Jon Shock从出版商那里收到Lee Smolin的《The Trouble with Physics》,他看完后给我看。
我刚开始看,先看到Lee列出的理论物理中的五大问题。他的问题如下:
1. 将量子理论和广义相对论结合成一个自然界的完整理论。
2. 解决量子力学的基础问题,或是通过重新理解使得理论有意义,或者是重新发明一个理论。
3. 决定各种不同的粒子和相互作用是否是统一的。
4. 理解粒子物理标准模型中的自由参数是怎么被决定的。
5. 解释暗物质和暗能量。如果它们不存在,决定引力在大尺度上是如何被修改的。更广泛地,解释标准宇宙学模型中的参数为什么取这些值。
每个人心目中都有他自己的五大问题,Lee说出的应该是大家公认的五大问题,从这一点来看,Lee一点也不想与众不同。正如他自己在书中所说,他是一个不喜欢冲突的人。
我最近越来越成为一个务实派,认为真正的进展不是来自谁一下子解决了一个大问题,如上述的问题中的任何一个,而是来自于貌似补锅的工作。远的不说,只看过去一百年内的例子。Planck试图将Rayleigh-Jeans 公式和Wien公式结合成一个完整的定律发现了量子,Bohr为了解释Balmer公式发现了他的量子化规则。爱因斯坦的工作表面看起来有些象一下子提出大理论,或一下子解决大问题,其实他也是一步一步来的。狭义相对论的建立是在已经有了Lorentz的电子论和Poincare工作以后,广义相对论是爱因斯坦自己一步一步走出来的。所以,如果我需要列一个单子贴在我办公室的墙上,我的问题和Lee的问题会很不同。
我先评论一下Lee列出的五个问题,然后再列一下个人的五大问题。
1. 将量子理论和广义相对论结合成一个自然界的完整理论。
这个问题毫无疑问是中心问题。不论是弦论还是loop gravity,目前还不能声称解决了这个问题。在纯逻辑上来看,弦论在一定情况下“解决”了这个问题,如微扰论的发散问题。在某些情况下弦论甚至有了非微扰的实现,如AdS/CFT。弦论目前最大的问题,一是如何在没有超对称的情况实现,二是如何结合宇宙学。
量子引力还有一个非常实际的问题,就是如何在引力的量子涨落变得很重要的情况下找到一个可以计算的方案。黑洞的问题就是这样的一个问题。
Schwarzschild黑洞这个问题,不论是弦论还是loop gravity,都没有真正解决。
2. 解决量子力学的基础问题,或是通过重新理解使得理论有意义,或者是重新发明一个理论。
我不认为量子力学需要修改。如果量子力学在一个“realist”看起来很难理解,那也可能是我们没有真正理解可观测量的含义。例如,许多人觉得如果量子力学只能给出一个粒子在某个位置的几率,这个理论就是不完备的。我个人觉得,粒子这个概念在什么程度上是“reality”我们并没有理解。我举两个例子来说明我的观点。第一个是粒子的全同性,在量子力学中,这是一个假定,或者“原理”。在量子场论中,这是一个推论。我们在场论中假设了只有稳定的粒子才会在渐近态中出现,而渐近态之间的散射振幅才是可观测量。这导致我们无法定义相对局域的量,包括给定时间的一个粒子。这个例子已经说明我们对粒子这个所谓的“reality”并没有真正的理解,或者说,除了那个渐近态,没有更好的理解。第二个例子涉及到广义相对论。Unruh效应告诉我们,所谓粒子甚至事件这些概念,与观测者有关。
如果我们暂时没有“reality”对象,如何从一个realist的角度觉得量子力学是不完备的?也许我们还缺乏对量子力学的更加深刻的理解,但这种理解不会从量子力学本身中来,也不会从修改量子力学中来,而是将量子力学放在更大的框架中去理解后才会得到,例如,量子力学在量子引力中是如何实现的,量子力学如何用来实现量子宇宙学。
Feynman对量子力学的看法,还是最好的看法:I cannot define the real problem, therefore I suspect there’s no real problem, but I’m not sure there’s no real problem.
3. 决定各种不同的粒子和相互作用是否是统一的。
我个人觉得真正的决定权在实验家的手中。
4. 理解粒子物理标准模型中的自由参数是怎么被决定的。
这个问题与上一个问题有关。
5. 解释暗物质和暗能量。如果它们不存在,决定引力在大尺度上是如何被修改的。更广泛地,解释标准宇宙学模型中的参数为什么取这些值。
暗物质特别是暗能量的存在,告诉我们现在已经不能将所谓的基本理论独立于宇宙学之外了。暗能量是量子引力的一个最大的问题。过去我觉得黑洞熵之于量子引力如同黑体辐射之于量子论,现在我觉得暗能量才是量子引力的黑体辐射问题。
休息一下,晚上接着写。
我个人的五大问题:
1. 量子引力全息原理的最一般的物理表述是什么?
也许我们还没有一个完整的量子引力理论,但黑洞量子物理明明白白告诉我们有一个全息原理在那里。AdS/CFT就是全息原理的一个具体实现。
要实现全息原理,一方面我们需要几何,这是引力的一方,另一方面我们需要场论。引力的一方在极端情况下几何可能完全消失,例如一个半径很小的AdS。当几何消失时,代替几何的是什么?还是什么也没有,可靠的理论只是场论的一方?
宇宙学中也有一个普适的全息原理吗?如果有,这个全息原理的实现与量子宇宙学的关系是什么?
一个全息原理的具体实现应该可以直接解释黑洞的熵,以及黑洞演化是否完全遵从量子力学。
2. 暗能量是什么?
暗能量仅仅是爱因斯坦宇宙学常数吗?还是可变的?如果是可变的,宇宙学观测还需要多长时间明确地告诉我们它是可变的?
暗能量的存在是量子引力的红外与紫外关系的体现吗?还是象landscape scenario倾向的完全是一个随机的数,和人择原理有关的数?
3. 第一个能体现量子引力的实验是什么?
我希望理论家们能够多多提出一些在不远的将来或者比较远的将来能够实现的实验。不论是哪一种量子引力理论(弦论,loop gravity, 等等),到现在为止都不能具体计算出一个可靠的量子引力效应,而这个可靠的量子引力效应既不是弦论中的高能散射,也不是loop gravity中的体积、面积量子化,而是在比较低能的领域就能看到的效应。打个比方,布朗运动就是远在我们“直接看到”原子分子之前体现原子分子存在的物理效应。
我们以前在这里讨论过的小黑洞无疑是一种可能,虽然这种可能性非常小。
我个人目前特别感兴趣的是inflation中的trans-Planckian效应,如果在CMB功率谱中能够看到量子引力效应当然是非常令人兴奋的,因为这样我们就不必等到人类文明能够达到Planck能量了。
除了inflation,宇宙学中还有其他潜在的体现量子引力效应的观测和实验吗?
4. 粒子物理的参数哪些是理论决定的,哪些不是?
这个问题比较大,但我觉得比问所有相互作用到底有没有一个统一的能标来的容易一点。最近,Tegmark和Wilczek等人研究了粒子物理常数和宇宙学参数和微观物理限制以及选择效应的关系:
Dimensionless constants, cosmology and other dark matters
有没有可能从量子引力的model independent的角度研究哪些常数是随机的,哪些不是?当然,最终的决定还是实验。不过,理论家的责任就是告诉实验家们什么样的实验和这个问题有关,所以我们有必要认真梳理一下。我强调model independence 很重要,我不相信那种从具体的,有时非常hand-waving的模型出发而得出的任何结论。
5. 粒子物理中有超出标准模型的任何物理吗?
当然,中微子质量不算。
LHC可能给我们带来意想不到的东西,如果这样,我们就没有必要坐在这里,象Lee Smolin那样悲叹过去几十年高能物理+引力理论没有任何实质性的进展了。
以上的五个问题还是太大了,不是我说的补锅性的工作,但确实是我非常想知道答案的五个问题。
附录:
1. Lubos’s list of Top twelve results of string theory
2. Warren Siegel’s Top 10 String Theory Questions
3. Sabine Hossenfelder’s Top Ten
5. John Baez’s Open Questions in Physics
因为Lee Smolin五个问题中的第二个问题最可能引起争议,我建议有兴趣的人看一下Meimin的第三个问题。Meimin对量子力学的解释有独到的理解,还写过相关的科普,所以我觉得他对这个问题的表述很有意思,可以看出他的观点是量子力学没有问题,和Smolin相反。我觉得哲学倾向比较强烈的人通常认为量子力学有问题,Lee的哲学倾向向来很强。我在跟帖中提到Feynman的名言: shut up and calculate,这也是我对这个问题的态度。好了,看一看Meimin的第三个问题的表述:
3. Are fundamental theories still based on superpositions of states that evolve unitarily, or have the basic principles of quantum mechanics been replaced? If quantum mechanics has survived, have people reached a consensus on the solution to the interpretive problems, or have they simply ceased to view them as problems needing a solution? If quantum mechanics has not survived, has the theory that replaced it clarified these puzzles, or do people find it equally or even more mysterious?
我们看到,Meimin强调了量子力学的最重要的特点,就是线性叠加原理和么正演化。么正演化与时间相关,如果时间概念被取代了,也许就不那么基本了,所以线性叠加原理最基本。
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筆者上一本書「萬有旋力及萬有熾力」得到了一些不小的迴響,於是作者決定再接再厲,出了一本「電荷相對論及萬有理論」。由於牛頓的萬有引力公式隱含了重力是超距力與狹義相對論的精神(速度上限是光速)相抵觸,因此愛因斯坦提出了廣義相對論。廣義相對論表示質量會造成時空彎曲,乃是重力的由來,各種實驗結果都証明廣義相對論是正確成功的理論。但是,電荷與時空的關係卻一直為人所忽略,而庫侖靜電及靜磁定律,一樣表示電磁力是超距力,一樣與狹義相對論相抵觸。敝人幾經思索,終於提出了電荷相對論。電荷會造成四維時空的渦漩結構,為一扭轉張量(torsion tensor),因此產生了電磁力。而正電荷與負電荷產生的渦漩剛好序向相反,因此可互相吸引。但是兩個正電荷或兩個負電荷因為有相同方向的時空渦漩,因此產生排斥力。電荷相對論的提出可說明為何銀河系是渦漩形的,解決了暗物質問題。
而把廣義相對論,電荷相對論及萬有熾力的壓力張量合在一起就可以得到一組統一的時空方程式,為一完整的統一場論,解決了愛因斯坦晚年的夢想。透過這組時空方程式加上標準模型,就可以建構一個萬有理論。敝人認電荷與質量都是由光子互相對撞而產生,光的頻率轉變成質量而光的振幅轉變成電荷,一個完整的萬有理論就此成形。三分天下,且看今朝,敝人留學時遭到種族歧視的對待,但誰說亞洲人、台灣人、華人就不能研究科學?敝人由衷感謝出版社的大力幫忙促成本書出版,更希望能拋磚引玉,希望各界先進不吝賜教,謝謝!
对地球离日等三问题之预判
鉴于六年前运用 涡旋力公式解决 月亮离开地球 问题,现用其中经验公式
h=2GK^2Mq/π^2r^2 对地球离日, 火卫一 Phobos 轨道下降, 火卫二 Deimos 轨道上升等类似问题一并处理并作为对三问题之预判。
计算地球离日 :
cosа≈1
基本数据: Me =1.98×10^30kg, 日 —— 地距离 r=1.5×10^11M
mgh=mv - ^2/2 ①
v=at ②
一周内地球平均速度: v - =1/π∫vsinωtdωt= 2v/π ③
角速度差: q=1-25/365=0.93
v - =2at/π; ω=1/T
a=KGMω/r^2 ④
mg=GMm/r^2 ⑤
地球每太阳周 [25 日 ] 离日 : :
h=2GK^2Mq/π^2r^2
=2×6.67×10^-11×0.16×1.98×10^30×0.93/3.14^2×[1.5
×10^11] ^2
=1.77×10^-4 m
100 万年离日 :2.58 公里。
参考: Why is the Earth moving away from the sun?
§ 18:22 01 June 2009 by Kelly Beatty, SkyandTelescope.com
§ For similar stories, visit the Solar System Topic Guide
计算火卫一 Phobos 轨道下降:
基本数据: M=6.6×10^23 kg, 火卫一 —— 火星距离 r=9.345×10^6 m
火星自转周期: 24.62 小时, 火卫一公转 周期: 7.66 小时
角速度差: q=1-24.62/7.66=-2.21 ,负数表示下降。
火卫一每火星日下降:
h=2GK^2Mq/π^2r^2
=2×6.67×10^-11×0.16×6.6×10^23×-2.21/3.14^2×[9.345×10^6] ^2
=-3.6×10^-2 m
每年下降 12 . 8 m 。
计算火卫二 Deimos 轨道上升:
基本数据: M=6.6×10^23 kg, 火卫二 —— 火星距离 r=2.3459×10^7 m
火星自转周期: day , 火卫二公转 周期: 1.26244day
角速度差: q=1-1/1.26244=0.2078
火卫二每火星日上升:
h=2GK^2Mq/π^2r^2
=2×6.67×10^-11×0.16×6.6×10^23×0.2078/3.14^2×[2.3459×10^7] ^2
=5 。 39 ×10^-4
每年上升 0 . 19 m 。
参考:
sharma
由于火卫一的轨道周期是比火星天短,潮汐减速是在减少约 20 米( 66 英尺),每世纪率其轨道半径。
Because Phobos' orbital period is shorter than a Martian day, tidal deceleration is decreasing its orbital radius at the rate of about 20 metres (66 ft) per century.
将量子理论和广义相对论结合成一个自然界的完整理论
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ppt:·犀利版(普通大众的万有理论).ppt
http://ishare.iask.sina.com.cn/f/7870742.html
中国大学的'魂'在here
中国高校领导经常发表言论,要将自己学校多少年内发展成‘世界一流大学’、‘国内一流高校’。
人没有‘魂’就是‘行尸走肉’。
大学没有‘魂’能成为‘一流大学’吗?
现在中国大学有‘魂’吗?如果有‘魂’是‘灵魂’还是其他?
不少教授们争做官员而疏于学术;领导们的工作重心为自己的科研经费服务而疏于学校的发展与管理;领导们的决定是最终决定其他人没有办法;许多老师到外面开公司而只应付教学与科研;许多人为了经费与项目在政府官员们面前低头甚至点头哈腰而有失知识分子清高的形象;实在看不惯这些现象的教师就干点自己的事情,力所能及地做好自己教学与科研工作,但心里是不平的而经常必牢骚;大家在一起议论的话题常常是炒房及股票;没有人对教学质量及学生教育不好而承担责任;无论什么大学都在比各项指标(论文数量、项目经费、院士人数);无论什么教授都要为指标而奋斗(上不好课是没有关系的);顶尖高校也出现著名教授甚至一级组织上的学术造假;借其他单位的院士来壮自己的门面并得到项目及评审上的好处。
为了占一点有利条件,大学校兼并许多大大小小学校,成为有许多大大小小校区的超大学校,以便统计数据往前;为了得到有权官员的帮助,让官员们很方便地得到博士学位,甚至成为学校的兼职教授;利用新校区的政策空子,给自己职工建二套房子,当然还有部分是政府官员的(曾经是自己学校职工而现时不算学校的人);如果自己学校的教授们为了申报院士或评奖造假,学校领导给予举报者做工作甚至打压以求平息,也不缺组织决定造假的例子。
我们大学的‘魂’呢?你在那里?
大学要先有‘魂’才能有‘灵气’,也才能正常运转,也才有成为‘一流大学’的基本条件。
李教授好
我對大陸劉武青先生的研究感好奇 到底充電後的電容器重量會增加還是減少 有人重複過該實驗嗎?