分类目录归档：宇宙学

我比较不喜欢热点这个词，因为这个词容易使人想到群众运动，政治的和学术的。弦论和宇宙学社会都有点像中国这个社会，热点比较多，追捧者也很多。中国社会喜欢热点那是经过千锤百炼的，近的从文革说起，多少运动。现在没有政治运动，就开始八卦，张斌胡紫薇，国家标准馒头。网民们不问青红皂白，听风就是雨，有奶就是娘，懂与不懂，反正我要参合一把，表明我很时代感，我很八卦，我很全明白，我是良心本人。 热点在弦论中就不必说了，宇宙学最近的热点包括暗能量，WMAP相关的理论工作，最近则是非高斯性。由于去年年底的一件工作，非高斯性很可能成为热点中的热点。 做科学有时不妨追踪热点，虽然追踪热点不是做科学的最高境界。所以，今天我们谈一下最有可能成为热点中的热点的宇宙学问题。 非高斯性的专家大概非Eiichiro Komatsu莫属，他跟David Spergel做学问，后者交给他的是当时没有希望在实验中看到的非高斯性。虽然他心里嘀咕，还是做了，一做就是好多年。他们第一篇关于非高斯性的文章 Acoustic signatures in the primary microwave background bispectrum 那么，究竟什么是非高斯性？与其我解释，不如直接抄Wikipedia In physics, a non-Gaussianity is the correction that modifies the expected Gaussian function estimate for the measurement of a physical quantity. In physical cosmology, the … 继续阅读 →

昨天和今天两天一下出来好多篇关于暗能量的文章。 虽然暗能量的状况一如既往，但有文章好过没文章。我随便评点一下这些文章。 在介绍这些文章之前，我向诸位同学隆重推荐： 0. 孙宗扬定律 科大老师孙宗扬在今天报告里提出来了一个观点。他研究了历史上对场论概念的发展贡献最大的三位人物。第一位是欧拉，第二位是法拉第，第三位是爱因斯坦。这三位同学的出生年和去世年分别是： 欧拉：公元1707-1783年 法拉第： 公元1791-1867年 爱因斯坦：公元1879-1955年 看到没有，他们都活了76岁。法拉第出生于欧拉去世后8年，爱因斯坦出生于法拉第去世后12年，基本在10年左右。是否可以说后一个是前一个的转世灵童？如果历史真的有教训，那么爱因斯坦的转世灵童是谁？应该是出生于60年代的。60年代哪个国家出生率最高？我觉得是中国。60年代在三年“自然”灾害之后，是中国的出生率高峰时代，没看到现在学校和研究所里都是这些40多岁老家伙们的身影？ 很值得期待的是，我出生于60年代。令人沮丧的是，Maldacena同学也出生于60年代。所以，老爱到底转到谁身上很值得我们关注。 当然，如果是爱因斯坦的转世灵童，活到76也够本了。 1. Does the cosmological constant run? 这篇文章的目的是纠正有些文章的错误结论：宇宙学常数依赖于能标，就像其他物理参数如电子的电荷一样。宇宙学常数，如果被看成某个量子场论中的有效势能的极小，应该和重整化能标无关，因为整个势能函数都应该和能标无关。文章内容很简单，我相信结论也是正确的。 这里我说两句个人观点。如果将度规的量子效应包括进来，宇宙学常数当然也不应该依赖于UV截断，或者观测者使用的能标。但是，考虑到量子引力效应，传统的计算不再合适，我们不能将UV截断变得任意大，同时要考虑到红外的渐近几何，有效量子场论的方法肯定要失效。所以，如果得到一个依赖红外标度的宇宙学“常数”则一点也不令人惊讶。

经过征求T. Banks和Henry Tye的意见，我罗列了11个宇宙学骨干问题。这些问题在将来可能有所变动，同时，希望大家建议更多的骨干问题。骨干问题多多益善，不见得局限于10个或者20个。 1 暗物质的成分 这个问题与其说是理论问题，不如说更是实验问题。理论上，我们有众多选择，其中最流行的包括axions, sterile neutrinos, neutralinos。已有的实验包括DAMA/NaI, PVLAS, and EGRET, the Cryogenic Dark Matter Search in the Soudan mine， XENON experiment at Gran Sasso, the ArDM experiment. 2 微波背景辐射谱的非高斯性的理论和实验 传统的暴涨模型预言非高斯性，即密度涨落关联的非线性，是非常小的，至少在目前的观测中不应该被看到。有意思的是，研究暴涨理论的人一直不太关心非高斯性，直到最近情况才开始改变，甚至Maldacena对非高斯性的理论研究都有很大贡献。Henry Tye等人指出，在一个膜暴涨模型中，非高斯性可以很大。非高斯性的测量应该是PLANCK的重要任务之一。 3 微波背景辐射中的张量模的实验和理论 一般认为，密度扰动中张量模的存在是暴涨理论有别于其他理论的重要特征，所以张量模的探测将是验证暴涨模型的关键一步。不过，有人指出从膜暴涨的图像中可以构造出一类模型其中张量模几乎可以忽略。 4 暴涨宇宙中的新物理信号 这个问题太重要了，因为理论家一直想超越暴涨模型，那么，弦论中是否存在不能用通常场论解释的效应？一些量子引力效应，如时空不对易性是否在微波背景辐射中留有遗迹？圈量子引力是否有确定的遗迹？ 5 … 继续阅读 →

此存在非彼存在，就是说我们今天依然不做哲学家，去思考笛卡儿和海德格尔思考过的问题。 不过在英文中，我们讨论中用的词汇非常接近海德格尔用的，即being。我没有看过他的名著《Being and Time》，但必须说，目前宇宙学中最深刻的问题既和being（存在）又和time（时间）有关。 你不必是一个哲学家也会对存在发出疑问。比如，很多人在人生的某一刻会怀疑人生，会对人生的价值提出疑问。稍微深刻一些的，会问，虚无才是最自然的，为什么世上会有东西存在而不是一无所有(why there is something rather nothing)？金庸同学在他的永恒的小说中的一部通过石破天同学也问过“我是谁？”这个终极问题。 英文的人类是human being，和存在密切相关。 物理学家本来待在实验室或者办公室感觉挺好的，基本不问为什么世上有东西存在而不是一无所有。该有什么就有什么，这是多数物理学家的答案。最近，情况不同了，由于弦论中出现landscape，由于宇宙学常数不为零，不但不为零，而且还不可思议地小，物理学家坐不住了，开始石破天了。我们的宇宙为什么是这个样子？和我们的存在有关吗？我们又是什么？我们是典型的智慧生物吗？等等。一句话，这些问题挺闹心的，而在外行看来，这些人是不是吃撑着了？如果是这样，让你们饿两天肚子可能就会老实些了。其实，至少在美国，外行没有这么看，他们觉得这些学术问题挺有趣的。为什么？因为他们觉得吃饭不是人类存在的唯一问题，他们觉得人类是怎么来的，要往哪里去其实也是很重要的问题。所以，炒股炒累了，就来关心物理学家到底在吵什么。不像咱们堂堂礼仪之邦，除了炒股，就是猪肉的价格，或者房子的贷款。 物理学家到底在吵什么？说白了是两个问题。第一，弦论到底是不是科学，到底能不能像传统科学一样预言点什么，给我们带来点惊喜？今天我们不谈这个问题。第二，我们的宇宙到底是不是唯一的？在我们的宇宙之外有没有其它宇宙？我们宇宙看上去很美是不是和我们的存在有关？说到底，人择原理到底可信不可信？ 我今天不再唠叨人择原理的来龙去脉，因为过去唠叨过了，见： 人择原理（1） 人择原理（2） 人择原理（3） 人择原理（4） 人择原理（5） 我主要想谈的，是今天王一同学和我写的一篇文章： Typicality, Freak Observers and the Anthropic Principle of Existence 这篇文章内容的主要来源，是我平时和王一讨论人择原理时带出的一些问题和想法，由王一同学写出，所以文章的组织和一些主要论据是王一的。我不是想逃避责任，王一的确是这篇文章的主要作者。作为一个不喜欢人择原理的人，我是一个很喜欢唠叨人择原理的，主要证据见上面的五个链接，以及： Hartle-Srednicki判据 应该说，上面这篇博文中提到的Hartle和Srednicki的文章对我们的想法影响最大。 我们文章的中心点是，当我们用人择原理计算我们这个宇宙，或者某个适合解释这个宇宙的理论的几率时，到底是不是要假定这个几率和所有出现在这个宇宙中的智慧生命成正比？我们答案是否定的。我们给出的建议是，应该只计算智慧生命存在的几率。换句话说，存在就行了，管他有多少。这个建议可以用来回避很多难题，例如所谓Boltzmann大脑问题。我过去也讨论过Boltzmann大脑问题： 关于熵（2） 这个问题的实质是，随机涨落产生的Boltzmann大脑看起来比通过进化产生的人类要多得多（理论上，实际我们没有看到），为什么我们是人类呢？ 我们文章中将这个问题类比于另一类问题，假如地球上的人口还是像现在不断地增长，我们为什么不出现在将来，恰恰是现在？为了逃避这个问题，我们可以假定世界末日很快就要到了，所以我们这个时代可能就是人口最多的时代。Page同学提出的一个解释就很类似这个世界末日论。这个解释我们不喜欢。 可以将上面的问题转化为另一个问题。假如人类不因为偶然的事件或者人类的愚蠢而遭到灭绝（这个我实在没有信心），那么人类的人口在向太阳系外扩张的时代肯定比现在要多得多。那么，为什么我们没有发现我们住在宇宙飞船中，而是住在一个污染极其严重的城市？ 传统的人择原理几率计算总是假定几率和智慧生命的个数成正比，所有上面的问题都会出现。如果我们仅仅计算存在的几率，就不会有这些问题了。 那么，计算存在的几率的依据是什么？很简单，我们是人类，不是任何一种智慧生命，我们不但是人类，还是某个太阳系中的地球上的人类。所有这些，应该当前提接受下来，这是我以前的“李氏事后诸葛亮原理”的数学表述。我们的宇宙只存在一次，我们人类只存在一次，没有一个超智慧在一大堆智慧生命中将我们随机挑出，所以我们不能将那一大堆智慧生命作为我们的前提（或者更准确地说，数据），毕竟我们是观测者，而不是那个超智慧。 … 继续阅读 →

暗能量继续是宇宙学上热门话题。 我的同事兼同行蔡荣根同学最近提出了一个新的暗能量模型，暗能量密度为 其中是宇宙年龄，他说这个结果来自于Karolykazy关系。关于细节，见原文 A Dark Energy Model Characterized by the Age of the Universe 老实说，这个动机还是挺诱人的，暗能量的形式很像全息暗能量。 不过，我对一些技术细节有疑问。 假定暗能量的状态方程指标是，那么，暗能量作为标度因子的函数是 根据蔡的公式，标度因子作为时间的函数就是 我们看看上式的简单推论。 第一，当物质为主的时候，我们知道，，说明此时，暗能量的状态方程和物质一样。我们是否可以推论（不用去解蔡的方程），这个结果和用Hubble视界作为全息暗能量的红外截断的结果一样？也就是说，暗能量其实不加速宇宙膨胀。 蔡文说，当物质为主的时候，他的暗能量迅速增长。这很奇怪，因为根据基本公式，暗能量永远与宇宙年龄的平方成反比，怎么会增长呢？根据我们前面的简单推论，暗能量其实和物质的增长方式是一样的，所以相应的不随时间变化。 在暗能量为主的时期，很容易解Friedmann方程，这个时候暗能量的状态方程的确取决于暗能量公式中的一个系数。 这个暗能量模型有一个有趣的行为：它的状态方程总是和主导宇宙的那个能量的状态方程一样，如果标度因子作为时间的函数是一个幂函数。这就带来一个问题，也许暗能量永远不能主导宇宙，如果一开始其它能量形式主导宇宙。 还有其它一些有趣的文章，我稍后评论。 PS：王一今天给我的一封信： 李老师， 您好，我和王焘仔细地check了蔡老师的工作，发现在宇宙中同时含有物质和ADE的情况下，尽管蔡老师的文章没有代数计算上的问题，但是和您前几天说的一样，蔡老师的解是把方程进行微分等操作时候得出的额外的解，不满足最初的方程。数学上唯一的正确解应该是 也就是为常数的解。这正好对应于物质和ADE能量密度的比例不变，所以和物理意义是符合的。 祝好 王一 ————————————————————— ‘t Hooft今天贴出一篇文章 The Grand View of Physics 开头向A. Salam致敬： … 继续阅读 →

再加热是个现代宇宙学中的名词，英文为reheating。这个词很有意思，似乎宇宙中存在一个加热过程，后来又有一个再加热过程。其实不然，在最流行的暴涨理论中，暴涨期间宇宙是没有温度的，有的只是暴涨子携带的能量，在暴涨结束的那一刹那，暴涨子携带的能量转化为辐射能量-即相对论性粒子，宇宙被“再加热”了。现在所有的物质包括暗物质被认为就是再加热时刻产生的。 再加热这个词看来英语的Wikipedia中没有，Sci-Tech Dictionary是这么解释的 (astronomy) A scenario suggested by the original calculations of the inflationary universe cosmology in which, following inflation, the universe quickly thermalizes to a temperature that is comparable to the energy density stored in the original symmetric pre-inflationary … 继续阅读 →