Wikimedia Taiwan/Photonics Program/光之年

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維基百科光電計畫 正式啟動!

「所有這些都是由科學的一個領域——光學所驅動的。如果說20世紀是電子時代,21世紀則是光的時代。」—— 歐洲物理協會會長約翰·杜德里

光電科技[edit]

臺灣夜晚空照圖

現代人類生活的許多發明都與光電領域有著密切關係,從視力矯正眼鏡、X光檢查骨骼狀況、高清晰電視、數碼多功能影音光碟、手機、網際網路以及衛星環境觀測等,而這一領域擁有非常廣闊的發展前景。今日人類已經發明各種光源點亮夜晚、發射衛星探索星空、並用光纖網際網路串聯起全世界,而科學家對於光電科技的下一步發展也難以預測。

其中以光為基礎的技術具有多元化的應用特性,可以運用在醫藥、通信和能源等諸多領域的應用。期望光科學與技術能提供人類有機會轉換更具持續發展之生活方式的可能性,並期望能有助於減輕物質匱乏地區的貧困問題,更希望能對生活在沒有電力系統可達地區的 13 億人口,改善其基本生活的需求和品質。國際能源總署便估計到了2060年時,太陽能科技可望提供世界三分之一的能源。

諾貝爾物理獎[edit]

藍光LED

紅光LED與綠光LED很早之前便成功研發出來,但是受限於三原色中的藍光LED技術不佳,因而無法達成革命性的白光照明。曾有不少科學家與產業人士陸續投入藍光LED的開發,但是30年來從未有人成功。1990年代初期,開發氮化鎵結晶化技術的赤崎勇,與同在名古屋大學的天野浩、以及當年任職日亞化學的中村修二共同合作,成功自半導體材料中研發高亮度的藍光LED技術,使得具有長效節能特性的白光照明得以實現,進而取代傳統含有害物質的照明燈具。

2014年時,3人因為「發明高亮度藍色發光二極體,帶來了節能明亮的白色光源」而共同獲得諾貝爾物理獎。藍光LED的發明使得人類湊齊了能發出三原色光的LED,得以用LED湊出足夠亮的白光。白光LED促成了各種LED顯示屏的發明,也促進了照明效率的大幅提高。這也使得人類降低碳排放、對抗氣候變遷成爲可能,這讓藍光的LED燈的發明被譽爲「愛迪生之後的第二次照明革命」。

周年紀念[edit]

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上排:海什木、奧古斯丁·菲涅耳
中排:詹姆斯·克拉克·馬克士威、阿爾伯特·愛因斯坦
下排:阿諾·彭齊亞斯與羅伯特·威爾遜

1015年[edit]

阿拉伯學者海什木撰寫首篇光學研究,內容顯著地推動光學領域的發展。他以實驗證明光線在進入眼睛後產生影像,並且透過暗箱說明光線的物理性質。

1815年[edit]

法國物理學者奧古斯丁·菲涅耳提出光的波動性,對光屬性的理論與實驗提出重要的研究貢獻。他利用自己設計的雙鏡和雙稜鏡進行光的干涉實驗,在托馬斯·楊之後再次證實了光的波動性。

1865年[edit]

蘇格蘭數學物理學家詹姆斯·克拉克·馬克士威提出了將電、磁、光統歸為電磁場中現象的光電磁傳播理論,又被稱作馬克士威方程組。其中馬克士威提出電場和磁場以波的形式以光速在空間中傳播,並提出光是引起同種介質中電場和磁場中許多現象的電磁擾動,同時從理論上預測了電磁波的存在,進而在電磁學領域實現了物理學自艾薩克·牛頓後的第二次統一。

1905年[edit]

猶太裔理論物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在論文《關於光的產生和轉變的一個啟發性觀點》裡提出光量子假說,進而能夠解釋光電效應的實驗結果。其中愛因斯坦認為光是由離散的能量量子組成,這能量量子稱為光量子,後來被簡稱為光子。最初光量子假說遭到物理學者強烈質疑,其中包括馬克斯·普朗克以及尼爾斯·波耳等人。後來,羅伯特·密立根做實驗證實了光電效應的方程式,阿瑟·康普頓做康普頓散射實驗展示在某種情況下光會表現出粒子性。

1915年[edit]

阿爾伯特·愛因斯坦一連串發表了四篇關於廣義相對論的論文,在此愛因斯坦認為相對論原理可以延伸至重力場的建模,從而研究出來的一些重力理論。其中在第三篇論文《用廣義相對論解釋水星近日點運動》詳細分析水星的反常進動現象,所得到的理論數值與實驗數據完全符合,並且還修改先前對於光子路徑在重力場中發生的偏折所做的估算,這修正後來也成功通過實驗檢試。而第四篇論文《重力場方程式》則提出具有廣義協變性的場方程式,後來稱為愛因斯坦場方程式,這方程式能夠描述重力場和物質彼此之間的交互作用。

1965年[edit]

美國無線電天文學家阿諾·彭齊亞斯羅伯特·威爾遜在《天體物理學報》上發表了題為《在4080兆赫上額外天線溫度的測量》的論文,表示在美國電話電報公司使用一具為早期通訊衛星設計的天線時,接收到了來自天空均勻且不隨時間變化的訊號。隨後普林斯頓大學的羅伯特·迪克等人在同一雜誌上解釋道,宣布測量到的結果即為宇宙微波背景輻射,並且為宇宙大爆炸理論提供了有力證據。

光之年[edit]

聯合國教科文組織

繼2005年物理年和2009天文年之後,聯合國教科文組織在2012年時一致決議,通過將2015年訂為國際光之年的提案。其中透過光之年的契機除了能夠紀念千年來人類在光領域的重大發現,並且藉此機會向全世界證明光技術可以為當前世界面臨的能源、教育、農業和健康等諸多挑戰提供解決方法。其中在巴黎舉辦的光之年開幕典禮上,1999年獲得諾貝爾化學獎的亞米德·齊威爾便公開呼籲透過對話以解決世界的需求。而在開幕典禮上也強調:

1. 提高各國對光科學技術的認識和加強相關教育,其中已開發國家和發展中國家應理解到可持續發展、能源、社區保健和提高生活品質的重要性。
2. 理解光科學技術的應用對於現有和未來發展醫藥、能源、資訊和通信、光纖學、天文學、建築、考古、娛樂和文化的重要性。
3. 從確定2015年後發展議程的討論角度方面審視光基技術將能提供獲取資訊的機會,有助於增進社會健康和福祉並且直接滿足人類需求。
4. 認知到透過技術和設計可提高效能和保護暗色天空,並為減少光污染和能源浪費方面發揮重要作用。

台灣光子源[edit]

台灣光子源

台灣光子源是中華民國一個同步輻射加速器計劃,設備位於臺灣新竹市的國家同步輻射研究中心。整個計劃由中央研究院院士陳建德於2004年提出,自2010年開始興建。整個計畫耗資約70億元,主要結構為周長518.4公尺、能夠達到30億電子伏特能量的大型加速器。該光源設施計畫是中華民國首次自行設計、建造、組裝及測試同步加速器,並且於2014年12月31日嘗試運轉同步加速器成功,並且成為世界上最亮的同步輻射光源。

而在2015年1月25日舉行落成典禮之後,台灣光子源計畫也吸引許多國際新聞媒體大幅報導,包括《科學》、《CERN科學通訊》、《亞太物理學會聯合會刊》和《自然光子學》等學術期刊都對於台灣光子源予以報導並且稱讚。其中負責統籌這次計畫的陳建德便表示:「要填飽肚子,經濟發展當然重要,但要讓世界看見你,從來都是靠科學、教育和文化,我希望,可以再一次把台灣推上國際舞台!」