分类目录归档：宇宙学

在美国，和炒面齐名的中国食品大概是chop suey，我找了半天相应的中文，没有。我自做主张地将这个词翻译成炒碎。炒碎，其实是一种垃圾食品。 查 answers.com，有一条 chop suey [chop SOO-ee] dating back to at least the mid-19th century, this Chinese-American dish includes small pieces of meat (usually chicken) or shrimp, mushrooms, bean sprouts water chestnuts, bamboo shoots and onions. These ingredients are … 继续阅读 →

标题说明：过去我在美国的时候看到美国的一位女侦探小说家 Sue Grafton写过一系列小说，题目很有启发，都是将一个单词的英文字母提出来，然后形成一本书的书名，如，《K Is for Killer》， 《C Is for Corpse》。Grafton牛的地方是从字母A开始一直排下去，中文谁能做到？到了今年，Grafton已经写到T了，《T Is for Trespass》，way to go, Grafton! ———————————————————- 下面是“应试”文章，Jeff问我对Simon D.M. White一篇文章的意见，这篇文章我过去看过标题和提要，没有看具体内容。刚才找点时间读了一遍，说说该文的主要内容和我的看法。文章见： Fundamentalist physics: why Dark Energy is bad for Astronomy 每个科学领域都有自己的价值观，即使是同属数理科学的数学、物理、天文，价值观的差异是巨大的。 Simon D.M. White是一个很有名的德国天体物理学家，带出过几位很有成绩的中国学生，大多数我都认识而且熟悉。 这篇文章以两个著名的天文“实验”来说明天文和物理，后者主要指高能物理，的价值差异：Hubble空间望远镜(HST) 和WMAP。前者涉及到更多的人和钱，得到了广泛的以及意料不到的结果，后者涉及到具体的计划，即观测微波背景辐射的微小涨落，结果是理论上预期的，对天体物理的其他领域影响没有那么广泛。 HST计划是更加传统的天文计划，涉及面广，结果出人意料，现象更加复杂，WMAP则更像高能物理计划，涉及的问题相对单一，目标明确。这两个计划的不同标明两个领域的价值观的不同。White认为，对天体物理发展影响更大的是HST。 由此引出天体物理界近几年的发展趋势，凡是涉及到暗能量的观测计划更容易得到人力支持和经费支持。暗能量是物理问题，彻底解决也许很困难，而且可能存在系统误差的极限，即我们也许永远不能用天体物理实验确定暗能量的本质，即使有进展，也是量方面的进展。观测实验不能像传统天文观测带来更丰富的结果和起到对年轻人的训练作用。 我觉得White的主要观点没有问题。如何采取他的建议，并得到一个很好的平衡是很困难的事。 尽管我想赞成White的主要观点，我觉得他的一些想法还是太局限于自己的领域。如果我们将眼界放宽些，认为科学作为一个整体是进化的，不同领域之间的合作程度也是可以演变的，那么我们没有必要担心一类实验只给一类研究者带来好处，而给另一类人带来不好的结果。天文学和物理学不分家的一个经典事例是第谷－开普勒－牛顿，这三个人研究的领域在今天看来完全不同，在当时并没有分得那么清楚。按照今天的观点，第谷是天文观测，开普勒搞统计和数据分析加理论，牛顿纯理论，谁帮了谁，真的不好说。没有第谷和开普勒，自然没有牛顿的万有引力，反之，没有牛顿的万有引力，第谷的观测和开普勒三定律也不会变成这么有名。 下面是两张White用来说明Hubble空间望远镜结果的两张图，第一张是天鹰座星云图，其中有很多年轻的恒星和正在形成的恒星；第二张是最远的星系图。 … 继续阅读 →

下面是我今天下午在科大的演讲的ppt文件。 请大家不客气，有问题就问。你们的问题是我学习的动力 不只一个世界，不只一个梦想 还有pdf文件 我会将有理/有趣的问题提到正文中来。如果我回答不了，照样提上来。请大家给我点时间回答问题。 ———————————————————- 问答 postech： 假设在一个宇宙有个我：自旋向上还是向下不确定。那么另一个宇宙是否也存在同样一个我：自旋向上还是向下也不确定？如果答案是，那么这个第一层次的多宇宙，就可以作为一个量子克隆机，它复制了一个未知的量子态。而从量子力学，我们知道，一个未知的量子态不可以被精确复制。如果答案是否，那么即使我活的再长也无法看到另一个宇宙的我了。当然，如果我“想娶奶茶”，在另一个宇宙也娶不到了。 回答： 第一层次的多元宇宙中的历史重复不是克隆，也不是量子克隆，而是“宇宙”的个数多于历史的个数造成的，所以并不破坏量子态不可克隆的原理。其实我们并不需要考虑多元宇宙，只需考虑Einstein-Bose凝聚，当凝聚发生时，很多玻色子处于同一个态。不过你提到的量子复印不可能性是一个很有趣的话题，过去讨论黑洞的信息丢失问题时曾经用过这个原理。假定黑洞视界能够做到量子复印，信息就可以不丢失，但这是不可能的，所以必须有其它机制。也许很多人不熟悉量子克隆，我将这个定理的证明附在下面。 附：量子克隆不可能的证明。假如我们想克隆态，考虑张量积。克隆必须是一个么正过程，就有 同样，我们也如此克隆另一个态，这样 推出 一般是不成立的。 mark sun： 为什么永恒暴涨需要依靠量子涨落？我觉得量子涨落是微观上实现各态历经的动力来源，因为这样一来多元宇宙就能尝试遍历所有的初试条件。 回答： 据我所知，量子涨落本身不能认为是各态历经的动力来源，相互作用是各态历经的来源。当然，量子涨落会在各态历经中起作用，例如，一个孤立的原子通过与真空涨落的作用发生自发辐射。如果一个系统中的原子之间没有直接相互作用，原子们的自发辐射引起的相互作用也会导致各态历经。 在所谓的新暴涨模型中，不需要标量场的量子涨落，不过我们需要特殊的初始条件，就是标量场从那个特定的亚稳态出发。有了标量场的量子涨落，永恒暴涨就变得很普遍的现象。 量子涨落要起作用，必须要退相干，而引力可以做到这一点。对于佛教我是外行，你说的也许和所谓的universal wave-function有关，Everett第一次提出many-worlds interpretation的时候就是这么说的，波函数描述所有世界的整体。 富富得正： 我也想知道呢，如果每个宇宙都可以有不同的物理规律，那么“热力学第一定律”和“热力学第二定律”也不成立么？ 回答： 我们说不同宇宙中的物理规律不同，指的是微观规律不同，例如在我们的世界中有弱相互作用，在另一个世界中可能就没有。在我们的世界中精细结构常数是，在另一个世界中精细结构常数可能是。我们总是假定不同宇宙中有些基本规律不会变，如量子力学，广义协变原理。热力学当然也不会变，因为热力学定律可以通过统计和刘维定理推导出来。在非常长的时间标度上，热力学第二定律可以被违反，例如Poincare循环定理说在非常非常长的时间中，系统会出现熵减少情况。 呵呵： ‘t Hooft说他比较反对多元宇宙思想。在量子力学解释上，他倾向于隐变量解释，他认为，现在说波尔打败了爱因斯坦还为时尚早，将来可能又会转回去。 回答： ‘t Hooft认为在更加基本的层次上世界是遵从经典决定论的，量子规律的出现是因为演化作为算符来说会将不同的态映射到一个态（如果我的记忆不错的话），我怀疑这不是我们传统上的经典力学。即使是，我觉得’t Hooft没有能够推出线性叠加原理，这是量子力学的关键之一。 mark sun： 量子涨落出来新的宇宙分支，那么构成这个分支宇宙的物质和能量从哪里来的呢？ 回答： 物质的能量本身不守恒，引力能往往是负能，所以可以无中生有，因为体系的总能量为0。其实暴涨理论是无中生有的关键机制。在物质产生之后（物质指的是非相对论性物质），由于压强可以忽略，物质的能量是守恒的。在我们的宇宙中，现在的物质多少可以追溯到物质开始主导宇宙时的物质多少。在暴涨时期，能量由标量场势能主导，这个势能密度基本不变，而宇宙迅速膨胀，所以总能量迅速增大，同时，我们可以说引力的负能也迅速增大。整个可观测宇宙其实来源于大约是10公斤的标量场能量。 … 继续阅读 →

利用人择原理解释宇宙学常数时，我们必须假定所谓的平庸原理（mediocrity principle），就是说，我们这个宇宙是众多宇宙中的平凡一个，和大多数宇宙没有太大的不同。平庸原理起源于科学哲学中的地球不是宇宙中心的想法，所以又叫哥白尼原理。 没有平庸原理，我们很难解释现在的宇宙学常数的大小，因为智慧生命的产生允许很大的宇宙学常数，Weinberg当年用人择原理计算宇宙学常数“期待值”的时候，假定了这个原理。 我今天跟冯朝君王一两同学讨论的时候，说出“张三李四王五原理”，因为张三李四王五是普通人。王一同学问为什么这些人的排行都偏大呢？我说咱们中国人兄弟姐妹多，平均排行偏大。当然，为了对王一表示尊敬，我决定将张三李四王五原理改成张三李四王一原理。暂时不考虑王二同学，因为在王小波的笔下，王二总是一个能工巧匠，不是一个俗人。 最后，我们必须强调，平庸原理不只是人择原理信奉者们的圭臬，相信地外智慧（SETI）的人早就谈这件事了。Carl Sagan用这个原理证明银河系中应该有一百万个地外文明。我们至今没有跟外星人取得联系是否说明平庸原理是错误的？所以，有人提出罕见的地球假设。 我也倾向提出罕见的我们的宇宙假设。（在多元宇宙这个前提下，名词变得这么不可思议地笨拙） ——————————————————- 《新发现》催稿，我上回的中国神话5没有写完，现在补齐。前半段见 中国神话中的现代宇宙学5 佛教虽有不少的神话成分，与道教相比宗教的色彩更浓，这可能是佛教在中国历史上一直占上风的原因。如来同学得道后，一直活到80岁，因为身染重病，解脱而去，并没有后世道教为教祖们编造的那些神话，甚至复活的传说都没有。 然而早期的小乘佛教为了传播宗教的原因，不免多有夸大渲染，所以小乘佛教的思辩气息没有后来的大乘佛教浓厚。应该说，后世佛教在思辩冥想方面远远超过道教。道教不脱中国本土重利的传统，道教的徒子徒孙们看重的不是成仙，就是驱鬼驱狐，最不济也是苻水治病，将一个宗教弄得落了下下乘。义和团的大师兄小师弟们玩的就是这些名堂，哪来的工夫思考人生的意义宇宙的起源？ 现在谈谈佛教的宇宙观。小乘佛教认为佛只有一个，就是教主释迦同学。他人修道，也仅达到不生不灭的境界。这个主要信仰可以作如下解释：宇宙只有一个，如同佛只有一个，而对于佛来说时空本身不起作用。一般人断尽三界烦恼，超脱生死轮回，但也在时空管辖的范围内。就像在宇宙学中，我们经常要假想一个永恒不死的观测者的存在一样。因为有了这种理想观测者，宇宙的定义才有了可操作性，就是说，可观测宇宙所含的时空与这个不生不灭的观测者有因果联系。而不能与理想观测者发生因果联系的地方我们永远看不到，也不能给我们施加任何影响，这样的时空区域最多可看作是另一个宇宙。 大乘的看法是在我们这个宇宙之外还存在着无数个宇宙，这很像现下流行的多元宇宙的看法。首先，大乘佛教认为三世十方有无数佛同时存在，释迦同学不过是2千多年前那个幸运的一个。小乘是一个人修行，一个人解脱，有点要解放全人类，必须先解放自己的意思。大乘来得更加无私，要普度众生，要成佛救世。到了四大菩萨之一的地藏菩萨那里走到了极端，我不入地狱，谁入地狱，地狱不空，誓不成佛。 如何看出大乘提倡多元宇宙呢？我们看一下大乘成佛的过程就知道了。一个人只念一生佛不能成佛，需要经过无数生死，历劫修行。这里所谓劫，就是宇宙从开始到结束。有开始有结束，根据现代宇宙学的观点，就应该存在我们这个宇宙之外的宇宙。 有人会问，暗能量的存在是不是说明宇宙也许有开始，肯定没有结束，因为暗能量使得宇宙一直膨胀下去。这种理解也无不可，却是比较狭隘的。因为即使宇宙一直膨胀下去，下一个轮回完全可以起源于所谓的涨落。很多人认为，我们的宇宙就是开始于过去一个宇宙中的大涨落。 综上所述，佛教的教理较之其他任何宗教的确更加富有想象，从而更加使得世人充满期待。在中国传播的主要是大乘佛教，重利的中国人也喜欢大乘，可见想象力的魅力。

今天开始准备礼拜五在科大的一个报告，题目是 不只一个世界，不只一个梦想－乱弹多宇宙 欢迎在科大的学生届时来听。 多宇宙这几年被炒得很热，当然因为弦论里面有landscape，支持了多宇宙的想法。其实，研究宇宙学的人很早就知道多宇宙的可能了。 最早考虑多宇宙的人是Steinhardt，在研究新暴涨理论中发现这个可能：当一个空间区域处于假真空时，整个区域不可能同时衰变，只有一部分开始衰变，渐渐成为一个可观测到的宇宙，另外的部分暂时还处在假真空从而暴涨，过一段时间后这部分没有衰变的被放大了，其中一部分开始衰变成为新的可观测到的宇宙。过了一段时间后，没有衰变的又被放大了，其中一部分开始衰变……这样，新的可观测到的宇宙不断产生。由于衰变的部分总是一个泡泡（不一定是规则的球状），所以每一个渐渐到达真空的宇宙又叫泡泡宇宙。 我的所谓可观测宇宙只是一种叫法，我们没有必要假设每个泡泡宇宙都会有智慧生物产生。在更为一般的所谓chaotic 暴涨中，每一个泡泡宇宙中的物理学常数都可以变化。在chaotic暴涨中，主要机制是量子涨落，而新暴涨模型产生泡泡宇宙的机制是自发衰变。 所以，只需要一个简单的标量场，就会产生多宇宙图像。在弦论的landscape中，有很多标量场，从而多宇宙的图像更加复杂。 我在报告中还会讲到量子力学中的多世界解释。现在暂时不谈，报告之后将ppt在这里公布。 在多宇宙这个科学猜测远远大于事实的领域，Max Tegmark走得最远，他甚至认为，一切数学上自洽的宇宙物理上都应该被实现了。 Tegmark还是研究所谓量子自杀的人之一。今天没有时间仔细谈这个事情，下次专门谈。 也许在Tegmark心里，宇宙学中的多宇宙和量子力学中的多世界有关系，所以量子自杀和宇宙学也有关系。研究弦论的人，Susskind似乎也这么想。 接下来我谈谈两个最近和多宇宙有关的研究。 第一个和Boltzmann大脑有关。 Carlip写了一篇 Transient Observers and Variable Constants, or Repelling the Invasion of the Boltzmann’s Brains 他指出，如果精细结构常数越来越小，Boltzmann大脑就不会充斥宇宙，原因是，当精细结构常数变小时，靠量子涨落产生Botlzmann大脑的几率越来越小，小到仅靠宇宙指数膨胀也不能补偿。如果电子质量与质子质量之比越来越小，效果也一样。我们并不需要很大的变化率。在精细结构常数情形，相对变化率达到每年就可以了。 如果考虑Botlzmann大脑是热涨落产生的，要求质子的Compton波长越来越小（严格地说，质子的Compton波长与宇宙视界半径之比越来越小）。 有趣的是，当精细结构常数变得太小，开始与弱引力猜想矛盾的时候，也许Boltzmann大脑开始主导宇宙了。 第二个工作是前面提到黄庆国的工作。他说，弱引力猜想应用到暴涨宇宙时可能限制标量场不能大于Planck质量。 如果这是很多非平坦势能的一般结论，那么很可能和Linde的chaotic暴涨产生多宇宙矛盾。举一个例子，在情形，多宇宙产生的条件是标量场要大于Planck质量除以耦合常数的方。观测说明，耦合常数非常小，所以标量场必须比Planck质量大两个量级。这和黄的结论矛盾，他自己并没有在文章指出这一点。 当然，要求耦合常数很小是我们这个宇宙观测给出的。也许在别的宇宙中，耦合常数并不小，这就不会和黄的结果矛盾。不过另一方面，如果耦合常数太大，虽然标量场小，能量密度就太大了，量子引力效应就重要了。我觉得这个问题值得进一步研究。 问题：量子引力会禁止多宇宙的存在吗？

这次侃侃暴，原因是我原也不知道暴是什么，只是一到天文的会议上满耳是这个名词。后来知道是我们能看到的最远的致密天体，也是能量最大的。最远有多远？前面那篇博文提到的最大红移大于6，我们看到的应该是一百亿年前某颗星将自己燃尽的那一刻，那一瞬。 纳兰同学的词也有尽头，这次实在找不到他哪一句切题的，只好放弃，找其他人写的了。结果如何呢？无论是超新星还是暴，都是现代的题目，自然没人写的，只好去找烟花这个题目。 找到一首，我也不知道是谁写的，中有“万点千星明复谢”，这个最切题。为什么？因为在地球附近，我们几乎每天都能观测到一个暴，一年下来近400颗，所以很多暴是以哪天看到来命名的。

早在一月份，Bradley Schaefer就声称暗能量可能是phantom，一种驱动宇宙加速膨胀且密度越来越大的能量。我在一篇博文三人成虎谈了这件事。狼来了喊了半天，终于来了，不过来的不是一条狼，可能是一条狗。 Schaefer在今天出现在arXiv的一篇文章中说，他用了69个爆，得出的结论是这些大红移Hubble图说明暗能量与宇宙学常数不矛盾： The Hubble Diagram to Redshift >6 from 69 Gamma-Ray Bursts 最远的一个爆的红移是，有一半的爆红移大于。从他的Hubble图中看，只有15个爆的红移小于1。由于红移比较大，我觉得他的关于变化的暗能量的结论不会太可靠，因为任何一种已知的参数化都不会太合适。

纳兰容若同学是女人眼中的极品男人，因为他多情而不滥情。虽然夫人有过两任，情人至少一个，和柳永或者杜牧比起来，还是非常专一的。他的悼亡词我觉得比苏轼的好： 蝶恋花 辛苦最怜天上月，一夕如环，夕夕都成玦。若似月轮终皎洁，不辞冰雪为卿热。 无那尘缘容易绝，燕子依然，软踏帘钩说。唱罢秋坟愁未歇，春丛认取双栖蝶。 我个人觉得比“十年生死两茫茫，不思量，自难忘。”更感人至深。当然，纳兰走的路数和苏轼不一样，纳兰是纯粹的婉约派，苏轼写这类词我觉得有些不伦不类，韵味少了很多。苏轼的大白话固然也不错，很多人喜欢还是因为他的名声的缘故。 为什么我要谈纳兰？因为我最近对红豆树有了调研的兴趣。百度搜索红豆，出现纳兰的一首词：

前面我曾给出安意如的链接，用了“人生若只如初见”。纳兰词： 人生若只如初见，何事秋风悲画扇？等闲变却故人心，却道故人心易变。 骊山语罢清宵半，夜雨霖铃终不怨。何如薄幸锦衣儿，比翼连枝当日愿。 说的是班姬和杨妃的事。人生的初见总是美好的，至少留在记忆中是最为美好的一面，班姬如果能够对成帝如初见的时候，那么成帝也许不会终于不理她。如果要求成帝比“薄幸锦衣儿”更专情是不可能的，然而在赵飞燕和合德之外依然与班姬比翼连枝还是有可能的。从这一点来说，李夫人对刘彻同学的做法就高明得多。 闲话少说，回到正题。最近，NASA发布新闻