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2019-04-29: dsm9393 2019-4-29 17:21; 为什么外国名著缺少中国元素？ ------ 读科普名著《从一到无穷大》的疑问与思考都世民（ Du Shimin ）摘要：本文主要阐述阅读物理学家、天文学家、生物学家乔治 •伽莫夫的科普名著《从一到无穷大》的疑问与思考。笔者想从不同的视角，来讨论这本书的主要内容，提出自己的疑问和思考，确切的说是用联想思维和逆向思维，提岀疑问和思考。因为这本书内容广泛，只能重点讨论几个问题。另外，从科普写作的视角，讨论有关问题。关键词：伽莫夫，科普，大数，宏观，微观一．引言 1946 年 12 月，乔治 •伽莫夫为他的著作写了第 1 版序言， 196 0 年 11 月，他为再版又写了前言。 2007 年 4 月，清华大学教授刘兵授序。 2017 年 10 月，电子科技大学校长李言荣院士，再次写了序言，题目是：“我的科学启蒙”。另外，书的前面部分还有这本书的读者感言摘录。不能看出这本书，与其他的书有很大的不同。这部长达半个世纪的著作，是 1978 ，年首次传承中国，如今也有 40 年了。按刘兵教授说法：“从现在的观点来看，这本科普名著，并未过时。 ”按李言荣院士的说法，伽莫夫站的角度非常不一样，开启了我对自然科学的兴趣，其中包含的内容十分庞杂，有天文、物理、化学、信息，哪个方面不懂，都可以从中找到对应的讲解， “激发人类的好奇心，并且带动你的兴趣，不需要很多的专业知识”。二．问题的提出对这样一部名著，要不要换一个视角？来讨论一些问题。或者说用一种逆向思维来看看这本书，有没有需要讨论的地方？从自然科学多学科的角度，怎样融合？怎样统一？难题在哪里？？笔者先提出一些疑问： ·这本书为什么讲大数却不讲小数？数有多少种？ ·数与时空是什么关系？怎样阐述才能让读者理解？ ·为什么讲四维空间？难道空间只有四维最多吗？怎样解读四维才能让读者明白？ ·生命之谜与大数有关吗？怎样解开生命之谜？ ·大小宇宙中，无序是怎样变成有序？同步的构想，证明了吗？ ·爱因斯坦的相对论与量子理论的矛盾是怎样产生的？爱因斯坦的相对论是在宏观层面还是在微观层面？它与相对论是在同一层面吗？ ·宏观层面与微观层面是什么关系？要不要统一？怎样统一？ ·光速是物质相互作用的传播速度吗？在真空中这些物质的相互作用形成的力，能产生波动吗？它们的传播速度是相同吗？怎么证明？这本书涉及的问题很广，又是多学科，讨论起来也挺困难，文章又不能太长，只能就几个问题进行讨论。三．为什么开篇讲大数？ 1 ）为什么开篇讲大数却不讲小数？数为什么有正负？数的起始点与终点是什么？材料的参数始、终点又是什么？折射率为什么也有正负？却找不到 0 → ± 1 的折射率？从坐标系上看数，有正、负无穷大，这标志什么？有终点吗？恆河中沙粒数不清，是无穷大。可是恆河尚多无数，那么沙粒更多，总共是多少？怎样表示才确切？ 2 ）时空里有大数吗？时空里的大数与小数是什么关系？可以相互转换吗？ 3 ）伽莫夫著作的书名是从一到无穷大，为什么没有 0~1 ？李言荣院士解读为创新，可是 0~ - 1 又该怎么解释呢？ 4 ）为什么讲复数？虚数有意义吗？复数是虚幻概念还是有实用价值？为什么只讲复数，不讲矢量？难道矢量与书中后面部分没有关系吗？在与大宇宙探测中，离不开光，光是电磁波，麦克斯韦方程都是矢量关系。在微观层面的小宇宙，细胞是用标量还是用矢量建立模型？因此讲述复数，要让读者理解，应该讲矢量关系，使文章的内容实用化，也便于理解。 5 ）无穷大是最大吗？宇宙是无穷的吗？宇宙有边吗？时间有无穷吗？地球有寿命吗？人类有寿命吗？学科有边界吗？会无限分解吗？科学探索有终极疆域吗？阿基米德论文《计沙法》中，提到用无穷大表示沙粒数。如果认为地球上的沙粒数是无穷大，整个宇宙恆河也尚多无数，那么沙粒数又是多少呢？又该怎么表示呢？如果用 10 的 n 次方， n 为无穷大时，这是不是最大数？看来这个问题没有答案，因为还可以改变这个数的表示方法，让它更大。四．为什么不讲小数？ 1 ）现代炼金术最终目的是什么？最小粒子有终级吗？光子能不能一分为二？世界上的物质是不是都能用现代的炼金术将其一分为二？ 2 ）细胞的分裂有终极吗？微小粒子的碎化有没有终极？ ·揭示生命之谜的最大难题是什么？ ·研究生命现象是自上而下还是自下而上思维模式？用化学和物理的知识就够了吗？ P198 · 研究细胞的结构及其关联，能搞定生命之谜吗？ · 体内受精与体外受精对男女性别的产生有什么影响？用染色体的概念能解释清楚吗？ · 对细胞的研究能搞清衰老吗？ AI 技术 + 纳米技术能让生命永生吗？能让人脑更聪明吗？ · 色盲与遗传的关系有统计学结果，结果靠谱吗？ · 人和机器人能通婚吗？能产生下一代吗？他们的器官脑能够互换吗？ · 讲述无序定律的目的是什么？ ·无序到有序是怎么形成的？光合作用能说清楚这个问题吗？ ·为什么只讲四维空间？ ·四维空间的解读合理吗？ ·空间的最多维数是多少？五．为什么外国名著缺少中国元素？这部名著的开篇是讲述大的数字，作家以讲述故事的方式，阐述了古代人对数字的概念和数字的表示方法。不同的国家，不同的民族，是不一样的。文中阐述了印度数学家发明，凯撒的衙门内，古罗马，古希腊，古印度，以及西方国家的古代名家，对大数的各种观点的阐述。笔者找不到中国的元素，难道中国 5000 年文化对大数没有任何讨论？非也！ 2500 年前，《金刚波若波罗蜜经》对大数有很多讨论，寓意深刻，涉及面很广，引用经文如下：第八品指出： “若人滿三千大千世界七寶以用布施 ”。第十一品指出： “须菩提，如恒河中所有沙數如是沙等恒河。如意云何。是诸恒河沙，寕為多不。须菩提言。甚多。世尊。但诸恒河尚多无数。何况其沙。 ” 第十一品指出： “如是无量百千万亿劫。以身布施。 ” 第十六品指出： “我念过去無量阿僧衹劫。於然燈佛前。得值八百四千萬万億那由他诸佛。 ” 第十八品从人眼的五种功能，谈到 “如恒河中所有沙。佛说是沙不。如是。世尊。如来说是沙。须菩提。如意云何。如一恒河中所有沙。有如是沙等恒河。是诸恒河中所有沙数。佛世界如是。寕為多不。甚多。世尊。”经文又指出，眼睛与心的关联。相由心生。第卅品指出： “有三千大千世界，碎为微塵。如意云何。是微塵衆\。寕為多不。须菩提言。甚多。世尊。何以故。若是微塵衆\實有者。佛则不说是微塵衆\。所以者何。佛说微塵衆\。即非微塵衆\。是名微塵衆\。世尊。如來所说三千大千世界。即非世界。是名世界。何以故？若世界實有者。即是一合相。如來说一合相。即非一合相，是名一合相。须菩提。一合相者。則是不可说，但凡夫之人貪著其事。” 笔者引用上述经文，其目的是说明两个问题：一是中国古代大的数字表示方法；二是宇宙空间的沙子总数。 ·古代对最大数表示方法，不应该没有中国传统文化，是这位作家不了解中国傳统文化，还是中国传统文化宣传不到位？笔者也说不清楚。［］ ·伽莫夫在开篇中说， “ 古代的计数很难超过几千，因此，也就没有发明比一千更高的数位表示符号 ”。显然这种说法是不全面的，他不了解中国的傳统文化，很早就有 “億”这个表示方法。中国人表示数字是以漢字表示，它是方塊字，不是字母或符号。一二三四五六七八九十百千万億及其组合另一种数字表示法：個十百千万億及其组合不难看出，中国古代表示数字早就超过了 “ 千 ” ，这是不争的事实！在中国古代诗词中，也可以找到数字的表示法：怨郞诗［汉］卓文君一别之后，二地相悬。只道是三四月，有谁知五六年。七弦琴无心弹，八行書無可傳，九連环从中折断，十里長亭、我望眼欲穿。卓文君（公元前 175 年 — 公元前 121 年），原名文后，西汉时期蜀郡临邛（今四川省成都市邛崃市）人，汉代才女。中国古代四大才女之一、蜀中四大才女之一。这首诗写了 13 个数字，一二三四五六七八九十百千万。最大数字是 “万”，不是“ 千 ” 。伽莫夫在开篇中说到阿基米德（公元前 287 年 — 公元前 212 年），公元前三世纪，大名鼎鼎的大科学家，想出了书写着巨大数字的方法，他从当时古希腊送书中，最大的数万开始，然后引出一个新的数字万万（亿），作为第 2 阶的单位，然后两个 “ 亿亿 ” 表示第 3 阶的单位，用三个亿表示第 4 阶的单位。伽莫夫认为，在那个年代，阿基米德能够写出大的数字的方法，确实是一项伟大的发现。然而在这之前，中国古人早已发明了大的数字的表示方法。笔者引用的古代表示数字的两种形式，一是佛教经典，二是中国古代诗词。这是有据可查的。我们的祖先，表示数字和数字与实际应用中的概念，阐述的很简明，寓意也很深刻，不用费太多的笔墨，就把问题阐述得清楚。上述的 13 个数字表示的含义，中国人应该都明白，外国人就不一定清楚。名家要不要知道中国的古代文化？至少龙的传人，应该思考这个问题。有些名家发表的言论，为什么就缺少中国的元素？却反而说，中国没有科学，外国文化没有中国人的名字，问题到底在哪里呢？ 2019-04-20 林坚在《环球时报》刋文： “ 中华文化海外传播任重道远 ”，讨论了这方面问题，（ http://opinion.huanqiu.com/hqpl/2019-04/14756183.html ）六．数与时空 1 ）怎样看到无穷远？这个问题实际上是说，人的眼睛能看多远的距离？如果我们要到这个地方去，需要多少时间？这就变成了时空问题。如果宇宙是无穷的，也就是说宇宙的空间没有边界，也就是没有形状，那么时间还存在不存在？在地球上这个问题是不存在的，因为地球是个近似球体，是有边界。如果人的眼睛，不借助于显微镜和望远镜，所看到的距离是有限的，是不是每个人都一样啊？不是。这究竟是为什么呢？你想过吗？ 2 ）一支烛光，我们离多远的距就看不见，我们每个人能分辨清楚多远距离的物体，其答案是不同的。为什么会这样呢？这答案又是什么？这个问题涉及到光，也涉及到人的眼睛的构造和运行机理，同时与环境条件有关。回答清楚这个问题，应该用天人合一的观点。若用量子力学的观点很难解释清楚。 3 ）然而在大宇宙中，我们能看到无穷远吗？我们观测宇宙时，几乎就是在寻找光源！寻找的光源是否就是太阳光？我们看到的天上的星光，无法证明都是太阳光。从一侧到另一侧约为 930 亿光年。这是天文学家都觉得难以想象的距离。其数值大小相当于绕银河系 300000 圈，而太阳自诞生之日起才绕了 20 圈。换个说法，你能想象绕地球 2000 亿亿圈吗？ 930 亿光年，如果按照分秒计算，这 930 亿光年是多么大的数？这说明时空都是无穷大吗？不难看出大数与时空是有关联的。伽莫夫的著作却没有说清这个关系。 4）这宇宙是球体 , 还是方体？我们的肉眼是分不清的！如果宇宙是有边缘，它具有形状，我们才能认为宇宙有膨胀，才有可能形成宇宙的大爆炸，如果宇宙无边，没有形状，又怎么判定是膨胀了呢？这大爆炸又是怎么产生的呢？令人费解！ 5）如果认为宇宙发生了大爆炸，那么爆炸之前是什么状况呢？又该怎样来解读呢？ 6 ）除非你是漂浮在太空中的宇航员，你可以超光速飞行，在那里你看到许多地球外的东西，所以才有可能看到地球怎样弯曲。可是人类又不可能离开这个宇宙，你怎么能够判别那个宇宙是直的或者是弯曲？这只能是假设，因为我们没有超光速的飞行设备，我们要想到另一个星球系几乎是不可能的！七时空的表示方法 3 ）伽莫夫讨论四维空间的时候，提出三维空间是以尺寸为量纲，而四维空间，是以时间为为量纲，能让读者理解四维空间吗 ? 可是这两个量纲不是一回事，怎么能相提并论呢？对天文学和考古学，同样存在这个问题。用长度量纲来表示时间的长度，以此作为时空变换的根据，这是主观意志还是客观标准？笔者很难理解。考古学和天文学都是探索很早很早以前的大小宇宙，考古学是以多少亿年为单位；天文学是以多少亿光年为单位？前者表示时间，后者则表示距离，从数值上看相差很大很大，无法比较。这本身是时空差异，不是同一范畴。考古学是在微观层面取得的数据。天文学这是在宏观层面取得数据，采用的手段和方法是不同的，这里就存在一个微观和宏观的不统一，对此没有人讨论。 4）光是粒子还是电磁波，是有争议的问题，科学家牛顿认为光是粒子，而麦克斯韦认为光是电磁波。如今认为光有粒子和波的二重性，这实际上是宏观和微观的特性合一，是在两种不同的光学装置中展示的，在同一组光学装置中，能否展示这两种特性？在人的眼睛中，光是电磁波，可是到了视网膜，却变成了微观层面，那么光是粒子还是波呢？没有人研究。没有实验证明二者都存在，有的专家用量子理论来解释宏观现象，三米以远为什么能够看见烛光，认为是量子效应，可是怎么证明？如果把它看成为电磁波，那么眼球与视网膜就构成了一个天线系统，它就能够解释人眼的很多功能。奇怪的是，伽莫夫著作几乎看不到麦克斯韦的名字，但是从内容上看，有波长概念，以此来解释一些现象，但是在宏观微观之间的关系上，却没有讨论，一点认为，麦克斯韦的电磁理论用波长概念把宏观与微观连续起来，而爱因斯坦和量子理论之间没有链接，宏观与微观不能统一，他们有矛盾是必然的！ 5 ）光速不变的理论也是争议很久的问题。伽莫夫讨论这个问题时，认为光速就是物质相互作用的传播速度，他认为任何物体之间作用力，在真空中的传播速度都是相同的，对包括电的吸引力和万有引力，并且认为光速有上限，任何物体不可能超过光速运动。有的专家认为，力不可能产生波，但是交变电磁场可以产生电磁波。这里的电磁场是不可分割的。可是物理学中的 4 种力：引力、电磁力、强力和弱力，它们的定义是不相同的。 6 ）引力源于物体质量的相互吸引，两个有质量的物体间存在引力；电磁力是由粒子的电荷产生的，一个粒子可以带正电荷，或者带负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸；强力主要是把夸克结合在一起的力；弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应，像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。伽莫夫认为这 4 种力在真空中是一样的。这 4 种力在真空中怎样证明它们是一样的呢？他们不在同一范畴，无法比较，宏观与微观的实验不可能在同一个地方进行比较。因此笔者认为这一结论是主观意识，它不是客观标准。因为真空并不是真正的 “空”，在微观层面，人类知之甚少。读书是为了学习知识，也是想从中获得启发，书中的故事可以引发读者的兴趣，只有多学、多思、多问，才能更深入的学习，在深入的学习当中，将受到的启发转化为创新，学习碎片式多学科的知识，需要将其交叉融合，才能有整体观念，才能对事物有更清醒的认识。如果有了创新思维，就要小心求证，用多个视角去证明创新思维的正确，这不是一朝一夕能完成的。这是一个艰苦的过程。由于篇幅的限制，只能做简单讨论。; 个人分类: 科普创作|1967 次阅读|0 个评论

物质是什么（5）神奇微粒的量子力学描述: tingyy 2018-12-21 10:46; 现代物理学对微观世界的研究，首先遇到的是让人惊奇的是微粒的波粒二象性，就是微粒在运动过程中，既表现出粒子特性，同时又具有象声波、水波类似的波动特性。波粒二象性的发现最先是起源于对光的研究。光是我们人类观测世界最重要的物质，如果没有光可能人们也就无法理解世界。连基督教的圣经里描述的上帝在创造天地时，首先创造的就是光。在创世纪的第一日，上帝说“要有光”，于是便有了光。我们学习传统物理的时候，知道光是光波，光与我们平时听广播，看电视用到的电磁波一样也是电磁波。它以电磁波的形式在真空中间以约 30 万公里 / 秒的速度传播，这是目前我们所知道的宇宙中所有物质运动的最快速度。但是，当物理学家深入研究光的一些性质的时候，发现在一些物理现象中，光居然有象粒子一样的特性。如在光电现象中光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子。而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。进一步的研究发现，不仅仅是光，包括电子、质子、中子甚至原子，只要物质的微粒足够的小，那么在它们的运动中都可以表现出波粒二象性。所以，波粒二象性是物质的一种基本特性。这在人们的直观感觉中也是不可思义的，如你可以坐上一辆汽车往前开，汽车周围有发动机的噪音声波，喇叭声波。但是，你不可能想象你坐的汽车同时也是一种波，你感觉到的只是汽车的颠簸，绝对感觉不到汽车的波动特性。甚至连你自己同时也是一种波，这简直让人太不容易接受了。在研究微粒的运动特性时，物理学家用量子力学来描述具有波粒二象性的微粒的运动规律。量子的概念，起始于普朗克对黑体光谱中的能量分布的分析，他发现了辐射能量的数值大小的取值具有非连续的量子特性，并且计算出能量量子（自然界中能量的最小单位）的数值等级为 6.626×10 -34 焦耳 * 秒，这是一个非常小的数。后来被称为普朗克常数，这是量子物理中一个很常用的基本数据。根据量子力学的理论，微粒的波粒二象性使得它在运动过程中，在没有对它进行测量观察之前，它是以某种波动的形式（可以用薛定鄂波动方程或者海森堡的矩阵方程来描述）运动，而一旦对它进行测量时，它马上变成一个确定的粒子运动（称为波函数的坍缩），并且该粒子的运动特性数据是以与波函数有关的概率规律出现的。同时，对具有波粒二象性的微粒运动进行测量时，粒子的运动状态（空间位置和运动速度）具有不确定性，就是说你如果确定了粒子的位置，就无法确定它的运动速度；或者如果确定了粒子的运动速度，就无法确定它的位置。这就是量子力学中著名的测不准原理。这个量子力学中的测不准原理，不光我们一般的人不容易接受，而且连科学巨人爱因斯坦也长时间拒绝接受，因为它破坏了整个经典物理学理论体系的严密的因果原则。不赞成量子物理理论的科学家提出了很多疑问，如著名的 “处于不死不活的薛定鄂的猫实验”、“爱因斯坦等人提出的 ERP 佯谬”等等。海森伯在 1927 年首先提出来的不确定性原理，反映了对物质的微观粒子运动的测量时的一种规律，是微观世界的一种与经典物理学中完全不同的特性。不确定性原理是量子力学的一条基本原理。应用量子力学的理论可以证明，凡是乘积具有普朗克常数量纲的成对物理量都不能以任意高的精确度同时确定。比如位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式 △q△p≥h/ 4 π ，其中， h 是普朗克常数。尽管如此，量子力学理论的确很好地解决了一些微粒运动的物理特性问题，并且在这个令人难以理解的理论的指导下，一些对世界有极其重大影响的技术发展起来，如激光、半导体等。此外，科学家也做了很多实验，验证了量子力学理论的正确性，最著名的是对贝尔不等式（说明两个相关的量子的概率相关性的上限值）的验证实验。对于这些物质的量子特性的具体描述因为涉及到比较深奥的数学公式，所以在这里也不对物质的量子特性说得更加专业化了。总之，在理解物质的微观结构，和物质微粒的运动特性等方面，量子理论比传统的物理学要正确和深刻得多。在新的量子物理理论的指导下，对 “物质是什么？”、“世界是什么样的”等问题认识与传统物理学的解释是不同的，如平行的多世界解释，人择原理的宇宙等等、等等。那么，对于物质的构成会进一步问到，构成物质的微粒的分解还有没有止境？根据，量子理论，物质的可分性不是无止境的。对于粒子的分解到一定的阶段（现在认为到 “夸克” ）再分解就没有意义了。这个问题在后面对物质的来源还要谈。现代物理学正是通过对物质微粒运动的这些奇异特性的研究，进一步揭示了物质的本质。关于物质的本质是微粒还是波，物理学家经历了几十年的争论，同时物理学家对于微粒的运动提出了十分完美、规则的数学描述（主要有海森堡的矩阵方程和薛定鄂波动方程）。但是与经典力学的物体运动方程最大的不同，这些数学描述并不是说明物质微粒的具体的运动状态（空间位置和运动速度），而是说明物质微粒的可能的运动状态的概率分布情况。实际上是对物质微粒的运动状态的随机性（不确定性）的描述。这些数学描述都比较专业，一般的介绍中都会避免去讨论它们。这里我们从认识物质的本性出发，也只从定性的方面去理解物质的这些特性。实际上世界上不存在绝对的真空，我们通常意义上所说的真空是指在某一空间中没有有形的物质（包括各种原子、分子、离子等）。但是，从现代物理学的物质观，物质还应该包括无形的场。所以，在一般意义的真空中间实际上是充满了场物质的，特别是引力场是必定存在于我们所能够研究的任何空间中的。当然，在一般的空间中可能还存在其它的各种场物质，如磁场、电场等。这样物质微粒在空间运动过程中实际上是在场物质中间进行的。在传统物理学中能量被定义为物体做功的能力，它有很多表现形式，如动能、势能、热能、光能、原子能等等。场态的物质只能以它们和有形物质之间的相互作用（能量交换），才能被感觉到，所以我们是以能量的强度来说明场态的物质。但是场态的物质的能量和物理中所说的能量是不同的，能量本身并不是物质，能量是物理学中用来说明场物质的存在和对周围的影响程度的一个物理量。在传统力学中，我们在分析在地球引力场中间物体的运动，就必须考虑地球的引力场（重力加速度）。在传统物理学中，地球的引力产生的加速度被定义为 9.8 米 / 秒 2 。其实，人们早就知道在地球的不同地方，甚至不同的时间这个值是有所不同的。我们分析高空物体的运动，如人造卫星的运动，那么可能除了考虑地球引力以外还需要考虑太阳等其它星球的引力。类似的，物质微粒在空间的运动状态实际上是要受到场物质的作用的，也就是说如果我们要精确地确定一个物质微粒在空间的运动参数就必须精确地确定它所受到的所有场的作用。但是，宇宙中所有的有形物质，在它们形成的同时，也就在空间产生了一个引力场，引力场在空间也是以光速传播的。有形的物质在宇宙中已经产生了几百亿年了，所以在几百亿光年的空间范围中都充满了引力场。根据万有引力定理，引力的强度与物体的质量成正比，而与距离的平方成反比。虽然，宇宙空间中星体的距离都很大，但是质量也很大，数量也很大。而且星体之间都处于不停的相对运动中。所以，就地面情况来说，除了最强大的地球引力之外，宇宙中其他星球的引力场也是起作用的，再加上地球引力场的变化，要确定空间任意一点的场的强度的精确值是不可能的，虽然这个值变化是非常小的。对于分析一般的质量比较大的物体运动，这个微小的变化对一般物体的运动状态的影响是非常微小，可以忽略。但是当物质微粒的质量非常小时，如光子、电子、中子、质子、原子，甚至小分子，这个影响就不能忽略。这样，是不是可以把物质微粒的量子特性，理解为不可确定的、波动变化的宇宙场（主要是引力场）的作用对物质微粒的运动造成影响的结果。因为，宇宙中任何物质都不可能绝对地脱离其他物质的影响而独立存在，所以物质的量子特性是宇宙中物质的固有特性。只要我们观察的物质质量足够小，它的不可确定的（或者叫不可测量的）量子特性就会明显地表现出来。同时，因为场物质对有形物质的作用是量子化的，而不是连续的，所以这个影响表现出来的是量子特性的不连续性。如我们观察围绕原子核运动的电子，虽然从电磁场理论可以知道有电磁力把电子吸引到原子核的周围运动，但是具体的电子运动状态还要受到其他各种场物质的作用的影响，所以这些电子的运动状态象云一样模糊，并以量子特性在不连续的层次上形成电子云。原子核中的质子、中子通过强力相互吸引，它们只能在原子核心位置上波动。原子之间，通过电子的连接键结合成为分子，或者晶体的晶格，它们也只能在一定的位置附近波动。等等这些情况下物质微粒被比较强大的力约束，它们的量子特性只是在一个很小的范围内表现出来。所以对于整个物体来说，在整体的宏观上是觉察不到这些奇特的量子特性。而当某微粒脱离了这些强作用力，在场中间运动时，这些量子特性就可以明显地被观察到了。这种对世界的整体看待的观念在中国古代的哲学思想中就是一种主流观念。如道家的老子学说，周易太极等都提倡从整体观念和事物的互相关联来看待世界。所以，这种从宇宙事物的互相影响、互相联系的整体观念来描述物质的特性也应该是正确地认识世界的必然之路。虽然，到目前为止科学家对宇宙，对世界和物质的看法还没有一个完整的、统一的认识，但是随着现代物理的发展人类对宇宙的看法又达到了新的高度。量子力学对物质世界的解释中更加让人匪夷所思的是对 “真空”的描述。在传统的观念中真空就是没有实际物质的空间，当然严格来说“真空”中实际上还是会有场态的物质，如对于引力场目前还无法从测量空间中屏蔽掉。根据量子力学的理论真空中随时可以产生出物质微粒（量子理论认为真空实际上是一片不停波动的能量空间。当能量达到波峰，能量转化为一对对正反基本粒子，当能量达到波谷，一对对正反基本粒子又相互湮灭，转化为能量）；而物质微粒也可能随时在真空中消失，又在空间中另外一个位置突然冒出来。根据量子理论物质的微粒就是不停地在空间中神奇地变化着。只不过这些神奇的现象都发生在很小的尺度空间中，大约只有 10 -33 厘米，（称为普朗克长度，普朗克长度由引力常数、光速和普朗克常数的相对数值决定，它大致等于 1.6*10 -33 厘米，是一个质子大小的 10 - 20 倍。）我们一般是完全感觉不到的。但是在一些十分精确的物理实验中，这些 “真空”中的奇妙的变化的确可以被间接地测量出来。而根据现代物理学理论我们宇宙中所有的物质就是来源于一次大爆炸的能量。为了把狭义相对论与量子概念结合起来，物理学家们首先把力量集中在电磁力与物质的相互作用上。经过一系列激动人心的进步，他们创立了量子电动力学。通过与量子电动力学类比，物理学家构造了强力与弱力的量子场论，叫量子色动力学和量子弱电理论。物理学家把这个关于引力外的三种力和三族物质粒子的理论叫做标准理论，或者，更多的时候称它是粒子物理学的标准模型。物理学的标准模型很好地描述了微观粒子的物理性质。但是对于大尺度下的物质特性却难以说明。现代物理学对宇宙整体的看法是起始于相对论。; 个人分类: 物理学习|3345 次阅读|0 个评论

物质是什么（3 ）物质的微观组成--原子: tingyy 2018-12-11 01:15; 一个物体如果把它打碎成为粉末，就可以认为物体是由这些粉末构成。如果把粉末再磨细，又会得到什么呢？几千年前，古代希腊人就提出最后物质是由不可再分解的微小“颗粒”——原子组成。通过现代科学使我们了解到：我们所看到的宇宙中所有的物体，无任是大的星球，还是小的生物，甚至于我们人自己都是由原子组成。根据科学家目前的研究结果，宇宙中的原子根据其质量（原子量）和在化学反应中的性质的不同有2百多种不同的原子（元素）。对于这些不同的原子构成的各种元素的特性，科学家进行了许多实际的测量，得出了它们的比较完整的特性数据。这些特性可以在元素周期表中方便地查出。这些数据对化学、生物学、材料科学等都提供了非常好的支持。为了进一步了解这些物质元素特性的本质原因，需要对物质的基本组成原子的内部结构进行进一步的深入研究。原子是由什么组成的呢？是什么因素影响它们的特性？这就是现代物理研究的一个主要问题 ——原子的构成。从上个世纪 30 年代开始，科学家就从对放射性物质的性质的研究出发，逐步了解到原子是由原子核和周围的电子构成，原子核又进一步是由带正电荷的质子和不带电的中子构成。原子核在原子中所占的体积很小（大约只有原子体积的千分之一），而质量比例很大（大约占原子质量的 99.97% ）。而原子中大部分是空的，是不停的运动的电子的空间。对物质的微观结构的这些研究结果现在可能仅仅是中学课本的内容，可是直到上个世纪之前这些深入到原子内部的结构在最有水平的物理学家面前都还是一个非常艰深的问题。因为传统物理学理论都来自于实际的观测，而构成物质的原子已经是非常非常小的东西了，更不用说原子内部的结构更是难以直接观察到了。事情的起源在 1869 年德国科学家希托夫发现阴极射线。以后，一大批科学家研究了阴极射线，历时二十余年。最终，汤姆生（ Joseph John Thomson ）发现了阴极射线是由带负电荷的电子流构成。通常情况下，原子是不带电的，既然从原子中能跑出比它质量小 1700 倍的带负电电子来，这说明原子内部还有结构，也说明原子里还存在带正电的东西，它们应和电子所带的负电中和，使原子呈中性。原子中除电子外还有什么东西，电子是怎么待在原子里的，原子中什么东西带正电荷，正电荷是如何分布的，带负电的电子和带正电的东西是怎样相互作用的等等一大堆新问题摆在物理学家面前。根据科学实践和当时的实验观测结果，物理学家发挥了他们丰富的想象力，提出了各种不同的原子模型。这些模型都是根据原子的宏观表现来推测原子内部的结构，能够比较好地解释宏观物理现象的模型就逐渐被科学家接受。而那些与宏观现象不同太符合的就被淘汰。因为原子的尺寸太过微小，原子直径的数量级大约是 10 -10 m 。原子的质量也极小，一般为 10 -27 克。直接观察它们非常困难。至于原子内部的结构更加微小，并且是处于高速运动和变化的。所以经典物理学的直接观测实验方式，在原子这个级别上的研究已经不能适应了。科学家必须要发展一些新的研究方法来测量这些物质的微观结构。原子中对物质的性质影响最大的是在原子核周围不停地高速运动的电子。当科学家来研究这些电子的运动形式时，发现与我们熟悉的经典物理学所描述的情况是大不相同。根据经典物理学的理论带有负电荷的电子在围绕带正电荷的原子核运动时，应该以电磁波的形式辐射出能量，然后随着电子运动能量的消耗，最后电子会被带正电的原子核吸引住。如果是这样的情况，物质就会在极短的时间内失去它们的形状。事实上，大多数的物质是非常稳定的，这说明经典物理学的规律对这些电子运动是不适用的。首先比较好地说明原子中的电子运动情况的是波尔的层次模型，按照这个模型围绕原子核运动的电子是在一些固定的层次（能级）上运动，电子吸收一定的能量可以从低层次的能级上跃迁到高层次能级上去；而当某种原因电子从高层次能级跃迁到较低层次能级上去时会以光的形式释放出一些能量。这种原子的层次模型很好地说明了不同元素的原子在构成分子的各种化学反应中的性质和规律，著名的元素周期性就可以用电子在层次模型中的分布情况来完美地描述。组成原子核的质子和中子数（也确定了原子中电子的数量）决定了元素的物理和化学性质。所以，电子围绕原子核的运动特性是描述物质在原子和分子这个层次上的构成情况和性质的最重要的特性。在这个波尔的层次模型中，把经典物理学中自然界测量数值的连续变化规律改变为具有最小间隔的量子变化规律。量子化的变化规律是人类对物质运动规律认识的一次飞跃。虽然现代物理学对物质的微观结构进行了非常深入的研究，但是就 “原子”这个物质特性最重要的单位组织的具体结构，至今仍然还没有能够完全清楚描述出来。在我们生活的通常环境中，原子表现出非常稳定的物理特性，只有在少数情况下它才肯把它的内部构成 “材料”——亚原子粒子释放出来，如自然中的放射性物质。在宇宙中的一些处于极端情况的地方，如高温、高压的恒星上，各种天体现象中，物质中的这些神秘的粒子才会非常活跃地表演。而在地球上，科学家只有在专门实验室，通过象粒子回旋加速器这种专门的设备来模拟这些极端的情况。在这些设备中使高能量粒子相互碰撞来得到那些短寿命的，在地球是难得一见的神秘粒子。对这些神秘的粒子的描述太专业化了，而且对我们这些普通的地球人也无法去具体了解它们，所以这里我们不去详细地描述它们了。虽然，物质微粒的划分越来越奇异和微妙，但是与我们日常生活直接相关的还是构成物体的原子，是由电磁力支持的物质结构。我们周围世界的各种材料组成的物体，包括固体、液体、气体，金属、非金属、半导体等等，它们的物理和化学性质，都是构成这些物体的原子的集体性质的表现。如晶体（包括金属和很多非金属固体物质）的原子以某种规则排列，依靠原子之间的电子运动互相有规则地严密结合。我们所熟悉的金属的特性，如表面光泽、导电性、导热性等都与晶体原子的共有电子的运动有关。特别要说到的是与我们的生活密切相关的电流的物质意义，一般学过物理的都知道电流是导体中的自由电子在电动势（电压）的作用下产生的流动。而电流产生的速度是光速（注意并不是电子运动的速度），是电磁场对导体中的自由电子产生驱动作用。根据量子理论，电流中的电荷之间的驱动力是相互交换光子的过程。量子力学理论不仅可以解释金属导体的导电特性，而且可以进一步说明一些半导体材料的导电特性。正是对半导体材料的导电特性的研究，人们开发了晶体管、集成电路器件，从而生产了大量的电子产品，包括计算机设备。这些电子产品给我们的生活带来了巨大的影响，现在人类的生产和生活都离不开电子技术。对电流的进一步研究，科学家还发现了更加多的奇特的导电现象，如超低温下的超导；超高温下的等离子导电；晶体的压电特性等等。对于我们在自然界见到的物质的不同形态（固态、液态、气态和等离子态）下的特性的研究，也由于现代物理的发展而更加深入。如软物质物理学对液晶特性的研究，产生了现在大量使用的液晶显示器、液晶电视等。对晶体和气体光特性的研究，产生了激光器件，在通信和信息领域等到广泛的使用。 …… 今天现代物理学对物质微观结构的研究还在继续之中。但是对于技术应用来说，这些微观结构的描述已经能够比较好的满足应用要求了。比如波尔的原子层次模型结合量子力学理论就是在各种技术应用中比较广泛运用的一种物质原子结构描述。也就是说，在物质的微观结构的研究中，深入到不同的微观层次，需要不同的研究方法和论述理论。现代物理学在物质的微观结构的描述上有不同层次的理论成果。目前在原子层次上的描述是比较能够满足技术层面的需求的。而更加深入的原子内部的微观结构和运动规律就基本上仍处于理论阶段，实际的测量受到微观世界的测不准特性的限制，所以具体的描述方法和技术应用并不成熟。物质的原子内部的微观结构的研究仍是物理学家努力探讨的问题。; 个人分类: 物理学习|6915 次阅读|0 个评论

[讲座通知]重要微观数据库的应用: niehuihua 2015-10-19 20:55; 几个重要微观数据库的应用为了促进北京高校经贸类青年教师之间的学术交流与合作，提升首都经济学界的教学与研究水平，北京高校经贸专业群联合首都经济贸易大学教师发展促进中心（OTA）于2015年5月成立“青年论坛”。青年论坛将不定期就经济贸易类青年教师关心的教学和科研问题，邀请专家进行讲座，或者召集小型会议进行研讨。论坛秘书处设在首都经济贸易大学。 2015年第一次青年论坛即将举行，公告如下：主题：微观数据库应用时间：2015年10月21日（周三）下午2：30—5：00 地点：首都经济贸易大学博纳楼5层第六会议室主持人：周明生（首都经济贸易大学发展规划处处长、经济学院教授）主讲人： 1.“中国工业企业数据库介绍”，聂辉华（中国人民大学国家发展与战略研究院副院长、经济学院教授） 2.“中国海关数据库介绍”，杨汝岱（北京大学经济学院副教授） 3.“中国劳动经济学数据库介绍”，葛玉好（中国人民大学劳动人事学院副教授） 4.“中国家庭金融调查数据库介绍”，苏志（首都经济贸易大学国际经管学院助理教授）请有意参加此项活动的教师尽快通过邮箱或手机短信报名，报名时请写清姓名、所在院系、联系电话（最好是手机，以便联系），报名截止时间：10月20日17:00。联系邮箱：ota_cueb@126.com 联系电话：15901166068 【说明】关注聂辉华教授的个人微信公众号“聂氏政经评论”（ID: RUC_NIE），讲座结束后，通过微信回复“姓名、单位和email地址”，可以收到聂辉华教授的演讲PPT。长期从事企业管理，却感觉无章可循？梦想打造创业团队，又深陷人员管理之难？马上点击订购聂辉华教授的《跟西游记学创业——一本人人都要读的管理秘籍》，这是中国第一本企业理论通俗读物，京东创业类书籍综合排名第一！中央电视台财经频道隆重推荐，世界著名华人经济学家黄有光教授、共识网总裁周志兴先生等人联袂推荐。京东正在热售，点击链接即可购买。更多精彩文章，请关注微信公众号 “聂氏政经评论”（ID: ruc_nie）。; 2978 次阅读|0 个评论

光与电，宏观与微观: 热度 1 wonsure 2014-4-28 21:38; 在电磁波频谱上，光是频率较高的电磁波；德布罗意认为电子具有波动性，所以光（子）和电（子）都具有波粒二象性（“具”有不等于“是”，到底是波还是粒？）。但我们常用的交流电的频率远小于光的频率，比如常用的工频交流电是50Hz和60Hz。我们知道，一个具体的线路所能通过的信号频率范围是有限的，电磁波在不同材料的导体中传播速度是不同的，在同一介质中，不同频的电磁波速度应该是不同的，但在真空这种特殊介质中，光度是不变的。、光速恒定不变应有两种含义：某一频率的光速度恒定和不同频率的光速度相同。不同频率的光（或电），某一频率的光通过不同材料，速度会变化，不同频率的光通过同一导体，速度不定，真空中除外。认为真空中光速恒定，是很多理论的前提。光和时间有联系，应该和用太阳光计时造成的，黑夜白天，春种秋收。万物生长靠太阳，所以光和生命是有关的。频谱中的可见光对人类影响最大。电能的传播速度远大于电子的移动速度，电通过一导般体会损失能量，光应该也一样。如果在接收端收不到某频率的信号，能说它还是和其他频率的信号以同样速度传到接收方了吗？光速恒定，才有波长和频率乘积恒定，为什么不同频率的光速度恒定呢？实际中会恒定吗？实验测量允许误差多大？牛顿力学中，我们知道，对于宏观慢速物体，如果给一个物体初能并令其在一理想光滑平面运动，该物体在受力平衡下是匀速运动的，也就是速度是恒定的，其能量不增加也不减少，等于初始能量E 0 ， E 0 =0.5mv 2 。对于微观粒子，E=mc 2 。如果初能不同，质量若成比例变化，则光速c可以恒定不变，好像不牵涉频率（波的性质）。若初能相同，速度高质量小，速度低质量高，速度恒定质量相同。为什么能量减少是质量减小呢？是不是设法降低速度质量会变的很大呢？为什么速度和质量不能同时变化呢？这是爱因斯坦所以高明的原因之一吧。光从太阳传播到地球，能量应该发生变化。是热能减少了还是动能减少了？质量减少了还是速度减少了？; 7014 次阅读|2 个评论

再谈数据包络分析（DEA）微观视角分析的不足: 热度 2 yuliping 2013-8-27 22:44; Charnes 、 Cooper 、 Rhodes 怎么也没有想到， 1978 年他们发明的数据包络分析能产生如此巨大的影响，刚才在 CNKI.NET 上用主题“ 数据包络分析”查询，竟然查到了 8039 篇论文。历年论文数量如下： 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1228 1187 1131 934 783 660 464 333 258 144 82 68 67 36 可以发现，采用 DEA 方法的论文有越来越多的趋势，如果按照中国期刊网的学科分类，各采用 DEA 方法的学科论文数量数量如下：宏观经济管理与可持续发展 (4153) 数学 (1486) 企业经济 (1108) 工业经济 (1074) 金融 (959) 农业经济 (577) 经济体制改革 (553) 投资点击显示 (491) 高等教育 (271) 交通运输经济 (270) 医药卫生方针政策与法律法规 (255) 公路与水路运输 (248) 证券 (211) 科学研究管理 (179) 电力工业 (178) 保险 (153) 财政与税收 (147) 计算机软件及计算机应用 (143) 环境科学与资源利用 (122) 建筑科学与工程 (118) 贸易经济 (96) 非线性科学与系统科学 (87) 信息经济与邮政经济 (87) 经济理论及经济思想史 (78) 矿业工程 (77) 领导学与决策学 (76) 服务业经济 (75) 铁路运输 (73) 冶金工业 (72) 汽车工业 (72) 旅游 (66) 教育理论与教育管理 (60) 行政学及国家行政管理 (60) 轻工业手工业 (57) 会计点击 (57) 人才学与劳动科学 (57) 石油天然气工业 (57) 市场研究与信息 (53) 水利水电工程 (52) 航空航天科学与工程 (51) 可见， DEA 的应用如此之广，以经济管理为主，但广泛渗透到自然科学、人文与社会科学。然而， DEA 方法只是提供了一种效率测度的手段，关键在于如何应用，如果不了解 DEA 分析的特点与前提条件，那么在此基础上的进一步分析得到的结论可能是有问题的，尤其是从微观视角分析，主要体现在以下几个方面：第一， DEA 对异常值非常敏感，如果由于数据误差、投入产出变量选取不合理、漏选投入产出变量等原因，微观层面得到的结论根本是不可靠的，如果从微观视角分析就是错的。比如研究的到 XX 省有效率、 XX 省 XX 投入要素利用率是多少、 XX 省技术效率是多少等等，都是浮云，存在这个问题的论文少说有 30 ％以上。第二，同类可比是 DEA 分析的基本前提，然而由于资源禀赋不同、决策单元特点不同、要做到同类可比太难了，比如北京作为首都，理论上就不能跟上海进行比较，更不要说和一般的省市了，所以微观层面将北京和其他省市放在一起计算效率也是有问题的。第三，随着 DEA 计算技术的发展，已经出现了上千个不同的模型，分析问题的视角不同，许多模型的差别更多是技术上的，而不是管理或研究上的，这样不同模型效率测度结果也不一致，也就是说，采用 X 效率模型测度出 A 决策单元完全有效率，采用 Y 模型可能测度出 A 决策单元无效，但是 X 模型和 Y 模型差别并不大。所以，简单判断某个决策单元的效率也是有问题的。但是如果从宏观角度，上述问题又可以适当忽略，某一类决策单元的统计学特征还是有其规律的，所以在做 DEA 分析时，小型企业的平均效率、东部地区的平均效率、 211 高校的科研效率等等宏观层面的效率分析具有较高的稳健性，可以进行统计学分析。正如我之前博文中指出的，类似指标体系评价，个体评价要慎重，群体评价没有问题。在采用 DEA 分析进行研究时，务必要充分注意这个问题。 2013.8.27 俞立平于宁波; 个人分类: 科研心得|5802 次阅读|2 个评论

新发现：西医与地质学多么地类似啊！: 热度 1 wya 2013-4-26 10:51; 博主注：西医何尝不是正在走向“分子原子化”，到了那一步，人和猪亦无分别，都是CHON等元素的组成体而已。医学是真正的科学吗？不仅如此，人口等社会科学亦有此特点，有牛人企图建立人口、资源、环境、经济、社会综合发展模型，做政策模拟，乃至政策议事厅软件。虽然依仗领导权势能让国家拨款数千万，但任何有点知识的人都明白这不过是个空想。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=830435do=blogid=683317 再表达一下对越来越多的地球化学家不注重野外证据而沦落为 “粉末地质学家 ”的担忧，或是反思一下当下数学对于传统地质学的侵占。“ 模型很重要，但前提是，你必须使用正确的模型 ”。相信我，读到了这里，你已经成为一个卓越的地质学家了——神马！有人说地质学不是真正的科学？; 个人分类: 中医大师思想摘录|2540 次阅读|2 个评论

微观系统化生物（人体）模型: 热度 2 ivyshall 2012-7-14 18:40; 多细胞生物体和人类社会一样是复杂的适应性系统，它的特点是一小块局部，一个组成单位，例如一个细胞，往往可以反映整体状态的各个方面，但它又是开放的动态的，不仅各个组成单位之间互相联系制约，还会对外界环境变化作出适应性反应。因此不能用机械的眼光来看待细胞之于整个生物体的关系。细胞是多细胞生物体的基本功能单位。当人们谈论个体的生长、发育、成熟时，指的是组成生物体的每个细胞的生长、增殖、分化。如果把生物体中的一个细胞看成是一个巨大的细胞社会的一个有机的基本成员，现在以整个社会为背景，仔细考量该成员的方方面面。首先注意到的是该成员和所有其他成员拥有共同的内部结构和活动过程，这是做为社会基本成员的必要条件；同时还必须注意到，作为整体中的一员，该成员的活动还必须服务于整个社会，与其他成员沟通协调，为其它成员提供进行生命活动和行使功能所需的服务以保证整个社会的正常运行发展；同样作为整体中的一员，它的生命活动也必定依赖于其他成员甚至包括它自己提供的服务。带着这样的想法，就可以把单个细胞的内部结构组成和整个的生物体放到一起来进行分析了。首先来分析细胞的内部结构和生理活动及需求。细胞的双脂膜以及与膜结合的蛋白是真核细胞的基本构建物质，细胞的内部也是通过脂质膜的包裹被精细地分割为不同功能的次级结构或称细胞器。一个动物细胞大概包含一百亿个蛋白质分子，可以归为一万个类别；几乎所有这些蛋白质的编码基因都以染色体的形式藏在细胞核里，而几乎所有蛋白质的合成都发生在细胞质内。每一个新合成的蛋白质都会被定向运送到需要它的细胞器。为了决定何时进行增殖、分化、甚至凋亡，细胞需要一些特定的蛋白分子来接收来自其外部的信号，并将这些信号传递到细胞的内部，这些特定的蛋白叫做受体。为了进行蛋白质及其他大分子的合成、运送、以及信号传递等活动，细胞需要消耗特定形式的能量，所以它必须利用细胞内存在的某些材料来制造可以被直接利用的能量形式。根据它们的特定功用，细胞内的细胞器、功能单位、以及生理过程可以被归类为三个基本的部门。第一个部门叫做信息处理和生产制造中心，包括（1）细胞核（nucleus,可称为细胞的控制中心），内包含着细胞绝大部分的遗传物质（genome，基因组），以线性DNA分子的形式与多种蛋白质例如组蛋白等结合形成染色体；（2）核糖体（ribosomes），是蛋白质的合成工厂。核糖体结合到信使RNA上，以信使RNA为模板来连接正确的氨基酸序列形成多肽链；（3）内质网膜（endoplasmic reticulum，ER）包括粗面内质网（rough ER）和滑面内质网（smooth ER）。粗面内质网的表面嵌满了正在合成蛋白质的核糖体，这些核糖体只有在开始合成有特定用途的蛋白质的时候才会与内质网结合。滑面内质网的功能包括合成双脂膜组成成分的脂质和甾体，碳水化合物代谢，调节钙离子浓度，药物解毒，把受体蛋白结合到细胞膜上，以及甾体的代谢；（4）过氧化物酶体（peroxisomes），是从滑面内质网形成脱落下来的颗粒，只包裹单层膜，内含氧化酶类，象过氧化氢酶（catalase）和D-氨基酸氧化酶（D-amino acid oxidase）等。某些酶在氧化反应中利用氧分子除去特定有机底物上的氢，从而产生过氧化氢。过氧化氢酶接着利用过氧化氢在过氧化反应中去氧化其他底物如，苯酚、甲酸、甲醛、和酒精等。过氧化反应在肝细胞和肾细胞中非常重要，这些细胞中的过氧化物酶体是身体清除进入血液的各种有毒物质的主要场所。过氧化物酶体中的β-氧化反应是分解脂肪酸，形成乙酰辅酶A的关键步骤。在心肌和神经细胞中，缩醛磷脂（plasmalogen)合成的第一步也是发生在过氧化物酶体中。它们也参与胆酸和蛋白质的合成。（5）细胞内的信号传导系统并不是一个被脂质膜包裹的细胞器，它是细胞中具有信息处理和发出指令功能的模块。在细胞质中有些骨架蛋白把某些信号通路聚集在特定的区域。细胞的信号传导过程包括：细胞外信号细胞膜/核受体细胞内的媒介效应蛋白细胞行为负反馈控制细胞行为。从行为和功能上讲，细胞的信息处理和生产制造中心包括DNA的复制、修复、重组、转录，RNA的剪接和翻译，蛋白质的合成折叠，其他生物大分子的合成等功能单位；同时那些合成的受体蛋白又把细胞外的信息导入细胞内，指导细胞进行蛋白质的翻新（protein turnover）、分泌、生长、增殖、分化、或凋亡等行为。所有这些行为都是一个活细胞的基本特征，是生命的本质和精髓。在表现在生物体的整体水平上，就是个体的生长、发育、和成熟等等基本生命活动。第二个部门是细胞内的物流系统，包括（1）高尔基体（Golgi apparatus）的功能是对内质网中合成的大分子（蛋白质和脂质）进行修饰、分类、包装，使之成为最终产品，通过细胞内的囊泡交通（vesicular traffic）运送到所需的场所或在需要时直接分泌到细胞外；（２）内涵体（endosomes）是通过叫做胞吞作用（endocytosis）的一系列复杂过程形成的膜囊泡，存在于所有的动物细胞质中。许多通过胞吞作用由细胞质膜形成的囊泡，或者被运输到已经存在的内涵体并与其融合，或者通过质子泵使其内容物不断酸化而变成内涵体。一些被胞吞作用吞入的材料通过内涵体，再被转移到溶酶体。（３）溶酶体（lysosomes）是从高尔基体形成脱落的单层膜细胞器，内含消化酶（酸水解酶，acid hydrolase）.溶酶体消化多余的或老化的细胞器、食物颗粒、及吞入的病毒或细菌。（４）细胞骨架是细胞中的动态结构，包括中间纤丝（intermediate filaments）、肌动蛋白丝（actin filaments）和微小管（microtubule）。这些纤维保持细胞的形状，保护细胞，通过形成诸如鞭毛（flagella）、纤毛（cilia）、和板状伪足（lamelliopdia）等结构来促成细胞的运动。在细胞内的交通运输中如囊泡运输（vesicular traffic），细胞器和复合蛋白大分子的转移等，这些纤维扮演着类似公路的角色。在细胞的分裂过程中，微小管更是主要的牵引力。（５）中心体（centrosome）是细胞中微小管的组织中心，位于细胞核的一侧。在细胞周期进程中，中心体是非常重要的协调器官。（６）蛋白酶体（proteasomes）是一类位于细胞核和细胞质中的蛋白酶。它们的作用是分解被泛素（ubiquitin）标记为需要销毁的非正常的蛋白质。其靶点包括变性了的和在合成时发生折叠错误的蛋白质。同时也包括在细胞中执行短期任务的正常的蛋白质，在完成需要的生理过程后，就必须销毁。细胞内的物流系统，从其中心功能上讲包括所有参与处理下述任务的生物大分子：（a）所有细胞内过程中的物理运动，也就是位置上的移动和转移，其中以马达蛋白（motor protein）和肌动蛋白（actin）为代表。（b）修饰、包装、运送、储存细胞制造的成品和半成品大分子。（c）从细胞外获取和加工细胞生理过程所需的原材料。（d）销毁和回收已损坏的和过期的部件、组分和信息。在生物体整体水平上，细胞内物流系统的存在集中体现在负责力量和运动的肌肉组织，以及需要进行大规模跨膜转运营养物质的消化道上皮组织。第三个部门是细胞内的能源系统，其主要成员是线粒体。线粒体是被双脂膜包裹的细胞器，其主要功能是消耗氧和制造细胞内通用的化学能量物质三磷酸腺苷（ATP），因此被称为细胞内的发电厂。产生ATP的过程是一系列的以电子传递为特征的跨膜生化反应，其中居于中心地位的一套反应就是著名的三羧酸循环。除了制造能量外，线粒体在细胞的代谢中还扮演很多重要的角色：（a）为在细胞质中进行的生物合成提供NADPH和碳骨架；（b）通过接受从细胞质中的NADH传递来的电子，维持细胞质中正常的NAD+浓度，这对于糖酵解过程是必须的；（c）临时储存钙离子的场所，参与钙离子信号通路包括钙诱导的细胞凋亡；（d）有些组织特异性的蛋白，虽然是由细胞核内的基因编码，却在线粒体内工作。例如肝细胞的线粒体就含有一种酶，能够解除蛋白质代谢产生的氨的毒性；（e）在棕色脂肪细胞中，线粒体的呼吸链与ATP的合成反应没有耦合在一起，因此这种细胞的线粒体呼吸链所释放的能量就是以热量的形式散发。细胞中同时存在两种形式的能量，一种是线粒体中通过呼吸链制造的储藏化学能的ATP；另一种是细胞中的不同的膜蛋白离子泵通过水解ATP并利用ATP中的化学能转运特定离子而制造的跨膜离子梯度。ATP提供细胞活动普遍需要的能量和材料（磷酸、腺苷等），不同的跨膜离子梯度则使一些特殊的细胞活动例如神经细胞和肌肉细胞的信号传导等需要长距离、更精确和更快速的控制的行为能够顺利进行。虽然细胞的信息处理和生产制造中心制造了细胞中所有的功能性分子，并接收处理绝大多数的细胞外部信息，它的功能活动的每一步都必须得到细胞内物流系统的支持与配合，同时所有的活动也必须消耗细胞内能源系统制造的ATP。细胞正常的生命活动就是这三个细胞内系统精确高效地协调活动的结果。总体来说，信息处理和生产制造中心根据所收到和处理的信息作出决定给出指示，并为其本身和其它两个系统制造提供劳动力（例如活性蛋白分子等），而其它两个系统则为细胞活动提供能量和物流服务。在一个多细胞生物体中，几乎每一个类型的细胞都是由上面描述的三个次级功能单位组成的，这三个细胞内系统功能的密切协调是一个健康活细胞最基本的特征。但是作为一个多细胞生物体中的一个基本功能单位，单个细胞还必须从自己周围环境中获取生存所需的营养素和氧气，而且也要接收邻近细胞以及任何身体其他部位的细胞的协调工作信息，同时释放出自己的状态信息和代谢产物到周围环境中并传送到或远或近的目标场所。这样生物整体中的成千上万个不同类型的细胞，每一个都有着上面同样的需求，这就意味着生物体中的某些特定功能的细胞和分子需要专门从事满足这些需求的工作。第一，为了每一个细胞能够及时获得营养物质和信息分子并及时运送出自身代谢产物和信息分子，多细胞生物体必须拥有一个能够通达几乎每一个细胞微环境的细胞外物流系统。这个细胞外物流系统的任务包括：（１）处理原材料或回收的材料，使之成为普通细胞可以接受的营养，并暂时储存这些材料等待需要时释放；（２）制造运送营养物质、信息分子、和其他物质的载体蛋白，运载并分配到所需地点释放；（３）运载并分配氧气，收集运送二氧化碳；（４）根据生物体的整体状况，销毁和回收损毁的和过时的循环蛋白、信息分子及其他分子；（5）制造和输布其他一些用以保证身体中营养物质和功能分子的储存、分配、回收、循环等过程能够顺利进行的功能分子。不难理解，这个细胞外物流系统是由某些特定功能的细胞、组织、以及它们的制造的功能蛋白组成。对比人类社会的组织方式，如果说细胞内的物流系统类似于城镇地区内的本地交通物流，主管本地的原料和产品的分配及进出口；细胞外的物流系统则类似于城际省际之间高速公路上的物流交通，集中处理整个社会或说国家水平的原料和信息，并把它们有效地分配到各个地区。第二，除了对于营养物质和信息的需求，作为需氧生物来讲，对于氧气是有特别的需要的。身体中的每一个细胞都需要氧气来制造细胞生命活动所必需的能量，同时产生并排出二氧化碳。因此身体内处理氧气的摄入，及其在全身每一个细胞内部及周围环境的扩散的细胞和分子体系，也应该是多细胞社会的一个关键部门，暂称之为氧气供应和分配系统。在现代生理学和解剖学中，对气体在肺部和组织中的交换都有详细描述，集中认为毛细血管中的血液的分气压，与外界及组织液分气压的压差是推动气体交换的动力。作为多细胞社会的重要活动和功能，不同部位的细胞耗氧量、微环境、细胞间质的质地，都有着差别，并随着身体的活动，所处环境和健康状况而变化，因此身体内部的各个部分的气体除了与周围毛细血管中血液间进行扩散最终完成与外界的氧气交换外，一定也会沿细胞间质进行全身性的扩散。身体是各种类型活细胞和细胞外物质的高度精细有序的组合排列，因此气体在全身微环境之间的扩散，一定是有固定方向和模式的，而且与身体各细胞的活动状态密切相关，互相影响。只是这扩散的模式和方向及影响因素会随着生命终止而彻底消失，解剖学方法无能为力，目前也很难用试验的方式确定。相信科学的发展会最终找到探测的方法，并发现其对理解人体生理活动的特殊意义。第三，作为象人体这样的多细胞生物体，其主要的整体生命活动包括与外界自然环境、社会环境、其他个体的互动交流，并且其身体本身也具有生长、发育和成熟的时间表。究竟身体中的所有细胞是通过什么手段协调它们各自的行为来完成整体的生命活动的呢？在身体中有些特定的细胞和组织的功能就是接受外界的改变和刺激，然后产生某种合适的信号，传送给其他的细胞有时也包括它们自己。不同的细胞可能接收不同的信号组合，即使是同样的信号，不同的细胞根据自己在整体中的角色不同，也会给出不同的反应，从而完成整体的反应功能。也有一些类型的细胞，会按照自然所设定的程序，逐渐成长进入成熟阶段并释放信息分子到体内环境中，指导整体中的其他细胞进行增殖和定向分化，从而使整个生物体发育成熟。所以这些应时应景给出整体水平指导信号的的细胞可以看作整个多细胞社会的行政管理系统。这个系统和现代医学研究的神经体液调节系统有很大的重合区。第四，除了上面讨论的功能系统外，所有组成多细胞生物体的细胞，还需要一个提供安全保障的防御系统。这个系统应该保护细胞成员不受来自外面环境的物理的、机械的、化学的、微生物的等等破坏力的侵袭和毁坏，为所有细胞正常行使功能提供一个适宜的、稳定的、清洁的内部微环境。这个防御系统，基本上对应于生物体先天的免疫系统。总体来说，脊椎动物的先天免疫系统可分为三个层次：首先，皮肤和身体内其它的上皮组织表面例如呼吸道、消化道、泌尿道等的内表面，为体内细胞提供了物理的和化学的屏障来隔断外部世界的直接侵袭，是身体的第一道先天防御线。这些屏障包括皮肤表面厚厚的角质层（由角质化的上皮细胞构成）、上皮细胞之间的紧密连接、胃黏膜分泌的PH值很低的胃液、以及上皮细胞分泌的黏液（mucus）。黏液中所含的黏液素（mucin）、抗菌肽（defensins）、溶菌酶（lysosome）、免疫球蛋白等等都可以抑制甚至杀死病原微生物。身体表面的正常菌群通过与病原菌竞争生存空间也对抑制病原菌，保护身体健康起到重要的作用。同时，这第一条先天防御线在维持身体内环境的自稳态（温度、水分、PH、电解质的动态平衡）方面也有着重要意义。细胞自身对外物的侵袭如微生物的感染会有本能的防御反应，这是先天免疫的第二条防线。细胞会意识到自己被感染，因而会采取行动，例如绝大多数细胞在因病原的诱导而吞噬了细菌（phagocytosis）后，会立刻引导含菌的吞噬小体（phagosome）与溶酶体相融合，使得进入细胞的微生物立刻受到消化酶的阻击。另外一个比较古老的细胞本能防御机制是宿主细胞分解双链 RNA的能力。双链RNA是在病毒复制过程中会出现的普遍中介物质，一些细胞甚至能进一步消灭任何与导致防御反应的双链RNA有相同序列的单链RNA。细胞这个防病毒感染的机制，也是分子生物学中利用RNA干扰技术来控制细胞基因表达的基础机制。先天免疫的第三条防线是一套具有特定功能的蛋白和具有吞噬功能的细胞，这些蛋白和细胞的特殊之处在于它们能够识别病原体的固有特征，而且能够非常迅速地被激活，投入到毁灭入侵病原体的工作中去。这条防线包括专职的吞噬细胞如中性粒细胞和巨噬细胞、肥大细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）、以及补体系统。树突状细胞也是一种吞噬性细胞，主要存在于直接与外界接触的组织如皮肤（Langerhans 细胞）和呼吸道、消化道的内黏膜组织中。树突状细胞的名字来源于其形状类似于神经元树突，但是实际上和神经系统毫无联系。树突状细胞在抗原呈递的过程中起着非常重要的作用，它是先天免疫系统（innate immune system）与后天免疫系统（adaptive immune system）的链接点。综合所有上述的分析，在系统论的分析下，人类的身体可以看成是由两个方面和七个功能系统构成的动态的，复杂的、适应性的细胞和生物大分子社会体系。下面是对这个体系动态构成的一个总结： 1．从细胞和分子水平来说，人体的任何功能都是由互相依存的两个方面来共同完成的。第一个方面是由各种各样的细胞外信号分子（激素、神经递质等）构成的复杂的细胞外信息流。这些信号分子是由身体内不同的细胞制造和释放，同时又由不同的靶细胞来接收、解释和反馈以相应的细胞行为，从而完成整个身体内细胞行为的协调，也就是顺利完成身体的生理活动。第二个方面就是身体的基本功能单位，细胞。细胞是所有信号分子的制造者和释放者，同时也是细胞外信息流的接收者和解释者，以及最终行动的执行者，是进行完整生命活动的最基础单位。 2．从细胞和分子水平来说，人体就功能可划分为七个系统。这七个功能系统包括三个所有细胞普遍具备的细胞内功能单位，以及四个由特定细胞群落及细胞制造的功能大分子们所组成的为整体细胞社会包括它们自己服务的必需功能团体。（1）普遍的细胞内功能单位包括：（a）细胞内的信息处理和生产制造中心；（b）细胞内的物流系统；（c）细胞内的能源系统。（2）细胞分子群落组成的功能团体：（d）细胞外整体水平的物流系统；（e）氧气供应和分配系统；（f）生物体整体水平的行政管理系统，（g）生物体整体水平的防御系统这些系统的物质和功能之间互相包涵互相依存，牵一发而动全身。这种系统化和整体化的生物体模型，更着重于各个有机组成部分之间的动态关系，以及每个部分与整体之间的关系，而且照顾到了生物体本身的复杂性和适应性。更重要的是，这些功能单位的物质基础，细胞和生物大分子特别是蛋白质的分类和功能的研究，多年以来都是细胞分子生物学的研究热点。把目前已有的分子生物学和医学领域海量的信息和资料，按照本文的系统化生物体模型来进行整理和分类，无疑会给未来的系统化研究尤其是以蛋白组学和基因组学等新技术为手段的系统生物学和临床医学研究提供方向性的指导，由此为将来建立和完善新的医学模式打下基础。; 5409 次阅读|4 个评论

中医现代化的好处及如何研究中医: 热度 3 zhouqiang15898 2012-4-11 22:14; 中医要发展，必须要中医现代化，只有中医现代化才能让中医普及，中医普及才有人去从事中医，研究中医，靠中医吃饭！！一。中医现代化不是中医西医化当然中医标准化现代化，不是中医统一化，也不是中医西医化，而是在中医的基础上将复杂的中医诊断和处方量化标准化，然后软件化仪器化，另外结合现代生物科技发展中医的理论！！二。中医软件化的方便和好处！这里有一个中医小软件，大家自己去看看吧免费的中医体质测试（请全部检查完，选最高分的前二项为参考）（请勿使用任何保健品） http://www.99zhongren.com/Test.htm ，这个中医小软件是不是自己很容易知道自己及全家的体质？跟一个普通中医师来判断体质一点不差！！这就是中医软件化仪器化现代化的好处！！大家可以不用学习什么是中医的理论和软件怎么编，但大家却可以轻易的使用中医软件和享受中医的好处！！三。中医现代化更能让中医普及！如果把诊断和处方也编程成软件（当然必须先将诊断和处方标准化），这样中医就很容易普及，不光中国人容易掌握，连外国人也很容易就掌握和使用中医！！大家都能很容易的正确使用中医，中医能不普及吗？谁不想享受中医的好处？，只是碰到庸医没办法！！四。中医现代化更能让中医师解决生存问题和大量人才加入中医师也很容易毕业，在软件和仪器的帮助下也能在临床看一些基本的病，不象现在非要等到十几年才能上手看病，解决了中医师基本生存的问题！！只要再积累个十几年，中医师就很容易成为一个名医！！有大量的人才加入，中医能不发展吗？五。如何研究中医研究中医不光要从医学的宏观研究，而且也要从医学的局部和微观来研究，这样中医才会走的更远！！中医是从宏观来研究，也就是从人体的整体来研究或者说天人合一来研究，这个并没有错，但宏观研究有个缺点，那就是很难把问题细化，所以就容易出现看问题笼统化，模糊化，不太容易掌握！！研究医学不光要从微观领域研究，还要从宏观，局部领域来研究！就象传播途径只要切除任何一个途径都一样消灭疾病传染，不光是杀死病原体！我没有反对西医杀死病原体的方法，他只是医学微观领域的一个方向而已！！为什么我强调中医要跟现代生物科技相结合，就是因为中医过于从宏观来强调疾病！！研究只谈任何一方面，只会公说公有理，婆说婆有理！其实二方都有理，西医研究局部和微观，中医研究整体和局部！其实二方也都没理，西医没有宏观，只能头痛医头，脚痛医脚；中医缺少微观，说不清道不明，知其然不知其所然！！所以中医必须跟现代生物科技相结合实现中医的现代化，研究医学的局部和微观领域，这样能把问题细化，甚至量化！！甚而知道微观的病机！！比如你风寒感冒，从宏观来说，就是人受到了风寒而引起了感冒了！如果从局部来说，那就是人体局部受寒，导致局部闭塞，不能和外界交换能量循环了，所以人体感冒了！如果从微观来说，那就是局部细胞受寒受伤了，导致细胞的没有能力来抵御外界的细菌感染！！那么我们就知道风寒感冒从宏观，局部，微观三方面的病机，治起来就清楚明了，也就知道中医的用发表发汗的科学道理（也就是把被冻伤的体液，连同好的体液一同用汗的形式排泄掉！！（谢谢网友一路过关的资料）重新激活人体自身的能力）！这就是中医现代化的好处，把中医的治疗原理解释的更清楚，更容易细化，自然也就更容易标准，现代化！！如果西医也从宏观来研究，而中医如果还不实行现代化，那真必死无疑！当然中医如果实行现代化，西医也必死无疑呵呵，生物工程发展到最后，所有医学都要淘汰！外行谈医学，只供探讨！; 个人分类: 生物与医学|248 次阅读|20 个评论

“围观”与“微观”的另类解，应吕老师的话题: 热度 1 liwei999 2011-4-22 14:29; “围观”与“微观”的另类解，应吕老师的话题。作者: mirror (*) 日期: 04/21/2011 22:43:27 吕老师有“精选”话题 “围观”与“微观” ，其中的引子是 Quote 两个粒子在发生碰撞“合并”成一个粒子的碰撞过程中，会不会发出声音？如果不会，为什么？吕老师是从介质的存在与否来说明“不会有声音”的。镜某的看法有些不同。首先是要想到两个粒子尺度及其能量档次的问题。也就是说，当提问问题的时候，不是抽象地提问，而是要有个具体的事例、模型。 “会不会发出声音”是说一种观测形式。与此相对应的应该是“能不能看得见”？微观的粒子是否可以通过“围观”达成可视化的效果？显然答案是肯定的。在本质上，这是个信号的放大过程。如何能放大信号？是个“围观”技术的根本。事情做得漂亮的话，就可以得奖了。N十年前，威尔逊因为发明了观测粒子轨迹的云雾室，被授予了物理的炸药奖。云雾箱是个把带电粒子轨迹可视化的道具。一个粒子，比如说α，β粒子的轨迹，可以通过云雾箱看到。作为一个估算问题，这个可视化的放大倍数是多少呢？也就是说，被放大了多少倍后，α，β粒子的轨迹才被看到了呢？知道这个倍数后就可以理解给个炸药奖一点儿也不过奖的道理了。因为生物上的增倍不过是一千倍，也就是说，一颗种子播下去，秋后是1千倍的收获。显微镜的倍数不过是一千倍，2的20次方也不过一百万倍（10E6）。有人问为什么国人的试剂、试药不好用？理由在于试剂分离的纯度。这也是一类“放大”的事例。因为生化过程的“增益”都是百万倍以上的，因此对试剂的初始纯度要求极高。试剂的生产中有许多非文字、非论文形态的知识积累，后来者很难立足。冷战的模式是拼军备，苏联为此而消失了。今天的模式好象是拼“炼丹”，通过廉价的“劳工”给蛋白数据库提供原始数据。更可怕的是这类赔钱的买卖正在成为一种“时尚”，消费得越多就越有“本事”。 ---------- 就“是”论事儿，就“事儿”论是，就“事儿”论“事儿”。; 个人分类: 镜子大全|2436 次阅读|2 个评论

“围观”与“微观”: 热度 12 boxcar 2011-4-22 08:37; 前几天，一位初次讲《大学物理》课的“青教”在 QQ 上给我提了个问题：两个粒子在发生碰撞“合并”成一个粒子的碰撞过程中，会不会发出声音？如果不会，为什么？我的看法是基本不会。原因在于，我们所说的“声音”是弹性介质（气体、液体或固体）中传播的机械波，如果弹性介质不存在，那“声音”也就失去了来已存在的物质基础，当然也就不会有声音了。在这种高度模型化的问题中，系统是被最大限度简化的，说是两个粒子，绝对不会再有第三个或者更多粒子出现在附近，更不要说那种由大量的粒子组成的弹性介质了。话说到这里，我又半开玩笑地说“碰撞过程不会有其他粒子在旁边‘围观’”。而这“围观”二字，立刻触动了我那根敏感的“撷英神经”，立刻想到了“微观”，于是有了今天这个博文的题目。经常“围观”我的博客的朋友都知道我最近一年的写作风格，那就是喜欢用“撷英”这种手段来说事儿。次数多了以后，大家可能只看标题、不看内容就知道我要说什么话，有时也懒得点击开博文凑近点儿来“围观”了。 “围观”是一种行为，“微观”是一种尺度，二者除了发音接近，本来没啥联系。我在这里一番咬文嚼字、牵强附会（这些都是匿名网友的评论语，俺虚心接受）就能建立联系么？当然能！试想一个“围观”的场景：街上（包括互联网上）有人发生纠纷，最初远远看去只是有两个人不太友好地“面对面”，模模糊糊地听到一些断断续续的不友好的声音，要想搞清楚到底发生了什么事情，就得凑近些去听、去看，观察的距离从上百米尺度缩小到几米这个量级，想冲过去看的人越来越多，最后围成一个直径数米的圈子，就形成了“围观”。在这个过程中，空间尺度上是从比较“宏观”到发展到了比较“微观”，目的只是为了能“探测”（探听和探看）到更清晰可靠的“信号”，也就是关于掐架的信息，包括为啥掐架、如何掐架的过程，以及掐架导致的最终结局。实验研究何尝不是如此？人类发明显微镜，目的不就是想凑近点儿看看一个很小的微观区域的形貌和现象么？在物镜不断推进的过程中，被物镜涵盖的立体角范围越来越大，不也正是在一步步地趋近围观的条件么？照这么看，人类对“微观”的观测，其实离不开“围观”的思维。之所以要花很大的气力发明仪器、建立实验装置去探测微观世界，是因为我们对未知的或者知之有限的事物总是很好奇，总想去“围观”；因为有这样想法的人很多，也就不难形成“围观”的局面。在具体做法上，“围观”也很有好处，如果能获得多角度甚至全方位的观测结果，对微观现象可以描述得更清晰，避免一个盲人瞎摸象的缺憾。 “围观”虽然有这么多好处，但也有风险。如果被围观的掐架者都不是“善茬”，要武斗不要文斗，甚至各自亮出兵刃火器搞械斗，靠得很近去“围观”的人难免会被误伤；如果围观者觉得自己责任避免冲突，可能会出手“拉架”，如果觉得自己有切身利益在内，还很有加入战团（例如现如今的利比亚战争）。这时，围观者和被围观者就会发生相互作用，“围观”的现场就会发生混乱。这就如同在进行微观现象的探测时，探测仪器影响了被观察对象的局面。以上本来是给下周一晚上给本科生的《文化素质教育讲座》准备的一点儿内容，昨天下午突然接到通知，本周日要去北京出差（可以顺便拜见各位仰慕已久的博友），周一的讲座取消了，就决定把这些想法写成博文，提前发布。; 个人分类: 科普|4766 次阅读|27 个评论

宇宙源于微观服从微观: baijiab 2010-8-9 10:09; 惠林之谏：宇宙源于微观服从微观张永和宇宙存在的基本法则：运动，分解，连续，和谐，循环。由运动而分解，由分解而连续，由连续而和谐，由和谐而循环。物质有动能而运动，有粒子性而分解，有波动性而连续，有势能而和谐，有轨道而循环。当分解与连续不和谐时，宇宙形成了宏观世界，法则符合经典力学： a = F/m 。当分解与连续和谐时，宇宙形成了微观世界，法则符合波动力学： -h 2 2 / 8 2 m - Z e 2 /4 ? 0 r = E 核电荷力 Ze 2 受定域 r 制约所形成的势能 Z e 2 /r 就是离子共价二象性。宇宙宏观源于微观，宏观必然性隶属于微观或然性。; 个人分类: 哲学观点|887 次阅读|3 个评论

微观揭示宏观，微观预示宏观是否正确？: xsdzhangjl 2010-4-21 23:27; 宏观的东西，如房子、汽车、飞机、轮船等等，我们都是能够看得见、摸得着的东西，也是我们能够靠感觉感知的，但是微观的东西，如分子、原子、质子、中子以及电子等等我们就无法看到、摸到了，但是他们之间有什么联系呢？我将其概括为微观揭示宏观，微观预示宏观。揭示为理解，预示为应用；理解靠分析，应用靠综合；揭示与预示，这两种相对的思维，托起了我们人类的文明。我们搞研究就是要揭示规律，然后再变揭示为预示，发现更多的规律，造福人类。我要学好量子化学，很好的去揭示、预示能够造福人类的自然规律。; 个人分类: 生活点滴|1756 次阅读|3 个评论

中国也需要“大”科学: qlms 2009-8-29 19:57; 前记： 1）此处的大，纯粹指尺度上大小的大，也就是说此处的大可以用人的视觉效果来衡量。因此，此处的大，不是指我们通常所说的大科学工程，也不是指科研队伍规模大，更不是不是指耗资巨大。 2）写这篇文章的原因在于今天在科学网新闻上面看到了关于亚洲首台 KRIOS冷冻电镜在清华大学安装落成的新闻（ http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/8/222851.shtm ）。文中援引了清华大学医研院副院长施一公教授介绍：以前对病毒的研究看不到更细微的环节，而通过这台仪器可观测到 0.30.4纳米级，可以看到细胞表面的受体结构和细胞的原位结构以及氨基酸系列，所以这一高端仪器的引进，对破解人类的未知病毒，特别是严重危害人类健康的病毒等具有重要和深远的意义。另外文中指出：据悉，清华大学以此为契机引进了7名海归人士展开深入研究。 3）最近10几年来，随着微观表征手段的不断发展，我们对物质的微结构的研究，投入了巨大的人力物力，也取得了不少成果。但是我们对宏观的研究，却好像停滞不前，某些方面甚至出现了倒退的趋势。我们这样做，是否会因小失大呢？正文：在前面的一些文章中，我曾经说，科学的目的，是正本溯源。对于目前人类亟待解决的难题来说，比如癌症，艾滋病，肝炎等。我们需要从分子的尺度上，来寻求答案，所以我们要重视小。研究的尺度越小，我们得到的信息越多，我们能找到问题本质的可能性越大。但是这个世界，并不是所有的事情都是越小越好。有些也不必要非要在那么小的尺度上去寻求答案。比如钢筋混凝土的力学性能，就没有必要非要到纳米的数量级上去求解。相对于最近人们在小的方面的关注，大的问题可能被忽略了。下面举例来说。对于米这一尺度上的科学，现在有多少人在做呢？动物学院，植物学院，园艺学院，有多少人还愿意做宏观尺度上的研究呢？大家好像不做点基因，不做点生化，发不了 sci，就好像感觉自己不是做研究似的。当然，很大程度上，这怨不得科技工作者，是我们科技政策的导向，逼着科研人员只能这么做。对于百米量级的尺度，有些已经让我们的专家都弄不明白了。为什么央视大楼的设计者敢于用一个色情玩笑来嘲弄我们？根本的原因在于欺负我们的专家看不懂呗。再大一点，几千米的尺度，我们的表现可能就更糟糕了。前几天北京不说一个 2001年建成的几十层的大楼要拆掉，重新建设上百层的超高层吗。还有人戏称此楼为最短命的高层。前些年浙大西湖边上的一个十几层的教学楼，好像也是用了没有多少年，就拆除了。为什么这些短命大楼都出现我们的大地上？主要是因为，我们规划的能力不够，对几千米地方的规划，就感到力不从心了。所以，当务之急，就是培养规划方面的人才，免得总是摸着石头过河。如果再大一点，大到一个城市的直径方面的尺度，几十公里的数量级上。我们有些方面，也需要努力。比如城市的排水系统。对于前年济南暴雨所造成的 70多人被淹死，我一直不理解。从20多年前，济南就开治理小清河等排水系统，到现在可能一直都没有停止过，投入的资金估计能有上百亿。但是效果呢？我们缺乏的是什么，是城市规划方面的人才。对于广阔的天地，比如湿地、草原的生态方面的研究呢？好像也不是很重视。这个地方我没有直接证据，有懂行的老师可以在评论里面给与说明，我以后加在文中。但是几年之前，我听东北师大草地研究所的硕士毕业生说，毕业基本就是失业，除了科研单位，国家现在没有其他单位要这方面的人才。宏观的科学，可能不容易发 paper，不容易得到规律性的东西，所以很多时候，如果作为一门科学来研究的话，愿意做的人不多。但是对于一个国家，特别是我们这样的大国来说，总是需要一些人来做，否则的话，我们就会因小失大。; 个人分类: 生活的感悟|7831 次阅读|16 个评论

【图】核结构是物质微观一个层次：混沌与分形？: gwailee 2009-7-1 21:54; 核结构是物质微观一个层次：混沌与分形？李貴 2009-7-1 摘要：经典理论认为，核结构的研究包括研究原子核的组成、组成原子核的粒子之间的相互作用和这些粒子在原子核内的运动规律。原子核的结构对于原子核的变化起着决定性的作用。通过研究核结构的各类实验数据，为核能的利用提供了可靠的基础；核结构的知识又为物质结构的其他领域提供了借鉴。基于此理论，其解释了目前出现的大多数的实验事实。根据目前的认识，核结构无疑成为物质微观的一个层次。本文目的是通过一个宇宙之旅来认识从而说明这一个现象，并通过引入混沌与分形思想探索这个宇宙之旅。最后，使得我们对核结构有一个更为直观甚至深刻的理解。 1. 前言对于原子核结构的认识首先是 1911 年英国物理学家 E. 卢瑟福在散射实验中发现了原子核的存在； 1932 年， J. 查德威克又发现了中子；接着， W.K. 海森伯提出了原子核是由质子和中子（统称为核子）组成的概念。这是核结构研究的第一个阶段。 1935 年日本物理学家汤川秀树提出核力的介子交换理论以及后来发展较快的量子力学理论，使人们对原子核结构的认识不断深入。一般地，核结构研究的依据及出发点是核物理实验 , 包括原子核的自发衰变和裂变的实验以及核反应实验。理论上，只要知道了核子之间的相互作用、核内的核子所满足的运动方程，并能求解这一运动方程，原则上就可以得到原子核的性质以及各种实验观测量。但是实际上，由于种种不确定的因素，还不能做到这一点，而只能从分析实验出发，提出核结构的模型理论。　核结构的基本作用是核力。核力是核子与核子之间的相互作用力。对于核力基本性质的研究是核物理学中的一个基本问题。核力主要是强烈的吸引作用，它是一种短程力，其力程约为 10 -13 厘米；核力还具有饱和性，一个核子只能与邻近的有限几个核子相作用；核子之间的作用具有交换性、电荷无关性等等。关于核力的本质及其作用势的最终形式是当前物理学中没有完全解决的问题。当前核物理中所使用的核力，基本上是唯象的或建立在单玻色子交换基础上的半唯象的形式，由巴黎的科学家提出的巴黎力是当前普遍使用的一种半唯象核力。　　目前，粒子物理学的发展指出，核子是由三个夸克组成的，夸克之间是通过交换胶子而发生作用的。从下一层次的结构出发，认为核力是由夸克及胶子的交换而引起的。认识核力的本质是当前核力研究的一个新动向。另一方面，在原子核范围内，薛定谔方程对于描述原子核内核子的运动基本上也是适用的。最新的研究表明，对许多核现象的描述，需要使用狄拉克方程。相对论动力学是当前核结构研究的一个动向。但是，研究核结构最为困难之一的就是多体问题。我们知道，根据目前的夸克模型，原子核是一个多体系统，它包括几个到几百个核子。它不像原子那样具有一个处于支配地位的核心 ── 原子核，它也不像固体那样具有相当多的粒子。对于原子核这样一个多体系统的严格求解，仍然是一个悬而未决的问题。当前，对于原子核内是否只要考虑质子与中子的自由度也产生了疑问。有迹象表明，对某些核现象，还需要明显地引入介子、核子激发态等新的自由度 ( 非核子自由度 ) 。核结构的多体问题让我们联系起混沌理论。混沌理论的起源就是求解多体非线性问题产生。混沌确定系统是庞加莱在研究三体问题时第一次发现的。非线性科学中的混沌现象指的是一种确定的但不可预测的运动状态。它的外在表现和纯粹的随机运动很相似，即都不可预测。但和随机运动不同的是，混沌运动在动力学上是确定的，它的不可预测性是来源于运动的不稳定性。或者说混沌系统对无限小的初值变动和微绕也具于敏感性，无论多小的扰动在长时间以后，也会使系统彻底偏离原来的演化方向。混沌现象是自然界中的普遍现象，天气变化就是一个典型的混沌运动。混沌现象的一个著名表述就是一个半开玩笑的蝴蝶效应：北京的一只蝴蝶扇一扇翅膀，就会在纽约引起一场飓风。混沌有如下特征： ⑴ 对初值极端敏感（蝴蝶效应）。 ⑵ 存在奇异吸引子 ( 从不同的初始条件出发可以得到同样的终态集合 ) 。 ⑶ 具有分形结构无穷嵌套的自相似性，表现出有序与无序的统一。混沌系统经常是自反馈系统，出来的东西会回去经过变换再出来，循环往复，没完没了，任何初始值的微小差别都会按指数放大，因此导致系统内在地不可长期预测。那么，核结构是否也是一种混沌行为呢？宏观的相似性是否也反映在微观领域呢？下面让我们走一趟宇宙之旅来了解核结构的微观层次以及其与宏观的联系吧。 2. 宇宙之旅旅行从树枝开始，以米为量级在太空旅行，往下看。我们先 10 0 m 看到了树枝，然后是森林，地区板块，城市线条（在飞机上）；在万米高空我们看到了省，然后是五大洲洋，地球。在 10 8 m 太空中地球变得渺小，然后只看到月亮的轨迹，地球绕着地球的轨迹，以及其他行星的轨迹，太阳以及轨迹结构（ 10 14 m ）在 10 15 m ~ 10 16 m 只观察到太阳结构（轨道与能级？）；到 10 17 m ~ 10 18 m 太阳结构消失，我们观察不到任何东西。在 10 19 m ~ 10 21 m 银河系结构开始显示，出现大量的恒星结构以及胶状物质（类似于胶子与夸克？）。在 10 22 m ~ 10 23 m 我们看到了各种具有螺旋结构的星系。在大于 10 23 m ，太空似乎又回到了真空，我们什么都看不到。（注：以上图片引自：从宏观到微观宇宙的尺度，《原版英语》）我们再从微观角度来看，从 10 -1 m 出发，先看到树叶的纹理，然后是纹理结构，细胞壁结构，细胞结构；从 10 -5 m 开始进入细胞， 10 -6 m 观察到细胞核， 10 -7 m 是染色体条（类似于虫洞理论？），然后是 DNA 双链。（注：以上图片引自：从宏观到微观宇宙的尺度，《原版英语》）从 10 -9 m 开始，我们依次看到了分子结构，电子云，电子轨迹，原子结构，原子核（ 10 -12 m ）；当我们继续前行时，看到核子结构，质子与中子，夸克与胶子 ... 后面的就什么都看不到了。（注：以上图片引自：从宏观到微观宇宙的尺度，《原版英语》）经过了宇宙之旅，从人类所认识的最小到最宏观世界，我们发现宏观与微观具有惊人的自相似性分形结构。如 10 11 m 的地球就如同 10 -11 m 的核子， 10 13 m 的行星结构就如同 10 -13 m 原子结构，夸克模型（ 10 -15 m~10 -16 m ）如同我们观看银河系（ 10 15 m~ 10 16 m ）微观与宏观的倒逆关系。图1 蝴蝶效应与奇异吸引子如图 1 的奇异吸引子一样，分形结构可以是混沌的一种有序结果。那么我们所关心的核结构是否也可以用混沌理论方法描述呢？显然，描述核结构的核子运动，我们需要多个量子场方程至今仍然是个难题。由于核子的运动是多体行为，那么奇异子就有可能产生。如果以上猜想是正确的，那么夸克与奇异子是什么关系呢？难道夸克就是某种奇异吸引子吗？不管核结构的夸克是不是奇异吸引子，以上的描述表明，核结构是微观结构的一个层次，从人类所认识的宇宙的最微观结构到最宏观结构，核结构只是目前认识的一个视野范围。将来有必然还可以继续观察到更微观的结构从以上讨论的结果，微观与宏观的倒逆关系，那么 10 -16 m~10 -23 m 的结构又是什么呢？这必将是值得我们深入探讨的问题。参考文献互动百科，核结构 / 奇异吸引子， http://www.hudong.com 基维百科．混沌， http://zh.wikipedia.org/wiki 何宝鹏，熊钰庆．量子场论导论，广州 : 华南理工大学出版社， 1990 ．丁亦兵．费因曼和量子场论，物理 1990 年第 3 期．于熙龄．关于量子电动力学中若干问题的讨论（ 1 ）基本理论，辽宁大学学报：自然科学版 2008 年第 3 期．; 个人分类: 水煮科學|1688 次阅读|1 个评论

加州阳光之七十四花粉的微观建构: siccashq 2009-4-11 05:21; 直接挂一幅图片得了，感谢科学网编辑找到这么好的新闻。瞧瞧这些花粉，五边形六边形相结合，欧拉定理，富勒烯，足球。。。人类再伟大，也只不过发现大自然而已。喜玛拉雅鸢尾属植物（尼泊尔鸢尾）的花粉图片来源： http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/4/218158.html 想当年克鲁托H.W.Kroto）与斯莫利（R.E.Smalley）、柯尔（R.F.Carl）三位大侠因为发现C60的质谱和足球结构而获得96年诺贝尔化学奖。图片来源： http://lifeboat.com/images/fullerenes.jpg 中国人喜欢的足球图片来源： http://spin.fh-bielefeld.de/img/workunits/fullerene/fullerene_2.jpg; 个人分类: 加州阳光|4994 次阅读|1 个评论

显微镜拍摄迷人的微观世界【转】: luohuiqian 2008-11-22 22:45; 北京时间5月15日消息，据美国广播公司报道，尼康国际微观世界大赛开始于1974年，目的在于对科学家通过显微镜拍摄的最优秀的照片进行奖励。今年，这个赛事接到1000多件参赛作品。胚胎斑马鱼大脑 1.新加坡国立大学淡马锡生命科学研究院的迈克尔韩德里克斯拍摄的这张斑马鱼胚胎中脑和间脑图片获得了第二名。它看上去像肺脏，实际显示的是一个3天大的胚胎斑马鱼大脑。（迈克尔韩德里克斯/淡马锡生命科学研究院）肥皂水 2.东京都立大学的清宫山崎博士因为拍摄了这张流淌的肥皂水图片而得到表扬，这张照片是他利用一种简易显微镜拍摄的。（清宫山崎博士/东京都立大学）蚊子照片 3.伦敦帝国理工学院光学显微镜机构和免疫基因组学实验室的马丁斯皮塔勒以及安娜斯科尼格拍摄了这张蚊子照片。（马丁斯皮塔勒和安娜斯科尼格/伦敦帝国理工学院）隔膜照片 4.南丹麦大学的乔治伯纳德诺拉瑟尔纳博士因拍摄的各种隔膜照片得到表扬。（乔治伯纳德诺拉瑟尔纳博士/南丹麦大学）电子气体 5.这张电子气体照片是由加拿大微结构科学研究所的彼得罗巴里奥斯比莱兹博士拍摄的。（彼得罗巴里奥斯比莱兹博士/微结构科学研究所）用于DNA研究照片 6.美国麻省理工学院的丹尼尔普雷盖本拍摄的用于他的DNA研究的这张照片，受到尼康国际微观世界大赛的表扬。（丹尼尔普雷盖本/麻省理工学院）雪花放大10倍 7.丹麦希尔克堡的杰瑟贝尔格罗恩利用一种工具，将雪花放大10倍，并借助偏振光加工成这些雪花照片。（杰瑟贝尔格罗恩/丹麦）蜻蜓kaleidoflies系列 8.州立布兰奇沃特学院的杰弗莱布朗博士拍摄了这张图片，他先利用工具将蜻蜓放大，然后再利用电脑软件进行处理。他将这一系列图片称为kaleidoflies。（杰弗莱布朗博士/州立布兰奇沃特学院）雪松叶子横切面 9.法国阿维尼翁的克里斯廷盖蒂尔的这张照片显示了雪松叶子的横切面。（克里斯廷盖蒂尔/电话照片局（PHONE Photo Agency））海蜗牛触角 10.阿尔斯特大学的斯蒂芬劳拉博士拍摄的这张海蜗牛触角照片，让他在大赛中荣获第十三名。（斯蒂芬劳拉博士/阿尔斯特大学）非洲爪蟾晶胚 11.迈克尔克莱库斯奇拍摄的这些非洲爪蟾晶胚图片，让他在尼康国际微观世界大赛中获得第七名。（迈克尔克莱库斯奇/MCD生物学）多管藻生长活标本 12.查尔斯克莱比斯是华盛顿的野生动植物摄影师，他拍摄的这张照片为他赢得了第四名。该照片显示了贴着一根多管藻生长的活标本。（查尔斯克莱比斯/查尔斯克莱比斯摄影）作者：杨孝文来源：新浪科技发布时间：2008-5-15 14:18:25 更多相关博文请访问【若水阁】（参赛科学博客） , 欢迎投票支持我的博客！ http://www.penrosent.cn/; 个人分类: 水煮物理|1735 次阅读|1 个评论

【周末休闲】猜猜这是什么？: luohuiqian 2008-11-6 23:54; 娱乐身心、科学普及、获取真知，欢迎参加周末猜猜猜！这是一个科研中的照片，大伙儿猜猜是什么？（猜中有大奖）; 个人分类: 科研杂谈|1671 次阅读|1 个评论

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