Wednesday, May 1, 2013

天空的光谱并不是在可见光范围内均匀分布的，其光谱在400nm（如果你承此为“紫”的话）以下强度很低，而在750nm以上也没什么分布，峰值出现在475nm处，算是“蓝”色吧。。。。。

神马是我眼中的物理？

科学女流氓 AMO物理博士生 ψ

2011-02-19 01:53

好久之前写了这篇文章。。发到淫淫网，不如发到有比较多人能看得懂的地方。。。恩。。！

说物理之前先说说科学，这科学到底是神马？我个人很欣赏的一个观点是由Karl Popper提出的关于所有能被称为“科学”的学科必须具有falisifiability（可证伪性）的共性。这神马叫falsifiability呢？简单说来就是，如果你提出一个命题但是你没有办法去否证它，那么这个命题就是不科学的。当然Popper也有决断不够明智的时候，比如他始终是很反对哥本哈根学派对量子力学的解释的。。

这说到falsifiability，就让我想到了那个自杀死的数学家、逻辑学家Kurt Godel，Godel解决了Hilbert的23个重要数学问题中的一个（或者说否证了）。Godel说，在一个逻辑自洽的范围内，总有一些命题是无法证明其真伪的，当然，除非你跳出这个范围去讨论这个问题——说的通俗点，当你去建立一个体系的时候，总会有一些很根本的假设和公理，你的一切定理和证明结果都是从这些公理中得出的，而在这个体系内，你没有办法去证明这些假设和公理的真伪。

当然，在大多数物理体系中，我们很少去挑战物理定律的真伪，比如：能量守恒，动量守恒。能量守恒，动量守恒等等，根据一个叫Noether's Theorem的定理（基本说的就是每一个守恒定律都对应于一个物理系统的可微分的对称，"there is a one-to-one correspondence between a conservation law and a differentiable symmetry of the physical system"），我们知道，能量守恒是因为Lagrangian的时间不变性(time invariance)，动量守恒是因为Lagrangian的空间不变性(space invariance)。说到空间不变性，话说JILA那位因为发明frequency comb而拿Nobel Prize的John Hall貌似在他的小黑屋里试图测量空间不同方向的homogeneity。而说到挑战物理定律的真伪，就要说到什么时候物理定律失效呢？根据现有的理论，宇宙诞生于大约140亿年前的大爆炸，而现在已知的物理定律存在于大约大爆炸发生后的1/10的37次方秒后的时间，在0-1/10e37的一瞬之间，被认为物理定律是失效的，或者说通俗点，是不知道那个时间段里，物理定律是神马草泥马的样子滴。

在学了物理之后，常常震惊我的一件事情是这个世界是可以被理解的，甚至是量化理解的。这是一件极不寻常的事情。有人问我，知道了“为神马天空是蓝色的”的关于Rayleigh Scattering的物理原理，那美感不就丧失了。我很好奇，为什么欣赏美的能力一定要和朦胧感或者神秘感神马的联系在一起呢，在知道了天空是蓝色的原理之后，我照样能欣赏万里无云、碧蓝天空的视觉上美好，而心头那种为自然所倾倒的感觉可能尤甚。因为我知道，这种美不仅能被欣赏，更能被了解破译。为这种现象之美和本质之美的结合而倾倒，我相信是驱使所有科学家努力去理解事物的最终动力。

接下来，我想侃侃我个人很喜欢的几条物理定律或者物理现象。

1, 波粒二象性，wave-particle duality。这个波粒二象性实在是太经典啦。有一个叫牛顿的牛人，大家都懂的，就是那个成天被苹果砸、喜欢踩在别人肩膀上的人，他这个人喜欢把什么东西都粒子化，比如地球绕太阳转，简单来看就是一个小球球绕着一个大球球转，甚至再简化，这两个都不是球了，而是两个点了，只是一个点比另一个点牛，要重很多，搞到这个牛点以自我为中心，那个不牛的地球就要绕着很牛的太阳转。牛顿这牛考虑光线的时候，也觉得是一个小球，比如很喜欢找镜子的都知道反射原理，牛顿考虑反射就是将光线当作一个小球球撞到反弹来考虑的。然后过了些年，有个叫惠更斯的很不买账，觉得你牛顿太牛了一个人搞物理，抢了我们大家的饭碗，我必须搞一套不一样的东西来分杯羹吃。那个惠更斯就说光线是波，像投石子进河发散出来的东东。惠更斯这一搞不得了，把一些牛顿这大牛没搞明白的东西“衍射”给解释了，这下惠更斯把牛顿饭碗抢走了——这一抢就抢了好多年。然后有人闲着无聊拿光打金属，把人家金属的电子给打出来了，爱因斯坦一看是抢饭碗的好机会，就提出了“光电效应”一说，又把比分往牛队扳回了一分。后来又有闲人，把人家电子往开了缝的板子上打，这一打不得了，这电子突然变得跟波似的，竟然互相干涉了！这还了得，终于炸开了锅，有个叫de Brogile的学历史的觉得这架打得很好玩，决定调停一下，提出了“波粒二象性”——说任何物质即是波又是粒子，你想他粒子的时候他就粒子，想他波的时候就是波，非常方便，是居家旅行、男女老幼皆宜的普适现象。还关于这东东凑了凑字数搞了篇博士论文出来，那时候导师都很不push，这就给他拿了物理博士了，顺便这论文还拿了个Nobel Prize，真是史上最便宜的好事了。其实呢，大家发现这神乎其神的“波粒二象性”和一个叫海森堡的帅哥提出的“测不准原理(uncertainty principle)”有很大关系。

突然想写点关于物理定律的文章，下次说说uncertainty principle和其他量子物理的现象吧。。待续。