神马是我眼中的物理（2）
在继续侃大山之前，我先想说几句关于理论和实验，一般来说，总是先有现象再有理论的。毕竟人的想象力是有限的，在你发现1、2、3之前，自然界早有了4、5、6甚至7、8、9，所以科学规律一般来说，不只是物理而是基本上所有学科都是这样的，总是发现先于理解、实验早于理论。
大前天你Ampere和Faraday发现电磁喜欢互搞，前天Maxwell就跳出来说我终于搞出了四条公式，你这个情况就是其中一种，很好解释；昨天Onnes给固态水银降降温就突然发现水银的电阻不见了，今天亏了Landau，BCS等等大牛牛，满大街都知道超导省电节能是个好东东。当然也有情况是，理论先于现象。话说，80多年前，曾经有个叫Bose的人特别崇拜老爱，写了一篇关于玻色子的文章相要得到老爱的赏识，老爱多么仗义的人，马上给人家刊登了出来，这一帮貌似顺便搞定了Bose想要出国留洋几年的夙愿——看看人家牛牛多辛苦才搞到一趟欧洲游，我们这个自由平等的时代实在是很幸福啊。这篇文章文笔非常好，但可操作性不强，说的可是10^-7k的超低温，直到14年前，JILA的Eric Cornell和Carl Wiemann把人家Bose和老爱预言的BEC在实验上给搞出来了，众人马上就拜倒信bo哥了。
所以也有时人家现象先发现了下，然后理论跟着建立了下，之后光解释已知的，理论发现已经不过瘾，再预言了下其他本该发现但没发现的东东，然后大家争着去搞实验要看理论出丑，有时候理论就此胜利了然后自此号称东方不败直到下一个不怕死的来挑战，有时候理论不牛一下子就被打倒了，大家抢饭碗的劲头又足起来，吸取前人血的教训开始创立新的理论，或者再做一下子实验看看能不能弄出来点新东西。所以再次验证了一句话，科学是可被否证的。你建立的理论再怎样都好，如果不能被实验证明真伪，那就是空谈；你曾经的实验数据再漂亮都好，如果不能被重复而产生同样的结果，那原来的数据就是不可信的。
有些人认为理论比实验难，搞理论的人比较聪明；有些人觉得搞理论的整天扎数学堆里不懂实际情况不靠谱。其实大家也别争了，最牛逼的是大自然。曾经有看过一个广告说nature is beyond your imagination，人类再聪明也只是从已知现象去推导可能的答案，而发现新的未知现象才能帮助人类继续拓展科技的边界，而这种对未知领域的开拓只有靠实验才能做到，而实验要靠理论去给与合理的解释。大家都在推动科学进步，科学界不需要文人相轻。
接着来说说测不准原理，这个原理呢是我个人很YY的Heisenburg海森堡帅哥提出的——美貌与智慧并重，这人间极品啊。测不准原理说的是神马东东呢？说的是万物一种本质，在物理里面总有两个物理量很喜欢狼狈为奸搞在一起的，两个量好到怎么也没办法完全区分出来的地步，比如动量和位置，能量和时间（位相）。比如你要去测量一个东东的位置，那你得朝那个东东大约的方向打一大串粒子，大多数粒子都碰不上这东东，就按原路笔直走，而其中一个正好和这个东东相撞反弹了出来，你从它反弹的角度能计算出这东东你打它的时候在什么地方，但是当你去操作这个测量的时候，你的粒子已经扰乱了这东东原来的动量，使得它的动量变得不同了，而因为它的动量不同了，这东东的位置也从原来要去的轨道产生了偏离。而这种测不准原理不会因为你将对这东东的干扰减小而减小，这是万物自身的一个性质。其实呢，熟悉Fourier Transform傅利叶变换的同学们都知道，时间变换和频率变换的标准方差的积必须大于或等于2*pi，这其实是测不准原理的数学对应——这比任何的测量行为要更加根本。而一般的量子力学实验在碰到heisenburg limit的瓶颈前，要先碰到叫作standard quantum limit的极限，这standard quantum limit来自于量子系统的统计分布的error。。对于统计上的error，很多牛人就开始想办法去克服。。。
有些物理量，我们发现通过玩一些“把戏”是可能将测量精度提升到高于统计error的，比如如果我们能够在测量能量的同时完全不干涉位相，那我们就能把更多的误差（uncertainty）放到位相上，从而减少测量能量的误差；而要实现这样的实验，在量子力学上，这等同于说我们所要测的量必须和Hamiltonian能够commute，也就是说我们的测量对于所测量的量子系统而言是透明的，non-destructive的，在完成测量后量子系统是不会塌缩成其他eigenstate的。这就是现在很火热的Quantum non-demolition的一些实验的精髓。
之后的文章写些有名的量子牛人的争论吧。。。呵呵。。
大前天你Ampere和Faraday发现电磁喜欢互搞，前天Maxwell就跳出来说我终于搞出了四条公式，你这个情况就是其中一种，很好解释；昨天Onnes给固态水银降降温就突然发现水银的电阻不见了，今天亏了Landau，BCS等等大牛牛，满大街都知道超导省电节能是个好东东。当然也有情况是，理论先于现象。话说，80多年前，曾经有个叫Bose的人特别崇拜老爱，写了一篇关于玻色子的文章相要得到老爱的赏识，老爱多么仗义的人，马上给人家刊登了出来，这一帮貌似顺便搞定了Bose想要出国留洋几年的夙愿——看看人家牛牛多辛苦才搞到一趟欧洲游，我们这个自由平等的时代实在是很幸福啊。这篇文章文笔非常好，但可操作性不强，说的可是10^-7k的超低温，直到14年前，JILA的Eric Cornell和Carl Wiemann把人家Bose和老爱预言的BEC在实验上给搞出来了，众人马上就拜倒信bo哥了。
所以也有时人家现象先发现了下，然后理论跟着建立了下，之后光解释已知的，理论发现已经不过瘾，再预言了下其他本该发现但没发现的东东，然后大家争着去搞实验要看理论出丑，有时候理论就此胜利了然后自此号称东方不败直到下一个不怕死的来挑战，有时候理论不牛一下子就被打倒了，大家抢饭碗的劲头又足起来，吸取前人血的教训开始创立新的理论，或者再做一下子实验看看能不能弄出来点新东西。所以再次验证了一句话，科学是可被否证的。你建立的理论再怎样都好，如果不能被实验证明真伪，那就是空谈；你曾经的实验数据再漂亮都好，如果不能被重复而产生同样的结果，那原来的数据就是不可信的。
有些人认为理论比实验难，搞理论的人比较聪明；有些人觉得搞理论的整天扎数学堆里不懂实际情况不靠谱。其实大家也别争了，最牛逼的是大自然。曾经有看过一个广告说nature is beyond your imagination，人类再聪明也只是从已知现象去推导可能的答案，而发现新的未知现象才能帮助人类继续拓展科技的边界，而这种对未知领域的开拓只有靠实验才能做到，而实验要靠理论去给与合理的解释。大家都在推动科学进步，科学界不需要文人相轻。
接着来说说测不准原理，这个原理呢是我个人很YY的Heisenburg海森堡帅哥提出的——美貌与智慧并重，这人间极品啊。测不准原理说的是神马东东呢？说的是万物一种本质，在物理里面总有两个物理量很喜欢狼狈为奸搞在一起的，两个量好到怎么也没办法完全区分出来的地步，比如动量和位置，能量和时间（位相）。比如你要去测量一个东东的位置，那你得朝那个东东大约的方向打一大串粒子，大多数粒子都碰不上这东东，就按原路笔直走，而其中一个正好和这个东东相撞反弹了出来，你从它反弹的角度能计算出这东东你打它的时候在什么地方，但是当你去操作这个测量的时候，你的粒子已经扰乱了这东东原来的动量，使得它的动量变得不同了，而因为它的动量不同了，这东东的位置也从原来要去的轨道产生了偏离。而这种测不准原理不会因为你将对这东东的干扰减小而减小，这是万物自身的一个性质。其实呢，熟悉Fourier Transform傅利叶变换的同学们都知道，时间变换和频率变换的标准方差的积必须大于或等于2*pi，这其实是测不准原理的数学对应——这比任何的测量行为要更加根本。而一般的量子力学实验在碰到heisenburg limit的瓶颈前，要先碰到叫作standard quantum limit的极限，这standard quantum limit来自于量子系统的统计分布的error。。对于统计上的error，很多牛人就开始想办法去克服。。。
有些物理量，我们发现通过玩一些“把戏”是可能将测量精度提升到高于统计error的，比如如果我们能够在测量能量的同时完全不干涉位相，那我们就能把更多的误差（uncertainty）放到位相上，从而减少测量能量的误差；而要实现这样的实验，在量子力学上，这等同于说我们所要测的量必须和Hamiltonian能够commute，也就是说我们的测量对于所测量的量子系统而言是透明的，non-destructive的，在完成测量后量子系统是不会塌缩成其他eigenstate的。这就是现在很火热的Quantum non-demolition的一些实验的精髓。
之后的文章写些有名的量子牛人的争论吧。。。呵呵。。
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