽?可以證偽的對象是什麼?一個科學理論最重要的兩個部分是,推論過程和他的預測能力。主要證偽的...

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物質態:對稱性與朗道的相變理論

版權所有,翻譯或引用前請註明出處。這樣如若有誤可以找到是我的錯,如果覺得講的不錯是來自於我從收集領域中前輩的知識詮釋整理而成,非我獨立創出。 物質態(Phases of matter)大概是什麼?我們想了解什麼? 我們在進入大學以前某個時間點,會學到水有“三態”(或是三相,由於相(phase)這個字很容易和量子力學的相位(phase)搞混,我們接下來就用態來描述我們的物質。),也就是三個物質態–固態(冰)、液態(水)和氣態(水蒸氣)。這大概是我們從小開始的學習過程中最早接觸到和物質態有關的概念。在我那個年代,固態大概是等同有晶格結構的物質,也就是說他們交互作用足夠強,讓每個分子願意依照這個交互作用的指揮,整齊地排列。液態也是有交互作用,但是交互作用沒有固態那麼強烈,所以分子們還是有...

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從還原論與湧現論開始:等效理論、多體系統、湧現現象

版權所有,翻譯或引用前請註明出處。這樣如若有誤可以找到是我的錯,如果覺得講的不錯是來自於我從收集領域中前輩的知識詮釋整理而成,非我獨立創出。 More is different More is different. 是凝聚態理論學家 P. W. Anderson的一篇有名的文章。解釋凝聚態理論中的核心概念-湧現現象(emergent phenomena)。 小時候學過一句話叫”打破沙鍋問到底”。問到底好像變成做學問的一貫方向,小還有更小。我們從天空為什麼是藍的?因為空氣中有一堆有的沒的東西散射。那什麼是空氣?空氣是不同氣體組成的,大部份是氮氣,有一些是氧氣。那氧氣是什麼?是氧分子在氣態的物質態。那氧分子是什麼?是氧原子形成的雙原子分子。那氧原子是什麼?是一個具有特定結構原子核和一...

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引言:古典系統與量子系統

版權所有,翻譯或引用前請註明出處。這樣如若有誤可以找到是我的錯,如果覺得講的不錯是來自於我從收集領域中前輩的知識詮釋整理而成,非我獨立創出。 古典與量子的本質差別:組態與量子態 從理論結構來說,物質的狀態在古典物理中是用古典的組態(configuration)去描述。這種組態可能是質點的位置、速度、磁矩的向量、磁矩向量所在位置等等。而他們的動力學行為則遵守牛頓第二定律($ \vec{F}=m\vec{a}$),不同的交互作用力決定這些組態隨時間如何演化。系統中可能有能量不守恆的耗散力(dissipative force)或是維持系統能量守恆的保守力。 量子系統則是使用波函數描述系統狀態。波函數是什麼?可以想成古典系統可以有各種可能的組態,而這些組態的概念是在某個時間點下,系統就是...

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量子物質態(quantum matter)簡介

我們的團隊主要研究方向是量子多體系統中糾纏態的各種性質。我有興趣的方向包含從抽象端糾纏態的穩定性、對稱性分類到材料端量子糾纏態如何實現、穩定、量測、操作以及動力學的各種機制的探索。以理論分析為主要研究主軸,也需要一定程度的數值模擬。有興趣的研究主題包含阻挫系統、量子物質的拓樸態研究、多體局域化行為以及強關聯多體量子動力學。 這段話對於不熟悉我研究的同學來說,應該還是很抽象,所以我決定寫一系列的半科普文章來介紹這個領域。讓有興趣的同學有個大概的了解。所以準備在這個Blog開始這個計畫。一方面介紹自己的研究和思路。第二方面是我在發展過程中,在很多物理學家的Blog受益良多,雖然我大部分時間都在潛水,但是他們分享教學、人生經驗和學術品味上,我相信對這個世界有極大的助益。我也相信,寫有意義的...

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