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李淼的博客



惯性参照系



Published: Mon, 20 Nov 2017 03:01:37 +0800

Last Build Date: Mon, 20 Nov 2017 03:01:37 +0800

 



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Sun, 12 Nov 2017 14:34:07 +0800

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属鼠的人

属鼠的人五行为子水,水代表北方。因此,睡觉时头朝北方或东方,睡房在北方、东南角最好运。

属牛的人

属牛的人五行为丑土,睡觉时头朝东方或南方比较适宜,睡房在东方、东南方都可以带来好的运气。

属虎的人

属虎的人五行为寅木,睡觉时头朝南方或东北方,睡房在南方、东北方,都可以给自己带来吉祥。

属兔的人

属兔的人五行为卯木,睡觉时头朝西方或北方,睡房在西方、东南角,都是不错的选择。

属龙的人

属龙的人五行为辰土,睡觉时头朝西北方或南方,睡房在南方、西北角,都可以给自己的运势带来帮助。

属蛇的人

蛇在十二地支当中代表巳火,属蛇的人睡觉时头朝西南方或东北方,睡房在西方、东北角较好。

属马的人

马在十二地支当中代表午火,属马的人睡觉时头朝东南或西南方,睡房在东南、东北方都很不错。

属羊的人

羊在五行上为未土,属羊的人睡觉时头朝西北或南方,睡房在东南、南方可招来好运。

属猴的人

猴的五行属性在地支上为申金,属猴的人睡觉时头朝东北或西方,睡房在东北、西南方可以有个不错的运势。

属鸡的人

属鸡的人,在五行上代表酉金,属鸡的人睡觉时头朝西或西南方,睡房在西南、东北方皆可催旺好运。

属狗的人

狗在五行学说上代表戌土,因此,属狗的人睡觉时头朝南或西北方,睡房在南、西北方,既安稳又舒服。

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属虎的人

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杨屌哥出品



转帖:2020年中国成为第一科学产出大国

Sat, 9 Jan 2010 14:53:59 +0800

觉得两篇文章非转不可。 一个好消息,一个坏消息。好消息是否真好,坏消息是否真坏,大家自己判断。 好消息说,由于中国的经济增长和科技经费的逐年增加(增长率18%),中国将在2020年成为第一科学产出大国,文章并判断届时中国科学产出的质量也会很高。这是New Scientist发表的一篇作者为Jonathan Adams的文章。 第二篇文章,是我最近认识的朋友Oswaldo Zapata推荐给我的。这篇文章发表在纽约时报上,文章说逆向投资者 James S. Chanos预言中国经济将垮台。 这两篇文章当然是矛盾的,如果中国很快进入经济冬天,2020年中国不会成为科学产出第一大国。大家自己判断吧。 最后,预告一下,我下一篇博文谈Erik Verlinde最近的工作,我将在礼拜二在理论所做lunch seminar,题目是《引力是“熵力”吗》,欢迎有条件的人届时来理论所围观。 第一篇文章 Get ready for China’s domination of science * 06 January 2010 by Jonathan Adams * Magazine issue 2742. Subscribe and get 4 free issues. * For similar stories, visit the Comment and Analysis Topic Guide SINCE its economic reform began in 1978, China has gone from being a poor developing country to the second-largest economy in the world. China has also emerged from isolation to become a political superpower. Its meteoric rise has been one of the most important global changes of recent years: the rise of China was the most-read news story of the decade, surpassing even 9/11 and the Iraq war. Yet when it comes to science and technology, most people still think of China as being stuck in the past and only visualise a country with massive steelworks and vast smoking factories. That may have been true a few years ago, but it is no longer the case. Very quietly, China has become the world’s second-largest producer of scientific knowledge, surpassed only by the US, a status it has achieved at an awe-inspiring rate. If it continues on its current trajectory China will overtake the US before 2020 and the world will look very different as a result. The historical scientific dominance of North America and Europe will have to adjust to a new world order. In the west, we are largely familiar with research systems in which money, people and output stay roughly the same from year to year. Research spending in Europe and North America has outpaced economic growth since 1945, but not by a dramatic amount. Not so with China. Data from the Organisation for Economic Cooperation and Development shows that between 1995 and 2006, China’s gross expenditure on R&D (GERD) grew at an annual rate of 18 per cent. China now ranks third on GERD, just behind the US and Japan and ahead of any individual European Union state. Universities have experienced similar growth. China’s student population has reportedly reached 25 million, up from just 5 million nine years ago. China now has 1700 higher education institutions, around 100 of which make up the “Project 211″ group. These elite institutions train four-fifths of PhD students, two-thirds of graduate students and one-third of undergraduates. They are home to 96 per cent of the country’s key laboratories and consume 70 per cent of scientific research funding. China’s student population has reached 25 million, up from just 5 million nine years ago What impact has this had? I recently authored a report analysing China’s research strengths and its patterns of international collaboration. The data was drawn from Thomson Reuters, which indexes scientific papers from around 10,500 journals worldwide. In 1998, China’s research output was around 20,000 articles per year. In 2006 it reached 83,000, overtaking the traditional science powerhouses of Japan, Germany and the UK. Last year it exceeded 120,000 articles, second only to the US’s 350,000. Compare that rate of growth with the US, where rese[...]



理论家的荣耀和尴尬

Sat, 9 Jan 2010 14:52:59 +0800

(《新发现》专栏,勿转)

在科学中,特别是物理学中,理论家和实验家向来是互不相让同时又谁也离不开谁。当然,科学中还有很多领域理论家和实验家并没有分开,例如生物学的绝大部分。用David Gross的话说,这些领域还没有充分发展。

物理是现代科学发展最充分的,所以物理学中早在19世纪后期就出现了专门研究理论的理论家。到了今天,兼理论家和实验家于一身的人绝无仅有。所以,理论物理中的理论家们大学本科还进过实验室外,往往一辈子再也没有机会进实验室了,参观欣赏的除外。

我自己是一个理论家,而且是一进大学校门就立志当一个理论物理学家的,这辈子正经的职业一直是理论物理。理论物理学家们是一群什么人?这些人通常对 自己研究的领域怀有极大的热忱、一支笔一沓纸坐下来就可以不停地计算的人,这些人中,有很多不会利用电脑做数值计算。当然,在年轻的一代人中,会数值计算 以及制造彩色示意图的人越来越多,而在我这一辈以及上一辈的理论物理学家中,能够将ppt做出彩的人都很少。

但是,这些人是最骄傲的一群。看过《生活大爆炸》的人都知道,主角Sheldon就是一个理论物理学家,他不仅是理论物理学家,还是研究这个领域最 玄妙最不实际的超弦理论和宇宙学。正好,我的研究领域也是超弦理论和宇宙学。不过,我和Sheldon最大的区别有两点,第一我不是书呆子,第二我不迷恋 超弦理论(不过我像他那样做博士后的时候还是迷恋的)。所以,有人偶尔在介绍我的时候说我研究超弦宇宙学,我会纠正他,我研究超弦理论和宇宙学,是将后者 当成完全独立于弦论的学科来研究的。

Gross在他最近的公众报告《理论在科学中扮演的角色》中说,实验家往往会嫉妒理论家,因为理论家们不干脏活,却得到了最大的荣誉。这是因为,不 论你实验家实验做了多少,最后你需要一个理论或理论体系来解释它们,预言它们。牛顿做了很多实验,例如著名的三棱镜实验,但为他获得后辈的最多尊敬的还是 他的力学体系和万有引力理论。麦克斯韦也做过实验,但他的电磁理论使他不朽。我们可以一直罗列下去,爱因斯坦的相对论,玻尔和海森伯等人的量子论和量子力 学。同样,达尔文为他的进化论做了很多观察和采集,但大家最先想到的是他的理论。所以,在某种意义上,我们说最大的荣誉归于理论家是正确的。

理论家从年轻做学生时就有一种骄傲,同样这种骄傲在《生活大爆炸》的Sheldon身上体现得淋漓尽致。他一直认为自己的研究领域最值得研究,最高端。他姐姐跟人说他是个火箭科学家,他很恼火,对他姐姐说,你不如说我是金门大桥上收过路费的。

不过,就像著名博客同人于野在他的博文《科研的格调》中说,任何一位科学家都是骄傲的,他们以自己研究的领域和自己所选择的课题所骄傲,他们一般不 将同行更不将外行放在眼里。这一点,在我最近参加的印度国际理论科学中心成立大会上表现得很好。印度著名化学家、曾任第三世界科学院院长的C. N. R. Rao在致辞中说,他虽然不是理论家,但有理论家为他工作,语带调侃。稍后Gross在致辞中说,我们告诉实验家他们看到的现象是什么,为什么会那样,没 有我们他们不知道自己在做什么。

但是,并不是任何理论家都能获得建立一个理论的荣誉,远远不是。绝大多数理论家的一生是辛酸的,他们付出了很多努力,为了研究放弃了很多常人的幸 福,但到头来也许没有成就任何事业。不要为他们的论文表所迷惑,这个单子里也许没有一篇十年后还值得认真阅读的文章。其实,在理论家大量繁殖的今天,大多 数理论家日常所做的事情是为更大的理论家检验他们的理论的细节,甚至,为检验细节的理论家们检验更加细微的细节。这些工作,日后在物理学教科书中甚至都挣 不到脚注的地位。

在美国,人们对理论有一种天生的轻视。他们爱说,It’s just a theory,那只是一个理论。

更加令人遗憾的是,由于新现象的稀少,理论家们日常做的研究绝大多数是假设,是众多理论中的一个。后来的实验会淘汰绝大多数理论,这些理论只能被遗 忘。所以我爱说,我们中大多数人在制造垃圾。所以,一个理论家的品位和格调与他能否成功有极大的干系。不论你如何聪明,不论你如何努力,如果你没有好的判 断能力,没有较高的目标(例如只会跟在别人后面做研究),那么在耗费一生之后,你可能什么都不是。

举一个眼面前的例子,暗能量是目前最大的理论和实验难题之一。市面上存在不下百种各色各样的理论和模型,但最后只能是一个理论或模型胜出(甚至那个 正确的模型还没有被提出来)。作为一个研究暗能量理论的人,我深知其中的甘辛。不过,我自然希望我的模型最后会胜出。所以,几乎每年我都会为自己的模型想 出新的点子。

一个实验家虽然不会获得最好的理论家那么大荣誉,但只要他付出足够多,他一定有所收获。不论你的实验如何小,只要是新的,就是为科学发展真正做出了贡献。从这一点来看,做一个实验家是最保险的,虽然他们可能没有理论家们来得那么趾高气扬。

同人于野的科研的格调



广而告之

Tue, 29 Dec 2009 16:00:48 +0800

这是一篇不折不扣的广告文,宣传一下我和一些合作者最近的工作。

第一篇是

More studies on Metamaterials Mimicking de Sitter

这是我和苗荣欣、庞毅两位同学的合作。我最近一直在宣传用超颖材料模拟引力场,特别是用超颖材料模拟引力场中的量子效应,原因是我们计算了de Sitter空间中的Casimir 能量,发现这个能量在紫外发散之外还有一个“红外”发散,如果考虑将空腔或de Sitte置于视界之内一点,这个红外项就变成有限的了,而且与空腔尺度成正比,这正是暗能量的形式。我们的计算说明Casimir能量至少是暗能量的不 小的一部分,而且过去发明的所谓stretched horizon有“实验基础”,因为如果没有stretched horizon,Casimir能量可以远远大于暗能量。原始的计算见:

Casimir Energy, Holographic Dark Energy and Electromagnetic Metamaterial Mimicking de Sitter

当然,设计超颖材料并测量Casimir能量并不容易,而且还存在一个理论上的问题。这个理论问题是,超颖材料存在色散,也就是说不会对所有频率都有效。在新的文章中,我们指出并不需要一个对所有频率都有效的材料,原因是Casimir能量存在一个特征频率,这个频率就是(image) ,其中L是超颖材料的半径。那么,Casimir能量是如何变大的?非常有意思的是,当量子模的角动量量子数(image) 的时候,边界条件给出上述的特征频率,这里d就是超颖材料的结构长度,在引力中大约是Planck长度。考虑到简并度(image) ,我们得

(image)

这正是我们最初用“严格”的数学方式得到的结果。

顺便说一下,(image) 大约是de Sitter空间中的熵,但这里只是特征模的个数,不要和熵混淆。

有一点需要说明,考虑到我们的文章对于光学和超颖材料方向的人兴趣更大,我们将这篇文章贴到Physics.Optics里去了。

第二篇文章

Transformation optics that mimics the system outside a Schwarzschild black hole

是陈焕阳以及苗荣欣同学和我的合作。与前面的工作不同,这是一篇关于用超颖材料模拟引力场的经典效应。陈焕阳在他的博客中有所介绍:

模拟真实黑洞

同样,这篇文章贴在Physics.Optics。

第三篇文章是和李霄栋同学以及东北大学的张鑫教授的合作。

Comparison of dark energy models: A perspective from the latest observational data

在这篇文章中,我们用最新的超新星数据(Constitution)、WMAP5和BAO的相对新数据研究了以下九种暗能量模型:

1、宇宙学常数;2、w常数的暗能量;3、CPL参数化;4、推广的Chaplygin气体;5、全息暗能量;6、agegraphic暗能量;7、Ricci暗能量;8、DGP模型;9、DGP唯象推广。

我们的方法还是(image) ,并用了两个判据,即AIC和BIC,这些判据计及了模型的参数个数以及数据个数,相对来说比较“公正”。

最后的结果表明6、7、8三个模型比较难以拟合数据,按照通常的看法,被现有的数据排除了。当然,我们不排除今后的新数据会给出不同的结果。

预祝大家新年快乐。这两天我比较忙,不知道能否及时更新了。




一个理论谣言?

Sat, 26 Dec 2009 21:06:42 +0800

一些日子前,我在Johannes Koelman的博客上读到一则有趣的故事,故事说,荷兰弦论家Erik Verlinde最近导出了引力,当然是通过全息原理。

如果这故事是真的,我觉得是一个进步。我们很长时间焦虑的一件事是从所谓的量子引力导出全息原理,这种焦虑是否类似一个多世纪前Lorentz等人 焦虑如何从电磁理论导出Lorentz收缩?如果我们像爱因斯坦一样,像接受光速不变原理一样接受全息原理,也许我们可以导出量子引力和经典引力,而不是 相反。

可惜,Johannes Koelman并没有给出任何细节,上网查,也没有Erik Verlinde的最新文章。他今年只写了两篇文章,他本不是一个高产的人,也不随便将一篇文章抛出(惭愧,今年在我名下的文章有11篇,还有一篇正在完 成中)。不过,从Johannes Koelman博客中的照片看出,Verlinde的口袋里确实有些货。

Verlinde今年的两篇文章是

A Black Hole Levitron

Holographic Neutron Stars

且慢,先不要去读这些文章,它们与从全息原理导出引力无关。

我们先看看Koelman是如何推测Verlinde的工作的。(与Koelman不同,我用单位制:k=c=hbar=1)

假定黑洞表面上有温度T,那么每个自由度有能量1/2 T,假如有N个自由度,则总能量是1/2 NT。这个能量等于黑洞的质量M。

接着,我们需要关于N的公式。全息原理告诉我们,(image) ,其中(image) 是一个基本面积单位。所以,我们有

(image)

另外,根据Unruh,黑洞表面温度由加速度决定,即(image) ,将此式与上式比较,得

(image)

或者,(image) 。嗯,这是牛顿公式!貌似我们得出牛顿引力了,而牛顿引力常数与基本面积成正比,这是Planck长度公式。

我觉得,上面的推导与很久以前Jacobson的推导似乎没有多大区别。Erik Verlinde口袋里应该远远不止这点货。

过了三天,Koelman注意到一篇新文章,是另一个人写的:

Equipartition of energy in the horizon degrees of freedom and the emergence of gravity by T. Padmanabhan

我大致看了这篇文章,主要内容就是上面的argument。

预告:下篇博文将介绍我自己的文章,一篇关于暗能量的数据拟合,另一篇关于de Sitter vs metamaterials中Casimir energy的进一步研究。其实这是广告。

附,Koelman的博文 Holographic Hot Horizons




两个新闻

Mon, 21 Dec 2009 15:00:33 +0800

第一个新闻,其实已经有点老了,就是CDMS发现了暗物质粒子的迹象。(其实还有第三个新闻,这第三个是理论新闻,我正在看,留作以后的话题吧)

我用迹象,是说这个结果还不能算发现。在粒子物理中,发现必须有5(image) 以上的证据,而此次结果,只有一个(image) 左右。

CDMS的论文已经在arXiv贴出,但估计要下礼拜一或礼拜二才能看到。摘要为:

We report results from a blind analysis of the nal data taken with the Cryogenic Dark Matter
Search experiment (CDMS II) at the Soudan Underground Laboratory, Minnesota, USA. A total
raw exposure of 612 kg-days was analyzed for this work. We observed two events in the signal region;
based on our background estimate, the probability of observing two or more background events is
23%. These data set an upper limit on the Weakly Interacting Massive Particle (WIMP)-nucleon
elastic-scattering spin-independent cross-section of 7:0 × 10..44 cm 2 for a WIMP of mass 70 GeV/c2
at the 90% con dence level. Combining this result with all previous CDMS II data gives an upper
limit on the WIMP-nucleon spin-independent cross-section of 3:8 × 10..44 cm 2 for a WIMP of mass
70 GeV/c2 . We also exclude new parameter space in recently proposed inelastic dark matter models.

文章:Results from the Final Exposure of the CDMS II Experiment

科学集体博客Cosmic Variance的JoAnne有个博文,是她和Risa参加一个CDMS学术报告的现场报道。CDMS同时在SLAC和Fermilab做报告。这篇博 文中最有趣的一句话是” Rumors are spreading that at least 3 groups of theorists have papers ready to submit to the ArXiv after the seminars are concluded. The era of data has begun!”

可见理论家们实在等不及了。

博文的全文:Dark Matter Detected, or Not? Live Blogging the Seminar

第二个新闻,LHC有了第一批物理结果!

Tommaso Dorigo在他的博文中说,虽然这些结果没有新物理,但说明LHC机器和研究人员都在完美的工作状态。

Dorigo自己来自意大利的Padova,他们小组在过去的两周中寻找(image) 介子,所以他的博文主要谈他们的结果。Dorigo解释道,

I was especially pleased to see that the effort of the small group of physicists from Padova and Cyprus which my colleague Franco and I have managed to put together has not been vain. We have been working day and night in the last two weeks, in order to produce an approved signal of the(image) meson. The (image) is a electrically neutral hadron, composed of a strange-antistrange quark pair. It is a very well-known particle; it was discovered in the fifties and we know everything about it, but it is worthwhile to search its decay: it is a very good calibration line on which to test the detector performance, for a couple of reasons.

Dorigo的全文:First LHC Results!




汉俳五首

Sat, 19 Dec 2009 16:59:16 +0800

附何三坡两首

85

一片叶子带来
对一位
绿色天使的郑重

2009.12.08

86

城市
月光照不到
一地碎银文字

2009.12.11

87

甜蜜析出固体
遗忘在冬日枝头的
苦涩

2009.12.13

88

愿成为黄昏的钟声
在你静默的时刻
为你祈祷

2009.12.14

89


请适度地
在血管上舞蹈

2009.12.17

(image)

下面是何三坡最近的两首诗

白杨树

白杨树在我拇指上落根
一年四季 枝繁叶茂
白杨树给我枝条
鸟翼 风声
和落叶

白杨树以我为土壤
我以白杨树为天空

有一天
我松开手

白杨树会扮作草莺
来我花园里觅食

触摸森林的轻雾
向内延伸
变得稀薄 虚无

触摸白杨树上空
的丝绸
鸟语 青涩

我的手指在萌发
一片去年的林荫




超颖材料

Wed, 16 Dec 2009 17:28:08 +0800

超颖材料是最近几年刚兴起的一种新型材料,与传统的光学材料不同的,超颖材料的光学性质不是由材料本身的成分决定的,而是由其内部人工造出的结构决定的。

《哈利·波特》里出现过魔法隐身斗篷,那时还是科学幻想甚至是神话,现在,利用超颖材料,人们在一定程度上实现了隐身斗篷。当然,以目前超颖材料的发展程度,我们离制造出实用的隐身衣还很远。而以这个领域的发展速度,我们可以想象不远的未来能够做出有实用价值的隐身材料。

最普通的超颖材料可以改变光的折射现象,新的折射现象是自然界中存在的材料实现不了的。我们知道,当一种材料的折射率大于1时,从真空(或空气)中 入射进这种材料的光线被偏折,而且光线与材料表面的垂线的夹角小于入射光与垂线的夹角,且两条光线在垂线的两边。而超颖材料可以实现负折射率,用通常的折 射公式我们得知,入射光线和折射光线分布在垂线的同一边!

材料的光学性质主要由两个参数决定,一个是介电常数,一个是磁化率,这两个常数分别决定了材料中静电和静磁性质,而波动的电磁波(光是电磁波)在材 料中如何传播则同时取决于这两个参数。一个透明材料中,这两个参数都是正的,而一个材料如金,介电常数是负的,但磁化率却是正的。材料的折射率是两个常数 乘积的平方根,所以对于这种材料,折射率是虚数,从而材料是不透明的。前面提到的人工负折射率材料,介电常数和磁化率都是负的。早在上世纪60年代俄国物 理学家Victor Veselago就在理论上分析过这种材料,他得出结论,这种材料是透明的,但折射率是负的。在当时,还没有人敢于想象我们有一天会制造出这种材料。

到了2001年,杜克大学的D. R. Smith等人在微波波段实现了负折射率材料。有时,一些负折射材料又叫左手材料,原因是,在通常的正折射率材料中,电场方向、磁场方向与波面的传播方向 (相速度方向)形成一个右手螺旋,而负折射率恰好相反,这三个方向形成一个左手螺旋。换句话说,在负折射率的左手材料中,波面的运动方向与能量的传播方向 恰好相反。

负折射率材料正好是制造隐身斗篷所需要的,直到2006年,杜克大学的D. R. Smith和伦敦帝国学院的J. B. Pendry等人在实验室中实现了隐身斗篷。但这种隐身斗篷还很不实用,一来尺寸非常小,二来只是在微波波段才管用。

超颖材料突破常规材料的另一个特点是可以实现各向异性和不均匀性,即介电常数和磁化率不是常数,是位置的函数,而且,在电磁理论中,介电常数可以不 只是一个参数,更一般的情况有6个常数。磁化率也是如此,这样一共有12个常数。如果介质不均匀,这12个常数就变成了12个位置的函数,这样,通过人工 控制这些函数,我们几乎可以随心所欲地在介质中弯曲光线。所以,作为新型光学材料的超颖材料的应用远远不止是隐身衣,例如可以制造新式的天线,由于天线尺 度远小于共振波长,这样就可以提高天线的灵敏度。Pendry指出,负折射率超颖材料还可以用来制造超透镜,超透镜的特点是它的解析度可以超过通常透镜的 极限,从而使得成像更为清晰。2008年,一些近红外超透镜被制造出来。

超颖材料甚至可以帮助我们实现罕见的天体物理现象。我们知道,在爱因斯坦引力理论中,引力场可以用弯曲的时空代替,光线在引力场中弯曲因为时间和空 间是弯曲的。在一个不随时间变化的时空中,电磁场感受到的弯曲时间和空间可以用6个有效的函数描述,这六个函数恰好是介电材料中的6个介电常数,另外6个 函数即磁化率分别等于6个介电常数。所以,电磁波在静态引力场的传播完全可以用材料来模拟。

一个静态黑洞产生一个静态引力场,所以我们原则上可以用超颖材料来模拟黑洞。今年10月份,《科学》杂志报道,东南大学的崔铁军和程强等人就制造出 这样的人工黑洞。他们在铜上刻出结构,这样微波就可以感到类似引力场的介电结构。这个人工黑洞由60层印刷电路板组成,是柱状的。这不同于自然界中的黑 洞,在太空中,一个不转动的黑洞具有球对称性,而不是柱对称性。但这仅仅是技术上的限制。

同样是今天10月份,我和两位学生苗荣欣和庞毅在一篇论文中指出,一种特殊的加速膨胀的宇宙,德西特宇宙,也可以用超颖材料来模拟。德西特宇宙存在 一个静态描述,这是用超颖材料模拟的关键。我们的研究的重点不是指出超颖材料可以模拟加速膨胀宇宙,而是指出使得宇宙加速膨胀的暗能量非常可能是一种叫做 Casimir能量的量子涨落。如果我们能够在实验室中制造出模拟德西特宇宙的材料,那么原则上这个材料中存在一种类似暗能量的能量。如果实验家们能够测 出这种能量,这将是利用超颖材料研究宇宙学的重大进展。

用超颖材料研究引力场还在起步阶段,还有很多研究需要完成,例如,我们需要在理论上确定黑洞的霍金辐射是否可以用超颖材料来模拟。自然,技术上最重要的还是将超颖材料的有效频率做到可见光波段,甚至更宽的波段。

(《环球科学》专栏,勿转)




形形色色(7)

Sun, 13 Dec 2009 14:22:14 +0800

1、一个具有纪念意义,但并没有实质意义的事情是,LHC在12月8号实现了两束相对运动的能量为1.18tev质子束。ATLAS展示了一个含有两个喷注的事例:2-jets event at 2.36Tev,这个能量超过了Tevatron。 Tommaso Dorigo写道 Well, as you know I cannot say anything about internal matters of the CMS experiment at the LHC, but I know that other sites will have information pretty soon on the matter. So my advice for tonight is to browse the web, and possibly the site of less discreet bloggers than myself. The CERN twitter feed might also be a good idea… All I can say is that LHC is working like a charm these days! CERN的 twitterfeed没有说什么。 2、当然,另一件吸引眼球的事件是关于暗物质的谣言,我上次写博客时在comment里提了。 现在再转一个Sean Carroll的说法。 Not too much point in speculating — we’ll find out next week! There was some misplaced excitement about a Nature paper, but it is true that CDMS has scheduled simultaneous talks at CERN, Fermilab, SLAC, and elsewhere. Steinn did the citizen-journalist detective work and dug up the abstract for Priscilla Cushman’s talk at CERN: I will present new results from the recent blind analysis of 612-kg days (before cuts) of data using the CDMS germanium detectors at Soudan. CDMS uses ionization and athermal phonon signals to discriminate between candidate (nuclear recoil) and background (electron recoil) events in Ge crystals cooled to ~ 50 mK. Timing, yield and position information allows us to tune our expected background leakage into the signal region to 0.5 events. I will report on what we saw when we “opened the box”, whether we have seen WIMPs or not, and implications for future dark matter direct experiments. It would seem unlikely to me that CDMS would be able to announce a cut-and-dried discovery of dark matter; that would require collecting an awful lot of data. (But what do I know?) It’s more plausible that they would see some kind of provocative signal, but without quite enough significance to be definitive. With many different competing experiments, several of which have been working for quite some time now, it seems like the kind of result that you would gradually sneak up on, rather than dramatically capture in one fell swoop. Or maybe they’re just updating us on their best limits, and some rumor-mongering has spiraled a bit out of control. We’ll see. Adrian Cho表示谨慎的怀疑: In January, however, the CDMS collaboration also published results from data taken with the same array from October 2006 to July 2007 and saw no evidence for WIMPS, says Richard Gaitskell, a physicist at Brown University. Since then, he estimates, CDMS has taken about enough data to double its sensitivity. If so, the researchers probably haven’t seen a signal so strong that it couldn’t have resulted from a few background events. “You’d be lucky to see one event,” Gaitskell says. “It’s just not enough of an increase in sensitivity to have one of these ‘Oh my God!’ moments.” The researchers might have a shot at incontrovertible sighting of dark matter had they taken enough data to increase their sensitivity by a factor of 10, he says. Still, researchers say that searching for dark matter in this way makes perfect sense–Gaitskell himself is working on such an experiment–and many hope such efforts will pay off within years. Whatever it might be, the rumored CDMS signal could be a hint of more decisive observations to come. But in all likelihood, it won’t by itself be enough convince physicists that dark matter has been spotted. 3、变换光学。 英文学名是transformation optics。我过去提到很多次了,就是和隐身斗篷、[...]



汉俳五首、诗一首

Sun, 6 Dec 2009 18:19:56 +0800

80

昼夜和季节
是伤痛的强迫症
快乐是日落的刹那

注:弗氏理论有重复强迫症,对伤痛的无谓重复。

2009.11.20

81

包含无限的
最初的那个点
一张至今被思索的网

注:大爆炸宇宙论认为最初的空间几乎无限小,却含有无限多个点,包含现在的所有种子。也许最初并没有时空,只是模糊的类似网的东西。

82

人人都有一个
策兰的乌克兰
压住我们的呼喊

注:策兰的父母在乌克兰死于集中营,成为策兰活着时永恒的伤痛。

2009.11.28

83

舌尖上
有无数石头
在无人处无数次地举起

注:曼德尔斯塔姆无题诗中有“啊,沉重的蜂房与轻柔的网。说出你的名字比举起石头更难! 这世上只有桩黄金的心事:让我摆脱你的重负,时间。 ”

2009.12.01

84

从逝川里
取出并保存一滴
浸透夫子的声音

2009.12.03

城市(八)

一场大雪不期而至
城市和我的脉搏温和舒缓
横过夜晚和没有鸟鸣的早晨
地球,衰老的母亲回到
三十年前的冬天

那时我们年轻笨拙,欲望
还在身体中沉睡,我们不需要
一种叫咖啡的瘾品来唤醒,我们
是渴望母亲乳汁的年轻野兽

大雪如年轻朋友眼眶中的
眼泪,年轻而不拘
城市躺在年轻的泪水中
躺在善良和情意中

有一种白色在我身体的深处跳动
我的血脉我的十指
就像被雪覆盖的树枝
天地阔大,它们却安静无比

2009.11.03




LHC,我们期待什么?

Thu, 3 Dec 2009 02:05:11 +0800

(《新发现》专栏,勿转)

LHC,全球关心所谓宇宙秘密的人,总是被它的新闻所吸引。去年9月10号,LHC第一次启动,经过一段时间的运转,9月19号因为冷却系统的故障 53个磁铁损坏了,LHC被迫关闭。修复是一个漫长的过程,因为还涉及到整个系统的检查、清理和调试。经过一年多的辛苦工作,LHC终于在今年11月21 号重新启动。到了24号,LHC的四个探测器都检测到相反运动的两个粒子束的碰撞,这些粒子束含的是质子,每个质子的能量达到450京电子伏(1京=10 亿)。这个能量当然还远远低于设计的七千京电子伏。到了11月30号,一个纪录产生了,被加速后的每个质子的能量达到1180京电子伏,超过了过去的纪录 980京电子伏(美国国立费米实验室的纪录)。

但是,要产生传说中的希格斯粒子和我们期待已久的新粒子,这个能量还不够。即使假以时日能量上去了,要记录足够多的数据以便观测到新物理,每束粒子 流的亮度也需要足够大。这里所谓的亮度就是每秒每单位面积有多少粒子通过。亮度越大,对头运动的质子碰撞的次数越多,能够产生的新粒子的可能性才越大。

按照最乐观的期望,我们在LHC运行的第一年,也就是2010年,不要指望LHC能带给我们任何激动人心的消息。按照计划,在2010年第一季度, 能量可以达到预计最高能量的一半,也就是说每个质子的能量是3500京电子伏。能量是够高的了,但亮度不够。为什么我们特别强调亮度?因为质子是非常复杂 的粒子。Feynman曾经说过,用碰撞质子来研究物理,就像将两块表碰撞打碎它们来研究表的内部结构一样困难。

11月29号,我开始在博客上写LHC日志,不定期登出,无非将欧洲核子中心自己发放的消息按日期列出来,只列我以为是重要的。我的第一篇日志就是 从11月21号列到11月27号,那一天欧洲核子中心加速器和技术部主任Steven Myers接受记者采访,视频登在欧洲核子中心的主页上。LHC类似的宣传非常多。我的一位朋友告诉我,在欧洲,LHC和媒体的成功互动已经被媒体学术界 列为典范。

现在回到本文的主题,我们到底期待LHC带给我们什么?根据LHC的一贯宣传,这是一部发现希格斯粒子的强大加速器,除此之外还可能发现新粒子和新 的物理规律,总而言之这是一部发现机器。希格斯粒子被Leon Lederman命名为上帝粒子(the God particle),说明这个粒子对于粒子物理模型的重要程度。很难用几句话将希格斯粒子在标准粒子模型中的地位说清楚,我们只需要提两件事情,第一,没 有希格斯粒子,所有粒子都是无质量的(当然量子色动力学可以为质子带来质量是另一回事),没有希格斯粒子,所谓弱作用力和电磁作用的统一也无法完成。当然 存在很多取代希格斯粒子的方案,但很多方案中还是含有一个等效的希格斯粒子。所以,大多数粒子物理学家认为希格斯粒子肯定会被LHC轰炸出来。另外,希格 斯粒子的性质对于决定比标准粒子模型更加深刻的物理规律将起决定性的作用。

美国国立费米实验室似乎有证据支持希格斯的粒子在115京电子伏左右,果真如此,那么LHC必将轰出希格斯粒子,但是它也面临来自费米实验室的竞争。

毕竟,大多数人相信希格斯粒子的存在,所以即使LHC最终发现了它,届时物理学家们也许不会特别兴奋。如果发现了新的粒子,情况将完全不同。所以,目前全世界粒子物理学家们最热门的话题一定是推测LHC将发现什么新粒子和新物理。

过去,理论粒子物理家们已经提出过各式各样的可能性。例如,许多人相信所谓超对称的存在,这种前所未有的对称性预言所有我们已经发现的粒子都有一个 尚未发现的伙伴。超对称最初是用来解释粒子物理中的一个非常技术性的问题,即为什么我们看到的所有粒子质量相对比较小?后来由于超弦理论的发展,超对称被 认为是不可避免的。但是,最新的理论发展告诉我们超对称也许并不是不可避免的,也许恰恰相反,我们在地球上可能永远不会发现超对称。粒子物理学家 Michael Peskin有一句经常被业内人士引用的话:LHC有90%的可能只验证粒子标准模型,包括发现希格斯粒子;只有10%d的可能发现新物理,如果发现新物 理,那么70%的可能是发现超对称。我们总结一下他对超对称的预言:只有7%的可能发现超对称。我个人的预期更加悲观,我认为发现超对称的可能远远低于千 分之一。

过去,物理学家们还发明了额外维,迷你黑洞,无希格斯理论,复合希格斯理论,额外维的解构,等等。我个人认为,自然界(或爱因斯坦的那位上帝)比我们要聪明得多,LHC在发现希格斯粒子之外,将为我们带来我们想也不敢想的惊喜:百分之百的意外。

当然,百分之百的意外对于很多人来说不是惊喜,因为他们发明了自己的理论,他们希望LHC证实他们的理论。而对于绝大多数年轻人来说,对于我这个粒 子物理的外行来说,百分之百的意外是惊喜,因为我们和那些已经发明自己理论的人站在了同一个起跑线上,我们都是一无所有,我们有发明自己理论来解释LHC 发现的机会。

我觉得,抱着这个期望才是很多人热衷谈论LHC的原因。过不了几年,我们将会知道结果。




LHC日志(1)

Sun, 29 Nov 2009 16:25:13 +0800

有人要求我谈谈LHC。LHC刚刚有了head-on collision,能量还很低,亮度还很小,没有什么物理好谈的。当然,碰撞了就说明好戏开场了,值得庆贺。

理论所的同事和国内的同仁有时不一定知道如何在网上找到关于LHC运行的最新消息,所以我决定开个专题,连续报道LHC,但时间不定,也许一个礼拜一次,也许几个礼拜一次,反正为了自己为了大家,我会坚持的。这个是第一个报道。

以下给出的链接我并没有全看,没有那么多时间啊。

我建议大家看看最后贴的那个Steve Myers的interview,这个interview也见证了史上最成功的科学与媒体的互动。

欢迎同仁们将我的博客加入收藏,或用Greader订阅我的博客。

Credits: 所有消息来自 Antonella的tweets。

11月21日,It’s 12:24 in Geneva, operators are checking various parameters in the injection chain and the LHC #CERN #LHC。

Some info about how we make beams for the LHC:protons are produced by stripping electrons from hydrogen atoms.This is easy.Then,2nd step: protons are accelerated in a LINAC=linear accelerator. Their energy starts to increase. And then,3rd step: protons are sent to circular accelerators (PSB and PS): it’s were bunches are prepared. The energy increases. And then,4 step: protons are sent to SPS, the last circle before the LHC.A few turns to increase the energy up to 450GeV. Do you know how much is it? Back to450GeV,the extraction energy from SPS.Crushing a nut easily involves more than 450GeV of your energy.So,where is the trick?

11月21日,the LHC is preparing for injection from the SPS. ALICE experiment records splashes as well!

Nice animation of a beam splash in the LHCb experiment. Look at their page

11月22日,The anticlockwise beam is now in and circulating… working on improving the beam lifetime.

11月23日,Good morning from CERN. Over three days, the LHC has had two beams circulating with good lifetimes. It’s a good solid start.

11月24日,It’s been an eventful day at CERN. It started with two circulating beams and ended with first collisions in four detectors.

CERN’s press release has pictures of some of the first collisions

The LHC accelerated a beam to 540 GeV overnight. Here are the pictures

11月27日,Steve Myers video interview on seven remarkable seven days for CERN




杂博(13)

Fri, 27 Nov 2009 23:27:28 +0800

116. 上一次写杂博,还是今年三月份。

我有点迷信,总觉得13这个数字不好。其实也没什么不好的,巴拉克就喜欢13这个号码。

117. 最近买了几本书,包括《保罗·策兰》传。

这本书的作者是美国人约翰·费尔斯坦纳,他应该翻译了策兰不少诗。如果不懂德文,这本书有一半读不懂。我不懂德文,所以我觉得有一半我读不懂。

即使懂了一半这本传记,我也觉得策兰是除了海子之外我最喜欢的诗人。这本书正文352页,我才读了210页。这时才写到60年代,离策兰自杀还有近 十年。即使这个时期,策兰已经开始追求语言的极限,在他那里,语言的极限不是繁琐,而是越来越简,简化到大多数人读不懂他的意思。

策兰的极简语言是不可译的,所以在懂德语之前,我不会尝试去理解他后期的作品。让我已经感到震撼的不是后期作品,而是早期和中期作品,当然包括《死亡赋格》,《数数杏仁》等诗歌。有些句子,只有策兰写得出,如:

我掏出心来让它哭泣

我们在拥抱中彼此分离

会有眼睫毛/朝石头里面生长/因没有哭泣而刚强

我觉得,“诗到语言为止”这句话应该改成“语言到诗为止”,才更正确。

《保罗·策兰传》的豆瓣网页

118. 礼拜四晚上看了《2012》。

一句话评语:除了视觉冲击之外一无是处。

119. 关于诗歌。海子在他的时代是独行者,他的语言风格和意象影响了后来很多人。

在海子之后,还没有什么独行者,无论是第三代,还是现在流行的口语诗,都是很多人在起哄。

我总是觉得现代汉语在诗歌这里,只有一半被海子发现,另一半才没有被挖掘出来。

80年代的一些诗歌作者现在喜欢创造双关语,如大仙。但双关语毕竟是语言游戏,供一笑而已。策兰年轻的时候也短暂地玩过双关语。

我写汉俳,开始是受海子的寥寥几首汉俳的影响,和一些英文俳句的影响。写着写着,开始随着心境变化起来,我是有意寻找现代汉语语言的向度的,因为我相信有一些向度潜伏在那里,等我们去发现,就像空间的额外维一样-假如空间的额外维是存在的。

120. 其实诗歌也是人们不得已退而求其次的办法,很多事物,是不可言说的。

这里的“事物”,指的不是物理事物,物理事物言说的最好的工具是数学。

这里的事物即是那种类似复杂性的东西,人对一切外部存在的印象和感觉,人自己的感情,人的内省。人与人之间的互动。

我从一个研究弦论的reductionist(还原论者),演化成一个偶尔写诗的人,因为我觉得复杂性的美,只有诗歌才能触摸。

也许这是一种人格分裂,一边研究可以用拉丁字母和阿拉伯数字演绎的物理学,一边去挖掘语言之井。

121. 唯有用母语才能道出真实。这是一句类似策兰说出来的话。

我用来解嘲,因为我只会一门外语,英语,而且还不那么好。

用英语,我无法写出自己想说的。

即使用汉语,也不能完全说出想说的话,所以需要挖掘。但已经有人说看不懂我写的东西(汉俳),说明我向前挖掘了几米,如果他人不去深入语言,无法体会。

诗歌,从来不是大众的东西。当一些诗歌为大众所有(如唐诗),作为语言已经陈旧。

因为语言必须反映人类新的经验。




杂博(14)

Thu, 26 Nov 2009 22:46:18 +0800

122. 有人去了深圳,有人在MSN上签名今夜阳光灿烂。

当一个朋友看到阳光时,你也看到了阳光。

123. 明天要和台湾的王道还老师,微软的张铮老师见面吃饭,只好将组会移到今天。

明天要见面的还有松鼠会老大姬十三,文青系小庄同学,著名主持人小姬同学,都是阳光的好青年啊。

哦,对了,还有邀我去上海电视台做了一期《风言锋语》的主持人李蕾同学。李蕾同学也是文青系的,有散文集《妖祥门》。我怕明天晚饭的时间不够大家聊的。科学青年加文学青年,估计会很热闹。

我明天是和张铮老师、小姬老师聊诗歌呢,还是和李蕾老师聊散文?还是和王道还老师、姬十三老师聊科普?还是和小庄老师聊现代文学?

觉得一个饭局远远不够啊。

124. 我的俄罗斯博士后Oleg Evnin同学是个很健谈的青年。

他是科学青年的同时,也是文学青年,所以遇到我这个文学中年,能聊的话题就太多了。最近几个组会后的工作餐,我的谈话对手主要是Oleg同学。

Oleg学过一些中文,我在他来之前就知道这个。我不知道的是,他的中文老师是将北岛《蓝房子》翻译成英文的人,这样Olge阅读过《蓝房子》,还 见过北岛本人。Oleg告诉我,北岛表达了对布罗茨基的不喜欢,其实北岛似乎在《午夜之门》中也表达过不喜欢布罗茨基。Oleg说布罗茨基的诗歌非常好, 可惜我没有读过。

我和Oleg共同喜欢的俄国诗人是茨维塔耶娃,而我更喜欢曼德尔斯塔姆,Oleg表示不十分喜欢。也许他更年轻,我却喜欢忧郁的诗人多些,如曼德尔斯塔姆,如策兰。

125. 我对Oleg说起我偶尔写诗,而且还写自己风格的汉俳。

Oleg说他能读一点儿日文,也知道日本俳句里有季语的事。有人责备我写俳句不用季语,我的回答是我写自己风格的,其实日本现代俳句也有很多打破规矩的。

我打算接近退休的时候学点日文吧,否则读不了日本俳句实在是件遗憾的事。我还想学点俄文,只为读点茨维塔耶娃和曼德尔斯塔姆。

不论Oleg在中国期间是否能做出些有趣的物理,我们都会在未来的两年中彼此受益,以文学的名义。

126. 今天讨论LHC启动的事,讨论理论所在今后两三年中应该做些什么。

不同的人回答很不同,这也说明了大家对LHC的期待不同,LHC能够产生什么物理真的不好说。

我说我要做的事一定是简单的事,作为一个非粒子物理学家的我如果希望和那些资深粒子物理学家站在同一起跑线上,你只能和做一些与模型无关的事情。

有趣的是,CERN的主页上说他们会在推特上更新消息,正好我可以跟踪推特,也顺便帮助我的同事们跟踪一下。

127. 今天北京的天气是阴霾的天气。

那位在深圳的同学,你能不能借点阳光给我们,哪怕是午夜的阳光?




几篇文章

Sat, 21 Nov 2009 16:04:33 +0800

1、Stability in and of de Sitter space

弦论的Landscape图景以及利用这个图景解释宇宙学常数为什么这么小的重要前提是,一个带有正宇宙学常数的宇宙是不稳定的,是要衰变的。

这篇文章声称de Sitter空间是稳定的,这样利用landscape理解宇宙学常数就成了问题。

作者先考虑量子力学中的两个问题,第一个例子是势能在一边没有极小,第二个例子中势能是双井势能的变形。

第一个例子

(image)

在这个例子中,伪真空(image) 是不稳定的。

第二个例子

(image)

伪真空是稳定的,另一个极小的存在只是修改了能级。

通常的Coleman-De Luccia instanton解在这里的解释不同,de Sitter稳定的重要原因是空间是有限的,问题就很类似量子力学。

如果de Sitter真是稳定的,那么Banks对de Sitter中的Hilbert空间的理解很可能就是正确的,Hilbert空间在这里是有限维的,并不是某个无限维Hilbert空间的子空间。

2、Effective potential and warp factor dynamics

Mike Douglas重新考虑了弦论在宇宙学中的有效势能问题。一直以来,多数人以为通常的有效场论分析是正确的,但这忽略了弦论中无限多个重粒子的贡献。

我只是认真看了introduction,没有阅读全文。

我的感觉是,Douglas认真考虑了massive modes的影响,重新定义了有效势能。但是,这篇文章并没有试图解决另外一个问题:在弯曲时空下,空间的有限性的影响(这正是我们这段时间得到很大的Casimir energy重要原因)。

摘要

We define an effective potential describing all massless and massive modes in the supergravity limit of string/M theory compactification which is valid off-shell, i.e. without imposing the equations of motion. If we neglect the warp factor, it is unbounded below, as is the case for the action in Euclidean quantum gravity. By study of the constraint which determines the warp factor, we solve this problem, obtaining a physically satisfying and tractable description of the dynamics of the warp factor.

3、Light-cone observations and cosmological models: implications for inhomogeneous models mimicking dark energy

这是今天出现的新文章,我还没有看。

有一种观点认为,所谓宇宙加速膨胀,可能是不均匀性引起的。在这个理论中,我们是宇宙的中心,宇宙以我们为中心是各向同性的,但不均匀,有像洋葱一样的结构。Kolb等人的文章貌似将这个观点完全理论化。

摘要

Cosmological observables are used to construct cosmological models. Since cosmological observations are limited to the light cone, a fixed number of observables (even measured to arbitrary accuracy) may not uniquely determine a cosmological model without additional assumptions or considerations. A prescription for constructing a spherically symmetric, inhomogeneous cosmological model that exactly reproduces the luminosity-distance as a function of redshift and the light-cone mass density as a function of redshift of a $\Lambda$CDM model is employed to gain insight into how an inhomogeneous cosmological model might mimic dark energy models.




汉俳七首

Thu, 19 Nov 2009 15:24:33 +0800

73

十一月的脸模糊不清
夜晚雾霾肮脏而温暖
野鸽子没了踪影

74

十一月
柿子和枣子深红
北方是裸露的胸膛

2009.11.08

75

大雪
洁净的诗歌的耳朵
听到明年的春天

76

用大雪
覆盖酒杯
掩埋秋天逝去的眼泪

2009.11.11

意象三首

77

冻伤的眼睛
如野鸽子
走在雪上

78

无人看管的雪
如羊群
走在群山之上

79

刚刚从北极
打捞起来
黑得透明的天

2009.11.17




几首

Mon, 16 Nov 2009 17:24:24 +0800

去重庆邮电大学两天(感谢龚云贵和他的数理学院老师们的招待),不能及时更新博客,回来找几首诗贴上,都不是我写的。

年微漾

江口小镇

允许疲惫的火车在村庄过夜
敲门声急促而柔软,裹着金属的音质
把银戒戴在无名指上的女人
脸上有月光尚未拧干,顺着两颊流下

待月火车站

如果夜空晴朗
月亮不断变换嘴型
妹妹要坐三天的火车
祖国,您的辽阔
正是我的苦难
像蛙声溅湿荷花
水稻覆盖村庄

讴歌

我的祖国是所有
橄榄叶覆盖着的土地
清晨,亲友们在风中互通书信
谈论城市和村庄,工业与收成
傍晚,诗人们往水里种下月亮
月亮悄悄长高,高过他们头顶

龙九尊

还乡

诗人坐在光阴深处,缓缓打开书里的光景
在目光的尽头,犬吠是居家的心跳
月光和树影属于更辽阔的韵律,沿着
空衣架移动到屋外遥远的事物
农事,情欲,星宿,这些古老的意象
悄悄站在诗人面前,这些耀眼的小老虎啊
使诗人婴儿般睁大了眼睛,伸出手抚摸着它们,并流泪

家居

十月,谷物照耀南畝
万物嘹亮
婴儿兀自哭泣。

这是我居家的第一个
日子,坐在树下
果实急遽宁静。

朱巧玲

雅歌:天机

不要吐露天机。我不用点灯也能发现
隐藏的煤块;我不用雕塑
也能长出云翳的形状;
我不用放弃,也能雀桥暗渡了。
我和你一样用戒律定位,我们的身子
在风中哗啦啦地生长;我们的五官
被雨水洗得雪白发亮。

秋日登高

大风和树木距离我有多远?
野兽嚎叫距离我有多远?
臆想之症距离我有多远?
看山是山,看水是水的状态距离我有多远?
很久无法使用隐喻了,秋水啊
总是无痕
我拿刚摘下的一篮蜜橘和你打赌
你无法找到我脸上那滴泪水
——这阳光和喧哗轮番上阵的山林
这秋风啊总是无端
这山之隔犹如人之隔




天空和实验室中的暗能量

Thu, 12 Nov 2009 22:47:46 +0800

(《新发现》专栏,勿转)

暗能量的发现已经有了10年以上的历史。当Adam Riess和Saul Perlmutter分别领导的两个小组发现宇宙加速膨胀时,如同历史上所有重大科学发现一样,给科学界带来地震,因为这个发现完全出乎意料,而且很难用已有的理论来解释。

我虽然为本专栏写过几次暗能量,这次还是有必要再重复一遍暗能量的特点。首先,它是一种能量,其次,它是一种不同于物质的能量。众所周知,牛顿万有 引力定律告诉我们,任何有质量的物体都会产生引力,例如地球,我们的体重就是地球引力的反映。结合爱因斯坦相对论中的质能关系,能量同样产生引力,例如分 子运动对能量有贡献,从而对物体的质量也有贡献,分子运动从而也产生引力。极端的能量的例子是光子,单个光子本身没有质量却有能量,一个光子组成的气体也 产生引力。

在宇宙学中,不论是普通的低速粒子还是高速的光子,它们都产生引力,从而使得宇宙膨胀的速度越来越小。暗能量,既不同于低速粒子也不同于光子,它产 生的力不是引力却是排斥力。有了暗能量,宇宙膨胀的速度有可能越来越大。Riess和Perlmutter等人发现的是宇宙加速膨胀,这个加速度极有可能 是暗能量导致的。在暗能量之外,也存在其他理论解释宇宙加速膨胀,例如有人认为引力理论在宇宙的尺度上被修改了,还有人认为宇宙不是均匀的,而是有着类似 洋葱的结构。但暗能量是宇宙加速最简单的解释,大多数人采取这个解释。

那么,暗能量是如何提供排斥力的呢?直观上,很难理解暗能量会提供斥力,因为这似乎与爱因斯坦的理论矛盾。有一个不是非常直观的解释。我们知道,粒 子和光子的运动提供能量,同时也提供压力,爱因斯坦理论告诉我们,压力对引力也有贡献,这其实和运动对能量有贡献类似(压力是运动产生的)。粒子的运动速 度很低时,压力基本可以忽略,而接近光速运动的粒子有着很大的压力,光压在实验室是直接可以测量的。光压也产生引力,它对宇宙减速的贡献和能量对宇宙减速 的贡献一样大!

现在,我们可以解释为什么暗能量会产生斥力了。暗能量对宇宙加速有两个贡献。首先是能量的贡献,这部分产生引力也就是减速度,但是,暗能量的压力部 分产生斥力,当这个斥力的绝对大小超过引力时,宇宙就被加速了。所以,任何一个暗能量模型都要满足这个要求:压力是负的,且压力产生的斥力大于能量产生的 引力。

宇宙即天上的暗能量的测量有很多种。最典型的就是Riess和Perlmutter最初采用的那种,通过选取宇宙中的“路灯”来测量不同距离上宇宙 的速度,假定这些路灯与宇宙膨胀一同运动。现在,大家承认同时距离又很大的路灯是Ia型超新星。超新星爆发的能量是很大的,所以即使它们很远我们也能通过 巨大的望远镜看到。另外还有一种能量更大的天体,即伽玛暴,它们可能在更远的距离上被我们看到。但是伽玛暴是否是合适的路灯还存在争议,因为我们不知道它 们的能量范围是否是固定的,因此我们不能通过视亮度来决定它们到底有多远。

宇宙膨胀的历史还会在其它观测实验中体现出来,例如微波背景辐射,大尺度结构中的一些细节。这些数据也能帮助我们决定宇宙的加速度。到目前为止,所有体现宇宙膨胀历史的数据都支持宇宙是加速的,从而支持暗能量的存在。

天空中的实验往往耗资巨大,费时长久。例如,计划中的所谓联合暗能量使命这个巨大计划有可能因主要支持单位美国能源部和美国航天署的争吵而搁浅(第 三个伙伴欧洲航天局也加入了争吵)。即使这项计划最终能够顺利执行,等到升空大约是7年以后,等到它带给我们关于暗能量的信息需要更长的时间。

那么,暗能量是否可以在实验室中直接探测到?如果我们能够在实验室中直接测量暗能量,也许就可以在花费较少周期较短的情况下找到暗能量的性质。如果 我们试图在实验室探测和天空中一样的暗能量,答案很可能是否定的,因为暗能量虽然主导宇宙,但它的密度非常低,低到每立方米只有几个质子大小的能量。而 且,暗能量很可能就是真空能,真空能除了引力作用外还不知道是否有其他作用。

不过,事情并没有看上去这么绝望。我们知道,很久以前Casimir曾经发现两块很大的平行导电板之间的真空能不同于无限大空间中的真空能,其能量 密度依赖于平行导电板之间的距离,从而产生引力。这种Casimir力已经被实验物理学家成功地测量到了。后来,前苏联物理学家Lifshitz发现,如 果导电板被介电常数有限的介电媒介板代替,两块板之间是介质而不是真空,那么真空能甚至产生斥力。

Casimir-Lifshitz力与两块板之间的距离的四次方成反比,这是因为两块板之间的能量密度与距离的四次方成反比,和宇宙中的暗能量完全 不同。观测数据告诉我们,宇宙中的能量密度与宇宙大小的平方成反比,总能量与宇宙的尺度成正比。假如我们设计一种所谓超颖材料来模拟宇宙,那么超颖材料的 能量密度也应该和该材料的大小的平方成反比,总能量与材料的大小成正比,而且与Casimir能量不同的是,这个真空能应该是正的而不是负的!

最近我和两位学生做了一个计算,发现按照一定设计制造出来的超颖材料的真空能的确是正的并且与材料大小成正比。如果我们能够在实验室中测量到这个能量,那么,我们猜测,天空中的暗能量很可能就是Casimir能量。




形形色色(6)

Sun, 8 Nov 2009 14:18:08 +0800

1、隐身斗篷的故事 电磁隐身斗篷现在成了热门研究领域。 我受葛墨林老师的影响关注这个方向,最后终于和苗荣欣、庞毅建议用metamaterials模拟宇宙,特别是de Sitter空间。 Invisibility Uncloaked是一篇较长的讲这个故事的文章。 它从Leonhardt如何将一篇建议共形变换研究隐身斗篷的文章投到Science,Nature, PRL的故事开始(开头是悲剧,最后是喜剧),一直谈到最近的进展。 摘录: Leonhardt’s role in the cloaking field’s rise to respectability did not get off to an encouraging start. The details of his initial frustration and eventual triumph illustrate the swiftness with which the field entered the mainstream — even surprising some experts. “I began my work at a time when invisibility was not fashionable at all,” he says. That was about a decade ago. After years of quiet work with a few colleagues, he wrote a paper titled “Optical conformal mapping.” The abstract’s first words come right to the point: “An invisibility device should guide light around an object as if nothing were there.” 这一段说隐身斗篷如何迅速成为研究主流的。 我希望用超颖材料模拟宇宙学也迅速进入大家视野。 2、LHC要加速面包? 当然不是。 在帮助LHC制冷的设备中,人们发现了一坨面包,致使LHC暂时停顿。 有人故意捣乱吗?不知道。 Efforts to get the Large Hadron Collider up and running just encountered a temporary snag, reports yesterday’s online edition of The Times of London. A crusty chunk of bread “paralysed a high voltage installation that should have been powering the cooling unit.” That cryogenic facility, guarded by high-security fences, is designed to super-chill the LHC to temperatures approaching absolute zero. And the official explanation for the out-of-place chunk of starch? “Nobody knows,” a spokewoman for the CERN particle physics laboratory in Geneva told The Times. “The best guess is that it was dropped by a bird, either that or it was thrown out of a passing aeroplane.” Then again, that doesn’t seem to quite comport with the news organization’s explanation about where the bread was found: on an electrical connection inside one of eight above-ground buildings at the site. 以上是Large Hadron Collider suffers carb attack的全文。 3、计算动物智力 动物的智力能计算吗?可能。Calculating Animal Intelligence告诉我们John Evans找到一个公式。 John’s formula is simple: C (complexity) = logN * (1 + 2logZ) where N is the number of units and Z is the average number of interactions. (If you would like to see his logic, you can read the paper cited below.) In the paper, we tested the formula by calculating C for the nervous systems of animals ranging from nematodes (N = 302 neurons, Z ~ 10) through insects and frogs and finally a series of mammalian brains. 4、人生的意义 越来越多的人怀疑人生,不知道人活着为了什么?有人说是为了自私的基因,有人说是为了生产更多的生命。 The purpose of life的作者认为生命的目的其实更加无私,是为了保护更多的生命。例如他说 The process at work is the universal tendency of all life to produce, protect, and nurture life. Differences between life forms do not seem to affect this tendency. We humans for example, like to keep pets and nurture plants not just because we enjoy doing so - we feel a need to have o[...]



几篇文章

Fri, 6 Nov 2009 11:08:56 +0800

1、New variables for the Einstein theory of gravitation

俄国著名数学物理学家L. D. Faddeev曾经利用分解提出所谓的规范场的Faddeev变量。现在,他将这个工作推广到度规。

他的想法很简单,任何四维流形(Euclidean or Lorentzian Riemannian)都由有10个分量的度规描述,所以可以嵌入10维欧几里德空间。这样,度规可以被10个嵌入函数(image) 取代。Faddeev建议,干脆用10个矢量场(image) ,当然这样就有40个分量,太多了。他建议引入约束

(image)

但对运动方程的分析发现这些约束并不是必须的。要知道具体细节,建议看Faddeev的文章。

Ashtekar引入所谓Ashtekar变量导致loop quantum gravity,不知道Faddeev变量是否会导致一个新的理论。

最近看很多人看过的BBT,其中天才Sheldon是研究弦论的,而另一个天才Leslie是loop quantum gravity的拥趸。后来出现了一个北韩来的天才Kim,才14岁,已经看到了弦论有很多亚稳态真空,让Sheldon感到很失落。Kim是唯一可以和 Sheldon以及Leslie抗衡的天才,不知道他对Faddeev的工作怎么看?

2、Holographic calculation of hadronic contributions to muon g-2

基于全息原理的AdS/CFT很有用。在强相互作用方面,已经发展到可以计算某些散射振幅甚至强子对muon的反常磁矩的贡献了。

啥也不说,直接拷贝该文的摘要:

Using the gauge/gravity duality, we compute the leading order hadronic (HLO) contribution to the anomalous magnetic moment of muon, amu(HLO). Holographic renormalization is used to obtain a finite vacuum polarization. We find (image) in AdS/QCD with two light flavors, which is compared with the currently revised BABAR data estimated from e^+ e^- -> pi^+ pi^- events, (image) .

3、Can the Arrow of Time be understood from Quantum Cosmology?

粗略地看了一下这篇文章,似乎建议在Wheeler-deWitt方程中,宇宙半径就是时间箭头,因为该方程对于宇宙大小来说的确是不对称的。这么 一个简单的道理是否能解释时间的箭头(即宇宙为什么开始于低熵状态)?也许不能。作者没有给出太多的论证。但有时最简单的理由没准就是正确的理由。

摘要:

I address the question whether the origin of the observed arrow of time can be derived from quantum cosmology. After a general discussion of entropy in cosmology and some numerical estimates, I give a brief introduction into quantum geometrodynamics and argue that this may provide a sufficient framework for studying this question. I then show that a natural boundary condition of low initial entropy can be imposed on the universal wave function. The arrow of time is then correlated with the size of the Universe and emerges from an increasing amount of decoherence due to entanglement with unobserved degrees of freedom. Remarks are also made concerning the arrow of time in multiverse pictures and scenarios motivated by dark energy.




量子引力的基本性质和应用

Mon, 2 Nov 2009 00:36:38 +0800

(这是我为理论物理前沿重点实验室方向二写的一个研究提纲,将在某杂志发表) (刚刚结束和豆友的互动,这里:世界的脉搏是琴弦) 场论作为粒子物理和凝聚态物理的基本研究工具,已经有近80年历史。场论方法,已经渗透到物理的几乎所有领域:高能粒子物理,核物理,宇宙学,凝聚态物理,等等。场论发展到今天,经历了可重正性的要求,重正化群的发展,以及强弱对偶的深入理解,已经是一个非常成熟的工具。 在粒子物理和基本相互作用中,场论不仅仅是工具,也是一种原理性的理论,综合了量子力学和狭义相对论。实验上,到今天为止还没有发现有场论不能涵盖 的物理现象,没有出现与场论的基础量子力学和狭义相对论矛盾的任何例子。也许,自然界的确可以用场论来描述一切,也许,有一天我们会被迫超越场论。今天, 如果说还有一个潜在与场论冲突的现象,就是宇宙学常数或暗能量的存在。至少到目前为止,人们还不能用场论解释暗能量的大小和性质。 弦论也有40年历史。弦论最初起源于对强相互作用的研究,到了70年代中期,人们发现弦论自然地包含引力。如果弦论中不存在紫外发散,是有限的,那 么弦论就是一个自洽的量子引力理论。虽然弦论的有限性还没有一个严格的证明,很多迹象表明弦论的确是有限的。从弦论成为统一量子引力和其他相互作用的候选 者以来,经过了几次发展阶段,第一个阶段可以看成是量子引力阶段,第二个阶段是统一理论阶段,而现在已经进入了一个新阶段:成为粒子物理、宇宙学、数学和 凝聚态物理的辅助手段以及重要的思想来源之一。 弦论的第一个阶段和第二个阶段是混合的。作为统一理论的弦论,必须有解释粒子标准模型中的结构和参数的能力。上世纪末到本世纪初,为了这个目的发展 出来的弦景观(string landscape)看上去与这个目标背道而驰。在弦景观图像中,存在很多(可能是无限)个时空亚稳态,在给定的亚稳态中,宇宙学常数、规范群、规范耦合 常数、粒子质量都是可变的。人们需要借助人择原理来挑选某个亚稳态来对应我们观测到的宇宙,特别是宇宙学常数。目前,这个图像存在很多争议。也许我们需要 找到一些第一原理来选出一个或少数亚稳态来。 弦论迄今为止仍然没有对粒子物理的确切预言,但人们期望LHC可能会发现与弦论相关的现象。类似地,弦论也没有宇宙学的确切预言,但人们依然认为宇 宙学是发现与弦论相关现象的重要领域。经过40年的发展,弦论发展了一些物理概念与数学工具,例如强耦合/弱耦合对偶,引力与量子场论的对偶,D膜动力 学,非微扰超对称量子场论,等。这些工具帮助我们深入理解了一些量子场论的性质,黑洞的统计性质,一些微分几何问题。另外,膜世界等宇宙学和粒子物理模型 也来自于弦论发展的启发。弦论仍然是一个研究的热门,和以上谈及的发展分不开。 过去十余年,人们发现无论是弦论还是其他任何逻辑自洽的量子引力理论,必须遵从一个基本原理,该原理大致说,一个包含量子引[...]



形形色色(5)

Fri, 30 Oct 2009 15:23:11 +0800

1、Lorentz对称破坏的新限制 过去一年,寻找可能的Lorentz破坏是我研究的重点之一,Fermi GLAST观测gamma暴的高能光子的可能延迟是最有可能发现Lorentz破坏的实验之一。曾经有人觉得Fermi可能看到了这种效应,看来是过分乐观了一点。最近有篇文章 Special relativity passes key test 指出Fermi的结果排除了在色散关系的线性层次上破坏Lorentz对称(能标已经超过Planck能标)。 摘要 The Fermi team used two relatively independent data analyses to conclude that Lorentz invariance had not been violated. One was the detection of a high-energy photon less than a second after the start of the burst, and the second was the existence of characteristic sharp peaks within the evolution of the burst rather than the smearing of its output that would be expected if there were a distribution in photon speeds. The researchers arrived at the same null result when studying the radiation from a gamma-ray burst detected in September last year, but could only reach about one-tenth of the Planck energy. Crucially, the shorter duration and much finer time structure of the more recent gamma-ray burst takes this null result to at least 1.2 times the Planck energy. 2、有多少宇宙? Andrei Linde是永恒暴涨的发明人,他当然相信在我们的宇宙之外,还存在很多其他宇宙,这些宇宙的存在是解释目前我们的宇宙为什么这么大,暗能量为什么小的理 由。当然,作为一直以来倾向相信暗能量其实是全息暗能量的我来说Linde等人的多元宇宙完全是多余的垃圾-当然是超级庞大的垃圾场。 Linde最近推出一篇计算宇宙数目的文章 How many universes are in the multiverse? 文章摘要 We argue that the total number of distinguishable locally Friedmann “universes” generated by eternal inflation is proportional to the exponent of the entropy of inflationary perturbations and is limited by $e^{e^{3 N}}$, where $N$ is the number of e-folds of slow-roll post-eternal inflation. For simplest models of chaotic inflation, $N$ is approximately equal to de Sitter entropy at the end of eternal inflation; it can be exponentially large. However, not all of these universes can be observed by a local observer. We show that in the presence of a cosmological constant $\Lambda$ an observable entropy of the cosmological perturbations, as well as the entropy of usual matter, is bounded by $|\Lambda|^{-3/4}$. In the context of the string theory landscape, the overall number of different universes is expected to be exponentially greater than the total number of vacua in the landscape. We discuss the possibility that the strongest constraint on the number of distinguishable universes may be related not to the properties of the multiverse but to the properties of observers. 这里还有一篇介绍Linde等人工作的博文 the tricky business of universe counting 里面有一幅比较艺术的Linde的照片。这幅照片很像《美丽心灵》里的Nash的一幅剧照,我希望Linde同学的头脑还是清醒的。 也许我们需要等上20年才能看到多元泡泡的破灭。我希望这一天早日到来,当然,我最希望的还是实验验证暗能量其实就是Casimir能量,一种原则上可计算的能量。 说到在天上探测暗能量,最近有消息说JDEM计划又遭挫折,我是从Sean Carroll的博客[...]



汉俳七首

Mon, 26 Oct 2009 22:31:23 +0800

去东北大学参加理学院成立15周年回来,完成了平生第一次东北之旅。

感谢东北大学理学院的盛情。

感谢张鑫夫妇的照应。

吃了饭,做完事,坐下来复习利物浦和曼联(其实是第一次看),心想,写什么呢?没什么好写的。

一看过去的更新,前四篇都是物理相关的,该轮到我的文学爱好了,正好这一段时间写了几首。

66

花梨木
在干燥的北方慢慢释放
湿润的南方

67

月光
永古的传说
只生活在唐诗中

68

楼下的枣树
收容了城市的
所有甜蜜和遗忘

注释一下68,我家楼下邻居的确有棵枣树,从我的卧室望出去,已经有很多变得深红的枣子。

2009.10.15

69

感动
万物在秋天的羽翼下
屏住的呼吸

2009.10.19

秋天三首

70

没有大雁的天空
勾不起
前世草原的记忆

71

两个秋天
被象征性的寒暑隔开
中间没有雨雪

72

秋天
看不见的蓝色
衰老身体里的血脉




形形色色(4)

Sat, 24 Oct 2009 00:24:34 +0800

1、徐一鸿的疯狂想法

玻尔说过,你的想法也许挺疯狂,但还没有疯狂到正确的地步。

爱因斯坦说,物理越简单越好,但不能更简单。

徐一鸿说,解决宇宙学常数谜题的想法越疯狂越好,但不能更疯狂。

他们在最近的文章

Relaxing the cosmological constant in the extreme ultra-infrared

提出了一个疯狂想法,认为引力在宇宙尺度上破坏了Lorentz对称,从而时间在大尺度上变得与空间不对称了。这样,宇宙学常数在某种意义上变成一个irrelevant operator,这样就自然变小了。

值得注意的是,A. Zee等人的想法引入了时间上的非局域性,他们引用Arkani-Hamed等人的文章说,要解决宇宙学常数问题,时间在大尺度上破坏了因果律。这篇文章是

Non-Local Modification of Gravity and the Cosmological Constant Problem

不用说,我非常同情这种观点,因为全息暗能量就破坏了因果律。我们最近对Casimir能量的计算,似乎也暗示因果律在大尺度上被破坏了。我们将继续沿着这条线走下去。关于 Casimir能量与全息原理的关系,我觉得有很深的东西可以挖,我们正考虑去挖。

2、全息暗能量的空间曲率和相互作用的研究

接着宣传一下我们自己的工作。最近,李霄栋、王爽、王一、张鑫和在下写了一篇文章

Probing interaction and spatial curvature in the holographic dark energy model

我引用一下这篇文章的摘要:

In this paper we place observational constraints on the interaction and spatial curvature in the holographic dark energy model. We consider three kinds of phenomenological interactions between holographic dark energy and matter, i.e., the interaction term $Q$ is proportional to the energy densities of dark energy ($\rho_{\Lambda}$), matter ($\rho_{m}$), and matter plus dark energy ($\rho_m+\rho_{\Lambda}$). For probing the interaction and spatial curvature in the holographic dark energy model, we use the latest observational data including the type Ia supernovae (SNIa) Constitution data, the shift parameter of the cosmic microwave background (CMB) given by the five-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP5) observations, and the baryon acoustic oscillation (BAO) measurement from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Our results show that the interaction and spatial curvature in the holographic dark energy model are both rather small. Besides, it is interesting to find that there exists significant degeneracy between the phenomenological interaction and the spatial curvature in the holographic dark energy model.

3、Michael Green成为卢卡西教授

霍金今年67岁了,按照传统,他该从剑桥大学卢卡西教授的位置上退下来。我过去听谣言说霍金本人希望Andy Strominger接替他,看来Andy不愿意离开哈佛,接替他的是另一位研究弦论的教授Michael Green。

《String theorist takes over from Hawking》开头说:

String theorist Michael Green has been announced as the next Lucasian Professor of Mathematics at Cambridge University. Green, 63, will succeed Stephen Hawking who held the chair from 1980 before retiring last month at the age of 67 and taking up a distinguished research chair at the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada.




全息暗能量是Casimir能量?

Mon, 19 Oct 2009 18:44:56 +0800

Casimir能量是学理论物理的人都很熟悉的概念,这种能量是Casimir在1948年提出来的,10以后实验中被探测到。最典型的例子是两个 无限大的平行导电板,在两个导电板中,光子的零点涨落不同于无限大真空中的涨落,与真空对比,零点能是负的,单位体积能量与平行板的距离的四次方成反比 (量纲分析也是这个结果)。

Casimir能量也存在于任何有限的空腔中,不同于平行导体的情况,此时Casimir能量是有限的,通常与空腔大小成反比,当然能量密度也与空腔尺度的四次方成反比。

一直以来,人们认为宇宙中的真空能也是如此,特别是de Sitter空间中的真空能,与de Sitter视界大小成反比,这个真空能远远小于暗能量,因为暗能量的密度在全息暗能量模型中与视界尺度平方成反对,从而总能量与视界尺度成正比。当然,如果视界尺度是唯一的尺度,我们不可能得到这个结果,好在在引力理论中,还存在Planck尺度,所以一直以来人们以为通过量子引力的效应,可以得到观测到的暗能量。

将暗能量看成是Casimir能量也许过为naive,但我们(在下,苗荣欣,庞毅)在最近的一个计算中的确得到了这个结果。那么,Planck尺度是如何出现的呢?原因 是在我们扣除寻常的零点能之后,还存在一个发散项,这个发散项可以正规化,如果我们引入到视界的一个微观距离,这样我们就得到了想得到的结果!有趣的是, 离开真正的视界一段距离,正是membrane paradigm中的假设。

我们的新文章(这篇文章明天arXiv才放出来,大家再回来看):

Casimir Energy, Holographic Dark Energy and Electromagnetic Metamaterial Mimicking de Sitter

这个研究工作的开头并没有要去算Casimir能量,而是去构造一个模拟宇宙学(具体地就是de Sitter空间)的超颖材料。这个在理论上很容易做,实验上当然不简单。在超颖材料中,我们找到的Casimir能量应该与一个微观距离成反比。在这个 微观距离上,超颖材料不再是连续的。

不少人对全息暗能量的质疑是事件视界依赖于宇宙的未来历史,觉得这是违反了因果律。如果是零点能,我觉得表面上违反因果律是可能的。而且,在我们的计算中,光速在视界上变成零非常重要,只有事件视界有这个特点。

如果有人有办法构造出模拟de Sitter空间的超颖材料,就可能测出我们预言的不寻常的Casimir能量,这也是间接地验证暗能量可能是Casimir能量了。

由于全息暗能量能够很好地拟合数据,由于Casimir能量的计算支持全息暗能量,现在我有些相信这个模型了,因之也有些相信一点目的论了。

关于超颖材料,科学网上有周济写的系列介绍:

“超材料(metamaterials)”:超越天然材料的自然极限(1)

上面只给一个链接,大家过去了可以点其他。

已经过世的青水洋(杨汝清)老师也写过一篇介绍:

超颖材料与“穿墙术”

关于Casimir能量,wiki很全面了:

Casimir energy




形形色色(3)

Sat, 17 Oct 2009 22:21:19 +0800

1、男生理科成绩比女生好么? 我在最近几年改变了对女生从事理科的看法。有很长一段时间我觉得男性更适合从事科学研究,从我个人的观察以及阅读H. Georgi的ppt,我觉得女生如果表面上看起来理科不如男生,那也是因为社会和心理的因素。H. Georgi在哈佛带出了不少杰出的女物理学家,最出名的就是Lisa Randall。 上面给的链接介绍了最近一篇研究论文。我摘一段这篇博文: 从实际的学习成绩来看,似乎男生更好些。在全世界范围的调查发现,男中学生的理科成绩比女生好。但不同国家理科成绩的男女差异的差别很大。比如在一项国际 数学和科学学习趋势 报告中(Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS),在所研究的34个国家中有3个国家的女生的理科成绩显著高于男生。这似乎说明一些社会文化因素会影响男女生在理科成绩上的差异。 另一个因素是心理上的,即人们对性别-学科关系的看法。如果人们认为男性更适合理科而女性更适合文科,那么男生可能就会更有兴趣学习理科,从而导致成绩更 好。那么,男女生理科成绩的差异是由人们对性别-学科刻板印象造成的么?最近一篇发表在PNAS的文章研究了这个问题。 2、睡眠睡眠 还是睡眠。我老了,总是觉得缺乏睡眠对白天工作的影响是很大的,这里有两篇继续谈睡眠的文章: The Why of Sleep Sleep Gone Awry 充足的睡眠有很多好处,但为什么人需要睡眠?还有很多争论。睡眠的好处之一是 Others agree that sleep plays an important role in regulating the immune system. In fact, sleep may have evolved to improve the immune system’s ability to fight off parasites, argue Patrick McNamara of Boston University and his colleagues in the Jan. 9 BMC Evolutionary Biology. Species of animals that spend more time sleeping each day tend to have higher counts of infection-fighting white blood cells, a database analysis revealed. The more sleep on average a species gets, the fewer parasites plague its members, and the parasites that do infect longer-sleeping species are not as prevalent in their populations as parasites that sicken shorter-sleeping species. 3、超颖材料与黑洞 最近几年超颖材料(metamaterials)越来越热,从隐形斗篷到模拟引力场如黑洞。最近,中国的崔铁军等人根据Evgenii Narimanov和Alexander Kildishev的理论建议做出了模拟黑洞的超颖材料(微波波段) First black hole for light created on Earth 摘要 A theoretical design for a table-top black hole to trap light was proposed in a paper published earlier this year by Evgenii Narimanov and Alexander Kildishev of Purdue University in West Lafayette, Indiana. Their idea was to mimic the properties of a cosmological black hole, whose intense gravity bends the surrounding space-time, causing any nearby matter or radiation to follow the warped space-time and spiral inwards. …… Now Tie Jun Cui and Qiang Cheng at the Southeast University in Nanjing, China, have turned Narimanov and Kildishev’s theory into practice, and built a “black hole” for microwave frequencies. It is made of 60 annular strips of so-called “meta-m[...]



疯狂的目的论

Thu, 15 Oct 2009 13:55:16 +0800

在近代科学中,尤其在物理理论中,因果律一向被当着不可动摇的原则。所谓因果律,就是任何事件都是由前一刻的另一个事件决定的,我们一步一步向回倒 推,就会将事件链条列出来。举一个日常的例子,任何一个人的存在是因为他们父母先于他(她)存在并且在他出生之前结婚了。在物理理论中,因果律由运动方程 体现出来,这些运动方程往往是时间作为变量的微分方程,方程往往是应用因果律推导出来的。因果律还可以从方程的解看出,我们可以由方程获得无限多个解,选 择了初始条件之后,我们就可以从这些无限多个解中挑出一个解来。换言之,决定了初始条件,往后的事件就完全确定了。

牛顿力学是一个典型的体现因果律的力学体系。举一个最简单的例子,假如我们知道了作用在一个粒子上的力,牛顿方程告诉我们,只要你知道了该粒子在初 始时刻的位置和速度,它在未来任何时刻的位置和速度就确定了。其实牛顿力学是时间反演对称的,如果你知道了粒子在未来一个时刻的位置和速度,你也可以推出 它在过去任意一个时刻的位置和速度。这不过是简单地倒果为因,说成是因果律还是果因律关系不大。但牛顿自己知道,要用他的体系确定我们的宇宙(在他的时代 基本上是太阳系),那么他需要知道最原始的初始条件是怎么决定的,这就是第一推动问题,是谁让天体在最初的时刻具有了特殊初始条件从而派生出我们现在看到 的速度和轨道?因果律不足以决定宇宙的一切,因为不论在牛顿体系中还是现代物理学体系中,都存在无限多个可能的初始条件,从而存在无限多个可能的宇宙历 史。

很多人喜欢谈论量子论中的不确定性,其实量子力学也是满足因果律的。一个粒子的波函数方程与一个粒子的经典运动方程没有本质上的不同,都是以时间作 为变量的微分方程。如果我们知道了波函数在某个初始时刻的样子,那么未来任何时刻的波函数也就决定了。我们通常将满足因果律的物理体系看作满足决定论的。

霍金和他的合作者曾经试图解决第一推动的问题,也就是说,初始条件在某种意义上是唯一的。如何选择这个初始条件?这就超出普通决定论的范围。也许我 们希望像上帝一样建造一个有着某种固定未来的宇宙,例如人类必将出现。有着这种因素在内的理论我们通常称为目的论,即初始状态的选择依赖于我们对未来的期 待。当然,霍金等人的理论不是目的论。

我过去写过不少关于人择原理的文章,所谓人择原理,就是以人类存在为前提来选择我们的宇宙。人择原理后面的“合理性”是只有我们人类或类似的智慧生 命才会研究科学,才会提出为什么有物理规律、宇宙为什么是我们看到的样子这类问题。我自己并不相信人择原理,但人择原理的确有目的论的成分在里面。

丹麦哥本哈根大学玻尔研究所的Holger Nielsen一向被认为是玻尔之后的最有原创性的丹麦物理学家,一直以来,他在鼓吹一种目的论,即我们的宇宙不仅是初始条件决定的,而是整个历史包括未来所决定的。

他和他的合作者,日本人Masao Ninomiya提出了一个具体的含有目的论的理论(他们没有用目的论这个词汇,他们用了逆因果律)。为了解释他们的理论,我们要稍微回顾一下在量子论 中,经典因果律是如何出现的。这需要回到费曼。费曼很久以前提议用对历史求和的方法取代体现量子因果律的波函数微分方程。他的方法道理上很简单,如果我们 想从某个初始时刻的波函数推出现在的波函数,我们就对所有的历史求和,每个历史赋予一个相因子(相因子是绝对值为1的复数)。在数学中我们知道,如果邻近 历史的相因子的变化很大,那么邻近的相因子基本上抵消。所以,经典历史是那种邻近历史的相因子变化最小的的历史。这样,奇迹般地,满足因果律的历史是由经 典物理中不熟悉的复数决定的。

Nielsen和Ninomiya则建议,费曼的求和规则应该改成对任意复数的求和,而不仅仅是相因子。用物理学家熟悉的语言来说,每个历史的作用 量不只是一个实数,它还有一个虚部。但这个虚部在费曼的规则中体现出来的却是改变几率的实数!这个改变几率的实数依赖于整个历史。这是他们目的论的来源。

这两位不同寻常的人提出了一个不同寻常的建议。他们认为,即将运行的大型强子对撞机可能产生的黑格斯粒子就会带来很大的几率修正。也就是说,如果未来会产生很多黑格斯粒子,那么这个历史的几率就会变得很小。换言之,他们的目的论不允许未来会有很多黑格斯粒子产生。

如果他们的理论是正确的,就会出现两个可能的结果,要么大型强子对撞机运行了,却会因为某种原因不会产生黑格斯粒子,要么会出现某种突发性事件(如 经费短缺,地震,等)使得大型强子对撞机永远运行不起来!他们甚至还建议进行某种赌博性的实验来检验他们的理论。这个理论足够疯狂,以致十月12日的纽约 时报专门报道了他们的理论。

我比较同情两位物理学家的目的论,虽然我不太相信黑格斯粒子在目的论中扮演的重要角色。这是因为,在我的一个暗能量模型中,未来在某种程度上决定了 现在。有意思的是,日本人Ninomiya和我有类似的历史,我们都在玻尔所待过,都在布朗大学做过研究助理教授。他比我年长,从而历史比我早,所以我了 解他的历史,他并不了解我的。这里,目的论没有起什么作用。

(《环球科学》专栏,勿转)




汉俳四首

Mon, 12 Oct 2009 01:10:03 +0800

62

九月
无雨的季节
一滴泪水越过一个时区

2009.09.18

63

一亿滴秋水托起天鹅
喜乐的墓园
寂静燃烧的白雪

2009.09.20

64

十月
一道明亮的光分割四季
比四月更好的日子

2009.10.10凌晨

65

另一个十月
将拉回什么
南方的晚桂花或北方的沉默

注:在袁筱一的文章读到一句话,“沉默只是换一种方式说话而已”

2009.10.10凌晨

我最后引了袁筱一同学在《最难的事》中的一句话。

发现一个喜爱的作家是那种美丽的意外。你去书店随便逛逛,想买几本书回来充实一下晚上多出来的时间,你并不是那种书迷,一个月要买几十种的。我一般 也不看那些畅销书书架,只是到自己熟悉的地方去。很多时候是空手而归,这次比较幸运,遇到了袁筱一的《最难的事》和孙甘露的《今日无事》。这两本都是上海 书店出版社出的。孙的书我读过两本。袁筱一第一次遇见,随手翻到一篇略略一看就喜欢上了。

须兰失踪,钱红丽生孩子,我的运气真好,又发现了一个女作者,袁筱一。这是真心话。

豆瓣上的袁筱一小组:哲思·袁筱一

这个小组共有成员286人,对于一个以翻译法语文学为主的人来说,不算少了。当然,在这么一个人口大国,喜欢这么一个优秀的翻译家的人数,还是太少了。袁筱一自己的文字也很好,学者能够有感性的文字真的不容易。




时间的玫瑰(6)

Thu, 8 Oct 2009 17:18:26 +0800

这次继续翻译茨维塔耶娃。茨维塔耶娃是个高产诗人,要读完她的诗,哪怕是英文的,也很不容易。 1、给妈妈 在熟悉的斯特劳斯华尔兹中我们 第一次听到你静默的呼唤, 从此所有的活物变得陌生 而钟摆的敲击抚慰着我们。 我们如你一样高兴地向落日致意, 并沉醉于结局的临近。 在美好夜晚那些让我们变得富有 的一切,是你亲手置入我们心中。 没有盛装的你弯向孩子的梦 (如果没有你,只有新月来 看望它们)!你领着孩子们穿过 行为和思想上的苦痛时刻。 很早就领受生活的悲哀, 笑容苦涩地我们抛离乡土。 没有趁着时令船就驶离港口, 一任风吹着航行! 我们孤独地站在甲板上, 蔚蓝的童年小岛逐渐黯淡。 哦母亲,对你的女儿来说 你似乎留下了悲伤的遗产。 (李淼译) To Mother In the old Strauss waltz for the first time We had listened to your quiet call, Since then all the living things are alien And the knocking of the clock consoles. We, like you, are gladly greeting sunsets, And are drunk on nearness of the end. All, with which on better nights we’re wealthy Is put in the hearts by your own hand. Bowing to a child’s dreams with no tire. (Only crescent looked in them indeed Without you)! You have led your kids past Bitter lifetime of the thoughts and deeds. From the early age the sad one’s close to us, Laughter bores and home we left behind.. Our ship not in good times left the harbor And it sails by will of every wind! Azure isle of childhood is paling, On the deck of ship we stand alone. It appears, oh mother, to your daughters You’ve left an inheritance of woe. 《To Mother》是The best of Marina Tsvetayeva里的第一首诗,英文翻译者是Ilya Shambat,下面用的都是她的版本。在网上搜中文版本,就是找不到,所以我的版本没有参照中文也就不会提高。 翻译这首诗有一点难了我半天,就是第三节第一句中的tire。Tire作为动词,是疲劳的意思,作为名词是轮胎,或者和attire接近。翻译成轮胎显然是错误的,只好参照attire,衣服或盛装。 2、致马雅可夫斯基 在十字架和烟囱之上 受洗于烟火之中, 脚步迟钝的大天使- 喂,永远的弗拉基米尔! 他是骑师他又是坐骑, 他是正宗他又是异想。 他叹息,摩拳擦掌: 抓紧缰绳,架车的荣耀! 广场的奇迹歌手- 喂,邋遢而骄傲的人, 他选择了重石 而不为钻石所惑。 喂,石头的雷霆! 他打着哈欠,致礼-再次 划桨-用那 大天使的翅膀。 (李淼译) To Mayakovsky Above crosses and pipes, Baptized in fire and smoke, The heavy-footed archangel - Eternal Vladimir, hello! He’s the rider and he’s the horse, He’s the right and he’s the whim. He sighed, and spat into the palms: Hold tight, the dray fame! The singer of plaza wonders - Hello, one grimy and proud, That he chose the heavy stone And was not swayed [...]



主观概率

Mon, 5 Oct 2009 22:36:08 +0800

(《新发现》专栏,勿转) 我们知道,一个科学理论从来不能完全被证明,但却可以被证伪。这是基于这个事实,即一个理论的预言可以有无限多,我们不可能一一去证实,但一个理论 的预言可能被某个实验否定从而被证伪。例如,太阳明天照常升起,谁都不会怀疑,这就是基于以往我们的经验,或者基于牛顿力学的正确性。但是,我们却永远不 能证明太阳明天照常升起,原因是我们不能逻辑地排除经验和理论中出现的偶然漏洞。 近年来,贝叶斯统计在宇宙学中甚至在理论物理中的应用越来越多,就是和上面的那个事实有关。人们常说,贝叶斯统计是一个主观概率理论,用以区别我们 在大学学习的学术上称之为或然概率理论。在通常或然概率论中,一个事件发生的概率的含义是,假如你重复做无数次实验,那么该事件发生的次数与实验次数之比 就是这个概率。而贝叶斯理论中的概率不是这样的,在贝叶斯理论中,一个事件发生的概率是我们的主观期待这个事件发生的可能性。比如,明天太阳照常升起的贝 叶斯概率应该为1。主观上,我们说明天太阳照常升起是基于我们过去的经验,尽管这些经验是有限的。从这个例子我们知道,如果经验发生变化,那么贝叶斯概率 也将发生变化,换言之,贝叶斯概率是基于有限的数据得出的数字,这个数字随着数据的增多会不断改善。 虽然我们不能证明一个理论,我们对一个理论的信心会随证据的增加变得越来越强。在我研究的领域,我们经常看到试图用增加理论复杂的办法来修改一个简 单的理论,虽然没有任何证据说明那个简单的理论有任何问题。例如,总有人不断地发明新理论来代替爱因斯坦弯曲时空的引力理论,这些新理论越来越复杂,却在 实验中找不到一点证据。提出这些新理论并非真的是怀疑爱因斯坦的理论,在我看来,基于贝叶斯推理,其实是证明爱因斯坦理论正确性的贝叶斯概率越来越大。 在传统概率论中,一个理论正确的几率只能取两个值,0或者1,要么完全是错误的,要么是正确的。但在贝叶斯理论中,一个理论的正确概率可以是0到1 之间的任何一个数。我们人类能够做的实验和收集到的实验数据总是有限的,所以,就有了在有了一定数据的前提下,某个理论的正确的概率。更加具体地,令数据 集合为D,理论为T,我们要做出在D的前提下T多大可能是正确的判断,这个概率记为。这是一个普通的条件概率,但计算起来并不容易。 当数据积累得越来越多后,我们可以利用贝叶斯定理来重新计算新的概率,这个概率会越来越大,如果数据倾向于支持理论。贝叶斯对所谓的贝叶斯统计的主要贡献是贝叶斯定理。在介绍贝叶斯定理之前,我们说一下最近为什么贝叶斯统计在宇宙学中变得重要。 在现代物理学中,决定论一直占上风,也就是说,一旦我们知道一个系统([...]



几篇文章

Fri, 2 Oct 2009 22:49:28 +0800

我好久没有讨论arXiv上出现的物理文章了,今天随便找几篇聊聊。

1、Recent Progress in AdS/CFT

这是John Schwarz最近写的一篇小型综述文章,也是贡献给Shifman六十大寿的一篇文章。

文章包括的内容并没有题目看上去那么广,主要是回顾具有极大超共形对称场论的全息对偶。特别提到AdS与2+1为超共形理论的对偶,后者就是所谓的ABJM关于M2膜的模型。

另一个被强调的进展是利用AdS中弦的经典解来验证AdS/CFT对偶。

我一直佩服Schwarz的判断,他重视的甚至花时间阅读的方向,是大家该注意的方向,特别是在弦论领域工作的研究生。

John Schwarz并没有强调AdS/CFT在研究凝聚态物理方面的进展,这和他的理论取向有关。

我想强调的是,他最后提到了所谓Gaiotto duality(3+1维方面的理论,可以通过M5得到),认为这个M5膜理论有关。我一直想在M5膜上做点事情。

2、Heal the world: Avoiding the cosmic doomsday in the holographic dark energy model

从第一天开始,全息暗能量对超新星数据的最佳拟合总是给出(image) ,其中c是全息暗能量的唯一待定物理参数,这意味着全息暗能量类似phantom。不过,与phantom标量场不同的是,我和林春山和王一证明了不存在通常的不稳定性。但是,因为是phantom,暗能量密度会越来越大,最终导致大撕裂。

张鑫在这篇新文章中试图避免全息暗能量导致的大撕裂。他的办法是考虑Randall-Sundrum的膜世界。由于Friedmann方程中多了一 项与能量密度平方成正比的项,全息暗能量后来的演化为extra dimension的存在完全修改,宇宙不会在有限的时间内终结于大撕裂,而是渐渐的纯粹de Sitter时间将出现。

我从来没有喜欢过phantom,虽然全息暗能量目前看起来像phantom,但我的态度是时间也许会改变一切。

张鑫的工作也是值得思考的,因为假如RS的extra dimension是对的,那肯定会改变一切预言大撕裂模型。

有没有不需要extra dimension能够避免大撕裂的想法?我觉得这是值得想一想的问题。

3、Bouncing universe from a modified dispersion relation

在凌意等人的文章中,一个类似上面的RS宇宙学Friedmann方程被导出,但没有用到extra dimension,他们用的是修改的色散关系。

光的色散关系会不会修改,也就是说Lorentz对称性在高能端有没有被破坏?我相信几年后gamma暴的观测数据会给我们一些答案。凌意等人用的 色散关系有一个奇特的性质,当能量超过某个数值,相应的动量会减低。也就是说,在高能端,随着动量变小,能量反而增加。我记得黑洞视界上似乎有一个类似的 性质,虽然具体的关系完全不同(这是鄙人N年前的工作,Susskind曾告诉我这个关系有一个很有意思的dipole解释,这里就保密了)。

凌意等人不知道如何将新的色散关系直接用在引力理论中,所以他们走了间接的路,通过热力学与Friedmann方程的关系导出新的Friedmann方程。这个方程看上去很像RS的Friedmann方程,只是与能量密度成正比的项变了符号。

4、Lessons from Windows on the Universe

Peebles在这篇短文中回顾了新标准宇宙学,认为我们很快就会探测到比红移(image) 更早的时期,也就是说,当宇宙比现在的宇宙小于一百亿倍的时候。

他强调研究暗能量演化的重要,但怀疑是否值得花大钱去做。我想Peebles大概是民主党的,很政治正确。问题是,好的科学往往是政治不正确的时候做出来的。

在暗物质这一边,他虽然支持研究MOND,但怀疑MOND很难成功。

当然,Peebles没有忘记提及研究银河系附近的天文学,甚至地外文明如SETI。




形形色色(2)

Wed, 30 Sep 2009 19:26:31 +0800

1、Planck卫星 今年五月14号Planck卫星和Herschel卫星一同发射。最近,Planck卫星已经有了第一批数据,我今天才写已经是旧闻了。 Planck卫星从8月13号开始巡天观测,做了两周,得到第一批图,例如: Planck的“first light” Planck的公众网上是这么介绍的 The ‘first light’ survey, which began on 13 August, was a two-week period during which Planck surveyed the sky continuously. It was carried out to verify the stability of the instruments and the ability to calibrate them over long periods to the exquisite accuracy needed. This survey was completed on 27 August, yielding maps of a strip of the sky, one for each of Planck’s nine frequencies. Each map is a ring, about 15° wide, stretching across the full sky. Preliminary analysis indicates that the quality of the data is excellent. Routine operations started as soon as the first light survey was completed, and surveying will now continue for at least 15 months without a break. In approximately 6 months, the first all-sky map will be assembled. Within its allotted operational life of 15 months, Planck will gather data for two complete sky maps. To fully exploit the high sensitivity of Planck, the data will require delicate adjustments and careful analysis. It promises to return a treasure trove that will keep both cosmologists and astrophysicists busy for decades to come. 对于研究宇宙学的人来说,没有比这条新闻更令人兴奋的。 2、天才与疯子 这个话题真不新鲜,梵高、海子、伽罗华…… 原来还真有基因学上的原因。 Scientific blogging 上说,neuregulin 1与神经元之间的交流活动有关,也与精神疾病有关。下面摘录一段 In the study, the researchers recruited volunteers who considered themselves to be very creative and accomplished. They underwent a battery of tests, including assessments for intelligence and creativity. To measure creativity, the volunteers were asked to respond to a series of unusual questions (for example, “Just suppose clouds had strings attached to them which hang down to earth. What would happen?”) and were scored based on the originality and flexibility of their answers. They also completed a questionnaire regarding their lifetime creative achievements before the researchers took blood samples. They say the results showed a clear link between neuregulin 1 and creativity: Volunteers with the specific variant of this gene were more likely to have higher scores on the creativity assessment and also greater lifetime creative achievements than volunteers with a different form of the gene. Kéri notes that this is the first study to show that a genetic variant associated with psychosis may have some beneficial functions. He observes that “molecular factors that are loosely associated with severe mental disorders but are present in many healthy people may have an advantage enabling us to think more creatively.” 原文 3、09年诺奖 今年诺奖将在我们的十一长假中完成,物理学奖将在十月六号发布,具体是 Physiology or Medicine - Monday, October 5, 11:30 a.m.[...]



在形形色色(1)

Mon, 28 Sep 2009 16:13:13 +0800

著名反弦论人士兼博客Peter Woit喜欢写“various and sundry”,我觉得很好。

我过去写杂博,主要写点一个老“文青”读书获得的形形色色的感受,现在学习Woit,写点科学相关的形形色色。

1、哲学与宇宙学

最近,科学网出现了哲学与科学的大辩论,我没有怎么看。

科学与哲学一直“有染”。与时代有关,有染的深入程度不同。前段时间Templeton fundation的人建议在中国组织一个讨论科学与哲学以及宗教关系的会议,让我建议科学方面的人选,我很难找出哪怕是半打人。这是目前哲学在科学界的尴尬。

George Ellis,如果我记得不错的话,是南非的一位教徒宇宙学家,最近在牛津过70大寿,形式是举办哲学与宇宙学讨论会。Sean Carroll去参加了,还在博客上写了不少报道。讨论会的主题是多元宇宙。

Carroll的报道从酒吧开始。Andrei Linde对一帮哲学家解释了为什么唯我论是正确的。论证如次。Schrodinger方程告诉我们,状态的变化率正比于能量。宇宙作为一个整体能量为零(Hamiltonian constraint,其实更强,是能量密度为零),所以宇宙不变化,时间不存在。当你将自己和宇宙的其余部分分开后,你的能量不为零,所以宇宙的其余部分能量不为零,宇宙开始演化。所以认识宇宙的唯一途径是将你和宇宙分开。

在第二天的会议上,Linde说,如果多元宇宙是正确的,那么暗能量很可能是常数,axion很可能就是暗物质,如果实验证明不是,多元宇宙就可能是错的。这么说来,多元宇宙也许是可证伪的。

还有其他一些很有趣的演讲,详情见:

Philosophy and Cosmology

Philosophy and Cosmology: Day Two

Philosophy and Cosmology: Day Three

(我觉得Linde的唯我论不完全是一个玩笑。“我”代表观测者,观测者越多,能量越大,变化也越细致,就是说能够收集到的信息就越多)

How To Be Einstein Without Being A Genius

三、睡眠,睡眠

虽然我年纪越来越老,精力也越来越不济,却从来不像多数人一样必要的睡眠越来越少。我的必要睡眠从来没有少过一天8小时。如果少于8小时,我肯本无法做需要脑力的事情。

问题还不在这里,问题是我至少有一半的时间睡不到8小时,原因是心理上的。如果第二天有一定不能晚到的会议、约会、课……,我往往睡不好。原因是需要改变作息时间,而自己的惯性又很大。

经常缺乏睡眠,容易得老年痴呆,下面这篇文章是这么说的:

A Connection Between Sleep and Alzheimer’s?




研究、科普与其他

Thu, 24 Sep 2009 22:19:50 +0800

本来我想写点物理方面的东西,回来发现惠普笔记本启动不了,只好用IBM笔记本,可是这个笔记本的硬盘有问题,没准写着写着就崩溃。

正好明天去物理所做报告,这是研究生自己组织的论坛:明理时空论坛。我的ppt已经写好了,所以可以先在这里挖一个坑,明天报告后或者后天将ppt传上来就可以了。

报告的地点:物理所D楼的212报告厅(D楼就是那个著名的圆形楼),时间:9月24日下午3点。

欢迎大家围观。

其实吴宝俊同学在他的博客已经做了一点广告

为了不让访问我博客的人完全失望,我想将报告谈的话题透露一下:

研究(蜻蜓点水),科普(谈我的科普实践),其他(写诗,写博客)。内容很简单,就是聊天而已。

刚做完报告回来,ppt贴上来。

科学、科普与其他




王云的两首诗/Robbert Dijkgraaf报告

Sun, 13 Sep 2009 18:09:10 +0800

王云是The University of Oklahoma的教授,宇宙学家,诗人。现在主要写英文诗。我从她的网站上拿来两首诗翻译一下,如果有误译,请王云指正。时间很短,中文没有仔细推敲。 另外,荷兰科学院院长Robbert Dijkgraaf,一位弦论家,明天在理论物理所/卡弗里理论所做学术报告,报告广告附后。 关于头发的冥想 一群鱼进入暗黑的海湾 为脉动的蚕茧竞赛。精细 缠绕和旋动组成的实况剧本。 你思考箭头的起源。 陌生人的眼光流连于 你黑色瀑布的头发。 时间剥蚀你 带入风信子的包围。 从头到尾地阅读自己。 只有一条鱼幸存,被解密 形成一个新的宇宙。 而你的头发从未抵达足踝, 它们的长度不能超越一根 头发的寿命。你将茶叶排列成 天鹅座和猎户座的形状, 沐浴星光的树林中修长男人的梦 变形为飞行于液体天空中 闪着光芒的天鹅。 你是一间与居住者一同长大的房屋 在内部用拳脚敲击墙壁。 你是一间盛满虹彩般回音的房屋。 初生者在视界的边缘竖起鬃毛。 击鼓手在干燥轻快的 光的隧道中挤压而过。 时间浸蚀你。蜂鸟飞逝。 镜中的一丝白光:细针一样的白发。 头皮下的发根讨论着你的变化。 终于,你进入一湖靛蓝的星群 直到你的身体在化石中消融 头发仍然在地表下生长?叹息。 王云的注记: 还是一位小姑娘的时候我留着很长的头发,直到有一天我妈在我的头发中看到了虱子,将我的头发剪短。那时我和来自农村的姑娘一起玩,她们要劳动所以不 常洗头,虱子被认为从她们那里传来的。我很喜欢这些玩伴,因为她们也喜欢我,尽管我喜欢读书。我羡慕她们能够留长发,不论是不是有虱子,而我却一定要将头 发剪短。 在我去千里外的大学上学之后,那时我只有十六岁,我可以自己将头发留长了。不过过了一年后我才明白过来,那以后我再也没有剪短我的头发。 头发越长越长,一段时间后好像总是保持着同样的长度。有时,一些人请求摸摸我的头发祈福。更多的时候,她们想知道我留了多长时间的头发。我开始厌倦 这些问题,不希望在我单独旅行的时候吸引陌生人的目光。这首诗就是为了回答她们问的一些问题的。同时,Li-Young Lee的第一部诗集《玫瑰》也触发了这首诗。 Meditation on Hair A school of fish enters the dark cove races for pulsing cocoons. Live scripts of intricate twists and turns. You ponder the origin of arrows. Eyes of strangers swim the dark waterfall of your hair. Time erodes you into the ambience of hyacinth. You read yourself from cover to cover. A single fish survives, decoded to form a new universe. Your hair never reaches your ankles, its length cannot exceed the lifespan of a single hair. You arrange tea leaves into patterns of Cygnus and Orion, dream of slender men in a starlit forest metamorphosi[...]



09年诺贝尔物理学奖预测

Thu, 10 Sep 2009 16:27:25 +0800

(今天教师节,我也加入中国人习惯性的合唱,祝所有老师们快乐一天 (image) 感谢那些用email问候我的同学,其中有些人也是老师了,感谢周洋等送花的同学们,好大的一束康乃馨,你们是我永远快乐的理由。另外,真心祝愿所有想成为老师的人心想事成)

去年9月26日,我预测了物理学奖。我提到五个人,其中三个日本人获奖了。

根据最近20年诺贝尔物理学奖走势,今年的奖看来不会颁给粒子物理和天体物理以及宇宙学,该是回到凝聚态的时候了。我不熟悉这个大领域,很难作预测。不过预测诺奖有个“秘诀”,就是看过去20余年美国物理学会的大奖。例如,去年的Nambu获得美国物理学会94年度J. J. Sakurai奖,而Toshihide Maskawa 和 Makoto Kobayashi是85年这个奖项的获得者。

从一个彻头彻尾的外行角度,我推测,2000年的Oliver E. Buckley凝聚态奖获得者Marc Aaron Kastner和Theodore Alan Fulton有可能(遗憾的是另一位获奖者Gerald J. Dolan已经去世),他们获奖的citation是,“For pioneering contributions to single electron effects in mesoscopic systems.” 另外,该奖05年度三位获奖者David Awschalom,Gabriel Aeppli和Myriam Sarachik也有可能,citation是”For fundamental contributions to experimental studies of quantum spin dynamics and spin coherence in condensed matter systems.” 注意,Myriam Sarachik 是女物理学家。还有,研究石墨烯和富勒烯的Mildred Dresselhaus获得08年的Buckley奖,她也有希望。总的说来,我觉得凝聚态领域理论家获奖的可能性很小。

和凝聚态相关的领域还有激光、原子和表面物理、统计物理、高分子物理,等。例如91年诺贝尔物理学奖获得者Pierre-Gilles deGennes拿过高分子物理学奖,97年得奖的朱棣文得的是美国物理学会的激光奖。所以,预测今年的诺奖太难了。

请凝聚态的同学们发言,指出我瞎说的地方。

如果前些年的诺奖轮回是个启示,那么明年的物理学奖可能回到粒子物理、天体物理和宇宙学,我预测发现宇宙加速膨胀的Perlmutter和Riess获奖,他们几乎拿到了除了诺奖以外的所有奖,Brian P. Schmidt有望于他们分享诺奖。

(真的希望下面两位可亲的老太太之一能够获奖)

(image)

Myriam Sarachik

(image)

Mildred Dresselhaus




引用率与大师

Mon, 7 Sep 2009 22:39:25 +0800

今年的诺奖还有一个月就要公布了,肯定会有人站出来预测,也会有人来问我得物理学奖的可能是谁,因为我去年的预测很成功。

最近看到科学网张旭贴了很多科学领域高被引的名单,其中物理学315名。最后,他总结了一下:他总结了一下:世界顶级科学家分布(美国4072位,中国22位)能看出什么?

我的感觉是,统计很说明问题,但不说明全部问题。在有些领域,例如我所在的领域,很不说明问题。高被引者肯定是各领域的大人物,但未必一定是大师,而大师也未必进入这些名单,虽然他们被引次数不会少。换句话说,所谓“世界顶级科学家”名单里肯定遗漏了很多大师级人物。

我们看看物理学名单。 先挑我熟悉的理论物理学诺奖获得者,从2000年以来,他们是:Alexei A. Abrikosov,Vitaly L. Ginzburg,Anthony J. Leggett (2003),David J. Gross,H. David Politzer,Frank Wilczek (2004),Roy J. Glauber (2005),Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi,Toshihide Maskawa (2008)。我们将名单扩大到1999年,那么还有Gerardus ‘t Hooft,Martinus J.G. Veltman,加起来共12人。毫无疑问,这些人的引用次数都不会低,但我们看看物理学315位中包含了几位这些诺奖获得者:David Gross,Frank Wilczek,只有这么两位。理论物理诺奖获得者只有六分之一得以进入那个顶级被引名单。

原因当然很多,虽然张旭没有说,我估计他给出的名单是过去20年的统计,而诺奖获得者的工作早已进入教科书,都是20年以上了,论文不再被引了。也 有的论文还在被引,但不是高产作家,如Kobayashi、Maskawa,这个原因也说明看论文的引用次数其实要小心。还有一个原因是很多诺奖获得者年 纪大了,近20年不那么活跃了,这些人里最年轻的是Wilczek,1951年出生,其余都是40后开外的。

我觉得奇怪的是,连高能物理中高被引作者之一Weinberg都不在名单中,可见物理还得再细分,否则会遗漏更多的大师。反正,我觉得这份名单很不说明问题。

一般说来,一个正在发展的有应用的领域容易出高被引作者,我不否定这些领域的重要性,但这些领域远远不能涵盖最基本和最重要的发展。例如,Alan Guth是宇宙暴涨论的创始人,他不在这份名单中。对暴涨理论有贡献的Steinhardt在这份名单中,而另一位Linde却不在。如果诺奖将颁给暴涨 理论,我觉得Guth和Linde都可能得,而Steinhardt得的机会要小得多。另一方面,一些时髦的理论领域也容易出高被引作者,例如我自己的领 域弦论。我们看看多少弦论家进入了这份名单:Dine,Ferrara, Harvey,Polyakov,Seiberg,Strominger, Vafa, Witten。一共8人,的确不算少了。但是,如果让我预测哪位弦论家未来能够获得诺奖,我的排列次序是 Maldacena,Schwarz,Green,Polchinski,但这四位没有一位在名单里。

所以,我的结论是,如果那四位都不在名单里,如果Guth和Linde也不在,我们做弦论和宇宙学的同学就不必为这个名单多费心了 (image)




模拟黑洞

Fri, 4 Sep 2009 20:07:51 +0800

(《新发现》专栏,勿转)

无论对物理学家来说还是对公众,黑洞一直是引人入胜的话题。记得我开始读研究生时,看到一本专业书,上面画了很多黑洞塌缩的图以及霍金蒸发的图,上面画了很多光锥,以及蒸发出来的粒子。

在引力理论中,光锥几乎就是一切。在每一个时空点上,光锥就是光在各个方向走出来的锥面。想象一个只有一度空间的时空,空间和时间组成一个平面,在 平面的任一点上,光可以走两个方向,所以光锥就是一个十字,向上的楔形叫未来光锥,因为光顺着楔形走向未来,向下的楔形是过去光锥,光从过去走向楔形顶 点。再想象一下,如果有两度空间,加上时间我们有三维的时空图,光锥此时就真的是锥面了。在真实世界里,空间是三维的,时空是四维的,所以光锥其实是三维 的。有了光锥的概念,我们就能定义黑洞了,一个黑洞,其实是时空中的一个区域,在这个区域的边界上,所有光锥都指向这个区域,说明光只能进入,不能出来, 黑洞的名字就是这么来的。区域的边界叫做视界。

还有一个更加形象的比喻。假想一个水域,其中有一个洞,水流向这个洞,在洞的边上,水流的速度达到一个临界值,这个速度超过水中任何物体所能达到的 速度。这样,不论你如何使劲,当你到达这个边界时,你的速度总被水流的速度抵消,你只好无能为力地被吸入洞中。这个洞就是水中的黑洞,而水流速度达到临界 的边界很类似黑洞的视界。

很多年前,加拿大物理学家W. G.. Unruh就设想了这么一个类似黑洞的东西,他设想了一个流体,其中任何一处水流都有一个速度,在某个区域的边界上,流体的速度达到了流体的声速。此时, 任何流体的振动都无法传出这个边界,这样,在外面的人看来,那个区域不能发出任何声音,所以这个区域可以叫做哑洞。哑洞也很类似黑洞,光波被声波取代。哑 洞看上去比黑洞容易理解,因为这里只是流体的一个流速分布,没有难以想象的时空弯曲。

黑洞的一个令人惊奇的性质是霍金蒸发,也就是说,黑洞并不黑。霍金证明,量子力学使得黑洞发光,其实黑洞可以辐射任何粒子。量子论使得黑洞的视界看 上去像一个带有温度的壳,这个壳可以激发出能量大约等于壳上温度的任何粒子。霍金蒸发也有一个形象的理解,在视界上,产生一个粒子对,向外跑的粒子带有能 量,而向黑洞里面跑的粒子带有负能量。当带有正能量的粒子跑出来时,带有负能量的粒子使得黑洞的质量变小,所以整个过程还是满足能量守恒律的。

Unruh在设想哑洞时其实希望将来可以在实验室中实现哑洞并利用它来研究黑洞蒸发,此时,被蒸发出来的粒子叫声子,就是声的的单个量子。每个声子 的能量很类似光子,与声速成正比。当声子落入哑洞时,由于哑洞中流体的速度超过声速,声子的能量是负的,而跑出来的那个声子的速度大于流体的速度,能量是 正的。这是霍金蒸发的一个形象理解。

Unruh的哑洞的概念是1981年提出来的,直到今年,哑洞才真的在实验室中实现。原因很简单,让流体的速度在某个区域大于声速并不容易。做出这 个实验的是以色列海法的一个小组,领头人是J. Steinhauer。他们利用玻色-爱因斯坦凝聚才实现了哑洞。在流体中,玻色-爱因斯坦凝聚是非常特殊的一类,其中所有组分原子都处在同一个状态中, 这样的流体叫做量子流体,因为它利用了量子性质。要使得原子都处于同一个量子状态需要两个条件,第一是所有原子的自旋是整数的,第二需要将所有原子冷却从 而它们都趋向同一个低能状态。Steinhauer等人的实验的用了铷原子,实验的关键处是让量子流体产生一个速度分布,并且让某个区域的速度大于流体的 声速。为了达到这个目的,他们为原子们设计了一个陷阱。这个陷阱很像一个喷嘴。离开喷嘴的地方,陷阱的坡度比较平缓,在喷嘴区域,陷阱的坡度变得很陡。

哑洞是实现了,但似乎还没有关于霍金蒸发的结果,我们期待进一步的实验。霍金蒸发的研究也许能够帮助我们理解黑洞最为神秘的一面,就是弯曲时空中的量子力学甚至引力的量子涨落,这是理论家们困惑了很多年而不得其解的问题。

最近关于隐形电磁斗篷的研究导致可能在实验室实现真正意义上的“黑洞”,我用引号是因为这不是引力中时空的效应,但却是光学意义上的黑洞。隐形电磁 斗篷是利用电介质的特殊电磁性质使得一个物体看上去基本不反射也不折射光(广义地说就是电磁波)。既然我们可以在技术上操纵物质的介电性质,我们就可能设 计出一个物体,使得这个物体的某个区域的边界上的光速变成零,这个边界就是视界了。美国伯克利国立实验室的Xiang Zhang领导的小组在去年实现了一种人工光学物质,可以将光折回头,技术上说,这种光学物质的折射率是负的!最近,他们用纳米结构的硅实现了隐形电磁斗 篷。在此基础上,他们将来可能在实验室研究黑洞以及引力透镜等天体物理学对象,由于是实验室制备的物体,我们无需花很长时间无需投资很多就可以研究这些奇 特的引力现象了。




推荐ResearchBlogging

Tue, 1 Sep 2009 15:08:28 +0800

向大家推荐一个好的去处:

http://researchblogging.org/

这个博客系列已经开始有中文博客了。这里包含的博客文章和本博不同,都是谈严肃的研究。

从人类学到数学物理化学到社会科学,分类很齐全。我自己已经定阅了英文的物理、天文,中文的物理、心理学和scholarship,似乎中文天文学还没有人。

我今后谈严肃科学问题的,都会在那里加链接。上一篇《隐形电磁斗篷》那里就有。

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