課程大綱:
1. 科學的演化:


* 東、西方科學觀之演化(計算時間與度、量、衡之演變作輔軸)。何謂科學精神、科學方法中約化主義與整體主義(wholism)在研究態度上之異相與互補之處。
* 科學與今日人文系統之衝突及其原因與解決之方案。
* 宇宙的一些基本特質的討論(如時間、空間平移不變之性質如何影響著我們每天的生活等,例如:為什麼一尺就是這麼長?)引進物質具有不同相態的概念。(如水、冰、水蒸氣有著完全不一樣的物理定律,起因只是其原子有著不同的排列組合。)


2. 觀察與物理:


* (i.e. 墨子的記?,泰嶄斯的靜電實驗 … 等 ) 、如何估算誤差與增加精確度 (i.e. 如何改良一單擺的精確度 ); 數學如何被引進物理系統中 ( 同時強調數學與物理的分別 ) ,用數學描述的物理定律並不一定使我們增加對物理系統?際運作之機制的瞭解﹔物理定律背後可能隱藏箸的普遍特質等, Gedankan Experiment 之重要。

3.牛頓力學:


* 緣起與想法;十六世紀計算時間與空間之方法(鐘擺、日晷、沙漏…)。
* 絕對時間與空間之機械性含義與推想(為什麼一尺是這麼長?) 。
* 伽利?的落體實驗、慣性定律的建立、 Kepler 對行星軌道的觀察萬以及牛頓力學如何統一地上的落体物理與天上行星運動的一切現象。強調牛頓引力定律並沒有使我們對宇宙中星星為什麼會如此運作的機制有進一步的理解 ; 點出科學的侷限。

4.古典熱力學:


* 溫度計的發展歷史、 PV=nRT中不同物理量的意義及導出何謂熱平衡及溫度之概念。
* 熱、能量間之關係;介紹熱力學三大定律,討論十九世紀初如何把物質看成是連續流體或實體的觀念與entropy、溫度間之關係、宇宙死亡的問題。
* 熱力學如何導致物質以原子作單位的物理思想;Brownian motion 之意義、統計物理的出現;時間與空間測量之改變,時間箭頭 ( 方向性 ) 概念出現。

5.牛頓力學、古典熱力學間之矛盾與十八世紀末歐洲社會之現象及消融矛盾之過程與努力
6. Chaos, Self-organizing criticality, complexity;Chaos 與牛頓力學之關係,從Harmonic Oscillator (Simple pendulum) 說起,這些新的科學觀如何影響近代社會學與政治。
7.Transport Properties與Emergent Properties:


* Diffusion Equation 與Brownian motion之意義
* 噪音、擾動在物理、生命與宇宙所扮演之角色

8.光學、波動系統:


* 縱波、橫波與衛更斯原理(為何引進以太?) 光速與音速之測量。
* 波之各種現象與愛因斯坦之困惑(狹義相對論之起源)
* 電力與萬有引力之相似性,電磁對時空概念之衝激,販賣標準時間的公司及標準局之出現

9.回顧牛頓系統、光學、電磁系統、Chaos、Transport Properties間之衝突,解決之方法與新思維出現(ie. 如Mach原理, Mach 對牛頓系?的批判 …); 分析牛頓與愛?斯坦在觀念與方法上的分別。

10. 物理與生物系統之異同,應用與可能出現的哲學問題,如價值、意義及生命等現象如何與物理系統的基本機械觀互相衝突等。

11.計算與物理間一體兩面或互補的關係(宇宙的計算本質,計算如何指導物理的發展)數位與Analog概念之分別與應用:


例如:
a.利用Simulator Demo Harmonic Oscillator
b. Cellular Automaton 與Self-organizing criticality 間關係

12.總結:


* 今天的時間、空間測量系統所隱含的概念
* 牛頓力學、生物學、計算學間之同與異,及消融這些矛盾所需之原理或努力方向 ; 再回顧物理與數學悶的神祕關係及未來的展望。


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