物理專區

物理 · 動手玩版本

這裡的每一頁都是數學專區的應用層。線代的特徵向量會在彈簧上晃給你看、 機率統計的 MCMC 會在自旋格子上跑、傅立葉會直接變成不確定性原理。所以每張卡片下面都標了「用到哪一頁」。

🎚️ 熱身:共振

先看一次「一個數字慢慢變,行為卻突然變了」

外力方向 穩態振幅曲線 自然頻率 ω₀ = 1
驅動頻率 ω_d1.00
阻尼 γ0.08
穩態振幅
相位落後
品質因數 Q = ω₀ / 2γ

把 γ 調到 0.02、再把 ω_d 慢慢推向 1 — 振幅不是線性變大,是在最後一小段突然衝上去。 這種「參數連續變、行為不連續」的現象,在 Ising 那頁會以相變的形式再出現一次。

📍 這 6 頁怎麼串起來

Chapter 1 · 從古典到統計

先在完全古典的地盤上,把兩個之後會反覆用到的工具練熟:把耦合系統對角化、以及用取樣去逼近一個沒有解析解的分布。

Chapter 2 · 波動作為橋樑

量子的怪事有一半其實只是波的性質。先把「波包有寬度」講清楚,雙狹縫的條紋就不神秘了 — 神秘的是那個「一顆一顆來」。

Chapter 3 · 量子的硬骨頭

剩下真的無法用古典講的兩件事:波函數會穿過古典禁區,以及糾纏關聯強到任何隱變數模型都追不上。這兩頁都是跑出來的,不是畫出來的

📡 電波專區

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另外 6 頁,主題是訊號離開天線之後會發生什麼事:鏈路預算、天線陣列、 地形繞射、多路徑衰落、香農容量,以及一群沒有基地台的節點怎麼把訊息接力送出去。 一樣接回數學專區 —— 陣列因子是傅立葉、衰落統計是中央極限、容量的單位是熵那一頁的 bit。

Chapter 1 · 從古典到統計

🪀 耦合振子與正常模態

兩顆質量、三根彈簧。能量在兩顆之間來回搬,看起來很複雜 — 換到「正常模態」座標,它就只是兩個各自獨立的簡諧振動。對角化不是技巧,是找到讓它們不再互相干擾的那組座標。

用到: 特徵向量與對角化

Chapter 1 · 從古典到統計

🧲 二維 Ising 模型與相變

一格一格的自旋,拉溫度滑桿。過了 T_c ≈ 2.269 的瞬間,畫面從雜訊突然結晶成大塊磁區 — 相變是滑桿一格之差,看得見的質變。

用到: 馬可夫鏈與 MCMC · 熵與 KL 散度

Chapter 2 · 波動作為橋樑

🌊 不確定性原理 = 傅立葉對偶

把波包拉窄,動量分布就變寬,乘積壓不下 ħ/2。海森堡不是「測量會打擾粒子」的玄學 — 它是任何波都有的傅立葉性質,聲波也有。

用到: 傅立葉畫畫 · 波形合成器

Chapter 2 · 波動作為橋樑

🔦 雙狹縫與單光子累積

一次只打一顆。前十顆是隨機亮點,一萬顆之後條紋才長出來。再把偵測器打開 — 同樣的光、同樣的狹縫,條紋沒了。

用到: 不確定性原理

Chapter 3 · 量子的硬骨頭

🚧 量子穿隧

用 split-step FFT 真的解含時薛丁格方程。能量低於障礙,波包照樣有一部分穿過去;而且太薄的高牆比矮胖的牆好穿。模擬值與課本公式並排比對。

用到: 不確定性原理

Chapter 3 · 量子的硬骨頭

🔗 貝爾不等式與 CHSH 實驗

自己挑角度、自己跑幾萬對。任何「粒子出發前就決定好答案」的模型,S 都不可能超過 2;量子力學給你 2.83。這一頁你可以親手把局域實在論測掉。

用到: 機率分布動物園 · 大數法則與中央極限

🔭 獨立模擬器

不屬於上面那條課程線,各自成篇 — 都是「規則很簡單,行為卻不簡單」的系統。

🪐 N 體運動模擬器

重力多體:二體為何穩定、三體為何混沌。兩個只差 δ 的初始條件同時跑,直接看見對初始條件的敏感依賴。

🚗 交通流體力學

沒有事故、沒有路口,塞車還是憑空出現。看幽靈塞車如何從一個煞車動作長成一列往後傳播的波。

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