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相关日志

专题讨论班：规范场与弦论初步（第3讲）（张驰）
GrandFT 2015-4-12 17:20
题目：规范场与弦论初步 第3讲 主讲：张驰 时间：2015年04月13日 星期一下午2:00 地点：16教学楼308室 1. Wilson圈与Lie代数初步 2. 弦上的约束与光锥坐标 参考书目： Peskin《The introduction of Quantum Field Theory》 Joseph Polchinski《String Theory》：I
个人分类: 专题讨论班|1847 次阅读|0 个评论
专题讨论班：规范场与弦论初步（第2讲）（张驰）
GrandFT 2015-3-31 17:13
题目：规范场与弦论初步 第2讲 主讲：张驰 时间：2015年04月01日 星期三下午2:00 地点：16教学楼308室 1.从U(1)到SU(2): Yang-Mills场 2.从点粒子到弦： Polyakov 作用量 参考书目： Peskin《The introduction of Quantum Field Theory》 Joseph Polchinski《String Theory》：I E. Bick F. D. Sreffen (Eds.) 《Topology and Geormetry in Physics》——Aspects of BRST Quantization
个人分类: 专题讨论班|1804 次阅读|0 个评论
专题讨论班：规范场与弦论初步（第1讲）（张驰）
GrandFT 2015-3-22 21:07
题目：规范场与弦论初步 第1讲 主讲：张驰 时间：2015年03月23日 星期一下午2:00 地点：16教学楼308室 1.从U(1)规范到电磁场 2.与广义相对论的类比：仿射联络与曲率张量 参考书目： Peskin《The introduction of Quantum Field Theory》 A. Zee《Einstein Gravity in a Nutshell》
个人分类: 量子场论|1929 次阅读|0 个评论
[转载]优雅的宇宙（分3集，双字幕，更精彩）
seawan 2012-10-17 06:02
Open in Google Docs Viewer Open link in new tab Open link in new window Open link in new incognito window Download file Copy link address Edit PDF File on PDFescape.com Open in Google Docs Viewer Open link in new tab Open link in new window Open link in new incognito window Download file Copy link address Edit PDF File on PDFescape.com Open in Google Docs Viewer Open link in new tab Open link in new window Open link in new incognito window Download file Copy link address Edit PDF File on PDFescape.com Open in Google Docs Viewer Open link in new tab Open link in new window Open link in new incognito window Download file Copy link address Edit PDF File on PDFescape.com 不过，不要指望翻译的质量。这是网友的业余翻译。 看了后有一个印象： 所谓弦论， 在于将所谓的物质基本颗粒， 看作是能量的不同“振动”形式的表现； 只是，这种振动，不是简单的一维振动（如水波粒子的上下振动）， 而是多维的；多少维度呢？ 很多。 以至于需要10维或者11维才能描述。 而为什么我们只能看到3维或者说4维呢？ 因为这些振动的有些维数，没有表达到“外界”而已。 正如， 一个球形牢笼， 里面有一只老虎， 由于老虎在里面暴跳， 这个球形牢笼会在二维的地面上滚动， 但是， 里面的老虎，实际上是在三维暴跳的， 只是， 第三个维度，由于地球的引力，不能表现到外界。 （这一集封面上关于Witten的论文的翻译就很滑稽。。）
个人分类: ted|3093 次阅读|0 个评论
专题讨论班(周五)：题目：弦论初步（第五讲） （李文都）
GrandFT 2011-12-8 12:47
题目：弦论初步（第五讲） 主讲：李文都 时间：2011年12月9日 星期五 下午2:00 地点：16教学楼308室 第五讲 提纲 这一次是接着第四讲的内容， part 1. Basics 8.world-sheet current 9.光锥坐标系的相对论弦 10.光锥坐标的场和质点力学 参考文献： A First Course in String Theory，Barton Zwiebach
个人分类: 专题讨论班|2310 次阅读|0 个评论
专题讨论班：弦论初步（第四讲）（李文都）
GrandFT 2011-11-3 00:53
题目：弦论初步（第四讲） 主讲：李文都 时间：2011年11月4日星期四下午2:00-4:00 地点：16教学楼308室 弦论初步 A First Course in String Theory 第四讲提纲 这一次是接着上一次的讨论班。上一次本来计划讲到第10章，但是由于第6章内容比较多，只讲到了第7章的前几节，所以提纲和还是上一次一样，只是接着上一次的内容讲，估计还是不能讲到第10章。 part 1. Basics 7..弦的参数化与经典运动 8.world-sheet current 9.光锥坐标系的相对论弦 10.光锥坐标的场和质点力学 参考文献： A First Course in String Theory，Barton Zwiebach
个人分类: 专题讨论班|2722 次阅读|0 个评论
专题讨论班（有讲稿）：弦论初步 (第三讲)（李文都）
GrandFT 2011-10-13 18:29
题目：弦论初步 (第三讲) 主讲：李文都 时间：2011.10.14. 下午 2：00—4：00 地点：16教学楼308室 弦论初步 A First Course in String Theory (第三讲) part 1. Basics 7..弦的参数化与经典运动 8.world-sheet current 9.光锥坐标系的相对论弦 10.光锥坐标的场和质点力学 参考文献：A First Course in String Theory，Barton Zwiebach 讲稿： 弦论初步.pdf （这次是连续上次的，所以前面有重复）
个人分类: 专题讨论班|2661 次阅读|0 个评论
周四讨论班：弦论初步 (一)（李文都）
GrandFT 2011-9-12 20:36
题目：弦论初步 A First Course in String Theory (一) 说明：这是专题讨论班《 弦论初步 》的第一讲，后面的各讲的时间见以后的通知。 主讲：李文都 时间：2011.9.15. 下午 4：30—6：10 地点：16教学楼308室 part 1. Basics 1.简单的介绍 2.狭义相对论和多余的维度 3.多维度下的电磁学和引力 参考文献：Zwiebach，A First Course in String Theory，Barton
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科普预览《大爆炸之前的宇宙：宇宙学与弦论》
warlong 2011-8-26 15:21
大爆炸之前的宇宙： 宇宙学与弦理论 作者： 毛瑞兹欧 * 伽斯裴瑞里 目 录 前 言 1. 引言 2. 广义相对论与标准宇宙学 3. 弦论、对偶性与原始宇宙 4. 弦论 5. 宇宙的 膨胀和诞生 6. 引力辐射的宇宙学背景 7. 原始宇宙的其它遗迹 8. 量子宇宙学 9. 我们宇宙的未来 10. 近期发展：膜宇宙学图景 11. 结论 参考文献 索引 (封面设计：译者。细心的博友可发现我把卡丘流形放在了整个大爆炸冲击波球中心，当然实际恐怕比其更复杂，瞬子是超级奇异的高维流形。） 前 言 准备本书的想法变成了一系列讲座，研究班在意大利各大学中坚持了几年。在学生和不专攻该领域的同事中激起的兴趣也表现于演说中 --- 使我产生对新生的弦宇宙学领域写一本非技术介绍的想法，对象是比起通常参加国际会议和理解专业期刊的专业团体更为广泛的读者群。 本书的挑战是呈现一种新的可能图景 --- 理论物理近期发展出现的原始宇宙，但对太多的数字和方程无计可施，而采用一系列示意图代替。本书是讲义性的，特别对于那些至少有一些基础（高校）物理知识的读者，但对于有学院背景的读者是不必要的。结果，很多主题的讨论将是定性的，通常是不完备的，而且又是甚至是十分近似的。无论如何，我希望本书提供的引介图片将足够细致的使读者理解最新的宇宙模型和关键的基本思想，尤其是它们如何采用流行技术提供的实验工具来检验。 对这种思想的物理基础深深地植根于所谓的弦的理论（或简称弦论）中。在现代物理学中，弦论在原则上对所有自然力作完备而统一的描述，尽量提供了一种强有力的理论构架 --- 实际上是当前在可以一种自洽方式包涵引力的唯一理论方案，甚至是在量子体制中。弦论的一种可能结果是初始大爆燃（ the great initial deflagration ）的 宇宙图景， 一般称为大爆炸，可能不一定符合我们宇宙的诞生；而这只是全部宇宙史上的一个过渡步骤。假设该图景潜在切题（和可能冲击甚至完全超出其科学应用），可试图奉献给非专业读者。 本书的当前版本部分基于早期意大利版本，已广泛考虑了最近的理论和实验 --- 早期宇宙物理中的发展成果。我应特别提及的是 WMAP 卫星在实验方面的最新成果（ 2006 年）和基于在理论方面的膜相互作用（ brane interaction ）的暴胀图景。另外，前一版本已完成了与弦论有关的新图和重要的新说明部分，其革命性对我们理解基本物理产生冲击。 感到愉快的是，也是一种责任，感谢很多研究者，我曾与他们对弦宇宙学的各方面研究多年，并且我希望继续合作。他们按字母顺序是：卢卡 * 阿门多拉（ Luca Amendola ；意大利罗马天文台），瓦雷瑞欧 * 博扎（ Valerio Bozza ；意大利萨勒诺大学），拉姆 * 布茹斯廷（ Ram Brustein ；以色列比尔希瓦大学），亚历山大 * 波南诺（ Alessandra Buonanno ；美国马里兰德大学），西里尔 * 卡铁尔（ Cyril Cartier ；瑞士日内瓦大学），马克 * 卡瓦吉里亚（ Marco Cavaglià ；美国密西西比河大学），欧几里奥 * 可可西亚（ Eugenio Coccia ；意大利罗马第二大学，意大利拉圭拉的格兰萨所国家实验室的现主任），厄德蒙得 * 克皮兰德（ Edmund Copeland ；英国诺廷翰 1 大学），朱塞佩 * 德 * 瑞斯（ Giuseppe De Risi ；巴瑞大学，现在英国港口 2 大学），儒斯 * 杜日尔（ Ruth Durrer ；瑞士日内瓦大学），马斯摩 * 吉渥梵尼尼（ Massimo Giovannini ；意大利都灵大学，现在瑞士的 CERN ），米歇尔 * 马吉瑞（ Michele Maggiore ；瑞士日内瓦大学），吉南 * 马哈拉纳（ Jnan Maharana ；印度布巴内斯瓦尔大学），克瑞斯 * 梅森尔（ Kris Meissner ；波兰华沙大学），斯拉瓦 * 马克哈诺夫（ Slava Mukhanov ；德国慕尼黑大学），斯特法诺 * 尼科垂（ Stefano Nicotri ；意大利巴瑞大学），菲德瑞克 * 皮亚扎（ Federico Piazza ；意大利米兰“比科卡”大学，现在加拿大圆周理论研究所），罗伯特 * 瑞克希（ Roberto Ricci ；意大利罗马第三大学），麦瑞 * 萨克拉亚都（ Mairi Sakellariadou ；希腊雅典大学，现在英国伦敦国王学院），诺玛 * 圣奇兹（ Norma Sanchez ；法国巴黎天文台），多米尼克 * 托西尼 - 瓦伦提尼（ Domenico Tocchini-Valentini ；意大利罗马天文台，现在美国巴尔提摩约翰 * 霍普金斯大学），卡罗 * 文伽瑞里（ Carlo Ungarelli ；意大利比萨大学），以及伽布瑞里 * 韦里兹亚诺（ Gabriele Veneziano ；巴黎法兰西学院）。除了这些人们之外，还有很多对本书谈到的宇宙学模型最初独立地作出贡献的其他科学家，我将在章末提到其参考文献（也可见弦宇宙学网站地址： http://www.ba.infn.it/ ～ gasperin ） 我也由衷感谢各个国家和国际的科学合作，友好地允许采用关于引力波和宇宙微波实验的图片和照片。我特别感激如下科学家（按字母顺序）：皮特尔 * 本德尔（ Peter Bender ；美国科罗拉多大学，代表 LISA 合作），马斯摩 * 斯尔多尼诺（ Massimo Cerdonio ；意大利帕多瓦大学，代表 AURIGA 合作），阿达尔比托 * 伽左托（ Adalberto Giazotto ；意大利比萨 INFN ，代表 VIRGO 合作），以及吉安 * 陶比尔（ Jan Tauber ； ESA 天体物理部门，代表 PLANCK 合作）。 而感谢不尽的是我的合作者和朋友 --- 伽布瑞里 * 韦里兹亚诺（ Gabriele Veneziano ），他是瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心的前职员（以及理论部门的前主任），现为巴黎法兰西学院的教授。伽布瑞里与我开始了本书的最初项目，但遗憾地因后来承诺不能继续。尽管如此，他已慷慨地帮我写下了与弦有关的专门章节 --- 实际上，他是世界有名的弦专家，而且是弦论之父之一 --- 他的文章在本书很多其它部分中也是非常宝贵的。公正地说，没有他的最初贡献以及对我们分享多年的研究的热情承诺，那么本书也不能像当前那样呈现。所以对本书的任何赞扬也部分归于他，而我对任何不完善之处承担全部责任。 最后，我尤其要感激安吉娜 * 莱希（ Angela Lahee ， Springer 的物理编辑）她友好的鼓励、意见和很多重要建议，也感激卡尔罗 * 文伽瑞里（ Carlo Ungarelli ）他对初始意大利原稿的仔细翻译。最后，特别感谢我的妻子帕瑞兹雅（ Patrizia ）和我的女儿丹耶娜（ Daniela ）。除了她们的持续支持和鼓励外，潜在的目标读者也帮助过我，对如何提高第一个手稿提供了很多有用建议。 克塞纳（ Cesena ） 毛瑞兹欧 * 伽斯裴瑞尼，于 2007 年 12 月 译文：郑 中 1 Nottingham 旧译诺丁汉。 2 Portsmouth 旧译朴茨茅斯。
个人分类: 道法自然|5171 次阅读|0 个评论
《弦论揭秘：自学导读》第十六章 弦论与宇宙学
热度 3 warlong 2011-6-21 02:11
《弦论揭秘：自学导读》 作者：戴维德 * 麦克马洪（ David McMahon ， 2009 ） 译者：郑 中（ Geongs Zhern ， 2011 ） http://blog.sina.com.cn/cqzg 。。。。。。 第十六章 弦论与宇宙学（ String Theory and Cosmology ） 传统宇宙学衍生出广义相对论、天体物理学和量子场论，并认为宇宙开始于有限过去的一次“大爆炸”，随后发生暴冲（ inflationary rush ），一直扩展至消亡。这导致熵增，宇宙最后以有效寿命而终结。弦论 /M 论已提出了不同的宇宙学模型。令人意外的是，这些模型具有描述大爆炸之前的宇宙的奇特能力。据膜世界型宇宙，涉及两类膜的碰撞，这消除了大爆炸理论的“奇性”，并以一种永恒宇宙取而代之，这被描述为“循环（轮回）”。在本章中，我们概览一些弦论 /M 论宇宙学模型。遗憾的是，这些弦论 /M 论模型的细节完全超出了本书的范围，所以我们的描述将带有更多定性。但鼓励感兴趣的读者可具体参阅有关文献。宇宙学必然是个活跃的研究领域，伴随出现很多新的可能，其发展不可预料。 爱因斯坦方程（ Einstein’s Equations ） 在前一章中，我们介绍了爱因斯坦场方程，它给出了引力的经典描述。在本章中，我们探讨了爱因斯坦场方程在宇宙学中的应用。对于广义相对论在宇宙学方面的研究细节，请参见《相对论揭秘》及其参考文献。 宇宙学是将宇宙作为一个整体来研究的，这始于著名的罗伯逊 - 沃尔克度规（ Robertson-Walker metric ）： （ 16.1 ） 其中， d ∑ 2 表示度规的空间部分。函数 a(t) 称为尺度因子，它刻画了宇宙的空间尺度以及如何随时间演化。哈勃常数可表达为： （ 16.2 ） 我们能用曲率常数 K 来刻画宇宙的空间结构。如果空间是平坦的，具有负曲率（一种马鞍状）或正曲率（球状），则 K 分别等于 0 、 -1 、 +1 。观测证据指示我们的宇宙是平坦的。 宇宙随时间的行为被一种开始就给定的度规所确定，这可描述宇宙的全部结构，然后采用它算出曲率张量的分量。那么我们能解出物质存在或不存在的爱因斯坦场方程，这可采用或不采用宇宙学常数进行。 在标准宇宙学处理方法中，空间被假设为均匀的，这意味着各向同性。我们在弦论中可能不想假设某些空间维度得到不同的处理。 这是反复提及的两种宇宙学模型。一种是德西特宇宙 （ dS universe ），是一种无物质（爱因斯坦场方程的真空解）的平直空间，具有正宇宙学常数。一种是反德西特宇宙（ AdS universe ），也是爱因斯坦场方程的真空解，具有正宇宙学常数，但为负曲率。 膨胀（ Inflation ） 相对论研究的宇宙学模型只是现代宇宙学的一部分。第二部分有必要解释观测到的膨胀。标准大爆炸模型中，宇宙从一个奇点开始膨胀，根据爱因斯坦方程，宇宙随其动力学演化而冷却。有趣的是，宇宙展示出大尺度非均匀性，标准大爆炸模型难以解释之。 为了理解这种非均匀性，我们考虑日常生命。想象微波中煮茶，然后倾空，放置于角落。随时间流逝，茶杯将冷却，如果我们放置时间足够长，茶杯将达到与环境的温度平衡点。 同样的行为已发生在大尺度宇宙内。如果我们检测大尺度宇宙，将其细分为具有数百光年数量级宽度的立方体，我们发现： • 均匀性：宇宙在大尺度范围内各处平均相同。即每个立方体具有相同的星系密度，相同的质量密度和相同的光度。 • 各向同性：我们已提及到标准宇宙学，假设宇宙是各向同性的，或者在每个方向是相同的。观测证实这是高度符合的。 标准大爆炸理论与这些观测的问题在于宇宙相对于平衡态（用茶杯比喻）演化太快，应早已达到平衡。光信号没有足够的时间将不同空间区域联系起来，它们如何实现通信而终结于极其相同的环境中？ 大爆炸宇宙学的另一个问题是著名的平直疑难。宇宙是平直的，早期宇宙的质量密度已精调到观测的平直程度，难以想象这是巧合。临界质量密度是根据哈勃常数定义的： （ 16.3 ） 其中， G 是牛顿引力常数。重新定义为： （ 16.4 ） 其中 ρ 为宇宙中实际的质量密度。现在令 Δ 为宇宙常数。如果 （ 16.5 ） 大于 1 ，那么宇宙为球状的闭空间。如果小于 1 ，那么宇宙是马鞍状的开空间，具有负曲率。如果等于 1 ，那么宇宙是平直的开空间。观测表面宇宙是平直的开空间，因此平直疑难归结为一定质量密度的早期宇宙为何如此接近临界质量密度。 这不能通过经典物理均匀性、各向同性得到解释，而平直疑难可通过膨胀理论得以解释。该理论认为早期宇宙经历了短期的指数式暴胀。刚好在指数式暴胀期之前，宇宙全部区域是因果连通的。这就解释了均匀性和各向同性问题！暴胀是受标度场 （量子场称之为膨胀）的驱动，它具有负压力。这种作用类似一种斥力场，导致宇宙不同区域相互反抗，并向外扩张。 膨胀场被认为具有一种伪真空（ false vacuum ），处于亚稳态，在能量上高于真真空（ true vacuum ；具有最低的能态）。在一个极端时间内，膨胀是在伪真空中进行，并导致新的膨胀，那么这就滚动式的演化到真真空或最低能态。在暴胀期间，宇宙总能量必定保持常数。在膨胀过程中，物质的正能量指数式增加。膨胀场产生的能量实际上用来创造物质（通过爱因斯坦方程 E=mc 2 ）。 因为物质加入宇宙，引力场逐渐增强。引力场具有负能量密度。因此引力场增加的负能与物质增加的正能保持平衡，故总能守恒，宇宙常数保持不变。 膨胀场中存在量子波动（ Quantum fluctuation ）。当宇宙还很微小时，宇宙已在暴胀中被磁化，同时孕育了宇宙全部的种子结构，这些种子导致星系的形成。量子理论与大尺度宇宙结构之间存在一种惊人的联系！ 膨胀理论所作的预测与当今天文观测相符合。 卡斯勒度规（ Kasner Metric ） 卡斯勒度规是爱因斯坦场方程的一个解，有趣的性质是它因为弦论前景而变得有用。我们能通过各向同性的运动来刻画 Kasner 度规。如果空间是各向同性的，那么它在所有方向都是相同的。当思考我们生活其中的 3+1 维时空，这是一个合理的假设，宇宙学常采用它。在大尺度上，你观测到的宇宙是相同的。 反之， Kasner 度规是各向异性的，这意味着不是所有空间维度都以相同方式演化。随时间流逝，宇宙的 n 维空间发生扩展，而额外的 D-n 维空间紧缩了。因此该度规可描述这样一种宇宙：随宇宙演化，某些空间维度变小（紧缩场， compactifield ）。正如你可能想象的，这在弦论中出现了这种度规。 Kasner 度规表达如下： （ 16.6 ） 其中 项乘每个空间方向 dx j ，表示每个空间维独立于时间流逝。我们称之为 p j 卡斯勒指数，它们一定满足两个条件，可称之为卡斯勒条件（ Kasner conditions ）： （第一卡斯勒条件） （第二卡斯勒条件） （ 16.7 ） 卡斯勒条件给 p j 施加了强约束。这告诉我们并非全为相同的符号。因为与每个空间维度有关的度规项，依赖于 ，这告诉我们某些空间维度将随时间膨胀，而某些空间维度则随时间收缩。即 如果 p j 为正，则 1 ，空间方向 x j 随时间而增大； 如果 p j 为负，则 1 ，空间方向 x j 随时间而变小。 举一个简单例子，令 p j =0.2 ，当 t 1 =5 ，我们得 =5 0.2 =1.38 ；当时间推移到 t 1 =15 ，得 =15 0.2 =1.72 ，因此空间维度增大了 1.72/1.38≈1.25 倍。现在假设 P j =-0.2 ，当 t 1 =5 ，我们得 =5 -0.2 =0.72 ；在更晚的时间 t 1 =15 ，有 =15 -0.2 =0.58. 因此当卡斯勒度规为负值，空间维度明显收缩了。 当弦论研究卡斯勒度规时，必须要伸缩子场 （ dilaton field ）方程来补充。伸缩子场与卡斯勒指数 p j 有关。特别是，可取 （ 16.8 ） 有趣的是，伸缩子场将一种对偶性引入了模型。实际上这种对偶性与 T- 对偶（ T-duality ）有关，因为它将大距离和小距离联系起来。给定一套卡斯勒指数 p j 和伸缩子场 ，这存在一个对偶解 ， （ 16.9 ） 注意到，既然 ，理论中的延展维在对偶理论中是收缩维，反之亦然。 大爆炸之前宇宙学可根据这种对偶性来描述。这允许宇宙经历如下演化阶段： 1 ）开始于一种宏大而平直的冷却态； 2 ）然后收缩到一个自对偶点（ self-dual point ），宇宙进入一种狭小而高度弯曲的极热态，这是就是“大爆炸”； 3 ）进入膨胀期，它就是我们生存其中的宇宙。 这是第一个弦论宇宙学模型，但已被膜宇宙模型抛弃了。因为该模型存在几个不能解决的问题，宇宙的膜模型更令人感兴趣，因为标准模型的场论和引力得到了描述。在介绍膜世界宇宙之前，让我们了解卡斯勒度规怎样描述加速膨胀的宇宙的。 当考虑某些空间维收缩而其它空间维膨胀时，一种有趣的效应增强了，即实际上紧缩维导致了延展维加速膨胀（ Levin, Janna, 1995 ）！假设我们三维膨胀空间维具有 n 1 个收缩维。可见，它们不仅导致三维空间延展，而且导致膨胀行为，无需宇宙学常数。 我们记时空维数为 D =n + 4 ，这表示 n 维空间收缩，而额外维是 3+1 维时空。度规写为时间流逝、延展维和收缩维的一般形式： （ 16.10 ） 这里 a(t) 是与膨胀的三维空间有关的尺度因子， b(t) 是与收缩的空间维有关的尺度因子。解真空爱因斯坦方程，得： 这里我们引入了两个哈勃常数。一个是通常的哈勃常数 H a ，与我们的膨胀宇宙有关： （ 16.11 ） 第二个哈勃常数 H b 与收缩空间维有关： （ 16.12 ） 常数 k (3) 和 k (n) 与局部曲率有关，可取 +1, 0, −1 。我们选取局部膨胀情况，设 k (3) = k (n) = 0 ，这可使方程得以简化，同时对于哈勃常数给出三个关系式： H b / H a 比可写为 （ 16.13 ） 正负号的选择对应加速膨胀或加速收缩的宇宙（对于膨胀的额外维）。当然，这里正负号的选择是任意的，模型未作要求为什么我们选取一个符号或者其它 --- 这仅仅描述一种加速膨胀的宇宙的可能性。我们对加速膨胀情况取为 + 号。 采用 ，我们能根据方程估计 H b ，并单独写出 H a 的方程 （ 16.14 ） 因为 0 ，膨胀的加速态势是表观的，积分得 现在定义 则哈勃常数可写为 （ 16.15 ） 进一步积分得到尺度因子 （ 16.16 ） 其中是 积分常数，我们已定义 （ 16.17 ） 宇宙三维空间的加速膨胀作用，表现为 采用 H b / H a 比的关系式，可得 （ 16.18 ） 其中 是积分常数，且 （ 16.19 ） 这个解给出一种卡斯勒型度规。显然，我们有 （ 16.20 ） 兰德尔 - 桑德儒模型（ Randall-Sundrum Model ） 前面章节中描述的方式不再被认为是可靠的。从弦论 /M 论远景研究宇宙的前缘是基于膜的方法，所谓的兰德尔 - 桑德儒模型 。该方式不是一种弦 /M 论方法。反而它是一种涉及存在额外维和膜的简单模型。而且，该模型不是有意为宇宙学创建的。该模型对粒子物理学数量级问题提出一种可能解决方法。数量级问题实际上就是引力与电弱理论的自然或基本能量标度之间存在巨大缺口。电弱标度恰好处于 100GeV 量级，而引力标度处于巨大的 10 18 GeV 量级。兰德尔 - 桑德儒模型的优雅性在于解决了基于膜的简单模型与高维时空之间的数量级问题。我们探讨兰德尔 - 桑德儒模型，因为基本思想（沿一个额外空间维连接的两个 3- 膜）是如何接近弦论大爆炸宇宙学观的初始点。 现在让我们描述模型基础，它将形成宇宙学模型的基础，与弦论给更直接联系起来。我们考虑一种五维时空，具有两类膜，分别称为可见膜（我们的宇宙）和隐藏膜。膜构成五维时空域（称为体空间）的边界。膜具有 3+1 维时空。规范相互作用限制于膜上，而引力可沿额外维传播，因此能穿入膜内部的体空间。 我们用 y 表示额外空间维，用 x 表示其它时空坐标。五维度规表示为 g AB 。两类膜具有诱导度规（ induced metric ），写为 ，其中 i = 1, 2 ，分别表示可见膜和隐藏膜。兰德尔 - 桑德儒作用即 （ 16.21 ） 第二个积分项的指数 i 表示分别遍历每个膜上进行积分。这里附加项包括： • M 5 ：五维时空中的普朗克质量。 • Λ ：体空间内的宇宙学常数。 • Λ 1 和 Λ 2 ：可见膜和隐藏膜上的宇宙学常数。 • R ：五维时空内的数量曲率（ scalar curvature ）。 • ：可见膜和隐藏膜上质量场的拉格朗日密度（ lagrangian density ）。在可见膜上为标准模型场，而不同于隐藏膜上的。 维度 y 范围跨越 0 ≤ y ≤ π r c ，其中 r c 为常数，两类膜位于边界。可见膜位于 y 1 = π r c 处，而隐藏膜位于 y 2 = 0 。 特别需要遵循庞加莱不变性（ Poincaré invariance ），反德西特空间（ AdS ）的一张叶片具有如下度规： （ 16.22 ） 其中指数项 e -2ky 称为卷曲因子（ warp factor ）。我们将看到卷曲因子将我们的 3+1 维宇宙内的质量标度与五维时空的质量参数联系了起来。 可见，体空间内每类膜上的宇宙学常数，可写为 （ 16.23 ） 如果 k M p ，这告诉我们体空间的时空曲率相对于普朗克尺度是小的。 指数卷曲因子导致观测到的普朗克量级与电弱量级之间存在大的缺口。转向有效五维时空论，兰德尔和桑德儒指出四维时空内的普朗克质量起源于五维时空的普朗克质量，通过如下关系 （ 16.24 ） 可见的三维膜（我们的 3+1 维世界）上的物理质量 m 与潜藏高维理论中的基本质量参数 m 0 之间存在如下关系 （ 16.25 ） 于是我们可获得电弱能标，其中普朗克质量 m 0 ~10 18 GeV ，如果 kπr c ≈ 37 ，有 m ~ 100 GeV 。因此兰德尔 - 桑德儒模型告诉我们电弱相互作用量级是时空弯曲的结果，因卷曲因子修正。 兰德尔 - 桑德儒模型对粒子物理量级提供了一种新的发现，但需要设置两类膜和额外维，这对宇宙学来说无需再谈。但这种配置为 M 论宇宙学奠定了基础，允许边界膜沿额外维移动。我们在下一节探讨这种情况。 膜世界与焚宇宙（ Brane Worlds and the Ekpyrotic Universe ） 基于 M 论的宇宙学模型是尼尔 * 突偌克（ Neil Turok ）和保罗 * 斯坦哈特（ Paul Steinhardt ）提出的 。在兰德尔 - 桑德儒模型中，我们有一个边界蕴含两类膜的五维宇宙。现在设想将其代替为膜沿体空间的第五维移动。该思想是焚宇宙（ ekpyrotic universe ，或译为火宇宙、 火劫宇宙 ）的起源，这是一种完全根植于弦 /M 论的模型。特别是，焚宇宙图景基于五维杂化 M 论，该模型采用 5 维时空进行研究，因为我们在 M 论中采用的是 11 维时空，而将其六维紧缩入一个与宇宙尺度无关的微隅内。 在该模型中，我们正在想象一种永恒存在的宇宙，但它经历一种循环模式。这种模式开始于一种边界膜特征的初始态，存在于一种平直、虚空而冷却状态中。它们位于第五维空间边界，并且相互平行。如前面提到，在焚宇宙方案中，膜是在动的，所以它们彼此相对运动并发生碰撞。膜碰撞在文献中叫做焚烧（ ekpyrosis ）过程，常称为“大爆炸”。来自膜碰撞产生的能量创造膜内物质。在膜碰撞之后，膜相互弹开，并冷却降温。最后它们恢复到冷却的、虚空的、平直的初始态，然后焚烧过程再次开始。隐藏在该过程之后的驱动力是标量场 （ scalar field ），它确定了膜间距离。这导致宇宙演化经历缓慢加速膨胀期，接着是减速膨胀期直至收缩期，如此再次触发宇宙的反弹和再热。 这里描述的宇宙图景解决了很多宇宙学谜题，如果它是可信的话。第一，让我们思考膨胀解决的两类主要谜题：均匀性和各向同性。膨胀论通过假设存在一种场在瞬间打开而导致宇宙指数式扩张，从而找到了一种解决该问题的途径（解释了为什么宇宙是均匀而各向同性的）。然而这种图景已被一种胡说八道的方式进行量化，不得不怀疑这样一种场闪一下就打开、忽然又关闭的理论，这在整个宇宙学历史上难以再见到。所以，焚宇宙图景不得不提供某种东西。 在焚宇宙图景中，有两个平直的平行膜，就像两块靠近的完全平坦的金属板一样碰撞。既然膜是平行的，它们沿膜在所有点同时发生碰撞（几乎任何地方，暂不考虑量子理论的干扰）。这种作用增加了宇宙焚烧温度。这解释了为什么宇宙各向同性和为什么宇宙微波背景各处一样 --- 宇宙开始于在所有点发生相同的初始碰撞。 平直疑难可通过将膜的初始条件设置为真空态而得到解决。在真空态中，膜是平直而虚空的，所以没有神秘的物质密度精调以使得宇宙变为平直。合理的假设是，真空态中的膜启动，将它们促使它们变得平直。 当然，量子论意味着一切远不是描述的那样精确。膜内的量子波动称为膜纹（ Brane ripple ），导致膜沿第五维运动。这些波动意味着并非膜上每个点在完全相同的瞬间与其它膜发生碰撞。反之，大多将在某段平均时间内发生碰撞，而一些比平均时间更早发生碰撞，一些则比平均时间更晚发生碰撞。因此，并非是在绝对一致的温度条件下产生宇宙，碰撞将产生这样一种宇宙：某些区域略低于平均温度（因更早碰撞），而一些区域略高于平均温度（因更晚碰撞）。这些是宇宙用来产生大尺度结构（如星系）的种子。在此，量子效应可产生宇宙大尺度结构，这为宇宙中的极大和极小尺度之间提供了一种联系。 广义相对论的一个令人讨厌的特征是理论中存在“奇点”，即曲率（引力场）和温度发散至无限大的时空点。“大爆炸奇点”就是这样一个例子。 在焚模型中，奇性比经典广义相对论大为减弱。两类膜对面运动，发生碰撞，然后弹开，再返回其初始位置。大爆炸是一种有限高温事件，这不对应无限曲率的奇性。而没有神奇的菲亚特推测诞生全部物质、空间和时间的无限小的点。但当两类膜碰撞时，在“大挤压”（ Big crunch ）存在奇性行为，因为膜之间的额外维消失于碰撞中。在膜分离之后，彼此远离，额外维又出现。当然，这种模型消除了广义相对论的多数奇性行为，恰恰难以相信时间和空间永恒存在。最后，实验和观测将以科学的方式确定该图景是否接近真实。 焚图景回答了宇宙学的另外一个谜题 --- 物质的起源。在膜碰撞中，动能被转化为热或热能。这恰如一辆车发生撞击，车子的动能被转化为热。在膜情况，热能可通过爱因斯坦关系式 E=mc 2 而创造物质。 目前焚图景的形式是所谓的宇宙轮回模式。它认为： • 大爆炸不是时间的起源。 • 宇宙永恒存在，并以膜的反复碰撞运行。 宇宙历史循环经历如下情节： • 两类膜碰撞假设大爆炸在宇宙轮回之间起着过渡作用。物质和辐射被产生。 • 热大爆炸期间产生宇宙大尺度结构。 • 这接着是缓慢而加速膨胀期，宇宙冷却而稀释。 焚图景提供了关于宇宙膨胀的一种可选方案，可用来解释很多宇宙谜题。令人惊讶的是，它们能被观测检验的特征（至少原则上）。膨胀论预言引力波是标度不变量（ scale invariant ），但这在焚宇宙模式中不是必然结论。 小 结 我们一开始通过思考卡斯勒度规来浏览宇宙学图景，它允许随宇宙演化，某些维度收缩，而另外的维度发生膨胀。这类模式不令人满意，所以已被抛弃。兰德尔 - 桑德儒模型将宇宙描绘为束缚于高维体空间内的两类膜构成的。这种观点在焚宇宙模型中得到发展，允许膜运动并碰撞，这可解释大爆炸，对于宇宙膨胀提供了一种弦论型候选方案。焚宇宙图景不是说大爆炸不曾发生，而的无需涉及奇点就可解释大爆炸。膜碰撞一旦已发生，宇宙根据膜上的标准大爆炸理论模式进行演化。 小测验 由 Lisa Randall 和 Raman Sundrum 首次提出，见 “A Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension”, Phys.Rev.Lett. 83 (1999):3370–3373. Available on the arXiv at http://lanl.arxiv.org/abs/hep-ph/9905221. 见 http://lanl.arxiv.org/abs/astro-ph/0204479 所作的非正式探讨。
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逐个评论大卫•格罗斯对“物理学的未来”所提25个问题(11)
热度 1 可变系时空多线矢主人 2011-5-16 10:57
逐个评论 大卫·格罗斯对“物理学的未来”所提 25 个问题 (11) 10 ． 弦理论 ( 接 (10)) 现在我转向弦理论——构造一个所有相互作用的统一理论的雄心勃勃的尝试。这里的基本问题是：什么是弦理论？我们真的不理解弦理论的核心是什么。我们所有的，不过是在一个理论的某些局部情形中，有许多不同的描述或计算方法，而这个理论本身是什么，我们却不能真正表述清楚。这真是一种怪异的处境。弦理论的各种表述经常是完全不同的。起初，我们是先描述 10 维空时中一条弦的经典运动，随后将这个系统量子化。但是现在，我们是按普通的（超对称的）规范理论，即标准模型中的杨－米尔斯理论，来表述某些特定的空时背景中的弦理论。有极强的证据表明，这些规范理论在数学上等价于一个描述在 5 维反德西特空间（ anti-de Sitter Space ，具有一个负的宇宙学常数）中运动的、可视之为的弦的理论。对于弦理论，我们还有许多不同的对偶表述，但是我们不知道该理论以及所有这些对偶表述的本质是什么。这种对偶性的深层含义还没有被真正理解。理论有许多不同表述，这些不同的表述看起来差异很大，各自都有不同的基本的动力学对象，这一事实对我们所熟悉的基本性和局域性概念造成了极其严重的威胁。 评论： 在能量达到 10^16 GeV ，电磁力、弱力的强度已变得与强力相等，大约在 10^19 GeV ，引力也变得同等重要了。 “基本弦”是设想：在这么高的能量尺度下，各类基本粒子对应于具有质量、自旋之类的各种量子数的某种振动模式。它们都是某种“没有宽度和厚度，长度的典型尺寸是 10^(-33)cm 的弦”。在时空中运动时，展现为虚拟的，开放式或封闭式的，称为“世界片”的表面。并根据不同维数和对称性而确定为各种不同的特性弦。 相互作用的世界片是一种光滑表面。使得这种实际是微扰方法的弦理论，可以免受无穷大奇点的困扰，而成为它的一种带根本性的优良特性。 为了将自然界存在的费米子和玻色子，两类粒子，都同时包含在理论之中，相互联系而组合成超多重子，就需要所谓“超对称”。而只有在 10 维时空的条件下，这种“超弦量子场论”才能够“自洽地存在”。否则，就会有某些量子效应使得弦论不自洽而呈现 “ 病态 ” 。 进而，提出了 11- 维的超引力的 M- 理论，可描述低能物理。在过去的几年中，在理解包括 D- 膜和弦的对偶性在内的弦论的总体结构方面取得了 很大的进展。运用弦论来研究黑洞物理和量子引力已取得很大的成功。 因而，被认为是 物质的基本组元，和统一 4 种自然力的统一场论的有力候选者！ 但是， 所谓“弦”只是微扰方法下，各种量子数的某种振动模式，它们怎么能是 物体的基本单元？又怎能是统一的场论呢？ 而且， 微扰方法所得的结论也只适用于微小变化的问题，并不能简单推广用于较大变化的问题，也不能根本解决计入高次展开项可能反而出现无穷大的不合理现象。 这种由无实际根据地添加维数以满足理论需要的 做法也很不科学。 而按新理论体系，就不存在以上问题和困难，而且，任何“时空多线矢”弹性力方程，在经典近似条件下的解 , 都是其各分量相应的谐振子多线矢，都表现出“弦” 或“膜”或其“高次、线类”的特性。因而，就可具体说明 相应的“弦”或“膜” 或其“高次、线类”的产生。 ( 未完待续 )
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读物理学步入禅境：缘起性空
热度 1 yanghualei 2010-8-14 13:15
昨天根据（ xuanji2010 ）老师的建议，读了朱先生的《 物理学步入禅境：缘起性空 》感触较深；文章主要围绕物质世界有什么构成的即其基元是什么。 量子力学认为：所有的物质包括实体和辐射都是有弥漫的场构成 ， 电子和光子只是场的能量增量 ，故 这个场是量子化的 ； 初感弦论是建立在量子力学与狭义相对论上的基础上 ， 狭义相对论揭示了质量和能量 相互转换的 关系 ， 量子力学揭示 物质的波粒二相性 即能量（质量）和频率（波长）之间的关系 ； 最终质量对应于频率 即文章所说： “ 粒子是很小很小的一维 世界 弦的不同振动模式 或振动激发态 ， 弦不同频率的振动对应于不同的质量和能量 ，故 组成客观世界的基本单元 砖块是弦上的各种 " 音符 " 即 宇宙弦的各种可能的振动态 ，而 不是 粒子与 弦 本 身 ； 就像组成交响乐的单元是乐器上发出的每一个音符，而不是乐器自身一样 ，故 现实的物质世界是宇宙弦演奏的一曲壮丽的交响乐 ” 而在作者看来： 粒子性更显实体而波动性更显意识 ，人是物质与意识的复合体，这也正是物质世界的属性波粒二相性在人类社会的复制和转录。 物质 （粒子） 都不是客观实在 ，那 音符是什么东西，而什么又是客观实在的；正如文中所说：“ 物质世界，成了 " 一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电 " ，从此 物理学进入了 " 自性本空 " 的境界 ，即 采取 “关系实在取代粒子实在（物质实在） ” 那什么是关系呢？于是 采取佛学的 “ 因缘 ” 阐述 ， 所谓 " 关系 " 者 ," 缘 " 也 ," 关系实在论 " 其实与佛学缘起说的基本思想一致 ，看一个公式“果 = 因 + 缘， y=f(x), 果是 y, 因是 x, 缘是关系法则 f ； 于是 佛说：“ 世上万物 因缘和合而生 , 因缘散尽而灭 ” 就是说要想得到 y, 必须具备 x 与 f; 很经典的，很美的 , 正符合我对理论的看法， 理论的第一属性是应是艺术性和抽象性以及优美的 哲学属性 ，即其首先 应该是一个有美学欣赏价值艺术品 ， 是一桌精神盛宴，具有高度概括和普适性 ；然后在考虑其第二属性实用性 . 在引用朱先生的话与佛语“ 二十一世纪以弦论为代表的 物理学步入缘起性空的禅境了 ， 须知世间种种色相，乃至如地下的矿物，林中的植物，与天上的日月光华等等，追溯根源，也都是由如来藏识一体的变相 ； 这些物体和藏识，在本质上并非相异，可是当它们形成为万物之后，却不能说与心识的作用是无异的了 ，当 科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了 ” 朱先生那篇《物理学步入禅境：缘起性空》打算 在 多细读几 遍，从中挖掘更多的思想和哲学观念，建立自己不成熟的世界观；同时再感谢一下那位（ xuanji2010 ）老师！ ( 藏识 : 含藏一切善恶种子的识，即 阿赖耶识 ) 朱先生文章衔接： http://www.kman.cn/fjykx/f169.html
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[转载]朱清时院士已经走火入魔
热度 1 wliming 2010-4-20 16:34
博主评：朱校长也走火入魔！ 哲学这种垃圾学问，不会给人类对自然的认识增添任何新的知识. 朱院士的这种走火入魔，对物理学的进步没有任何积极的作用，只不过是麻痹中华民族的灵魂而让愚昧的中国人继续自我安慰。 物理学步入禅境：缘起性空 　 　作者：中国科学技术大学 前校长 中国科学院院士 朱清时 　　序言 　　二十世纪是人类历史上一个有趣的时期，这个时期的人类一面尽情地享受着 自然科学创造的巨大物质财富： 核能、激光、电子技术，等等，一面却不了解 甚至不接受它的一些基本观念。其实这些观念有大量严谨的科学根据，不过真正 懂得它们的人太少，因此没有被人们重视和接受。 　　下面这则消息，就说明了这种状况： 　　中新网北京8月19日消息：霍金在昨天的科普报告过程中只赢得了两三次掌 声，全场几乎没有会心的笑他的理论太玄奥，以至于大多数来自北大、清华 的学子都说没太听懂。 　　据北京晨报报导，昨天下午，北京国际会议中心排起数百米的长队。门口有 人私下兜售门票--最少500元一张。询问退票的人也不少，大家都期待着一睹霍 金风采。但两个小时的公众科普报告尚未结束，已有人提前退场实在听不懂。 　　霍金这次讲的《宇宙的起源》，其基础是当代自然科学的最新成就-弦论。 真正懂得这个理论的人，都会产生一种强烈的敬畏、惊讶和震撼感。本文尝试用 大家听得懂的语言，大致解说一下弦论的主要概念，以期让读者体会些敬畏和震 撼，并一窥宇宙的奥秘。 　　我们从当代著名的哲学家施太格缪勒（Wolfgang Stegmuller）在《当代哲 学主流》一书中写的一段名言开始。 　　他写道：未来世代的人们，有一天会问： 二十世纪的失误是什么呢? 对 这个问题，他们会回答说：在二十世纪， 一方面唯物主义哲学(它把物质说成是 唯一真正的实在)不仅在世界上许多国家成为现行官方世界观的组成部分， 而且 即使在西方哲学中，譬如在所谓身心讨论的范围内， 也常常处于支配地位。 　　但是另一方面，恰恰是这个物质概念始终是使这个世纪的科学感到最困难、 最难解决和最难理解的概念。 　　这就是说，一方面以唯物主义为标记的哲学广为流行，而另一方面物 质究竟是什么?却又说不清。施太格缪勒正是在这里看到了二十世纪的失 误。 　　你可能会问，究竟什么是物质?它为什么是科学感到最困难、最难解决和最 难理解的概念? 　　早在古希腊时代，原子论者就猜想，物质是构成宇宙的永恒的砖块，万物从 它所出，最后又复归于它，它不生不灭，不增不减，是世界过程绝对同一的起点 和终点。物质作为普遍的、不变的东西，必然是绝对的实体和基质。实体者， 实实在在的客体之谓也。物质及其性质必须独立于人类的意识而存在，是客 观的实体。 　　后来，以牛顿力学为基础的经典物理学，继承了上述古代原子论的观点，把 物质归结为具有某些绝对不变属性的质点的集合。质点概念本来是对作整体运动 的固体的一种抽象，但它在液体、气体乃至热现象中的应用也获得了成功。 　　对于所有这些能够具有机械运动的物质形态，物理学称之为实物。在当时的 自然哲学中．又称之为实体。把物质归结为物体，进而把物质看成实体，这同质 量在牛顿力学中的特殊地位和作用有关。 　　牛顿之所以把质量定义为物质多少的量度，就是因为在任何机械运动过 程中，乃至在化学反应中，质量始终如一。质量被理所当然地看成是物质本身所 绝对固有的，被看成物质不灭或实体不变原理的具体表现。 　　以牛顿力学为代表的经典物理学在十九世纪末所取得的巨大成功，使得认为 物质是绝对实体的唯物主义成了在二十世纪处于支配地位的哲学，正如前面引用 的施太格缪勒的名言所讲的。 　　然而，二十世纪爱因斯坦发明的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。 首先，相对论证明质量与速度有关，同一个物体，相对于不同的参考系，其质量 就有不同的值。 　　想象一个人在推一辆没有任何阻力的小板车，只要持续推它，速度就会越来 越快，但随着时间的推移，它的质量也越来越大，起初像车上堆满了木柴，然后 好像是装着钢铁，最后好像是装着一个地球当小板车达到光速时，整个宇宙 好像都装在了它上面它的质量达到无穷大。这时，无论施加多大力，它也不 能运动得再快一些。 　　当物体运动接近光速时，不断地对物体施加能量，可物体速度的增加越来越 难，那施加的能量去哪儿了呢？其实能量并没有消失，而是转化为了质量。爱因 斯坦在说明物体的质量与能量之间的相互转化关系时，提出了著名的质能方程： 能量等于质量乘以光速的平方。 　　不久后，科学家们发现了核裂变和链式反应，把部分质量变成巨大能量释放 出来。现在知道原子弹的人，都相信质量可以转化成能量。 　　既然质量不再是不变的属性，那种认为质量是物质多少的量度的概念就失去 了意义。既然物质与能量是可以相互转化的，能量并非实体，物质也就不能 再被看作是实体。 　　与此同时，科学家对物质结构的认识也迅速深入发展。在本世纪30年代以前， 经典物理学一直认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的。原子是组成 物质的最小砖块。1932年，科学家经过研究证实：原子是由电子、中子和质 子组成的。 　　以后，科学家们把比原子核次一级的小粒子，如质子、中子等看作是物质微 观结构的第三个层次，统称为基本粒子。 　　1964年，美国物理学家马雷。盖尔曼大胆地提出新理论：质子和中子并非是 最基本的颗粒，它们是由一种更微小的东西夸克构成的。 　　为了寻找夸克，全世界优秀的物理学家奋斗了20年，虽然一些实验现象证实 了夸克的存在，然而单个的夸克至今未找到，人们始终不识庐山真面目。 　　对此，粒子学家们的解释是：夸克是极不稳定的、寿命极短的粒子，它只能 在束缚态内稳定存在，而不能单个存在。 　　不仅如此，迄今人们所知道的300多种基本粒子中，除少数寿命特别长的稳 定粒子（如光子、中微子、电子和质子）外，其它都是瞬息即逝的，也就是说， 它们往往在诞生的瞬间就已夭折。 　　例如，通过弱相互作用衰变的粒子有20余种。其中，介子的寿命大致为 2.610-8秒，即介子经过一亿分之一秒就衰变成了其它粒子。 　　通过电磁相互作用衰变的粒子共两种，它们的寿命就要短得多了。0介子 的寿命是0.8410-16秒，介子的寿命是310-19秒。比起介子来，它们 的寿命竟分别要短8～11个数量级。 　　寿命最短的，则要算通过强相互作用衰变的共振态粒子（如粒子、 粒子等）。它们的伙伴特别多，占基本粒子家族成员的一半以上，共200多种。 它们的寿命之短达到了惊人的地步，以致于人们很难用确切的形容词来描述它们 的衰变过程；粒子物理学家即使利用最优的实验手段也已无法直接测量它们，而 只能用间接的方法推算出它们的寿命。它们只能生活一千万亿亿分之一秒左右， 即寿命大致是 10-28秒。 　　为什么绝大多数基本粒子都如此短命？如何理解我们的物质世界就是建立在 这些瞬息即逝的砖块上？ 　　在二十世纪的后期，物理学的一个前沿领域-弦论的发展又使我们对物质的 看法更进了一步。 　　什么是弦论呢？ 　　爱因斯坦在后半生中，一直在寻找统一场论，即一个能在单独的包罗万象的 数学框架下描写自然界所有力的理论。他渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭 示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅。爱因斯坦未能实现 他的梦，因为当时人们还不知道自然界的许多基本特征。但在他去世以后的半个 世纪中，人们已构筑起越来越完整的有关自然界的理论。 　　如今，相当一部分物理学家相信他们终于发现了一个框架，有可能把这些知 识缝合成一个无缝的整体一个单一的理论，一个能描述一切现象的理论，这 就是弦论。它正在实现当年爱因斯坦满怀热情追求的统一理论的理想。 　　弦论可以用来描述引力和所有基本粒子。它的一个基本观点就是自然界的基 本单元，如电子、光子、中微子和夸克等等，看起来像粒子，实际上都是很小很 小的一维弦的不同振动模式。正如小提琴上的弦，弦理论中的宇宙弦 　　（我们把弦论中的弦称作宇宙弦，以免与普通的弦混淆）可以作某些模式的 振动。每种振动模式都对应有特殊的共振频率和波长。小提琴弦的一个共振频率 对应于一个音阶，而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量。 　　所有的基本粒子，如电子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振 动模式或振动激发态。每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位，即普朗克长 度（10-33厘米）。 　　简言之，如果把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海，那末基本粒子就像是水中 的泡沫，它们不断在产生，也不断在湮灭。我们现实的物质世界，其实，是宇宙 弦演奏的一曲壮丽的交响乐！ 　　有人会说，把物质世界看是宇宙弦演奏的一曲交响乐，不正是与物质的对立 面-意识有些相同了吗？是的。按照当前流行的观点，意识是完全基于物质基础 (我们的脑)而存在，但意识不是一种具体的物质实在，因为没有人在进行脑科手 术时在颅骨内发现过任何有形的意识的存在。 　　我们都知道贝多芬的交响乐，可以用一套乐器把它们演奏出来。但这套乐器 本身并不是交响乐。意识是大脑演奏的交响乐。这个图像为理解心物一元， 即意识和物质的统一，开辟了新途径。 　　有人还可能说，无论宇宙弦多小，无论人们能否观察到它们，宇宙弦总归是 客观实在，它们是组成物质世界的基本单元，因此物质世界也应该是客观实在。 此话不准确。组成物质世界的基本单元是宇宙弦的各种可能的振动态，而不是宇 宙弦自身，就像组成交响乐的单本单元是乐器上发出的每一个音符，而不是乐器 自身一样。 　　在弦论之前，物质的实在性体现在组成客观世界的砖块是上百种原子，这些 原子都是由质子、中子和电子等基本粒子组成。这些基本粒子都被当作是物质实 体，都是组成物质世界的超级砖块，因而可以把物质世界看作是物质实体。 　　在弦论之中，情况发生了根本变化。过去认为是组成客观世界的砖块的基本 粒子，现在都是宇宙弦上的各种音符。多种多样的物质世界，真的成了一 切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。（《金刚经》）物理学到 此已进入了自性本空的境界！ 　　有人会想，天啊！物质都不是客观实在了，那么，世界上还有什么东西是实 在的吗? 　　回答是，有的。事物之间的关系，就是实在的。 　　我们根据二十世纪自然科学的进展，可以用关系实在来取代绝对的物质实体， 即主张事物不是孤立的、由固有质构成的实体，而是多种潜在因素缘起、显现的 结果。每一存有者，都以他物为根据，是一系列潜在因素结合生成的。现象、 实在和存有被限定在一组本质上不可分离的关系结构中。 　　哲学家们在论述关系实在时，使用的哲学词汇，对你可能生涩难懂，我 们还是用例子来解说。 　　我们看见一束红光，这是一个事件，是一个果。这个果，是由多种因缘 聚合而产生的。 　　首先，是光的波长值，借用哲学家们熟悉的语言，这是第一类性质，这 类性质还有如物体的广延性等，是物体自身内在所固有，它既不依赖于观察者， 也不依赖它物，也就是说，它是无对而自行确立的。我们把这些第一性质，又称 为因。 　　其次，我们还需要具备一些其它条作，如眼睛正好睁开，没有色盲，往正确 方向看，以及眼与光源之间无障碍物，等等。我们把这些条件称为关系参量， 又称为缘。 　　这些因缘聚合，产生了红光这个果。红色这类颜色性质是第二类性 质，其存在，至少部分地依赖于观察者。 　　关系实在论就是说，关系参量是不可消除的，没有它们，就不会有看 见红光这个果，因而是实在的。 　　再举一个更清楚的例子。 　　要得到一棵苹果树，首先要有一粒苹果的种子，这是因。但是，单靠这 粒种子，也不会长成一棵苹果树，比如：把种子放在仓库里，无论放多久也不会 长出树来。所以，单有因，是结不出果的。一定要将种子放在土壤中，并且要有 适当的水分、阳光、温度、肥料等等的配合，种子才会发芽、长大，最后长成一 棵苹果树，结出苹果来。这里的土壤、水分、阳光、温度、肥料等等，就是 缘。所以，因一定要配合适当的缘，在因缘和合之下，才能生出果 来。 　　缘，是许多的配合条件。缘有好缘，也有不好的恶缘。因此即使是同样 的种子，结出的果也就很不相同了。比如，把种子放进贫瘠的泥土里，或者施肥 不够，苹果树必然长得不大，结出的苹果，也不会好吃。假如把种子放在肥沃的 土壤中，加上细心照料，结出的果实就会香甜、好吃。 　　由此可见，同样的因，遇到不同的缘，结出的果，便会很不相同。 　　同时，由于缘是由很多条件配合而成的，所以缘会不停地变化着。既然缘会 影响果，而缘，又在那么多条件配合下产生作用，假如某个条件改变了，甚至消 失了，那么，果便可能不再存在。 　　在苹果的例子中，如果天旱缺水，苹果树便会因之枯萎。所以，当因缘散尽 之时，果就会灭。换句话说：因缘和合而生，因缘散尽而灭。 　　有的读者可能已经发现，以上这些关于苹果的文字，是转述潘宗光《佛教与 人生》一书有关缘起法内容。所谓关系者，缘也，关系实在论其实 与佛学缘起说的基本思想一致。 　　总之，在二十一世纪开始的时候，以弦论为代表的物理学，真正步入 缘起性空的禅境了！ 　　回头再看一下本文起头的那则消息，不难明白为何人们难以听懂霍金的那么 生动的报告，原因就是：物质是实体的观念，在人们的心中太执着了! 　　佛学认为，物质世界的本质，就是缘起性空。藏识海（又名如来藏）是 宇宙的本体。物质世界的万事万物，都是风缘引起的海上波涛。 　　换言之，物质世界，就是风缘吹奏宇宙本体产生的交响乐。 　　《入楞伽经》云：譬如巨海浪。斯由猛风起。洪流鼓冥壑。无有断绝时。 藏识海常住。境界风所动。种种诸识浪。腾跃而转生。 　　这句偈语说：譬如一个大海，风平浪静，澄然湛寂，当阵阵烈风吹来时，使 平静的大海，生起重重无尽的浪波。从此，便如万壑怒号，天地晦冥，再没有停 息澄清的时候了。宇宙的本体藏识海（如来藏）本是澄然湛寂，随缘常住而 不变的。因内外境风的吹荡，便使寂然清净的本体，随变为浪潮起伏，跟着生起 前面七识的种种作用。由此波浪互相撞击，奔腾澎湃，便转生一切境界，而无有 止境了。 　　如经文所说：青赤种种色。珂乳及石蜜。淡味众华果。日月与光明。非异 非不异。海水起波浪。七识亦如是。心俱和合生。 　　这句偈语说：须知世间种种色相，乃至如地下的矿物，林中的植物，与天上 的日月光华等等，追溯根源，也都是由如来藏识一体的变相。这些物体和藏识， 在本质上并非相异，可是当它们形成为万物之后，却不能说与心识的作用是无异 的了。 　　譬如海水，既然转变成为波浪，波浪的形式与作用，和整个的海水便不同了； 可是，波浪的根本，还是由海水所转变而来的。 　　由物的方面来说，万类的分齐差别（分化和归类）也都是从此一体所化生。 由心的方面来说，七种识的分别作用，也都是由如来藏识所转生。又因心与物的 和合，发生世间种种事情，于是，本来澄清的识海，便永无宁日了。 　　（按：青赤等种种物色，是指眼根色尘的对象。珂佩是指耳根声尘的对象。 乳及石蜜，是指鼻根香尘的对象。淡味众华果，是指舌根味尘的对象。日月与光 明，是指身根触尘的对象。） 　　这里，海水与波浪的关系，正是弦与音乐的关系。它们也正是物质世界与宇 宙本体的关系。当我弄懂了这个道理的时候，心里充满了敬畏和震撼。 　　读到这里，你可能感到：科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此 等候多时了！ (XYS20100419)
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爱因斯坦脑子里缺根“弦”
热度 2 yindazhong 2009-11-10 12:01
偶然原因读到 李泳的博客 新世纪的物理学论战：圈与弦的战斗，很好玩。觉得弦被称之为 Theory of nothing 有点冤。问题的根子其实通到爱因斯坦那里。这里三言两语给爱因斯坦先生补上一个当年上帝托梦时忘了告知的事这事也 许正是爱因斯坦 先生的一大终身缺憾免得世界上的科学家们为了弦论到底属于Theory of everything还是Theory of nothing争得死去活来。原评论在 李泳的博客 里可见，这里再 highlight 一下。 原评论的要点如下（此处略作补充）： 爱因斯坦给出了 E=mc 2 的公式，把质量和能量神奇地联系在了一起，然而这个公式似乎来得太蹊跷，似乎凭空而至，来自上帝托梦？自始至终，爱因斯坦也没能给出质量和能量转换的具体方式！时至今日，正电子治疗癌细胞已成为临床上的 小儿科 技术，爱因斯坦缺的那一课还没有补上。关于质能转换，这里斗胆告知笔者思考已久的歪门邪道：笔者认为，爱因斯坦脑子里缺的其实就是那么一根 弦 。想象一下，正负电子对撞后放出的那道光，不就是封闭在电子里的能量之波（光子的运动） 一根弯弯绕绕的 弦 吗？！质量和能量的转换难道不就这么个 弦 那么简单？圈起来时是粒子，展开来时变为波 ...... 附 李泳的博客 原文 新世纪的物理学论战：圈与弦的战斗（ 1 ） 异域风光 自从爱因斯坦与玻尔大战以后，物理学似乎和平了，至少不那么激动人心了。大的战役很少，大问题之间的战斗也不多 在根本性的问题上挑起争斗，大概最能刺激一门学科的进步 特别当它沉寂的时候。 两年前，李（ Lee Smolin ）老师挑起了一场论战，可惜 圈外 看客似乎不多。我为《物理学的困惑》（ 第一推动丛书 之一）写了篇 很长的 后记，概括介绍了这场论战的情况，现在贴出来（因为长，而浆糊少，所以分成几段），让大家看看今天的物理学 竟是谁家之天下 。 套一个 经典 的句式说，本书是在物理学 30 年来没有实质性进步的前所未有的 大不好 形势下产生的。当然也可以说，在物理学新纪元即将来临的 大好 形势下， 个别别有用心的人 跳了出来，攻击多数科学家热情拥护的理论。说实在的，物理学家这些年做了很多事情，发表了很多文章，开拓了很多方向 但在一个无限广袤的 弦景观 面前，他们困惑了。本来是 水光山色与人亲，说不尽无穷好 （李清照句），但物理学家不喜欢 无穷 ，只追求惟一。当人们怀着 Theory of Everything （ TOE ）的愿望，迎来的却是 Theory of Nothing （ TON ），该是什么感觉啊？ TOE 和 TON 这两个缩写词倒是恰到好处地说明了弦论的历程： 从脚下走出时尚。 在 李 老师看来，弦论就是一个物理学时尚。一个时代有一个时代的文艺，当然也有一个时代的科学。正如 Witten 说的，弦论是偶然落在 20 世纪的 21 世纪物理学。总之，弦理论大概就代表了我们时代的科学，有人说它是 后现代物理学 ，它也的确顺应着后现代的时尚 同一个潮流，多样的选择。它和那些竞争的理论，在我们面前展现了新时代的科学世界的部落文化。本书的意义，也许就在于它体现了这种新的科学文化和精神。 关于超弦理论的异域风光， Penrose 在大书《通向实在之路》（有湖南科技出版社的中译本）里有一段有趣的比喻： 一个游客来到一座陌生的大城市，要找一幢大楼。那儿没有街名（至少他一个也看不懂），没有地图，在阴沉沉的天空下，他也分不清东西南北。岔路很多，他该左转还是右转？还是走进那条迷人幽深的小路？街道拐弯很少是直角，路也几乎不是直线；有时走进死胡同，只好退回来，转向别的路。有时会突然发现一条刚才竟然没注意的新路。周围没有人可以打听，他们的话一句也听不懂。不过，游客至少知道他要找的那幢大楼造型精美绝伦，还有漂亮的花园。那也是他去找它的主要原因。他走在看起来很漂亮的路上，有迷人的建筑和美丽的花园，灌木丛生，百花怒放 走近一看，却是塑料的。他面前有很多路，他选择的惟一标准就是那块地方的美感和整体的和谐 风格的和谐或隐藏在城市背后的某种基本的模式。 我们当然是游客，而弦理论家也和游客差不多 老彭的意思是，让他们做导游，还不如我们自己走着瞧呢。现在， 李 老师充当了导游的角色，不过他是 别有怀抱 的，他要带我们走一条人迹罕至的 迷人幽深的小路 。 李 老师以五大问题引领我们的旅行，这些问题是当前隐约看见的物理学的地平线： 问题 1 ：将广义相对论与量子理论结合为一个真正完备的自然理论。 问题 2 ：解决量子力学的基础问题：要么弄清理论所代表的意义，要么创立一个新的有意义的理论。 问题 3 ：确定不同的粒子和力能否统在一个理论并将其解释为一个单独的基本作用。 问题 4 ：自然是如何选择粒子物理学标准模型中的自由常数值的？ 问题 5 ：解释暗物质和暗能量。或者，假如它们不存在，那么该如何在大尺度上修正引力理论，为什么修 正？更一般地说，为什么宇宙学标准模型的常数（包括暗能量）具有那样的数值？ 拿对这些问题的回答给弦理论打分，结果，弦理论似乎只能得 1 分，就是 潜在地 解决了第三个问题，而对其他问题就不怎么高明了。 当然，我们不能凭问题的回答来决定理论的成败，就像不能凭考卷决定人生。何况问题有不同的提法，不同的导游可以站在不同的石头上讲不同的故事，我们也可以从不同的角度看风景 像《蒙娜丽莎》背后的荒野，左边和右边有着不同的地平线。新世纪到来时，好多科学家提过好多问题 只能问很多，因为谁也不敢把赌注下在具体的某一个。真正 基本 的问题，往往要等回答以后才知道。一个成功的理论可以顺便解决很多 基本 问题；而好的理论从来不是为了同时解决那么多 基本 问题才发展的。《纽约时报》曾假想让科学家沉睡 100 年，到 2100 年醒来时向同行打听 21 世纪的科学。他们竟然一口气问了 10 个问题。我们可以想象，睡过百年的人睁开眼睛时大概只会问一个问题，可惜我们今天还不知道问哪一个。难怪费曼要说， 我无法确定真正的问题，所以我怀疑没有真正的问题，可我又不敢肯定没有真正的问题。 接着， 李 老师回顾物理学的历史 这是一篇浓缩的历史，比很多展开的编年史散发着更为浓烈的物理学的芬芳。以今天的眼光看，物理学发展的历史就是理论统一的历史。不过，从前的统一是自然形成的，而今天的统一是物理学家为自己选择的使命 也是爱因斯坦未竟的事业。回顾历史，是拿历史作镜子。 李 老师让弦理论暴露在历史的荣光下，是要让它显得黯然失色。 弦理论在短暂的 20 多年里，经历了两次革命。第一次革命发现弦理论能生出标准模型，第二次革命生出一个 M 理论的影子。尽管革命了，但不彻底，更远未成功。实际上， 反弦派 从弦理论萌芽的时候就出现了。 1985 年 9 月，《科学》杂志的一个编辑请费曼对新的 弦 理论发表意见，费曼写了封有趣的回信： 我不相信它们，但我没有认真研究过它们，也就说不清我为什么不相信它们。 格拉肖认为弦理论是 中世纪神学的新的翻版 ，他还想把弦理论家挡在哈佛的门外（当然失败了）。 Robert Laughlin （ 1998 年因为凝聚态物理的贡献获诺贝尔奖获）说， 弦理论远非我们更伟大的明天的奇妙的技术希望，而是一个陈旧的信仰系统的悲剧性结果。 这些头顶诺贝尔桂冠的人，为什么不喜欢弦理论呢？大概因为它距离物理现象和实验太远了。 20 世纪后期的物理学将物理事实变成了数学概念（如规范场等于联络，基本粒子归结为对称），而弦理论就把这些数学结构作为研究对象，得到数学结构的结果。在传统的物理学家看来，这个时尚太形式化；借 闻一多 先生说初唐诗歌的话，这也算物理学的一种皮肤病。如果说从前物理学是物理学灵魂套上数学外衣，那么弦理论大概就是一个数学灵魂在物理学上空飘浮，总也落不下来。关于这一点，我们来看一段颇有感情色彩的评论（ Carlo Rovelli, Int. J. Mod. Phys ., D12 (2003): 1509-1528 ）： 我认为弦理论是一个精彩的理论。我对能构筑起这样一个理论的人深感敬佩。然而，一个理论尽管可能令人敬畏，但它在物理上仍然可能是错的。科学史上有许多美妙的思想最终还是错了。我们不能让炫目的数学模糊了双眼。不论弦理论家们无比的才情，激进的革命，还是动人的宣传，这么多年过去了，也没给我们带来什么物理。所有关键的问题依然存在，理论与现实的联系也越来越遥远。从那个理论导出的所有物理学预言都跟实验相矛盾。将超弦理论看作成功的量子引力理论的老观念我想不再站得住脚了。今天，太多的理论家去拨弄那弦，实在是很大的冒险，无数的心力、一代人的智慧，也许都将浪费在一个美丽虚幻的梦想。 李 老师的立场和那些前辈有些不同。他不是外科医生，而是内科的，甚至精神科的。他是从弦理论阵营里走出来的，他的反对有着更具体的内容。他看到弦理论 腐败 了，今天科学的衰落就是因为弦理论的崛起 所以他的书特别加了一个附标题： 弦理论的崛起与科学的衰落 。当然， 李 老师不是一个人在战斗。哥伦比亚大学的数学家 Peter Woit （也做量子场论）也写了一本书 骂 弦理论，说 好多人在兜售投机的思想 ， 弦理论什么结果也没有 ，简直 连错都算不上 （ not even wrong ，这是他的书名，借用了泡利的名言）。他的副标题正好与 李 老师的呼应： 弦理论的失败与物理学定律统一的追求 等于说，弦理论失败了，物理学的统一才可能重新开始。两个不同背景的批判家走到一起了：打倒了弦理论，科学才有希望。仿佛那根弦成了《共产党宣言》里说的套在无产者身上的 锁链 ，而 李 老师们就是无产者和革命者。【待续】
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讨论班（有讲稿）：Black holes, information and the string theory revolution（周艳珺）09.12.24
GrandFT 2009-9-30 17:06
周四讨论班：Black Holes, Information and the String theory revolution: The Holographic Uiverse 时间：2009.12.24. 下午 4：306：10 地点：18教学楼405室 主讲：周艳珺 题目（可以只讲书中的一部分）： L. Susskind and J. Lindesay, An Introduction to Black Holes, Information and the String theory revolution: The Holographic Uiverse, World Scientific, 2005. 准备这个题目需要一些广义相对论的知识。不过不用担心，广义相对论比较容易自学。 这本书如果你没有可以给我发个Email向我要。如果你决定讲这本书，我们就把这本书复印好给你。 黑洞 讲稿（内含word格式的，scientific workplace格式的和一个图） （邱荣涛竟然将周艳珺的讲稿打出来而不是扫描一份，多大的工作量啊） PDF格式 （我试了半天没弄成，董成伟做成了这件事，真棒。真不知道董成伟什么时候会的Latex）
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光到底是什么？（2）
热度 1 sheep021 2009-9-27 14:30
本博上一篇文章 光到底是什么？ 并没有得到科学网上专业人士太多的指点。不得已，到处搜索一下，集中几个问题，再发一篇。 光是一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。在科学上的定义，光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。 世界上有黑色的光吗？这个问题很奇怪，如果你去问任何一个物理老师，可以得到这样的回答：“黑色仅是物体吸收所有光线后，人眼得不到光的信息而产生的。” 光的实质（目前的解释）：原子核外电子得到能量 跃迁到更高的轨道上 这个轨道不稳定 还要跃迁回来 跃迁回来释放出的就是一个光子，就是以光的形式向外发出能量，跃迁的能级不同，释放出来的能量不同，光子的波长就不同 光的颜色就不一样了 　　 光到底是什么？是一个值得研究，和必需研究的问题。当今物理学院就已经又达到了一个瓶颈，即相对论与量子论的冲突，光的本质是基本微粒还是行声音一样的波（若是波又在什么介质中传播）对未来研究具有指导性作用。 相对论是描述宏观宇宙的理论，但在微观粒子方面有所不适。 量子论是描述微观粒子的理论，但在宏观宇宙方面有所不适。 广义相对论和量子力学的不协调导致人们开始寻找所谓的“量子引力”。于是弦论和圈量子引力等就诞生了。 狭义相对论和量子力学都是在实验的基础上建立起来的，广义相对论和弦论则更是一种出于理性和物理直觉的产物。 不少人觉得弦论的处境更像上个世纪的以太学说：都是为了协调两个不同的物理学领域而应运而生的，都成为风靡一时的主流理论，但是都缺乏实验。 虽然广义相对论提出时也没有任何实验支持，但是以太说和弦论缺乏广义相对论那样革命性的思想：它们只是被动地把一个领域的规则往另一个领域上套罢了。 本博 观点 ： 既然说光既是物质，也是能量，其实也就是说光光既不是物质，也不是能量。既然说光既是波也是粒子，其实质恰恰说明光既不是波，也不是粒子 ，那么光到底是什么呢？，总不能说“光就是光”吧？ 欢迎莅临的各位老师、朋友不吝赐教。
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《相对论》及其发展 (47)
可变系时空多线矢主人 2009-5-9 20:40
《相对论》及其发展 (47) 46 ．所谓弦论或膜论 或其高次、线类的产生 ( 接 (46)) 4 维时空各类多线矢弹性力方程的解都是相应的常模长多线矢。 它们在 4 维时空的运动规律都是：仅改变方向，不改变模长。 它们的经典近似的解也都是相应的谐振子多线矢。 都表现出： 弦 ( 谐振子 1- 线矢 ) 或 膜 ( 谐振子 2- 线矢 ) 或 高次、线类 ( 谐振子多线矢 ) ，等等的特性。 因而，可分别具体说明： 相应的 弦论或 膜论 或 其高次、线类的产生。 ( 未完待续 )
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[小红猪]世界是一张全息图
eloa 2009-3-5 12:58
小红猪小分队 发表于 2009-03-05 3:00 原文 刊载《新科学家》2009年1月15日 译者：王某人，自号刚刚_开着花儿。现游学于湖湘南蛮之地，有折腾瓶瓶罐罐之癖好，看见液体就想搅拌搅拌，看见固体就想敲开看看；继承炼丹师之遗愿：誓为世界和谐贡献个人健康。 性情外弱内刚，外冷内热。我本男儿身，却被朋友玩笑为女儿郎；相思无寐夜夜晚晚，无奈踏上爱情路实在太难。 整一俗人，好谈笑风声，喜游山玩水，望周游列国，乐游戏人间，易附庸风雅，实乃遗笑大方。 我们所处的三维世界有可能是宇宙的终极幻象吗？Marcus Chown称一台德国探测器捕捉信息的分析结果暗示：人类的存在都只不过是投影。 驾驶在德国汉诺威巿南部的乡村，容易错过的景点莫过于引力波探测计划GEO600所在地。 它的外貌并不起眼：角落里建着一栋配套的方形临时建筑，两条覆盖着波纹钢的沟渠以适当的角度向外延长，沟渠里则安装着长达600米的探测器。 在过去的7年间，这项德国计划一直在寻找引力波，一种由像中子星和黑洞这样超密度天体的引起时空波动。虽然目前为止还未有发现任何引力波，但它可能已在无意中获得了半世纪以来物理学中最重要的发现。 几个月来，GEO600的研究人员一直对这个巨型探测器中挥之不去的噪音困扰不已，直到某天，一位研究员灵光闪现，才对噪音的存在作出了合理的解释。事实上，在这位研究人员在知道他们测得噪音之前就已经预测了它的存在。而根据一位工作在伊利诺斯州巴达维亚的费米实验室粒子物理分部的物理学家Craig Hogan的推测，其实GEO600的研究人员已经无意中发现时空的极限，处于这一极限的时间和空间的行为更像粒子，而非爱因斯坦所描述的处于平滑的连续状态，好比一幅报纸图片放大到一定倍数时你就会发现它是由像素点组成。看起来好像探测器正遭受微观量子振动的袭击Hogan解释道。 如果这都让你无动于衷的话，那么已被任命为费米实验中心粒子天体物理学主任的Hogan的这句话应该会让你大吃一惊：假如GEO600得到的结果和我的推测吻合，那么可以判断，我们都生活在一幅巨大的宇宙全息图中。 这一观点听起来荒谬，但却是我们对某些事物理解的自然延伸，这些事物中包括黑洞以及拥有坚实理论基础的事件。同时，这一观点也给物理学家努力研究宇宙在最基本的层次上的运动状态时提供了十分有用的帮助。 信用卡和纸币上的全息图印刻在平面的塑胶膜上，当光线从全息图上反射时便会产生立体图像。上世纪九十年代，物理学家Leonard Susskind和诺贝尔奖获得者Gerard t Hooft共同提出：全息原理或许能应用于整个宇宙，我们的日常生活体验可能就是一幅来自遥远地区二维平面反射的全息投影图。 GEO600 的激光是否已经证明时空的基本模糊性？ 全息原理让人难以接受。难以想象的是宇宙的另一边正发生的事情控制着你起床、刷牙和阅读这篇文章等等行为。虽然理论家有足够的理由相信在很多方面全息原理的存在是真实可信的，但是却没有人知道人类生活在全息图中这一假设到底意味着什么。 Susskind和Hooft这一非凡观点的灵感来源于以色列耶路撒冷希伯莱大学的Jacob Bekenstein和剑桥大学 的Stephen Hawking，后两者对黑洞的研究具有开创性的贡献。七十年代中期，Hawking证明黑洞并非完全黑不见底，而是缓慢地释放出辐射，如此导致的结果是黑洞最终蒸发消失。然而，谜题随之出现：称之为霍金辐射的热辐射本身并不携带黑洞内部的任何信息，当黑洞消失之后，坍塌为黑洞的恒星的全部信息也随之消失，如此推导的结果与信息永不消失这一被广泛接受的原理相悖。对于解决这个黑洞信息悖论，Bekenstein的研究提供了重要的线索，他发现黑洞熵值，也就是黑洞的信息容量，正比于其视界表面积，视界是黑洞在理论上的外表面，它笼罩着洞口，标出了界限，任何逾越这道界限的物质和光都无法从中逃脱。 理论家由此证明微观量子在视界的波动会编码黑洞内部的信息，故当黑洞蒸发消失时信息并没有离奇失踪。 重要的是，此结论深化了对物理学的理解：坍塌为黑洞的恒星的三维信息能够完整地被编码在黑洞的二维视界上，这与将物体的立体图像编码在二维的全息图上并无不同。Susskind和Hooft进一步解释到：宇宙作为一个整体，同样有其视界，来自视界另一面的光线在宇宙137亿年的寿命期间内是无法到达地球的。 另外，多个弦论学家，尤其是来自普林斯顿高等研究院的Juan Maldacena的工作已经证明，以上的研究方向是正确的，并证明了物理规律在设想的形似普林格薯片的五维宇宙中与在四维空间中毫无二致。 根据Hogan的推断，我们对时空的认识会因此得到根本性的改变。理论物理学家长期以来都认为量子效应会在最小的尺度上引起时空的严重扭曲，在这个倍率上，时空的基本结构趋向粒子，并且是由类似像素、但是比质子还小一千亿亿倍的微小单元构成的。这个单元的长度称作普郎克长度，为110 -35 米，如此微小的长度在任何实验条件下都无法实现，以至于没人可以想象能够亲眼看到组成时空的粒子。 看似量子的剧烈运动会衍生横向的振动，难以置信的是实验捕获了由这些振动引起的噪音。 直到Hogan意识到全息原理会给世界带来翻天覆地的变化时他才确认自己的推断是正确的。如果时间和空间都是由粒子构成的全息图，那么你可以把宇宙想成一个球体，它的外表面覆盖着普朗克长度见方的正方形，每一片正方形都包含一比特的信息。根据全息原理，宇宙外表面包含的信息数量必须与宇宙内部所容纳的比特数相符。 然而考虑到球形宇宙的体积大大地大于它的外表面，要实现这一点可能吗？Hogan意识到要实现宇宙内外比特数一致，则组成宇宙内部物质的粒子直径必须较普朗克长度长，Hogan用另一种说法解释到：一个全息的宇宙是一个模糊的宇宙。 对于任何致力于证明时空最小单元的人这都是个利好消息。虽然与设想的情况相反，但它使在现有的实验条件下观测量子的微小结构成为可能。如果你生活在全息图中，你就能通过测量宇宙的模糊程度来得知这一点。Hogan如是说。所以既然普朗克长度小到无法实验测量，那么就测量其大到近10 -16 米的全息投影。 当Hogan初次意识到这一点时，他还在犹豫是否存在这样的实验能够探测到时空的全息模糊性，然后GEO600进入了我们的视线。 类似于GEO600这样的引力波探测器从本质上讲都是非常灵敏的标尺。它的工作原理如下：当引力波通过GEO600时，它就会引起空间在一个方向伸展和另一个方向收缩的交替运动，为检测空间运动的存在，GEO600会发射单一的激光束并使之透过称为分束器的半镀银镜，此后激光被分为两束，分别进入装置中600米长的互相垂直的两臂，激光经多次反射后回到分束器并生成干涉图，干涉图上亮区表示光波相互叠，暗区表示光波相互抵消，亮区和暗区的任何移动则表明两臂的长度已经发生了改变。 实验的关键在于，标尺对远小于质子直径长度的变化非常灵敏。Hogan说。 那么引力波探测器有可能探测到粒子状时空全息投影吗？ Hogan认为全世界五个引力波探测器中，英德合作的GEO600应该是最能满足他的要求。他预测到，如果实验的分束器受到时空量子波动的冲击，那么检测的结果就会显示出来（《物理评论D》，vol 77, p 104031）。无规则振动产生的噪音会混合在激光信号中。 Hogan曾在六月份将自己的预测发送给GEO600的研究团队。不可思议，我发现实验装置那时检测到莫名的噪音。Hogan说。工作在德国波茨坦市马克斯.普郎克重力物理学研究院和汉诺威大学的GEO600项目负责人Karsten Danzmann承认，额外噪音的频率在300到1500赫兹之间，已经困扰了项目团队有好长一段时间。 Karsten Danzmann回复了Hogan的来信，并给他发送了一幅噪音的波谱图。跟我的预测如出一辙，就好像是分束器在作额外的振动。Hogan说。 然而，即便是Hogan也不能断定GEO600已经发现证据证明我们生活在一个全息的宇宙，现在还为时尚早。Hogan认为：噪音源可能平凡无奇。 引力波探测器极其灵敏，所以操作人员必须倍加细致才能排除噪音的干扰。他们必须考虑到头顶云层的流动、远处车辆的往来、地壳的震动和其它各式各样可能遮蔽真正信号的干扰源。日常的灵敏度改进操作往往不可避免地产生噪音，我们的工作还包括鉴别噪音来源、消除其影响，然后继续跟踪另一噪音源。Danzmann说。由于目前为止没有明确的噪音源能解释GEO600的噪音，故Danzmann还谈到：我认为当前情况并不乐观，但不是真正令人担忧。 GEO600团队曾一度以为Hogan在意的噪音是由于分束器上的温度波动，然而计算结果表明温度波动产生的噪音顶多占三分之一。 Danzmann提到会对GEO600进行若干项有计划的升级以提高其灵敏度，并消除几种可能的噪音源，他说如果在采取这些措施之后，情况仍得不到改善，那我们就不得不重新思考了。对于引力波研究者来说，如果GEO600确实发现了源于时空量子波动的全息噪音，那么不得不说这是一把双刃剑：一方面，噪音会阻碍团队对引力波的探测，另一方面，它又代表着一项更加重大的发现。 如此情形并非史无前例。研究者们曾为寻找质子衰变时放出的辐射建造巨型探测器，结果探测器却没有找到这样的辐射。，但它们发现了中微子会在不同形态之间相互转换，应该说此发现尤为重要些，因为我们可以从中得知宇宙为何是由物质而非反物质组成( 《新科学家》, 2008年4月12日, p 26 )。 如果一台设备是建来探测天体物理学中引力波源那样大的事物，但一个不留神却发现小的不能再小的时空粒子，那可真是适得其反。身为一名基础物理学家，在我看来，发现全息噪音要有趣得多。 神奇魔法眼 三维图像使用说明 将图像置于鼻子上方正放，在你看来它应该是模糊不清的，然后凝视画面想象自己能把它看穿，再缓慢将图像远离面部直到你看出深度，现在稳住你的手，尽量不要眨眼，隐藏的图像就会神奇般地出现在眼前，而且你注视的越久图像越清晰。 微小的代价 尽管Hogan的判断正确，而且全息噪音的确会影响GEO600对引力波检测的灵敏度，但Danzmann还是乐观的，他说：即便是噪音限制了GEO600在某些频率段的灵敏度，但相对于能够首次发现时空的粒子性，这只是微小的代价。我们应当高兴，毕竟在很长一段时间内这都会是极其重要的发现之一。 然而Danzmann对Hogan的想法依然持谨慎态度，并认为相关理论工作有待跟进，他说：这顶多只是个新鲜有趣的想法，还构不上真正的理论。Danzmann和很多人都认为现在做出确切的说明还为时尚早，至少早了一年，让我们走着瞧。Danzmann说。 谜题存在的时间越久，人们的建造专属设备详细调查全息噪音的动机就越强烈。来自西雅图华盛顿大学的John Cramer认为，Hogan的预测能跟GEO600项目实验联系起来是一件侥幸事件，他说：事情再清楚不过了，如果他们有意识地专注于全息噪音的测绘、特征性质的研究和相关的实验现象，那么实验结果会好得多。 根据Hogan所说，有一种可能是利用一种叫原子干涉仪的设备来探测全息噪音，其原理与激光探测器相同，但使用的光束由超冷原子制成，而非激光。因为原子波波长远小于光波波长，所以比起引力波探测器，原子干涉仪的体积明显缩小，价格也更便宜。 那么如果全息噪音确实被发现了又意味着什么？Cramer把它比喻成1964年新泽西州贝尔实验室天线接收的未知噪音，此噪音结果被证明是大爆炸后的馀晖：宇宙微波背景辐射，他说：这一发现不仅使Arno Penzias 和Robert Wilson获得诺贝尔奖，而且证实了大爆炸的存在，从此开辟了一片新的宇宙学领域。 Hogan说得更具体：忘记《微量情愫》（Quantum of Solace，即007量子危机）吧，我们可以直接观察到时间量子，也就是可能的最小时间间隔，其定义为一颗光子以光速行进过普朗克长度的距离所花的时间。 更为重要的是，全息原理的确立对尝试统一量子力学和爱因斯坦引力理论的研究者有很大的帮助。现在研究量子引力学最流行的方向是弦理论，研究者希望通过弦理论来描述宇宙在最基本的层次上的事件。不仅如此，Cramer还说到：全息时空可被应用于与弦理论有密切联系的重力量子化过程中，结果是，量子引力学里某些理论被可能被证明是错误的，而另一些理论则得到加强。 Hogan认为全息原理一旦得以确认，就会排除所有与全息原理相悖的研究量子引力的方向，反过来说，对于那些与之相容的方向，包括一些基于弦理论的方向和名为矩阵理论的方向，这也是一个催进。最终，我们会从量子理论中揭开时空的真空面目。随着研究的继续，我们再难有更惊人的发现了。
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别让年轻越长大越孤单——上海行记and新年快乐
eloa 2009-1-5 15:49
小姬 发表于 2008-12-25 23:19 这不是那首矫情的歌，这是小虎队。 别让年轻越长大越孤单 把我的幸运草种在你的梦田 让地球随我们的同心圆 永远的不停转 这是小姬看片会上海行之后的FB场面。我们勾肩搭背，高唱那首刻在我们青春里的歌小虎队的把你的心我的心串一串。 上海行让我收获了很多，一直没有时间整理出来给你们。 短短四天，仿佛一年。最多的是朋友之间那种默契的感觉。 比如头一次100多号人拥拥挤挤在一个房间里谈论世界的真实性，比如三四十人包下火锅店，每个人都被白色的热气蒸得满脸通红，再比如三三两两交头接耳，说着不接地气的话题。 笑得满脸油油的。 photo by 陈莹 这是松鼠会第一次在上海搞活动，跟没想到比北京人气还旺，报名只进行了一天半就完全爆满，只好急急关闭。 一下飞机，小姬一下子就被南方温暖的空气扑了个正着。 松鼠会最年轻的留美博士 一非，人称蝙蝠老师，5岁。留美天文学生物学博士。对天体物理和蝙蝠、蛇等小女生害怕的生物都很有研究。 在介绍完小庄和十三之后，我隆重地说：有请松鼠会最年轻的留美博士蝙蝠老师！大家掌声雷动忽然看到一个小小小小的身影从容镇定地登上舞台。 蝙蝠老师很镇定。不，是淡定。photo by 天翼 蝙蝠老师虽然英文很没的说，但是他说，对中国人要讲中文。 于是他拿出自己制作的教具，非常耐心地把八大行星都讲了一遍 然后问：在火星上面会怎样？ 观众面面相觑。 他说：会冷死。 然后又问：在水星上会怎样？ 会热死。 蝙蝠老师和chonps老师。有爱心的一家人。真让人温暖。photo by 天翼 讲完课，就拿出自己制作的贺卡，和看过的儿童科普书，要我转送给北川的地震孤儿。 嗯。这就是蝙蝠老师。 不仅智慧，而且有爱心。 优雅的多维宇宙 在咫尺眺望远方 photo by Aether 不论我们多么绞尽脑汁、抓耳挠腮、蓬头垢面，宇宙仍然优雅，兀自美丽。 所以我们聚在一起，等待宇宙给我们答案。 小庄和CS博士。也许宇宙的秘密就藏在我们身后。 photo by marily song 我始终相信，宇宙，实际上是有生命的。千寻没办法阻止自己的思绪。你看星空剧烈的诞生和消亡，正在上演一场狂热的宇宙生命之舞。他们，在思考着什么呢？ 现在的宇宙深处，正在有多少无法看见的恒星归于沉寂，多少超新星就此爆发，把物质抛洒向周围的空间，还有多少星系正在远离或者靠拢，跳一场宇宙华丽的华尔兹。 很难不去相信这个宇宙正在进行思考，就像人脑依靠五羟色胺和多巴胺这样的化学物质传递思维的信号，而并非细小的突触之间相互碰触，这个宇宙也正在依靠光速运行的光子和看不见的中微子辐射传递思维的符号吧。 而我们，相聚在一起，思考着相同的问题，我们的微妙联系似乎也在形成着某种更强大的思考。 弦，就是一个闭合的环，或者一小段卷曲的线段。它是通往大一统理论钥匙，也是要求我们世界增加到11维小小杠杆。 当我们的思绪延伸到微小的、永远无法到达的世界，是不是，也是一种奇妙的旅行呢？ 就像 Aether同学 说的，在此刻，就让我们在此处，眺望远方。 无用之用是为大用 烛光摇曳，穿过狭长的走廊。我们来到另一个世界。 严锋老师说，他好像进入了一个多维的世界。在上海新天地这样的地方，外面物欲横流，屋内却在讨论科学，而在我们的精神世界，又有一个充满弦的奇妙世界。 严锋老师是我最崇敬的人之一。作为 《新发现》 的主编，那两天他们杂志下印场，正是最忙的时候，他却坚持来了。我很感动。是他的渊博和儒雅造就了新发现的气度。 他说：刚才有朋友问这两位博士，弦论有什么用。我想借用庄子一句话：无用之用是为大用。 我们自费去上海有什么用？我们办活动、请专家有什么用？我们翘班去讲遥远的科学有什么用？ 没有用。但是，有大用。 我看到无数思维的火光。 小姬、小庄、CS、姬十三，一字排开。也许宇宙的秘密就藏在我们身后。 photo by marily song ____________________________________________ 小姬看片会大家评 谢谢你们的感言，让我觉得此行不虚。 ____________________________________________ 这一群人。photo by marily song 超强大预告：上海以后的活动 达文西哒哒哒小分队 每次挑选一位专家，带你走入博物馆、科技馆、解剖室、幼儿园总之，好多人一起，哒哒哒哒哒哒让我们走起来吧！ 很快你们就会看到达文西放出的公告哦！ 我们回来了。我们会继续走。 下一期，恐龙专家 邢立达 老师（一位非常有型的大号松鼠）带你翻阅人类出现之前的历史。 第四期：耶诞三天，上帝说：要有恐龙 松鼠们有幸邀请到著名手风琴歌手张玮玮。 张玮玮：时间都变成了灰 他是谁？ 他参加过野孩子，参加过美好药店，参加过IZ。 他给左小祖咒、万晓利、老狼做演出乐手。 他给孟京辉《恋爱的犀牛》做过现场音乐。 他在江湖酒吧拉着手风琴，唱着：你一手拿着苹果，一手拿着命运，在寻找你自己香。 他说：10年了，我也知道自己喜欢的是什么了，这样就挺好的了，无名无利的，我只有大把的时间。 他是松鼠的朋友，他有相同的气场。 现在我正坐在办公室里，正午的阳光照在我的藤蔓植物上，反射出柔和的金色光芒。 别让越长大越孤单。森林里松鼠们正在急急赶来，奔向同一个地方 把你的心我的心串一串 串一株幸运草串一个同心圆 让所有期待未来的呼唤 趁青春做个伴 photo by 小庄 一非和妈妈的字。书和贺卡已经寄给孩子们，谢谢你们！ 祝你们，圣诞快乐，新年快乐！
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