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热力学创新教育的试金石: 低压人造金刚石: 热度 2 jitaowang 2016-5-31 15:55; 当今要检查是否实行热力学创新教育和成果如何 , 极其简单 , 只要问一句话 : 老师和同学们是否知道如何在热力学上说明低压人造金刚石 ? 或者问是否知道如何处理包含非自发过程耦合复杂体系的热力学 ? 如果同学们摇头 , 那么什么热力学的 “xxx 教育 ” 等都是空话或假话 . 因为低压人造金刚石在过去的热力学教科书中有类似 “ 在低压下 , 从石墨得到金刚石是不可能的 . ” 的说法 . 因此低压人造金刚石经历了约 20 年才得到全世界媒体的广泛报道和宣传 , 并轰动全世界 ! 上世纪 90 年代 , 如火如荼地 , 各地都有报道低压人造金刚石试制成功的消息 . 在北京 , 上海 , 合肥也都宣布过成功 . 甚至目前在美国已经得到 10-15 克拉的钻石级的低压金刚石 . 1. 热力学的创新教育发展势不可挡 ! 如今约 40 年过去了 , 那么热力学老师们敢不敢面对低压人造金刚石成功的现实呢 ? 有的老师就敢于实现创新教育 , 把物理系热力学课程的网上第一本参考书就指定为 2010 年版的 “ 现代热力学 ”. 在 2015 年 12 月 20 日我还专门写了一篇博文介绍 “ 倪光炯 , 王炎森教授的国际领先热力学基础理论教学创新 ” http://blog.sciencenet.cn/blog-307912-944680.html , 这本书在国内作为 100 多个高等院校的文科物理教材使用 , 包括了热力学创新部分 . 此外 , 有的国内外理工科大学老师告诉我 , 他们也对同学们用我们的现代热力学著作做了介绍或讲课等 . 显然 , 也有教了热力学 10 几年的 , 连最基础的内容 “ 什么是热力学基本参数和态函数 ?”, “ 什么是热力学特性函数 ?” 都没有分辨清楚是两种完全不同的概念 , 就把国外 Zemansky 的热力学教科书吹捧 , 再把我国的热力学前辈王竹溪的热力学中文教科书贬为 “为全体西方物理教学界所一致排斥 ”. 从而分成两个对立或不同的学派 , 据此把同学们和公众引向热力学的错误泥坑中 , 危害很大 . 其实有 “ 全体西方物理教学界 ” 的外国人都能够看懂中文热力学教科书再一致排斥,就是胡编出来坑害人的伪科学虚假怪事 ! 从卡诺的 1824 年到克劳修斯 , 吉布斯等 20 世纪二三十年代近百年的热力学发展成就是有目共睹的 . 同时也引来了热力学的 “ 胡吹乱捧学派 ” 或 “ 胡批乱判学派 ”. 爱因斯坦在 1946 年义不容辞地说 : “ 一个理论的前提越简单 , 涉及的不同种类的东西越多 , 领域的适用面越广 , 就越是给人印象深刻，因此经典热力学给我留下深刻的印象 . 它是唯一适用性如此广泛的物理理论，我深信，在其基本的概念适用范围内，永远不会被推翻的 . ( A theory is the more impressive the greater thesimplicity of its premises is, the more different kinds of things it relates,and the more extended is its area of applicability. Therefore the deepimpression which classical thermodynamics made upon me. It is the only physicaltheory of universal content concerning which I am convinced that within theframework of the applicability of its basic concepts, it will never beover-thrown. )” 爱因斯坦的表达是非常正确的. 我深信国外的Zemansky 和我国王竹溪的,受到过普遍欢迎的大学本科热力学教科书都基本上同属于一个 “ 爱因斯坦的经典热力学学派, 简称经典热力学学派 , 以及 “ 经典热力学 … 在其基本的概念适用范围内,永远不会被推翻的 .” 但是爱因斯坦毕竟不是专门研究热力学 , 没有给出 “ 经典热力学 ” 的明确定义 . 通常认为就是指 1824-1920s 时期发展的热力学 . 热力学是一门严谨的基础理论学科 , 整个热力学就是基于人类的宏观经验总结任何概念的引入都必须有明确的定义和适用范围等 . 考虑到所有自然界的宏观转变总是可以分成自发过程和非自发过程两大类，所以我们不同于国内外一些热力学教科书，提出如下界定 ( 定义和适用范围等 ): 于是得到相应地得到图 1 适用于整个宏观世界或称大自然 ( 不包括尚不清楚的宇宙整体 ) 的能量和能量转换 . ( 未考虑重力场等因素 ). 其中 d i S = (d i S 1 +d i S 2 ) ≥ 0 就是适用于任何体系的整体熵增不可能为负的整体熵增原理表达式 , 体系整体熵增的定义就是体系的熵增加环境的熵增( d i S ≡ d S system + d S surr ) 之和 . 而 d i S 1 和 d i S 2 分别是自发过程和非自发过程的整体熵增 . 我们没有引入热力学所不应该 , 也不允许的任何假定和前提 . 我们整个热力学的创新发展过程历时 25 年 , 结论是如此简单明了 , 却带来一项热力学基础理论的重大创新突破 . 热力学发展史上只有两次重大创新机遇 (1). 自发简单体系的 ( 经典 ) 热力学创建 (1824-1920s) : 热机的出现和卡诺定理突破了牛顿力学一统当时近代科学天下的局面 . (2). 非自发过程耦合体系的现代热力学创建 ( 主要 1990 以后在前人经验总结基础上的创新发展 ) : 低压人造金刚石成功及其相应的热力学耦合理论突破了经典热力学一统热力学学科的局面 ! 1. 低压人造金刚石的热力学耦合理论这一理论模型在 1990 年首先由复旦大学王季陶和瑞典 Jan-Otto Carlsson 共同提出 . 1991 年 3 月起我从瑞典回到复旦 , 一直到 1994 年底 , 我们在复旦花费了整整几年时间 , 突破了热力学耦合理论的定量计算 : H* ( 超平衡原子氢 ) =0.5 H 2 , D i S 1 = 93. 93 J K -1 0 C ( 石墨 ) = C ( 金刚石 ) ， D i S 2 = - 5.80 J K -1 0 = + c ， C ( 石墨 ) + c H* = 0.5 c H 2 +C ( 金刚石 ) 只要反应速率比 c = r 1 / r 2 = 不是太小 , 总反应 : D i S = 20.50 J K -1 ≥ 0, 符合热力学第二定律 . 我们 1997 年的理论计算非平衡相图 , 见图 2( a )就被 2001 年的 Ashfold 实验总结所证实,见图 2(b ) . 这就是实践是检验真理的唯一标准. 图2 我们的非平衡相图和在国内外发表的低压金刚石可靠实验数据定量相符现代热力学的数学表达式体现了现代热力学就是包含非自发过程耦合复杂体系的热力学第二定律的数学表达式 , 并称之为热力学耦合 . D i S 和 d i S 都是整体熵增 , 但是后者表达的时间更短 . 在过去被经典热力学被认为是热力学上不可能实现的低压人造金刚石 “ 点金术 (alchemy)”, 却恰恰成为当今检验是不是真正现代热力学创新科技和热力学创新教育的最坚硬的试金石 .; 个人分类: 现代热力学|3861 次阅读|4 个评论

量子力学误区试金石---量子通信黄湘友: 热度 3 hhxxyy 2016-4-23 20:29; 一个波函数描述的对象是什么，这一直是量子力学中还没有解决的基本问题。爱因斯坦认为一个波函数不描述单个粒子而统计性地描述粒子系综，统计性来源于还不知道的隐参数。玻尔认为一个波函数描述单个粒子和有关的经典仪器，几率性来源于测量和仪器的干扰。对爱因斯坦的观点，反对者认为它解释上没有问题，但它也就只是一种解释，它对量子力学不能提供更多的知识和贡献。对玻尔的观点，反对者虽提出各种异议和佯谬问题，由于历史原因玻尔最先占据了量子力学解释的制高点，再加上他对测量的独有解释权，只靠观点辩论谁也说不过他。现在由于量子力学和经典力学间对应关系的解决，已能从物理上证明爱因斯坦观点的正确性。当微观粒子的平均动能大或德布罗意波长平均值短时，一个波函数不描述单个粒子而描述粒子系综。对每一个具体波函数，还能指出它描述一个什么样的统计系综。也就是说，能说出几率性来源于什么样的隐参数。这就把玻尔的观点全盘推翻了。有关的论文开始于上世纪八十年代，可参看中的引文。一旦抛弃了玻尔观点，紧接着就是如何完善量子力学使它能描述单个粒子和单个原子。在这方面，双波函数量子力学方法可算是开了个好头。它大大丰富了我们的量子力学知识和增强了我们对单个微观粒子和单个原子的处理能力。我的前几篇博文对此已作了介绍。为了读者的方便，这里再举一个例子作为本文的论据。考虑卢瑟福带电粒子的库伦散射。设有一个带正电 Ze 的大质量粒子位于坐标原点。横坐标轴为 z 轴。再设带正电的微观粒子从左边远处沿 z 方向入射。由于体系具有轴对称性，粒子的运动和波函数可用平面中的极坐标表示。卢瑟福先用经典力学计算单个粒子的散射。这粒子在左边远处的动能是 E(p), 这能量是个运动守恒量。另一个守恒量是粒子的角动量，它由粒子到 z 轴的垂直密近距离 x' 决定。由此可算得这粒子的散射角依赖于 E(p) 和 x' 的公式。实验中 x' 是无法控制的，它是个随机数。设想许多有相同 E(p) 的粒子沿 z 方向入射，它们的 x' 值完全随机。当粒子的散射角公式对 x' 求系综平均后就得到散射角的几率分布。卢瑟福的实验结果与理论一致。量子力学则是求库伦场中哈密顿量的散射本征函数，本征值为 E(p)0 。由这解可得出与卢瑟福结果一样的散射角几率分布。这结果充分说明，散射本征函数不描述单个粒子而描述粒子系综。系综中粒子有相同的能量，但他们的密近距离 x' 无规分布。几率性来源于 x' 这个隐变数。实验中盖革计数器或荧光屏放在离散射中心很远的地方，玻尔把几率归结为仪器和测量没有道理。至于单个粒子的散射，普通量子力学完全无法描述。有人会说，可以用小波包描述。但小波包是个能量本征函数的叠加态，能量不确定度很大，它也描述系综。此时，量子力学双波函数方法的必要性就显出来了。双波中的一个就是普通量子力学中的能量本征函数散射解。这解的时间部分为 exp 。另一个波函数是角动量本征函数，角动量量子数 n(n+1). 这时双波中含有 (t-t') 。可算出一个能量 E(p), 有恒定角动量的单个粒子于时刻 t' 到达离散射中心最近处，当 (t-t') 很大时得到与卢瑟福一样的散射角公式。对 t' 和 n 求系综平均后得到和卢瑟福一样的散射角几率分布。这就从必要性和充分性两方面否定了玻尔观点而支持爱因斯坦观点。实验上原子物理和量子力学的实验几乎全都是在样品或粒子系综上（包括检验贝尔不等式的实验 ) 进行的。单个粒子的实验在技术上有难度，像博文（三）中所说的少数实验还不足以改变物理界被玻尔观点控制的局面。现在已有了机会，这机会就是量子通信。量子信息技术的各种著作都把测量时波函数的坍缩假设放在重要地位。换句话说他们都信奉玻尔的量子力学观点。我的一系列博文就是从物理上论述玻尔认为一个波函数描述单个粒子的观点完全错误。测量时波函数坍缩假设就是在玻尔这观点下提出来的。事实上量子力学的成就基础是波函数，薛定格方程及波函数的几率解释，与测量假设没有关系。量子力学中的期望值公式就是根据粒子衍射，散射等实验的几率观点归纳出的系综平均值公式，由这公式得出的一切结果如不确定关系都应是粒子系综的性质。有些人却把它看作单个粒子的性质。再例如纠缠波函数中两个无相互作用的粒子间没有关联，所谓的纠缠是粒子系综的性质。根据纠缠性的坍缩通信不可能。量子比特的物理基础是粒子或光子系综，它可以被克隆。通信的并行性和叠加性经典通信也有。经典通信的信息容量理论上也不比量子通信差，但出于抗干扰和电路简单的考虑而采用 0 ， 1 编码。量子通信已热闹了很长时间，至今还没有取得入门性进展。电磁波理论和实验证实后，立即就有无线电报，无线对讲机，声频广播，电视广播，数字网络通信等。我建议量子通信也要接地气，从量子电报开始。从光学和电磁学屏蔽得好的实验室做起。谁能最先做出能被人重复的量子电报，谁就做了破天荒的工作，诺贝尔奖也非他莫属。这是我国最盼望的成果。中国科大的量子通信工作在我国乃至世界都算一支“独秀”。我对量子通信持异议目的在爱因斯坦与玻尔，谁站在量子力学真理一边。科大真正成功了我高兴，因为这是我国的成就。科大失败了，我也高兴。希望他们总结说，失败是因为听信了玻尔的错误观点。我对中国科大留有好感。上世纪八十年代，有量子光学第一次会议，规模不大。那时学术活动处在起步阶段，大家见面都直呼其名，或称某老师。记得科大有郭光灿，范洪义。山东青岛有于良。北大有曹昌祺和我。我知道科大信奉玻尔。那时学术同行规模较小。论文，基金彼此评审机会常有。他们都能事实求是，不带学术观点偏见。我还应邀去该校做过学术报告。科大很活跃，报告时出海报和全校广播。一个大阶梯教室挤得水泻不通，学生提问踊跃且有水平。科大的陪同沈惠川说盛况空前，我印象深刻。那时我们同行都是上有老下有小，他们在孩子升学，业余授课和科技服务方面都比北京条件差。他们紧跟国际动向的奋斗精神令我感动。从相干态，压缩态，非破坏测量到量子通信，干过的领域很多。我虽早就对量子通信不看好，见中的测量问题。我一直不出来泼冷水。我也不想在量子通信公认失败后出来当事后诸葛亮。此时说出自己的观点和道理正当其时。有异议更能促进科技的发展。 Huang X, Y. Phys. Rev. A, 78,022109(2008). Huang X. Y. Phys. lett. A, 121,54(1987). 黄湘友，量子力学新探 ( 四川科技出版社， 1989).; 2200 次阅读|3 个评论

牛顿说：二十世纪以来物理学界没有出现过一位智者: 热度 7 jmluo0922 2015-4-23 15:59; “牛顿爵士，这话有点过了吧，量子论和相对论发展过程中，涌现出了无数物理学天才，索尔维会议就汇集了他们，并且为了表彰他们的贡献，许多人都得了诺贝尔物理学奖，是不是啊!” 牛顿：他们的才华出众，智力优异，但不能称之为有智慧的智者，因为他们的研究是伪命题！ “你不能这么讲吧，牛顿先生！你是不是有点嫉妒哦！” 牛顿：其实他们是不是智慧之人，只要看看他们对于引发伪命题的 ‘两朵乌云’的理解与态度，这个试金石就可以了。 “就是，两道普通物理水平的问题，如果都没有整清楚，肯定不能算智慧之人。” 牛顿：没有两朵乌云，就没有否定经典理论的理由。别看爱因斯坦等人现在像神一样被崇拜，其实他发明的相对论，以及量子论由于从根本上来讲，是违背自然基本法则——逻辑关系与因果律的，因此最终会被历史抛弃的。所以我才说，二十世纪以来，物理学领域没有出现过智者。 “天才可以包装出科学明星，流行一时，但很难持久！” “智慧才能探知自然真谛成就经典，才有可能成为永恒！”; 个人分类: 杂谈|4409 次阅读|22 个评论

一句老话: 热度 4 hcy98765 2014-4-11 12:29; 一句老话过去有一句老话，是说：对待人民群众的态度问题，是真假马克思主义者和真假共产党人的试金石和分水岭。不知道这句话现在还灵不？看来应该还灵，要不然习总书记为什么要搞群众路线教育呢？只是，但愿这次不要像在此之前搞的什么“三奖”教育、”保险”教育那样，越搞越糟糕，腐败”愈演愈烈”（总书记语）；而是使我们的领导干部在灵魂深处切切实实受到教育，端正观念，转变作风，像焦裕禄同志那样，尊重群众，相信群众，联系群众，依靠群众，一切为了群众，全心全意为人民群众服务，为绝大多数人而不是只为个人和极少数人谋利益。这样，我们的社会就会变得真正和谐，我们的中国梦就容易实现了。; 1416 次阅读|13 个评论

有些话题是试金石: liuxuxia126 2013-10-29 20:11; 有些科学话题是试金石。可以对某些知识不了解，但作为一般的科研教学工作者，应该有基本的获取文献信息的能力。我对我的学生说过，能自己从文献中找到答案的问题，不要来问我。知道得越多的人，越不轻易发表言论：因为如果不是某领域的专家，很容易出错。如果谦虚点知错就改还就罢了。可有人就是不谦虚，将错就错到底，还将错误传播。; 个人分类: 生活点滴|2 次阅读|0 个评论

薄熙来案：改革成果的试金石: 热度 41 lvnaiji 2013-9-24 09:53; 吕乃基虽然薄熙来还可以上诉，但大局已定，薄熙来罪有应得。可以从各个角度探讨薄熙来案的启示，如司法公正和司法独立等。本文拟从如何评价改革成果这一视角略作探析。改革开放35载，成果斐然，举世瞩目。对此有目共睹，即使包括敌对势力在内，谁也不可能否认。薄熙来案的公开、透明的审判就是改革的成果之一。不过，其间还是存在可以进一步深思的地方。有人说，在权力如此膨胀和不受监督之时之处，早晚会出事。脓包不是在这里就是在那里，必然会破裂。话虽这么说，但35年来，甚至可以追溯到更为久远，有多少大大小小的官员落马，那惊世骇俗的一记耳光——无论是当作家奴，抑或实在是“烦透了”，绝对是小概率事件；把美国领事馆牵连进来，同样是小概率事件，而两次小概率事件的叠加，小概率再乘小概率，大概就是无穷小了。换句话说，薄熙来在特定的时刻——换届前不久，以特定的方式落马，类似于我等凡夫俗子等着天上掉馅饼。于是，问题就演变为，本来薄熙来可能沿权力的梯子继续攀爬，把重庆的唱红打黑“蔚然成风，推向全国去”，于是，温家宝所警示的“文革重演”将成为现实。退一步说，薄至少可以在重庆这块山头继续经营。既然当时就颇得民心，出事后还有不少“力挺”，时至今日，依然有人惋惜：坏就坏在女人身上！那么为什么不能躲过无穷小事件而延续下去，进而“做大做强”呢？有多少人意识到并警惕文革重演？有多少人意识到这一点，但最终选择与薄熙来，也就是和他所拥有的权力同流合污？又有多少人能够阻止这一重演最终成为现实？谁为权力设置牢笼，谁又能把权力关进牢笼？这才是改革35年成果的试金石。曾经与官员、学者、企业家和学生交谈，说起中国是否还可能退回去，都认为不可能。看得简单了，过于乐观了。 35 年的改革，面对至高无上的权力，竟然如此麻木、脆弱，以及不堪一击。是否对文革重演保持足够警惕，是否足以抵御权力的倒行逆施，响应习总书记的“把权力关进牢笼”，这是衡量改革成果的最终标尺。; 个人分类: 社会评论|5474 次阅读|70 个评论

“认识你自己”的三块试金石: 热度 2 chemistryche 2013-9-10 10:25; 道德发展水平：可用抗拒美女诱惑的水平来检验；智力发展水平：可用下象棋的水平来检验；体力发展水平：可用蛙泳的水平来检验。用好这三块试金石，客观地认识一下自己：既不要自负，也不要妄自菲薄。; 2311 次阅读|3 个评论

【转基因】话题是一个试金石: 热度 13 outcrop 2013-7-19 09:22; 我认为，【转基因】话题，是一个很好的试金石——根据对待转基因的态度，基本能直接可靠的判定一个学者的思辨能力、逻辑性以及人品。特别是，部分人很热衷故意搅浑【转基因研究】和【转基因推广】这滩水——我不是阴谋论者，但我相信这类人是不正常的。; 个人分类: 科技八卦|2716 次阅读|30 个评论

计划生育是人品和智商的第一试金石！: skythc 2013-5-10 11:01; 看计生委调查张艺谋有感。人爱生几个是几个，管他人鸟事！又不要别人养！再次重申：计划生育是人品和智商的第一试金石！; 1794 次阅读|0 个评论

链路预测——网络模型的试金石: babyann519 2012-5-20 22:05; Evaluating network models: A likelihood analysis 作者：Wen-Qiang Wang, Qian-Ming Zhang and Tao Zhou 发表期刊：EPL 98 (2012) 28004. 全文链接 http://iopscience.iop.org/0295-5075/98/2/28004 大量生物、技术、信息系统都可以用网络来刻画，其中诸如互联网、万维网、 P2P 网络、在线社交网络等都是信息科学特别关注的对象。网络在演化生长的过程中表现出很多有趣的结构特征，比如集聚性、社团性、无标度性、小世界性等等。建立网络模型重现观察到的结构特性，是最常见的理解网络生长过程潜在驱动力量的方法。针对同一类网络甚至同一个网络，往往有多个理论模型，每一个模型都声称能够捕捉真实网络某几个方面的特征。由于刻画网络结构的特征量成百上千，数不胜数，模型 1 可能在刻画特征 A, B, C 方面胜过其他模型，而模型 2 给出最符合特征 D, E 的结果——事实上，直到现在，我们没有一种本质上有效的方法，来判断不同模型的优劣。王文强等人的论文第一次试图解决这个困难的问题！链路预测是复杂网络的一种重要分析方法，其目标是通过学习当前观察到的网络结构，计算尚未出现连边的节点对之间存在连边的似然。受到这个方法的启发，王文强等人认为每一个演化模型原则上都对应于一种链路预测的算法，因此，如果把当前网络的真实结构看作基于一段时间之前的网络在模型对应的链路预测算法下预测得到的，我们就可以分析当前网络出现的似然。王文强等人认为，让当前网络似然更大的算法所对应的演化模型更好——这实际上提供了一个评价网络模型优劣的不依赖于任何特定的结构特征或特征组的统一的平台。王文强等人以真实的互联网数据为基准，比较了有代表性的互联网演化模型的优劣。有趣的是，他们发现通过他们的评价机制得出的模型的“最佳参数”在刻画新增节点的性质的时候，要明显好于通过其他办法得到的“最佳参数”。该工作还隐隐约约包含了一个重要的思想，就是以前的研究，总是关注网络从无到有的过程，希望找到一个普适的模型，一股脑刻画网络一生的行为。实际上，网络初始的增长和中后期的增长机制可能是完全不一样的！链路预测更像是关注网络从少到多，从当前到未来的短期行为，这可能更加重要！即便是在一个模型下，通过与真实网络对比，不同增长时期的“恰当的参数值”也会不一样。这个问题在以前的研究中罕有讨论，但是可以通过本文提出的办法进行分析、挖掘。参考：  http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=3075do=blogid=572849; 个人分类: 科研工作|4767 次阅读|0 个评论

安全是否真的第一，下面八条就是试金石: After50 2011-9-28 19:46; 安全是否真的第一，下面八条就是试金石 “安全第一”是一条公理，因为所有的人都认为它很对，谁都认可它。但在行动上，很多人却根本不把安全当回事，更谈不上什么“第一”。实际上，判断一个领导是否把安全第一落实在行动上，从以下安全工作“八个一”内容就可以得到检验。（1）会议时间冲突时，安全会议第一; （2）工作同时进行时，安全工作第一；（3）下达生产任务时，安全措施第一；（4）实行检修计划时，安全保证第一；（5）执行规章制度时，安全规程第一；（6）处理矛盾关系时，安全问题第一；（7）加强薄弱环节时，安全内容第一；（8）贯彻四个落实时，安全落实第一。; 个人分类: 安全科普|3413 次阅读|0 个评论

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