差點成為奧運選手的諾貝爾獎得主
⭐物理學家波耳(Niels Henrik David Bohr, 1885-1962)
1922年諾貝爾物理獎得主。量子力學先驅。科學成就是發展出波耳模型分析氫原子。並提出互補原理和哥本哈根解釋來闡述量子力學,對20世紀初的物理學有深遠影響。
鮮為人知的是,這位諾貝爾獎得主其實也是運動健將,波耳和弟弟Harald Bohr都是哥本哈根足球俱樂部成員。波耳是守門員,據說他守門時還會在門柱上計算公式。可惜他未成為1908年倫敦夏季奧運會的男子足球國家隊成員。不過,Harald Bohr帶著兄弟對足球的熱情進入國家隊,最終丹麥也在1908年的奧運會上奪下銀牌。Harald Bohr後來還是鑽研周期函數的數學博士。
故事還沒結束,波耳的兒子Aage Niels Bohr在1975年也獲諾貝爾物理獎。
(待續……)
#獲獎原因
「他對原子結構以及從原子發射出的輻射的研究」
"for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them"
#NobelPrize #諾貝爾獎 #科學貢獻
同時也有8部Youtube影片,追蹤數超過3萬的網紅李祥數學,堪稱一絕,也在其Youtube影片中提到,線上課程賣場:https://changhsumath.1shop.tw/ewkhca 成為這個頻道的會員並獲得獎勵:https://www.youtube.com/channel/UCU2axN3MDyvq01LOK1umZGQ/join 追蹤我的ig:https://www.instagra...
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波函數公式 在 筆記 Facebook 的最佳貼文
大家好!今天要交功課,所以挑戰自我的快速錄製這篇自我介紹,並不是要告訴各位什麼大道理。
相反的,熟識我的人都知道,及然一出生被醫生判定為發育遲緩,小學五年級還被班導師當著全班同學說我五音不全,上了國中更是A段班、B段班、放牛班、資優班全都讀過。
長大後,談個戀愛還被兵變,入社會工作兩度被炒魷魚,這樣的人,可以在外商公司負責 global sales & marketing head,可以台灣首富身邊做幕僚,可以擔任兩家上市公司董事,可以經營台灣知名的創業加速器。
我只想告訴你,這些一點都不神奇,過去及然也搞不懂自己為什麼會失敗,即使成功也不知道為什麼會成功,就像日本經營之神稻盛和夫先生,在65歲的時候問了自己一個簡單的問題:「人生的意義究竟是什麼 ?」
幸運的是,及然沒有像稻盛和夫去日本京都圓福寺出家,而是在母親的啟發下,因緣際會接觸了量子物理學,從「量子能量公式」到「量子複數波函數」,從第一維度到第八維度時空,從腦神經細胞到意識的作用,終於掌握了宇宙大自然運行的法則,並且透過這個法則改變了自己,也改變了人生。
這些原理會很困難嗎?完全不會,連我這個放牛班的都一看就懂,一聽就會,所以不要再問我為什麼了,人生沒有為什麼,要問要不要?因為要就有希望!
給自己一個機會,全世界最遠的距離不是搭乘飛機的距離,而是我們從頭到腳的距離,因為知道,卻做不到。
我是顧及然,我們一起來做到吧!2021 成就第一!Oh~~~Yes!
想與我對話的朋友,歡迎在下面留言,或是這個月底直接來高雄義大與我面對面交流喔~
《生命的震動與覺醒》
時間:2021年 1 月 29~31 日 三天二夜課程
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用深度神經網路求解「薛丁格方程式」,AI 開啟量子化學新未來
作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 01 月 02 日 0:00 |
19 世紀末,量子力學的提出為解釋微觀物質世界打開了一扇大門,徹底改變了人類對物質結構及相互作用的理解。已有實驗證明,量子力學解釋了許多被預言、無法直接想像的現象。
由此,人們也形成了一種既定印象,所有難以理解的問題都可以透過求解量子力學方程式來解決。
但事實上能夠精確求解方程式的體系少之又少。
薛丁格方程式是量子力學的基本方程式,即便已經提出七十多年,它的氫原子求解還是很困難,超過兩個電子的氫原子便很難保證精確度。
不過,多年來科學家們一直在努力克服這一難題。
最近,來自柏林自由大學(Freie Universität Berlin) 的科學團隊取得了突破性進展,他們發表的一篇名為《利用深度神經網路解電子薛丁格方程式》的論文,登上《Nature Chemistry》子刊。
論文明確指出:利用人工智慧求解薛丁格方程式基態解,達到了前所未有的準確度和運算效率。該人工智慧即為深度神經網路(Deep-neural-network),他們將其命名為 PauliNet。
在介紹它之前,我們先來簡單了解薛丁格方程式。
什麼是薛丁格方程式?
薛丁格方程式(Schrödinger Equation),是量子力學中的一個基本方程式。又稱薛丁格波動方程式(Schrödinger Wave Equation),它的命名來自一位名為埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrödinger)的奧地利物理學家。
Erwin 曾在 1933 年獲得諾貝爾物理學獎,是量子力學奠基人之一。他在 1926 年發表的量子波形開創性論文中,首次提出了薛丁格方程式。它是一個非相對論的波動方程式,反映了描述微觀粒子的狀態隨時間變化的規律。
具體來說,將物質波的概念和波動方程式相結合建立二階偏微分方程式,以描述微觀粒子的運動,每個微觀系統都有一個相應的薛丁格方程式,透過「解方程式」可得到波函數的具體形式以及對應的能量,從而了解微觀系統的性質。
薛丁格方程式在量子力學的地位,類似牛頓運動定律在經典力學的地位,在物理、化學、材料科學等多領域都有廣泛應用價值。
比如,應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題已形成「量子化學」基礎學科,研究範圍包括分子的結構、分子結構與性能之間的關係;分子與分子之間的相互碰撞、相互作用等。
也就是說,在量子化學,透過求解薛丁格方程式可以用來預測出分子的化學和物理性質。
波函數(Wave Function)是求解薛丁格方程式的關鍵,在每個空間位置和時間都定義一個物理系統,並描述系統隨時間的變化,如波粒二象性。同時還能說明這些波如何受外力或影響發生改變。
以下透過氫原子求解可得到正確的波函數。
不過,波函數是高維實體,使捕獲特定編碼電子相互影響的頻譜變得異常困難。
目前在量子化學領域,很多方法都證實無法解決這難題。如利用數學方法獲得特定分子的能量,會限制預測的精確度;使用大量簡單的數學構造塊表示波函數,無法使用少數原子進行計算等。
在此背景下,柏林自由大學科學團隊提出了一種有效的應對方案。團隊成員簡‧赫爾曼(Jan Hermann)稱,到目前為止,離群值(Outlier)是最經濟有效的密度泛函理論(Density functional theory ,一種研究多電子體系電子結構的方法)。相比之下,他們的方法可能更成功,因在可接受計算成本下提供前所未有的精確度。
PauliNet:物理屬性引入 AI 神經網路
Hermann 所說的方法稱為量子蒙地卡羅法。
論文顯示,量子蒙地卡羅(Quantum Monte Carlo)法提供可能的解決方案:對大分子來說,可縮放和並行化,且波函數的精確性只受 Ansatz 靈活性的限制。
具體來說,團隊設計一個深層神經網路表示電子波函數,這是一種全新方法。PauliNet 有當成基準內建的多參考 Hartree-Fock 解決方案,結合有效波函數的物理特性,並使用變分量子蒙地卡洛訓練。
弗蘭克‧諾(Frank Noé)教授解釋:「不同於簡單標準的數學公式求解波函數,我們設計的人工神經網路能夠學習電子如何圍繞原子核定位的複雜模式。」
電子波函數的獨特特徵是反對稱性。當兩個電子交換時,波函數必須改變符號。我們必須將這種特性構建到神經網路體系結構才能工作。
這類似包立不相容原理(Pauli’s Exclusion Principle),因此研究人員將該神經網路體系命名為「PauliNet」。
除了包立不相容原理,電子波函數還具有其他基本物理特性。PauliNet 成功之處不僅在於利用 AI 訓練數據,還在將這些物理屬性全部整合到深度神經網路。
對此,FrankNoé 還特意強調說:
「將基本物理學納入 AI 至關重要,因為它能夠做出有意義的預測,這是科學家可以為 AI 做出有實質性貢獻的地方,也是我們關注的重點。」
實驗結果:高精確度、高效率
PauliNet 對電子薛丁格方程式深入學習的核心方法是波函數 Ansatz,它結合了電子波函數斯萊特行列式(Slater Determinants),多行列式展開(Multi-Determinant Expansion),Jastro 因子(Jastrow Factor),回流變換(backflow transformation,),尖點條件(Cusp Conditions)以及能夠編碼異質分子系統中電子運動複雜特徵的深層神經網路。如下圖:
論文中,研究人員將 PauliNet 與 SD-VMC(singledeterminant variational,標準單行列式變分蒙地卡羅)、SD-DMC(singledeterminant diffusion,標準單行列式擴散蒙地卡羅)和 DeepWF 進行比較。
實驗結果顯示,在氫分子(H_2)、氫化鋰(LiH)、鈹(Be)以及硼(B)和線性氫鏈 H_10 五種基態能量的對比下,PauliNe 相較於 SD-VMC、SD-DMC 以及 DeepWF 均表現出更高的精準度。
同時論文中還表示,與專業的量子化學方法相比──處理環丁二烯過渡態能量,其準確性達到一致性的同時,也能夠保持較高的計算效率。
開啟「量子化學」新未來
需要說明的是,該項研究屬於一項基礎性研究。
也就是說,它在真正應用到工業場景之前,還有很多挑戰需要克服。不過研究人員也表示,它為長久以來困擾分子和材料科學的難題提供了一種新的可能性和解決思路。
此外,求解薛丁格方程式在量子化學領域的應用非常廣泛。從電腦視覺到材料科學,它將會帶來人類無法想像的科學進步。雖然這項革命性創新方法離落地應用還有很長的一段路要走,但它出現並活躍在科學世界已足以令人興奮。
如 Frank Noé 教授所說:「相信它可以極大地影響量子化學的未來。」
附圖:▲ Ψ 表示波函數。
資料來源:https://technews.tw/2021/01/02/schrodinger-equation-ai/?fbclid=IwAR340MNmOkOxUQERLf4u3SK0Um6VQVBpvEkV_DxyxIIcUv8IP88btuXNJ6U
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課題: Expanding Polynomial 多項式展開
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波函數公式 在 [波函數]電磁波波函數? - 精華區TransPhys - 批踢踢實業坊 的推薦與評價
我看逢甲的考古
在真空中,公制單位的平面極化電磁波波函數Ey=60Sin(3*10^7χ-ωt),
此電磁波的磁場振幅是多少T?
(a) 20*10^(-8)
(b) 180*10^8
(c) 60*10^(-5)
(d) 10*10^(-7)
請問答案是C嗎?因為Sin前面是60
頻率是多少Hz
(a)57.2*10^14
(b)42.9*10^14
(c)28.6*10^14
(d)14.3*10^14
波長是多少m
(a)0.84*10^(-6)
(b)0.63*10^(-6)
(c)0.41*10^(-6)
(d)0.21*10^(-6)
拜託大大們,幫幫忙...
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.126.136.246
※ 編輯: memory09 來自: 140.126.136.246 (05/16 23:29)
> -------------------------------------------------------------------------- <
作者: Morphee (千磨萬擊還堅勁) 看板: TransPhys
標題: Re: [波函數]電磁波波函數?
時間: Mon May 16 23:35:55 2005
化成標準型 f(x+vt) +或-跟方向有關
其他的話,k = ? 跟波長有關.
這題是定義題,你對定義了解多少?
phase 標準型 : kx-wt
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.123.220.24
※ 編輯: Morphee 來自: 140.123.220.24 (05/16 23:47)
> -------------------------------------------------------------------------- <
作者: t072386 (木曾拓哉) 站內: TransPhys
標題: Re: [波函數]電磁波波函數?
時間: Mon May 16 23:40:14 2005
※ 引述《memory09 (綠)》之銘言:
: 我看逢甲的考古
: 在真空中,公制單位的平面極化電磁波波函數Ey=60Sin(3*10^7χ-ωt),
: 此電磁波的磁場振幅是多少T?
: (a) 20*10^(-8)
: (b) 180*10^8
: (c) 60*10^(-5)
: (d) 10*10^(-7)
: 請問答案是C嗎?因為Sin前面是60
應該是(a)因為給的是磁場的波函數
E/B=c 所以60要除上光速
: 頻率是多少Hz
: (a)57.2*10^14
: (b)42.9*10^14
: (c)28.6*10^14
(d)14.3*10^14
: 波長是多少m
: (a)0.84*10^(-6)
: (b)0.63*10^(-6)
: (c)0.41*10^(-6)
(d)0.21*10^(-6)
: 拜託大大們,幫幫忙...
我是今年要轉考的,想說上來練一下
不對的話請指教^^
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 163.25.118.38
> -------------------------------------------------------------------------- <
作者: flashmaker (什麼!!什麼!!什麼!!) 看板: TransPhys
標題: Re: [波函數]電磁波波函數?
時間: Tue May 17 00:48:10 2005
※ 引述《memory09 (綠)》之銘言:
: 我看逢甲的考古
: 在真空中,公制單位的平面極化電磁波波函數Ey=60Sin(3*10^7χ-ωt),
: 此電磁波的磁場振幅是多少T?
: (a) 20*10^(-8)
: (b) 180*10^8
: (c) 60*10^(-5)
: (d) 10*10^(-7)
: 請問答案是C嗎?因為Sin前面是60
: 頻率是多少Hz
: (a)57.2*10^14
: (b)42.9*10^14
: (c)28.6*10^14
: (d)14.3*10^14
: 波長是多少m
: (a)0.84*10^(-6)
: (b)0.63*10^(-6)
: (c)0.41*10^(-6)
: (d)0.21*10^(-6)
: 拜託大大們,幫幫忙...
其實答案已經呼之欲出了阿
有振幅 有波數 如果妳又知道E×B=C 那答案顯而易見了
振幅60/C ANS:a
頻率W/2pi C=W/K ANS:d
波長2pi/K ANS:d
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.122.223.143
> -------------------------------------------------------------------------- <
作者: lgsfrank (遙想) 看板: TransPhys
標題: Re: [波函數]電磁波波函數?
時間: Sun May 22 01:57:22 2005
: : 拜託大大們,幫幫忙...
: 其實答案已經呼之欲出了阿
: 有振幅 有波數 如果妳又知道E×B=C 那答案顯而易見了
^^^^^^^^^^^
不是E/B=C嗎@@
: 振幅60/C ANS:a
: 頻率W/2pi C=W/K ANS:d
: 波長2pi/K ANS:d
請問c=w/k是怎麼出來的? 是不是直接記去起來就好(看不太懂原文書和參考書解釋的)
好像是從波動方程去推導出來所得的結論
還有這一章的公式要會推的有多少
我在原文書有看到類似超過大一所學之數學範圍
像E/B=C 波動方程式啊…等~
是不是只要把一些小公式記一記就好囉!
感覺對轉考來說不是很重要的一章…
謝謝!
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作者: Morphee (千磨萬擊還堅勁) 看板: TransPhys
標題: Re: [波函數]電磁波波函數?
時間: Sun May 22 16:45:21 2005
※ 引述《lgsfrank (遙想)》之銘言:
: : 其實答案已經呼之欲出了阿
: : 有振幅 有波數 如果妳又知道E×B=C 那答案顯而易見了
: ^^^^^^^^^^^
: 不是E/B=C嗎@@
: : 振幅60/C ANS:a
: : 頻率W/2pi C=W/K ANS:d
: : 波長2pi/K ANS:d
: 請問c=w/k是怎麼出來的? 是不是直接記去起來就好(看不太懂原文書和參考書解釋的)
: 好像是從波動方程去推導出來所得的結論
: 還有這一章的公式要會推的有多少
: 我在原文書有看到類似超過大一所學之數學範圍
: 像E/B=C 波動方程式啊…等~
: 是不是只要把一些小公式記一記就好囉!
: 感覺對轉考來說不是很重要的一章…
: 謝謝!
不知道你的用書為何?
我自己是覺得最好的普物參考書就是大2以上物理每個科目的用書,
打比方:
你看不懂高一基礎物理? 或是覺得怪怪的, 看高2高3的物理課本作為補充是最有幫助的.
你看不懂大一普通物理?或是覺得怪怪的,看大2大3的物理課本作為補充是最有幫助的.
但是要懂得如何參考,才不會花太多時間.
針對你說的波函數,我自己是覺得不難,
大概是這樣的:
1.
以前我們關心粒子的位置如何隨時間變,所以寫下X = X(t)
現在有很多粒子,他們有空間上的分布,也會隨時間而變,
所以我們關心 f = f(x,t) ,這是一種場分布的概念.
2.
這邊要架座標,有兩個座標, 一個靜止在原點,叫X;一個隨波以v前進,叫X'
x = x' - vt
所以 f = f(x-vt): 就是說波的函數都是x,v,和t的這樣一個組合.
3.
然後做拉緊弦的一個力分析,有點像第66篇(C)小題的分析,
就可以推出wave eqs (知道是哪個嗎? sorry,不會打偏微),
這個偏微方的解就是sin(x- vt) 或 cos(x-vt)的形式(當然還有一些未定係數)
一般普物通常以這邊為起點來介紹波函數.
4.
接下來就是術語學的工作了
波: f = A cos[k(x- vt)+ δ]
δ是初相位,設為零.(為了簡化)
f = A cosk(x- vt) = Acos(kx - kvt)
我們知道cos是週期函數,其定義為: cosx = cos(x+ T)
首先研究一個空間的週期,令t = 0 ,
f = A cosk(x) = Acos(kx) = Acosk(x+λ)
所以 kλ = 2π k: wave number
k之於波長,如同黑襪之於正妹 (前面是必然的,後面那一句就不是那麼一定了.)
我相信時間的週期妳可以自己推出了.
https://www.wretch.cc/album/fightclubx
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