博客李淼

过去数年学术界一直时兴交叉，典型的有生物与物理学的交叉，金融与数学甚至物理学的交叉。这样的交叉是学科与学科之间的交叉，两个不同的学科本来隔得很远，而一个学科中的学者在学习另一个学科的背景知识和主要问题之后将本学科的方法和知识带到另一个学科，对那个学科发展起到极大的推动作用。所有这些交叉学科的研究其实都还处在起步阶段，前景不可限量。

这次我要谈的其实是一个大学科之内的不同的小学科之间的交叉，具体地说，就是弦论与凝聚态物理之间的交叉。表面看起来，一个学科不同分支的交叉是自然的，其实远不是如此。自然科学特别是物理学到了现代，分工越来越细，很少有人能够同时具备两个或更多不同分支的知识，更不用说做研究了。隔行如隔山这句成语在今天特别有效。

追踪历史，凝聚态物理一开始并不是一个独立的物理学分支。19世纪，麦克斯韦和玻尔兹曼等人发展了统计物理学，建立了热力学的微观基础，统计物理就是现代凝聚态物理的基础。那时，理论物理学家不认为理论物理学不同方向是分开的，他们中间有些人甚至还做实验，例如麦克斯韦本人。到了20世纪初，大多数理论物理学家还能研究理论物理中的任何一个方向，爱因斯坦就是一个典型的例子。其实，爱因斯坦甚至可以看作固体物理的奠基人之一，因为他用量子论解释了固体在极低温之下的零比热。

到了现代（大约1950年后），固体物理和内容更广泛的凝聚态物理才开始独立成为一个分支，其中的研究人员成为专门研究这个分支的专家。但是，凝聚态物理一直与理论物理的另一个大分支粒子物理有密不可分的关系，因为这些分支的基础都是量子力学，甚至量子场论。凝聚态物理更加关心一个系统在有限温度下的宏观性质，而粒子物理的大多数问题是少量粒子组成的系统的问题。当我们需要研究一个由很多粒子组成的系统，此时问题和研究方法与凝聚态物理并没有多少区别。仅有的不同是，凝聚态物理系统关心的是由分子原子或者电子组成的系统，而粒子物理则关心由基本粒子组成的系统，后者的基本组成部分在尺度上比前者的小。我们不能仅由这个区别就得出两个物理学分支研究的问题没有任何关系。

粒子物理在上世纪80年代初开始真正关心一个有温度的基本粒子系统，或者更准确地说，一个有限温度的量子场论。上世纪70年代发现了弱电统一理论，强相互作用理论也已成型，即量子色动力学，这两种理论都是规范场论。同时，暴涨宇宙学在80年代初期成为宇宙学研究的一个重要方向，而研究暴涨宇宙学需要考虑最基本的相互作用及其在有限温度下的性质。这样，有限温度场论就从那时起成了一个不大不小的研究领域。

凝聚态物理中的一大类问题可以用场论描述，特别是当一个系统处于临界状态。处于临界状态的最有名的例子是临界乳光现象。在70年代，用场论来研究临界现象一度风行，K. Wilson也因开创性研究获得诺贝尔奖。到了80年代中后期，弦论的研究涉及到2维场论，而这些2维场论恰好和研究临界现象的场论一样，正好可以描述同样维度下的临界现象。

所以，弦论早在80年代就和凝聚态物理有交叉了。最近一年来，这种交叉再次出现，但以完全不同的方式。

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（下面是根据我去年在“量子力学在中国”的会议上的报告整理出来的文章，将发表在《现代物理学知识》，勿转）

直到上世纪60年代，爱因斯坦的广义相对论一直是理论物理中理论色彩最浓的一个分支，那时广义相对论的主要实验验证是水星近日点进动、太阳引力场中的光线弯曲、引力红移。直到宇宙学和涉及强引力场的一些天体物理问题成为实验（观测）领域后，广义相对论才成了和其他物理理论如粒子物理类似的学科。与此同时，人们开始尝试将引力和量子力学结合起来，这就是著名的量子引力或引力量子化问题。

在西方，最早研究引力量子化问题的有Feynman和DeWitt，他们的尝试虽然不成功，却留下了一些重要概念和方法，例如后来在研究规范场论量子化中起到重要作用的鬼场，引力的正则形式。其实，比Feynman和DeWitt更早对量子引力感兴趣的是Dirac，他研究了引力的正则形式，由此还发展了含有局域对称性和约束的动力学系统的研究方法。这些工作都成了经典。Feynman的老师John Wheeler也有一些早期贡献，例如以他和DeWitt命名的引力波动方程（即波函数所满足的哈密顿约束方程）。Veltman, `t Hooft在成功研究了规范场量子化之后，也尝试过研究引力量子化，得到了一些引力不可重正化的结论。

弦论则发端于1968年Veneziano散射振幅。这个散射振幅满足一些很特别的要求，例如所谓s道和t道对偶。人们发现，Veneziano振幅不能从只含有限个场的局域场论导出（这些场论中的散射振幅不可能具有对偶性）。将这个振幅分解为通常的Feynman规则给出的图，中间态包含无限多个粒子，这些粒子的自旋和质量没有上限。人们很快推广了Veneziano振幅，但目的都是描述强相互作用过程。Nambu和Susskind等人证明所有这些振幅描述的其实是弦和弦的散射过程，人们就这样偶然地发现了弦论，弦论不同于局域场论，但可以满足量子力学的一切要求。直到数年之后，Schwarz和Scherk，以及Yoneya独立地发现中间态总是包含一个质量为0自旋为2的粒子，而且低能相互作用就是引力相互作用。他们建议弦论可以被看作量子引力理论，因为在70年代中期，引力量子化依然是一个难题。

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（《新发现》专栏，勿转）

《爱因斯坦的望远镜-探索暗物质和暗能量》一书，作者是Evalyn Gates，芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所助理所长，最近为张威和上官敏慧译成中文，近期就要出版。

“爱因斯坦望远镜”听上去很陌生，其实是专业名词“引力透镜”的一种大众化的说法。我们知道，光学透镜-望远镜的主要组成部分，是通过镜片的折射率来聚焦成像的，那么，引力透镜的原理是什么？在爱因斯坦的引力理论中，光线走最短程线，这种最短程线对于一个距离目标和引力场很远的观测者来说，看上去并不是一条直线。最初验证广义相对论的实验就是在日食时观测恒星光线掠过太阳后弯曲的角度，虽然由于引力场本身很弱这个弯曲的角度非常小。我们知道，通常的镜片是利用折射以及镜片的曲率来弯曲光线的，而引力透镜则是通过引力场的分布来弯曲光线的。既然引力场存在透镜现象，天文学家利用透镜现象研究引力场以及导致引力场的质量分布就很自然了。

光学透镜和引力透镜在过去被认为是很不相同的现象。非常有趣的是，最近对电磁隐形斗篷的研究发现通常的光学（电磁学）介质可以用引力场类比来研究，反过来，通过设计光学介质，人们开始模拟太空中的引力场，引力透镜效应，甚至黑洞。当然，实验室中的人工光学介质涉及到的空间尺度和时间尺度比太空中的引力透镜涉及到的尺度要小得多，这也为研究提供了便利。

《爱因斯坦的望远镜》是一本科普著作，以引力透镜现象的研究为主线，介绍了当今天文学和宇宙学最为引人注目的两个研究领域，即暗物质和暗能量，同时介绍了引力理论和现象、宇宙学和粒子物理学的一些基本知识。我没有读过英文原文，机缘凑巧，两位中文译者请我校阅他们的翻译，我乘机通过本书学习了过去我不太熟悉的一些知识，例如微引力透镜效应，X射线天文学。当然，本书的重点是通过不同侧面的研究展示目前暗物质和暗能量的研究成果，而将重心放在暗物质的研究上面。

全书由12章和尾声以及附注组成。第一章介绍了宇宙的组成和宇宙的历史；第二章和第三章介绍爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论以及宇宙的膨胀；第四章介绍引力透镜即爱因斯坦望远镜，包括一些奇特的引力透镜现象：一个球状物通过引力透镜成像为一个环状物，物体的拉伸和变形，甚至一个目标会形成数个像，形成引力透镜的质量越大、分布越大，则引力透镜的效应越明显；第五章介绍了在暗物质研究历史中最为流行的两类暗物质候选者，勇士和懦夫。这里勇士即MACHO，是英文“大质量致密晕物体”的缩写，这些大质量致密物体可能是黑洞，可能是昏暗的星体，而微引力透镜效应的研究的确证实了这些物体的存在，但占宇宙物质的比重不足以解释所有的暗物质。其次，懦夫即WIMP，是英文“弱相互作用重粒子”的缩写，这些粒子非常可能是暗物质的主要组成部分。

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1、Is cosmology about to become boring?

Steinn Sigurðsson在这篇博文中讨论了李惕碚老师等人的新文章Improved CMB Map from WMAP Data 。

他注意到在李老师等人的文章中，四极矩和八级矩不再有WMAP组所说的调准效应，所以他说宇宙学也许因此变得没有意思了。但他没有注意到，在李老师等人的工作中，四极矩彻底消失了，这是另一种奇怪的现象。如果李老师等人的结果是正确的，我们还需要理解这个现象。

2、Romantic Science

Sean Carroll看来也是一个文青。在这篇博文中，他指出西方的浪漫时期（1770-1830），诗歌比科学更为特出，出现了济慈，雪莱，拜伦，柯勒律治，布莱克，华兹华斯，歌德，席勒，普希金，等人。那个时期，诗人和科学家对彼此的工作都感兴趣。Sean Carroll写道

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策兰是我喜欢的西方诗人之一。

北岛《时间的玫瑰》策兰篇的题目是《策兰-是石头要开花的时候了》，选自策兰的诗《卡罗那》，此诗的最后一段：

我们在窗口拥抱，人们从街上张望：
是让他们知道的时候了!
是石头要开花的时候了，
时间动荡有颗跳动的心。
是过去成为此刻的时候了。

是时候了。

是策兰诗歌里少有的乐观的一段。这是写给女诗人巴赫曼的，我不知道为何北岛要选这一句作为策兰的题目。也许不同的人对一个诗人的感受不同，如果是我，我会选《白杨树》中的一句“我母亲的头发从没有变白”作为题目，因为策兰一生生活在母亲死于集中营和欧洲犹太人走进空中坟墓的阴影中，最后自沉于塞纳河。那一年，策兰50岁，从网上可以看到的照片判断，策兰的头发也从没有变白。

上面一段的英文翻译是

We stand by the window embracing, and people
look up from the street:
it is time they knew!
It is time the stone made an effort to flower,
time unrest had a beating heart.
It is time it were time.

It is time.

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本来打算昨天晚上在前面的博文后面接着写的，后来因为玩得太晚，就没有接着写。

不如重新开一篇。

由于北岛《时间的玫瑰》中关于诗人的随笔本来是为《收获》写的世纪金链系列，这些文章在《收获在线阅读》中可以看到。

北岛在《我认出风暴而激动如大海》开头对里尔克有一个总评：

正是这首诗，让我犹豫再三，还是把里尔克放进二十世纪最伟大的诗人的行列。诗歌与小说的衡量尺度不同。若用刀子打比方，诗歌好在锋刃上，而小说好在质地重量造型等整体感上。一个诗人往往就靠那么几首好诗，数量并不重要。里尔克一生写了二千五百首诗，在我看来多是平庸之作，甚至连他后期的两首长诗《杜伊诺哀歌》和《献给奥尔甫斯十四行诗》也被西方世界捧得太高了。这一点，正如里尔克在他关于罗丹一书中所说的，“荣誉是所有误解的总和”。

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最近读了几本书，随便写点感受。

《时间的玫瑰》

这是北岛关于九位西方诗人的随笔集。

我对北岛后期的作品的印象并不深刻，但我觉得他关于西方诗人的随笔集非常好，过去陆续在网上读过一些，例如关于策兰，关于里尔克，关于艾基，关于洛尔加。北岛在美国教课，一定帮助了他理解这些诗人。

很奇怪，他对里尔克的评价并不高，说仅仅是因为《秋日》，才将里尔克放进20世纪最伟大的诗人之列。其实，所有这些诗人的中文翻译，我读里尔克最多，几乎将一本绿原翻译的里尔克诗选都读了，最近还读了臧棣编选的里尔克诗选。绿原的翻译很难懂，虽然他本人是一位诗人。北岛作为一位标志性的诗人，他的翻译高出别人的不少。北岛注重翻译的忠实，以及汉语的节奏感，这些我都很欣赏。

我曾经自己想翻译一点里尔克的《献给奥尔甫斯的十四行》，我不懂德文，要翻译也只能依照英文的一些译本。毫无疑问，由于英文本身距离德文比中文距离德文更近，一些翻译更有感觉，至少比我们能看到的中文翻译好多了。为了真正理解这组著名的十四行，我将来肯定要断断续续翻译一点这组诗。至于杜伊诺哀歌，理解起来更为困难，甚至北岛都说他觉得这些诗歌在西方被夸大了。我还在消化这些诗歌的过程中，不敢自己去翻译这些艰深的长诗。

我是从北岛这里了解了一点曼德尔施塔姆的，也是从他这里了解一点狄兰·托马斯的，我特别喜欢北岛翻译的曼德尔斯塔姆的《列宁格勒》：

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最近读了几本书，等有精气神的时候再写点心得。

博客总是要更新，没有什么要说，就抄录几首诗。潘维是男人，朱巧玲是女人，我从他们那里读到的却都是女人，像阳光透过窗帘曲折地照进来，温暖，明亮，是在江南的一座浮着人气的老宅里。

先抄潘维的几首近作。

彩衣堂
——献给翁同龢

潘维

一

傍晚，老掉牙了；
书香，被蛀空了；
梁、檩、枋、柱处的游龙不再呼风唤雨；
天伦之乐是曾经喜上眉梢；
整座宅第，静候着新茶上市。

二

历来，虞山一派，
雨水繁多，精神苍茫；
领头的翁家有一件尽孝的彩衣，
有一条联通龙脉的中轴线，
可依次递进命运的格局。

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最近几年，电磁隐形斗篷的研究很热门。

我完全是外行，去年早些时候，葛墨林老师给了我几篇文献，我看了一下。电磁隐形斗篷是利用介质的特殊介电常数（一般是各向异性的，所以介电常数是一个矩阵），使得电磁波通过该介质时，表面上看起来没有通常的反射、折射和衍射等效应，如同那里根本没有任何东西一样。这样，一个人或一个物体披上了这样的斗篷，就像穿上了隐身衣，看不见了。

电磁斗篷由于介质的关系，一般不会对所有频段都是隐形的。不但有很多理论研究，也有了不少相关的实验。

最近，葛老师及其学生写了一篇论文，指出可以用广义相对论的形式理论研究电磁隐形斗篷。我不知道他们的文章是否已经发表，所以就不贴出他们的文章了。他们的研究提出了一个有趣的问题，就是，宇宙间的介质的介电常数是否影响了光的传播，从而导致表面的宇宙学效应？例如宇宙加速膨胀。稍微思考一下，这种效应应该不会影响暗物质的确认，因为暗物质主要是靠引力透镜（可能被介质的介电常数影响）和星系及星系团的旋转曲线（不会被介电常数影响）决定的。

与葛老师等人研究呼应的是，最近Berkeley实验室的Xiang Zhang用光学材料来研究广义相对论效应，例如黑洞和引力透镜效应。

我抄录一个博客的部分内容如下：

Zhang, a principal investigator with Berkeley Lab’s Materials Sciences Division and director of UC Berkeley’s Nano-scale Science and Engineering Center, has been one of the pioneers in the creation of artificial optical materials. Last year, he and his research group made headlines when they fashioned unique metamaterials, composites of metals and dielectrics, that were able to bend light backwards (Invisibility Cloak Gets A Nanomaterial Boost), a property known as a negative refraction and unprecedented in nature.

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两天前，刘浩和李惕碚老师终于将他们对WMAP原始数据的不同分析的文章贴出来了：

Improved CMB Map from WMAP Data

我几个月前就听了李老师报告这个工作的主要结果，觉得很有价值。

他们为什么得到不同于WMAP的结果？主要原因有二，第一，他们认为WMAP由温差构造温度图的过程中有严重的错误，第二，他们认为WMAP用了一些很有疑问的数据（主要被行星污染）。我是外行，如果这些理解有误请专家指出。

他们的主要结果如下：

1、四极矩完全消失，用cosmic variance无法解释这个现象（WMAP的结果中虽然四极矩被压低，但不是0）。

2、不存在过去的四极矩与八极矩alignment。

3、第一个声学峰与第二声学峰之比升高，说明重子物质的比例更高些。

4、暗物质成分升高，暗能量成分降低（从WAMP5的74.2%降低到67.7%）。

5、CMB功率谱指数降低（从0.963降低到0.955）

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