Tuesday, October 27, 2015

引力是最弱的力——2个质子分开1厘米的引力大致等于它们之间分开1光年的电磁力

引力是最弱的力——2个质子分开1厘米的引力大致等于它们之间分开1光年的电磁力




对于量子力学,有2条途径实现量子化,一条是路径积分,一条是正则量子化。波乔瓦的方案是正则量子化,原因很简单,因为路径积分不需要事先对时空做3+1分解.但我们的宇宙有着天生的3+1分解——因为宇宙学原理,其实我们的空间是唯一的。
  量子力学中,一般系统的正则变量是位置算符X和动量算子P。
  [X P]=ih (这些公式详见以后的latex—pdf版本吧)
  那么对于宇宙,我们的正则变量是什么呢?
  因为对于宇宙,全部信息全包含在尺度因子a和它的时间导数之中。
  根据ashtekar新变量,可以知道圈宇宙学的正则变量是c和p.
  其中c是a的时间导数,而p是a的平方.
  {c p}=1 (19)
  这样的经典泊松括号.
  对(19)进行正则量子化是大学量子力学经常干的事情.其背后数学不是一般大学物理系的教授可以说清楚的——原因在于物理学家很少关心正则量子化背后的数学,甚至可以说正则量子化显得是一种莫名其妙的操作,但一般数学家一定会考虑,这些量子算子,到底作用在哪一个希尔伯特空间之上?存在不存在这样的希尔伯特空间。
   打个比方,正则量子化好象是把文革年代的酒票,肉票,布票统统换成了钞票,现在是有了钞票就可以买到烟酒百货。可是,很多人错误地以为有了钞票就可以买到一切了。
   正则量子化好象是一种拿钞票去买货物的过程。这一个过程中,你要买的货物有可能并不存在,或者你压根就买不到。
  对于圈宇宙学。是不是也可以把经典泊松括号改写成为量子的对易子,而把1改为ih呢?




在2维,没有外尔
  在3维,只要爱因斯坦方程成立,没有里奇,也就没有外尔
  在4维,没有里奇,当然还可能有外尔——只要你在高维空间,对称性不是很高,往往有外尔
  
  外尔其实就是纯粹引力的自由度
  
  当然我一直想提倡外尔的作用, 这其实也是penrose的意思,提倡外尔的好处是可以把引力与其他力区分开来
  
  
举报 | 收藏 | 201楼 | 打赏 | 评论
作者:liqichuan1 时间:2006-12-27 11:10:00
  谢谢轩轩的解答.然后想问:你说的3维及4维是指的不考虑时间的空间呢?还是相对论中的时-空?
举报 | 收藏 | 202楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-28 10:14:00
  我感觉我说的与度量的号差没有关系
  
  
举报 | 收藏 | 203楼 | 打赏 | 评论
作者:liqichuan1 时间:2006-12-28 13:01:00
  呵呵,“感觉“一词颇幽默.那么四维有实际的意义吗?
举报 | 收藏 | 204楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-28 16:37:00
  你问的很有意思
  
  四维的实际意义很难讲,也许只能讲, 它是我们时空的维度,它让我们有dirac旋量
  
举报 | 收藏 | 205楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-28 17:02:00
  
   第二十八章 暴涨:宇宙是一场免费午餐
   (1)
  在前面我们已经讲了一些宇宙学,也谈了一些数学——主要的数学似乎是集中在龙格——楞次矢量和外尔张量。现在宇宙学已经是一门学问,原因是因为现在人们有了天文望远镜和卫星。大体的图象是:宇宙在大约50亿年前开始了加速膨胀,而之前是减速膨胀,如果沿着时间倒退,宇宙在极端早的时候还需要另外一段加速膨胀的经历,那就是暴涨。暴涨的英文是inflation,在经济学上,这往往表示通货膨胀。总之,宇宙在极端早的时候,它的体积一下子变得特别大了。
   拉普拉斯曾经说:“宇宙是一个幻象”。这句话出自这个伟大人物的嘴巴,因此可以有很多种理解。
  从暴涨宇宙学的角度来讲,宇宙确实是一个幻象。易经认为世界的本质是阴阳八卦:无极生太极,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦。对于物理学家来说:宇宙确实是在虚无中产生的。 暴涨宇宙模型的创建人古斯(Guth)最喜欢说的一句话是:宇宙终究是一场免费午餐。 在这个房地产价格暴涨的时代,听到古斯的话,你一定严重的不相信,一定不可能,宇宙是免费的吗?那为什么房子要钱呢?
  
举报 | 收藏 | 206楼 | 打赏 | 评论
作者:卡卡西李 时间:2006-12-28 18:40:00
  如果从宏观的全局来看,宇宙终究是一场免费午餐;
  如果从微观的局部来看,房子要钱是因为地球资源的分布不均,是因为社会系统的自组织临界,是因为人的偏好还有供需的不平衡。
举报 | 收藏 | 207楼 | 打赏 | 评论
作者:袁士霄 时间:2006-12-29 10:40:00
  轩轩先生,
  
  这个帖子中很几何的那一部分我掌握不了,有时间再补课。
  
  我想问一下,暴涨与减速膨胀的过渡线大约在什么空间尺度和时间。
  
  50亿年应该是“近代”阶段了,宇宙已经很大了,业界有没有猜测过同一步调的形象机制?上回我们说Dirac的G随时间变化不美,那么很大的宇宙中途变换步调不是类似的问题吗?还是“上帝”100亿年上一次班,临时调整参数?还是上帝从一开始就写了非线性的此消彼长的正负不同的多项式?
  
  50亿年有一种时间上的巧合——太阳系的形成,加速膨胀仅仅影响星系或总星系间的格局?还是也关系到银河系之内的恒星系统演化。生命及其演化与宇宙大尺度的关系也是人们关注整体宇宙的重要原因之一。
举报 | 收藏 | 208楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-29 12:37:00
  50亿年前的开始的加速膨胀,这个50亿也只是一个大概数据,因为我们是通过观察超新星的红移知道这个事情的.
  你问的另外一个问题,非常专业了,暴涨与减速膨胀的过渡线大约在什么空间尺度和时间?
  我觉得这个问题很难回答,你只需要知道,暴涨发生的时间远远不到一秒,因此只是瞬间的事情.
  
  --------
  好了,我昨天有事情没有贴完全章节.有工夫我把28章补充完成了,你大概可以看到一个大致的意思.
  
举报 | 收藏 | 209楼 | 打赏 | 评论


作者:jetlee007 时间:2006-12-29 18:48:00
  相对论本身就是个模棱两可地事情,只是在目前范围内还没有发现他的错误之处
  
  就像牛顿定律,在19世纪末还被认为是颠仆不灭地真理,当时物理学界一致任认为物理学对物质世界地解释到了尽头,结果呢。。
  
  所以试图用相对论解释一切现象地做法绝对是谬误的,同时解释相对论是多么多么正确也是盲目地
举报 | 收藏 | 210楼 | 打赏 | 评论
作者:jetlee007 时间:2006-12-29 18:50:00
  所以说,对历史地了解绝对是必要地,因为很多事情历史上曾经发生过类似地,也做过了解释,就可以避免不必要地麻烦
举报 | 收藏 | 211楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-29 19:12:00
  我同意楼上的看法.
  
  但没有人说相对论是绝对真理,事实上广义相对论只是在太阳系里经历了一些检验.广义相对论只是一个描述光滑的时空的几何理论.
  
  因此也没有人试图用广义相对论解释所有事情.
  
  
  
举报 | 收藏 | 212楼 | 打赏 | 评论
作者:卡卡西李 时间:2006-12-29 23:25:00
  今天无意在家中书柜发现一本很有趣的书——北京大学赵凯华教授所著的《定性与半定量物理学》——结果一口气看完,觉得它是一本很不错的科普读物,特转告各位物理爱好者们,分享一下:)
  
  书中绪论有这么一段:“当一位成熟的物理学家进行探索的科学研究时,常常从定性或半定量的方法入手……他们通过定性和半定量的估算,力求对问题的性质、解的概貌取得一个总体的估计和理解。否则一下子陷入细枝末节的探讨,往往会一叶障目,只见树木,不见森林。”
  
  (依稀记得这本书是我大二时在旧书市场淘到的,之后一直没认真拜读过——当时很有难度——这次又偶然翻出来,感觉好极了~)
举报 | 收藏 | 213楼 | 打赏 | 评论
作者:袁士霄 时间:2006-12-30 10:17:00
  jetlee007,
  
  你的这种“万金油”观点没有什么建设意义,从你回复量子信息学的帖子看,接触相对论和量子论这个层次的东东对你无益。
举报 | 收藏 | 214楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-31 14:52:00
  
   (2)
   爱因斯坦,他曾经想了解上帝如何创造宇宙,他是这样说的: I would like to know how God creat the world, I am not interested in this or that phenomenon……I would like to know His thought……
  上帝如何创世?这问题永远带有神话色彩。物理学家相信,宇宙刚开始的时候,能量密度极端地高,因此,需要一个叫做量子引力的理论来描述。可惜我们现在还没有一个成熟的量子引力理论,超弦理论虽然有很大的市场,可惜这个理论的自由度太大,以至于你想要得到什么,就能得到什么,这当然也不能算是一个极端好的理论,不过比起圈量子引力来,超弦理论不但物理图象明确,而且手法也相对成熟。
  总之,量子引力理论到现在还不存在,因此,宇宙如何开端,为什么要开端,没有人晓得。 物理学不能完全地回答这个问题,广义相对论里的奇点定理告诉人们,假如广义相对论永远正确,那么宇宙起源于一个奇点。
  超弦理论和圈量子引力,以及扭量理论是量子引力理论家族的成员。因此在这个家族有争议的时候,听谁的都不好说,大家只能相互搏奕。圈量子引力框架下的宇宙学理论的初步结果说明,宇宙大爆炸的奇点可以被避免——不过不是专家很难清楚知道这到底是不是真的。总之在真正的量子引力理论出现之前,公说公有理,婆说婆有理,这个家庭的思想是不能统一的。
  没有统一的意见之前,先不谈论奇点到底存在不存在。总之,不问原因,只看现象:宇宙一开始起源于一次大爆炸,这已经是公认的结论。爱因斯坦也不能解释为什么上帝要安排这一次大爆炸,然后让人类开始建立虚无的生命之城。上帝是怎么想的呢?
  大概的看法是这样的:由于量子力学的存在,上帝是一个赌徒。做为一个赌徒,他是在那里掷色子,这个老哥们完全在玩一个随机的游戏。如果你能证明上帝创造宇宙的概率大于1/2,那么上帝大概就会安排这次大爆炸。
  大爆炸以后,宇宙很小,有多么小呢,反正是普朗克尺度,比质子的体积要小10的60次方倍。这样小的东西,是不稳定的,它随时可能湮灭,于是,我们需要让这个小宇宙的尺度迅速地变大。因为只有比较大的宇宙,才不会轻易地消失。
  这很好理解,一个婴儿刚被分娩,充满了人生的风险,随时可以夭折。只有当他长大一点了,抵抗力强一点了,才不能轻易地死亡。
  
举报 | 收藏 | 215楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-31 15:01:00
  (3)
  暴涨,简单的说,就是宇宙的尺度因子随着时间做指数增长。这个过程发生的时间不到一秒,但宇宙的尺度却变大了很多很多,宇宙的尺度变大,量子涨落就不明显了,于是,宇宙终于开始了它的经典物理旅途。
  换句话说,暴涨抹平了极端大的涨落,使得本来沸腾的量子湖面冷却宁静了下来。宁静下来的被称为经典湖面,湖面变得很大,也没有了巨大的浪花,只有一些很小的涟漪。这些涟漪,被称为原初的密度涨落,这些密度的涨落是以后星系的种子。
  在所有的指数中,以欧拉常数e=2.718……为底的指数最特别。e和圆周率一样,在数学里无处不在,和圆周率不一样的是,e缺乏一个直观的几何解释。如果你很清楚为什么e能够无处不在,这说明你一定是一个数学家。假定现在数学家不在场,那么怎么样来理解这个神秘的e呢?
   为什么exp(x)的导数还是它本身?
   1740年,瑞士数学家欧拉(Leonhard Euler, 1707-1783)在给约翰·伯努利(Johann Bernoulli, 1667-1748)的信中写道:“y = 2cosx 和 y = eixp(ix) + exp(-ix )都是同一个微分方程的解,因此它们相等。”这句话把e和三角函数联系了起来。因此在复变函数中,有美妙的棣莫佛定理。用它可以证明比如牛顿二项式等等,该定理说,复数Z的n次幂(n∈N)的模等于这个复数的模的n次幂,它的辐角等于这个复数的辐角的n倍:   若Z=r(cosθ+isinθ)
   Zn=〔r(cosθ+isinθ)〕n=rn·(cosnθ+isinθ)(n∈N)
   但为什么有欧拉复数公式呢?
   =cosθ+ i sinθ
   答案依然是为什么exp(θ)的导数还是它本身? 可见欧拉常数是一个奇怪的常数,在宇宙刚开始的时候,它就被用上了。
   暴涨的时候,尺度因子对时间的函数关系是a=exp(ht)。ht=1的时候,t被称为时间常数——这往往是一个特征时间,当h很大的时候,t相当小,也就是说,当h很大的时候,膨胀的非常快。在宇宙刚开始暴涨的时候,尺度因此a在10的负34次方秒到10的负32次方秒的时间内变大了e的100次方倍。也就是说,ht=100,而t是那么小,可见h是暴涨阶段的哈勃参数,是很大的一个数,它的物理意义就是假真空的能量密度开根号。假真空与粒子物理的对称性自发破缺有关系,这背后有一个定理就是哥德斯通(Goldstone)定理。a=exp(ht)对于时间t的2阶导数就是宇宙膨胀的加速度,这个加速度俨然大于零,因此现在你不用多想,就知道,暴涨阶段的宇宙是加速膨胀的,但这和当今宇宙的加速膨胀的加速度大小是很不一样的,假如当今宇宙还是在暴涨的话,那么连阿诺.斯瓦辛格那么强壮的人,也会感觉自己正在被空间本身撕裂。因为哈勃参数H是各向同性观察者的膨胀,因此加速膨胀a的2阶导数大于零,相当于要求H的平方加上H的导数的和大于零。
  但以上的说法过分粗糙,其实暴涨理论是一门很大的学问。总之,你只要记得,在这个阶段,宇宙的尺度大约是指数式的变大,就可以了。
  
举报 | 收藏 | 216楼 | 打赏 | 评论
作者:咸蛋大超人 时间:2006-12-31 15:05:00
  对不起,没觉得通俗
  
  通俗(少用公式多用图片)
举报 | 收藏 | 217楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2006-12-31 15:12:00
  (4)
  用天文望远镜朝东和朝西2个天空区域观测,你会发现这2个区域是非常雷同的。但在没有暴涨的宇宙模型里,它们之间从一开始到现在,都不可能有信息交流,(因为光速有限),所以何以那么雷同?这就是暴涨模型之前存在的粒子视界困难,标准宇宙学的众多困难之一:一群在考场上闷头做题的考生,他们也没有交头接耳,也没有传纸条,但交上来的试卷全如出一辙,答案写的一模一样。
   有了暴涨模型,这就好解释了,因为天空中的那两个遥远的天空区域,实际上在当时是同一个量子的小区域。
  物理学可以描述的宇宙是从暴涨开始的,这是物理学区别于神学的地方——当然彭罗斯似乎有点怀疑暴涨是不是真的发生过,但大部分物理学家相信,它确实发生过。在10的19吉电子伏特的时候,量子引力发生了对称破缺,引力成为背景独立了出来.这时候的宇宙还只在planck尺度,显得很小,也很不稳定.宇宙在虚无中产生,这样小的尺度是不稳定的,它随时可能再次湮灭.为了不湮灭,宇宙必须要迅速变大.在10的14吉电力伏特的时候,也就是大统一的能标上,对称性继续破缺,暴涨的发生使得一个极端小的量子宇宙区域被吹大了几亿万倍,就象一个满脸皱纹的气球被吹大了,变得很光滑。量子宇宙的不确定性不稳定性消失了,宇宙变成了经典的宇宙,也就有了意义——结婚生子,炒房地产,这是因为当今宇宙的经典性。如果在量子宇宙,你在北京买了一幢楼房,花了你半生的积蓄,还欠了一屁股债,然后这楼房瞬间就量子湮灭了,你的心情是多么忧伤,但无济于事。
  很多人不知道如何在理论模型里开始暴涨,然后更不知道如何让暴涨结束。但宇宙在现在看来,是一个存在,这就已经足够了。
  如果某一天一个人莫名其妙地没有理由的请你吃了一顿免费午餐,如果这个午餐的规格足够高,但请客的人说他一无所图,你会怎么想?也许你只能想,请你吃饭的那个人其实是上帝本人,他确实一无所图。
  那么,宇宙里的那么多能量,是从真空里产生的?这到底又是怎么一回事情呢?
  
  
举报 | 收藏 | 218楼 | 打赏 | 评论


作者:袁士霄 时间:2006-12-31 19:03:00
  轩轩先生,
  
  我估了一下,100个Plack时间内(10^-32秒),宇宙暴涨的尺度大约为10秒钟光速膨胀的尺度~10^9米。如果暴涨是80个Plack时间,宇宙暴涨的尺度就是米量级了。对宇宙之初的朦胧描述来说,80对100是没有原则性差别的,甚至于50对100也没有原则性差别,而这时的宇宙尺度只有10^-13米量级。不过,100个Plack时间应该是一个宽泛的上限,我们不能想象10^9米的、极端量子化特性的宇宙。
  
  所以暴涨与减速膨胀的交接尺度是不好估计的,非要给一个说法的话,那就在原子核(10^-15m)到太阳(10^9m)之间。
  
  10的19吉电子伏特和10的14吉电力伏特有没有对应的事件标度呢?
  
  我看的通俗读物里面都是谈暴涨的公式,而对其机理基本不提,轩轩先生的下帖是不是涉及呢?
  
  祝轩轩先生新年快乐!
举报 | 收藏 | 220楼 | 打赏 | 评论
作者:袁士霄 时间:2006-12-31 19:06:00
  手误:
  
  事件标度——时间标度
举报 | 收藏 | 221楼 | 打赏 | 评论
作者:卡卡西李 时间:2006-12-31 19:41:00
  祝轩轩兄新年快乐~大家新年快乐~
举报 | 收藏 | 222楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-02 14:09:00
  祝大家新年快乐
  
  袁兄 我对暴涨其实不了解 但我知道这里面有无数个模型 很多与标量场有关系 有的模型里面有N=576876个标量场 呵呵 我下面暂时不会具体写这个inflation了
  
  谢谢你们仔细阅读了我的文章
  
  
  
  
  
举报 | 收藏 | 223楼 | 打赏 | 评论
作者:贯云石 时间:2007-01-02 22:11:00
  首先支持一下楼主的大作,然后提一个意见。
  “演义”是我国章回体小说特有的名称,也就是说,章回体是演义的必要条件。而楼主的这部作品从分目和结构上看显然不是章回体。所以我建议:要么改名叫“史话”、“简史”等,不要用“演义”;要么书名继续用“演义”,结构改成章回体。
举报 | 收藏 | 224楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-03 15:32:00
  谢谢楼上学者的意见
  如果正式出版 我想可以改一个名字 比如《相对论大历史
  
  不出版的话 这暂时就不做这些改动了
  
  
举报 | 收藏 | 225楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-05 14:39:00
  第二十九章 最完美的错误
  
  (1)
  
  当宇宙的暴涨在不到一秒的时间内结束以后,我们终于有了一个经典意义上的宇宙。在暴涨之后,宇宙有了大小。加拿大滑铁卢大学圆周研究所的李.斯莫林在2006年有一篇文章,他把宇宙由小变大的这个类似暴涨的过程称为一个相变。在量子引力起作用的高温高密度的这个相,他认为在这个相里面,几何描述当然还不存在,唯一可以被人利用的就是全息原理。
  
  总之,暴涨只是一个说法,无论你是不是承认这个说法,有一点必须承认的是,在宇宙由一个很小的区域变成一个比较大的区域以后,它
  的密度涨落具有近似的标度不变谱。在这个意义上,能得到标度不变谱的理论总是一个好理论,因此斯莫林的这个文章也是一个好文章。
  现在我们暂时离开暴涨,看看这个已经变大了的宇宙,到底有什么主旋律。
  以后会看到彭罗斯的扭量理论发展起来,他几乎很少在宇宙学上作工作.虽然他的扭量作为一个数学理论倾向于预言宇宙在空间上应该是双曲的.也就是业内人士所谓的K=-1.彭罗斯作为当代最杰出的广义相对论专家在他的新书<通往现实之道路>里对极早期宇宙发生暴涨表示怀疑……
  
  
举报 | 收藏 | 226楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-05 14:45:00
  (2)
  在李.斯莫林所说的相变结束的时候,几何描述——也就是爱因斯坦方程可以使用了,这个相就是我们的经典宇宙。
  爱因斯坦曾经在写给外尔的信笺里提到:在引力场方程里引进宇宙学常数是我一生中最大的错误.
  
  宇宙学很象是历史学.但凡讲到历史学,很多人希望能找到一个历史线索,把所有事件联串起来.在宇宙学里,这个历史线索就是宇宙学常数.
  
  北宋的时候,超新星1054爆发.这个超新星是肉眼可见的,白天有23天就可以看到它与太阳一起出现在天穹里.这个事件被中国史官记载下来.超新星是天文观测的宠儿.在黑洞不能被观察到的情景之下,观察到超新星是最好的选择.伽利略发明了天文望远镜,到了1998年,天文望远镜对超新星的观测得到一个惊人的结论:我们的宇宙正在加速膨胀之中.
  
  但1998年发现宇宙加速膨胀是对物理学的一次颠覆.
  
  直观地说,宇宙要加速膨胀,需要有一种反引力,这个反引力是产生排斥力的.
  一般来说,这个情景能出现,被认为是宇宙在大约50亿年前已经由一个物质为主的时代进入了一个以真空为主的时代。
  真空为什么会有这样的排斥力呢?
  原因是因为真空具有正的能量密度,但具有负的压强。
  
举报 | 收藏 | 227楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-05 14:53:00
  (3)
  
  因为光速有限,我们可以看到宇宙的过去.比如在夜晚的时候看到星空,多数星星的光线旅行到地球上,化了上万年的时间.更加早的光线可以到达地球,最早的光线是在宇宙变的透明的时候发出来的.原则上人们不能看到宇宙大爆炸时候发出的火光,因为在这个时期,宇宙里的光子因为极端高温所以反应的很剧烈,它们是高能物理的奴仆,还不是自由身.等宇宙冷却下来,它们才能跑出来,到了今天,成了宇宙背景辐射.
  
  宇宙背景辐射是一个光子背景.它们是最远古的使者,再没有比它们更老的老人了.还存在一个中微子的背景和一个可能存在的原始的引力波的背景,这些背景这里先不去招惹它们,因为中微子只有左手的,它可能是有质量的.这一切太复杂了.等我们讲暗物质的时候再慢慢写起,而引力波现在有美国的2个计划正在努力找寻,可惜似乎很难发现真正振奋人心的信号。中国的物理学界也不甘寂寞,虽然国家似乎不会支持探测引力波这样的大项目,但研究生的暑假学校却红火起来,比如2006年在南京大学的引力波暑假学校,2007年计划在四川成都搞一个引力波的暑假学校。
  
  总之,现在我们手中的观测数据还很少,除了超新星的数据,那就是宇宙的背景光子。它们是宁静的,当它们被发现是那么的均匀的时候,彭奇亚斯和威尔逊这两个不经意的工程师得到了诺贝尔奖.而当它们被发现不是那么均匀的时候,霍金觉得这个事情简直是无比精美.
  
  这个背景是寒冷的宇宙舞台,这个舞台的温度是零下270度.在这个舞台之上,流星赶月,漫天繁星.对于这个寒冷的舞台来说,星星的生老病死显得生机勃勃.但这个舞台是光子背景,理论上极端高能的粒子不能在上面行走,因为极端高能粒子可以与背景光子发生反应——但奇怪的是,确实有科学家观测到了极端高能宇宙射线,于是一个开放的问题就是如何解释这些极端高能射线.
  
  
举报 | 收藏 | 228楼 | 打赏 | 评论


楼主轩轩爱 时间:2007-01-05 15:00:00
  
  (4)
  简要地说,宇宙学的历史是宇宙学常数的历史
  1985年,这一年,北京城里全是自行车,北京师范大学引力组的研究生把霍金抬上了长城.霍金在长城之上说:“我宁愿死在长城,也不愿意死在剑桥“.霍金在长城上看到了的历史比较其熟悉的宇宙历史,要短暂的多.但中国历史的曲折变迁的美丽可以在长城看到,而宇宙历史的神秘变迁的美丽可以在宇宙学常数里看到.
  
  霍金对宇宙学的贡献是他的无边界宇宙论,.也就是说他认为宇宙的K=1.相反,彭罗斯的扭量理论偏爱k=-1.而微波背景角功率谱说明k大约等于0.
  
  K等于多少相当于问宇宙在空间上到底是不是有限的,这个问题在爱因斯坦年代是一个不好回答的问题.现在几乎已经可以确定空间是平坦的.利用观测到的哈勃常数可以求出临界密度,然后再测量出宇宙的平均密度,通过这个比较就可以大致知道宇宙空间是不是平坦.
  
  爱因斯坦当时相信宇宙静态,所以得到的静态宇宙模型在空间上是一个三球面——这在前面的章节已经讲过.爱因斯坦相信宇宙静态,实际上他的静态宇宙是经受不起微扰的,也就是说,一个胖子在地球上跺脚,可能引起宇宙剧变,天崩地裂.
  
  爱因斯坦为了得到这个错误的宇宙模型,引进了一个宇宙学常数.因为这个宇宙学常数可以提供反引力,使得宇宙不因为万有引力收缩从而达到静态.
  
  爱因斯坦引进宇宙学常数成就了历史的曲折险峻.
  
  1998年宇宙加速膨胀被发现之后,人们把引起这个加速膨胀的能量称为暗能量.(dark energy).这个暗能量到底是什么?到现在还没有人知道,我们仅仅知道背景光子,中微子也绝对不是暗能量,因为人们对暗能量几乎一无所知——凡是能叫上名字的粒子,全不是暗能量,因为暗能量可能是真空,或者是某个与真空很象的东西,一个没有名字的新事物.但这个暗能量在宇宙中占的比例,居然高达73%.
  
  物理学家一向以理解宇宙为己任.但现在看来,除了73%未知道的暗能量,就是27%未知的暗物质(dark matter).而物理学家比较熟悉的普通物质和辐射,只占了不到1%.
  
  看到如此水深火热的物理学现状.这个时代是喜忧参半的时代,英雄出于乱世,对有野心的物理学家来说,现在是一个很好的乱世.
  
  
举报 | 收藏 | 229楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-05 15:09:00
  (5)
  
  如果暗能量密度不会随着时间改变.那么这个暗能量就是爱因斯坦的宇宙学常数.所谓常数,就是它作为一个能量密度随着宇宙膨胀保持不变.密度不变,因此密度乘总体积就是总能量,总能量随着宇宙膨胀是在增加,相当得说,假如一个商人看见自己的钱放满在柜子里,.当自己想办法把自己家的柜子变得越来越大,而钱总是满的一柜子.这真是一个无比让人喜悦的事情.
  
  宇宙也许正在发生这样的一幕.
  
  在宇宙学这个热门领域能生存下来的只有物理学家,没有理想主义者.因为理想主义者,象彭罗斯那样的杰出的人,只能处理数学模型,不能处理天文观测,在这个意义上,宇宙学是一门很好的实验科学,而不是由个人的信仰来决定宇宙的基本参数的。
  因此在科学家的人群中有2堆人,一堆人比较重视实验和观测数据,一堆人比较重视数学审美。后面一堆人争论黑洞无毛定理到底对不对,而前面那堆人关心的是如何能观测到黑洞。
  
  爱因斯坦曾经在他那个时代在宇宙学领域表现出的是一个理想主义者的姿态,这个姿态使得他在物理实验还没有成熟的时候因为单纯信仰而引进这个宇宙学常数,这个被他认为是最大错误的常数使得他隐隐作痛.
  
  对于现今的物理学家来说,爱因斯坦犯下的是一个最完美的错误。可惜的是,只有爱因斯坦那么幸运,也许算是上帝如此厚爱眷顾他。
  
  
举报 | 收藏 | 230楼 | 打赏 | 评论
作者:袁士霄 时间:2007-01-05 17:24:00
  不竭的暗能量滋生,几乎就是霍伊尔稳恒宇宙的变种,不同的是暗能量替换了实在物质。更牵强的说,又有几分像托勒密的九层天球,不断的暗能量补充相当于掌管天球运转的上帝不停地给天轴加注润滑油。
举报 | 收藏 | 231楼 | 打赏 | 评论
作者:卡卡西李 时间:2007-01-05 19:19:00
  人类的生命太短暂了,人类感知(包括借助各种工具感知)世界的能力太有限了,但我相信,只要时间足够漫长,人类总有一天能通过不断地无限次地认知去无限接近世界的“终极真理”。
  
  在量子世界,量子相互作用要通过交换“信息包”,同样,人类也从祖先(低级生物、低级化合物、低级“物质”)那里继承了这一套接收与重构“信息包”的机制(或称作“操作”),只不过人类宏观感知到的“信息包”,是巨量“更微观信息包的压缩包”,但所有“信息包”最基本的元素应该是统一一致的,那就是源于对称性的“矛盾”。
  
  矛盾衍生出时间、空间、物质(=质量+能量+客观规律),物理科学家做的,就是不断破译(——破译过程就是对各种信息包的操作过程)物质、时间、空间内包含的最基本的元素。也许若干年后,他们得到的结果不过是“一切皆矛盾、一切皆虚无”而已。但是破译的过程,却是人类史上最大的意义与乐趣!
举报 | 收藏 | 232楼 | 打赏 | 评论
作者:hxhffmt 时间:2007-01-05 19:27:00
  高手如云,共烹科普大套餐
举报 | 收藏 | 233楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-08 09:59:00
  不竭的暗能量滋生,几乎就是霍伊尔稳恒宇宙的变种,不同的是暗能量替换了实在物质。
  
  ----------
  我想有一些区别,在于暗能量具有负的压强,不是正常物质
举报 | 收藏 | 234楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-11 10:49:00
  
  第三十章 年轻的loop量子宇宙学
  (1)
  假如你是一位漂亮的妩媚的柔弱的苗条少女。
  累了一天你睡在柔软的床上,静谧的夜晚如水,突然你似乎听见自己骨骼散架的发出的声音,你在电光火石间问自己:“宇宙膨胀?”于是你深夜打电话给一个研究相对论的朋友,这个深夜时候他正在考虑这个问题:当今宇宙的加速膨胀是一个量子引力效应吗?
  21世纪在人类的懵懂中来临——人类所知道的越多,未知的更多。时间阻止了一切事情同时给出,上帝的很多秘密需要人们沿着时间的河流去一一解决。宇宙空间在膨胀,那么苗条的少女的减肥计划还有用处吗?
  宇宙的膨胀是一个千真万确的事实,而少女减肥计划也一定要继续实施而不能受到干扰。
  如果宇宙的膨胀可以让面包房的师傅失业,面团可以自动成长为面包,那事情是非常糟糕的,假如这样,自然会引起老百姓的关注和新闻联播的报道。但在这个社会里,这些事情不会发生,原因在于尺度。人类的尺度以米为单位,而宇宙的尺度以光年为单位.
  正如在原子尺度粒子需要用量子波函数描述,在宇宙尺度,也就是把银河系当作一个质点的尺度,宇宙是在加速膨胀。人类的骨骼在物理机制上是电磁相互作用,这个力的强度远远大于引力的强度,宇宙加速膨胀是一个引力效应——这里其实是一个假设,也许应该说是量子引力效应,反正,很难下一个定论。引力是最弱的力——2个质子分开1厘米的引力大致等于它们之间分开1光年的电磁力,所以,最柔弱的少女也不要担心自己的骨架会因为宇宙膨胀而散架。
  面对宇宙的现在,加速膨胀,人类很迷茫。
  面对宇宙的过去,如何开启这膨胀的旅程,人类同样不清楚。
  于是,一个新的关于宇宙学的理论,就在一个年轻人的手指不断敲击键盘的过程中产生了。这就是loop量子宇宙学。
  
举报 | 收藏 | 235楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-11 10:55:00
  (2)
  圈量子引力的ashtekar新变量可以应用到宇宙学,这是年轻的德国研究者马丁.波乔瓦(M.Bojowald)一开始的洞见。他一度在德国马普所位于波茨坦的爱因斯坦研究所工作.2005年loop年会,在波茨坦地铁的超市里,我的导师和我,丁优和秦立遇见了推着小车正在买菜的波乔瓦.他看上去那么年轻,脸上因为过分年轻而留有青春痘的痕迹.很难相信,这样年轻的一个人,居然一直领导loop宇宙学的潮流,他证明圈量子引力可以在宇宙学原理的基础下约化为一个一维的量子力学系统。
   因为宇宙学原理,空间A点与B点在这个原理下显得没有区别,所以这个意义下宇宙显得非常简单。我们仅需要考虑A点,就相当于考虑了全空间.
  这是真正的窥一斑而知全豹。——当然,假如你愿意考虑不是各向同性的宇宙空间,也许你也可以遇见毕安基宇宙。但是,波乔瓦正是在宇宙学原理的这个意义上把圈量子引力约化到了一维量子力学.
  因此,最最简单的看法是, 年轻的loop量子宇宙学是一种量子力学.
  
举报 | 收藏 | 236楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-11 11:08:00
  (3)
  对于量子力学,有2条途径实现量子化,一条是路径积分,一条是正则量子化。波乔瓦的方案是正则量子化,原因很简单,因为路径积分不需要事先对时空做3+1分解.但我们的宇宙有着天生的3+1分解——因为宇宙学原理,其实我们的空间是唯一的。
  量子力学中,一般系统的正则变量是位置算符X和动量算子P。
  [X P]=ih (这些公式详见以后的latex—pdf版本吧)
  那么对于宇宙,我们的正则变量是什么呢?
  因为对于宇宙,全部信息全包含在尺度因子a和它的时间导数之中。
  根据ashtekar新变量,可以知道圈宇宙学的正则变量是c和p.
  其中c是a的时间导数,而p是a的平方.
  {c p}=1 (19)
  这样的经典泊松括号.
  对(19)进行正则量子化是大学量子力学经常干的事情.其背后数学不是一般大学物理系的教授可以说清楚的——原因在于物理学家很少关心正则量子化背后的数学,甚至可以说正则量子化显得是一种莫名其妙的操作,但一般数学家一定会考虑,这些量子算子,到底作用在哪一个希尔伯特空间之上?存在不存在这样的希尔伯特空间。
   打个比方,正则量子化好象是把文革年代的酒票,肉票,布票统统换成了钞票,现在是有了钞票就可以买到烟酒百货。可是,很多人错误地以为有了钞票就可以买到一切了。
   正则量子化好象是一种拿钞票去买货物的过程。这一个过程中,你要买的货物有可能并不存在,或者你压根就买不到。
  对于圈宇宙学。是不是也可以把经典泊松括号改写成为量子的对易子,而把1改为ih呢?
  
举报 | 收藏 | 237楼 | 打赏 | 评论


楼主轩轩爱 时间:2007-01-11 11:18:00
  (4)
  物理直觉是这样的,对于量子宇宙,因为时间和空间是离散的,所以我们不能有连续的演化.时空的量子演化好像是象棋棋盘上的一匹马,它只能跳着一格一格地走,
  c是a的时间导数.因为时间不连续,所以这个导数在量子力学情景下是没有意义的.在泛函分析里有一个与量子力学的命运生死攸关的stone-冯.纽曼定理.冯.纽曼绝对是历史上少有的天才.
  stone-冯.纽曼定理对于这种参数不连续的情景给了完美的解决.
  对易子不能直接写成
  [C P]=i (20)
  因为C算子不存在。
  在量子力学里我们知道,假如C算子存在,并且是厄米算子,那么,EXP (i t C)是一个幺正算子。在数学上,这个幺正算子被称为单参酉群。
  在loop量子宇宙学中,(20 )是不正确的,但由C和P对应的单参酉群可以把它改写成外尔关系。
  外尔关系是对易子的指数形式。直观地说是这样的,指数化以后,人们能找到这个对易关系的表示空间。
  后继的研究者纷纷跟上,在圈量子引力的框架下解决了2个问题.
  1.宇宙大爆炸奇点不存在。——这需要一定的数值计算能力,对于真正做物理的人来说,掌握好matlab或者其他数学软件是非常重要的。
  2. 实现暴涨。——其他的物理学领域的专家可能不太相信这个成果,实际上是因为,loop量子宇宙学是一门相当年轻的学问,这个学问到底在多大的程度上正确还很值得商榷。
   但把空间离散化的看法比较直观。量子时代的空间很可能是离散化的,虽然这个时候空间的拓扑在直观上感觉起来非常随意,不好控制。
  
  
  
举报 | 收藏 | 238楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-01-11 11:29:00
  
   (5)
  美国宾夕法尼亚州立大学引力物理与几何研究所的艾虚卡后来也加入到了和早期量子宇宙学的研究当中中。他在2006年和合作者的研究结果是很新颖的,他们认为宇宙有两个经典分支,它们之间由一条量子通道把大爆炸之前的坍缩和现在的膨胀联系起来。换句时髦的话说,他们认为宇宙演化中存在一个反弹。
  在这两个分支经典宇宙中,时空都是连续的,爱因斯坦的广义相对论都是精确成立的。但是在它们之间的量子通道里,广义相对论不再适用。
  当然这仅仅是艾虚卡他们最近的研究工作。因为离开现在时间还太短,不好判断这到底是不是真正的物理。但总的来说,研究就是这样,直观的结果一定比玄虚晦涩的结果更加吸引人们的兴趣。
  
  总之,无论艾虚卡是不是把宇宙看成类似是双曲线的2支,宇宙在极端早期经历的物理可能可以用loop量子宇宙学来描述。loop量子宇宙学比起历史上出现过的其他的量子宇宙学,比如霍金和哈特尔的无边界量子宇宙,惠勒和德魏特(dewitt)的量子宇宙,要年轻的多,但绝对不是幼稚得多。
  
举报 | 收藏 | 239楼 | 打赏 | 评论
作者:nest99 时间:2007-01-11 19:31:00
  所有科技新聞﹐中國科學院的權威新聞﹐最親科學動態﹐科技成果
  還有其它類型的新聞﹐這里都有
  
www.pubmov.com 新闻大本营
举报 | 收藏 | 240楼 | 打赏 | 评论
作者:神曲地狱篇 时间:2007-01-15 13:07:00
  按照规律的极度混乱
举报 | 收藏 | 241楼 | 打赏 | 评论
作者:万物本原探索作者 时间:2007-04-12 18:55:00
  我是杨神经,你的作品必须压缩,不超过3万字,主要围绕相对论的论点来讨论,正方和反方都可。请修改后发到我的信箱里。
举报 | 收藏 | 242楼 | 打赏 | 评论
作者:kxwsh 时间:2007-04-18 17:29:00
  
  
  
  3
举报 | 收藏 | 243楼 | 打赏 | 评论
作者:fhhyt 时间:2007-04-19 06:04:00
  我靠,看不懂。。。。。
举报 | 收藏 | 244楼 | 打赏 | 评论
作者:tchibo 时间:2007-04-27 22:27:00
  LY继续阿,^_^
举报 | 收藏 | 245楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-05-01 18:35:00
  我写的乏力了   
  
     杨神经  你帮我压缩一下吧   挑你看得懂的 你喜欢的
  压缩压缩
举报 | 收藏 | 247楼 | 打赏 | 评论


作者:akhi84 时间:2007-07-20 08:58:00
  楼主 继续加油啊 我很喜欢 要靠你的文章 补补课呢
举报 | 收藏 | 249楼 | 打赏 | 评论
作者:akhi84 时间:2007-07-20 09:00:00
  真的很喜欢 楼主是个有科学智慧的人 很明显能够达到某种程度的融会贯通了 佩服阿
  正好 我要培养下自己的科学精神 需要楼主文章扫盲 : )
举报 | 收藏 | 250楼 | 打赏 | 评论
作者:火星上的火星 时间:2007-07-20 12:07:00
  楼主不但聪明,而且有才情。这篇演义,想必花费了楼主一些功夫。先此致谢!
  不过,花了一整天读完后,不禁感慨:楼主笔下的这些人物,与骗子无异;他们的所作所为,也不过是骗子的行径。
  
  骗子与科学家的比较:
  直接目的相同:蒙人。
  心理状态也差不多:都非常严肃,但没把握,知道总有一天蒙不下去。
  手段、方法、理论:古往今来,二者都是层出不穷,有时候也会有神来之笔。二者的手段、方法和理论都要接受人的检验。通过检验的会被广泛应用,直至穿帮,于是骗术、理论再被改进。
  最终目的相同:蒙住天下所有人。不过,这基本上无望。
  还可以做其它方面的、更加详尽的比较,留待其它人吧。
  
  声明:我绝没有贬低爱因斯坦等衮衮诸公的意思,但他们和骗子太像了。
  
举报 | 收藏 | 251楼 | 打赏 | 评论
作者:akhi84 时间:2007-07-23 08:33:00
  楼上的 你今天坐的汽车用的电能 使用的电脑上的网络 骗子能给你搞出来吗
  科学家毕生的追求 是为了蒙人...?
  
举报 | 收藏 | 252楼 | 打赏 | 评论
作者:易的真缔 时间:2007-07-28 17:43:00
  本来以为自己了解相对论,看完楼主的大作,我发现我又不懂了.
举报 | 收藏 | 253楼 | 打赏 | 评论
作者:bad-guy 时间:2007-07-30 04:05:00
  学习学习吧
举报 | 收藏 | 254楼 | 打赏 | 评论
作者:金戈雪 时间:2007-07-30 19:03:00
  这些科学家都不是人生的,是妖怪
  ------------开个玩笑,绝无不敬,自己的数学学的一塌糊涂,平生最佩服数学学的好的人,总想打开它们的脑袋,看看与我们有些什么不同
举报 | 收藏 | 255楼 | 打赏 | 评论
楼主轩轩爱 时间:2007-08-06 10:58:00
  本书将在明年由广西师范大学出版社出版
  
  现在我正在修改书里面的很多内容
  
  不知道大家有什么建议 我可以在修改的时候做参考:)
  
  谢谢各位
举报 | 收藏 | 256楼 | 打赏 | 评论
作者:youykk 时间:2007-08-08 19:50:00
  这个。。。很通俗吗?
  汗,还不如给我一本物理书用若干公式描述呢!不就是钟慢效应之类的东西吗?就算是四维时空洛仑兹谐变质能方程啥啥的,用公式描述不更直接吗?
  个人认为物理的简洁美被破坏了

1 comment: