Monday, January 6, 2014

wave01 光是横波,而液体是不能传播的——液体里只有如声波等的纵波,固体里面不止有横波也会有纵波,所以必须寻找到一个既不是液体也不是固体的物质

光是横波,而液体是不能传播的——液体里只有如声波等的纵波,固体里面不止有横波也会有纵波,所以必须寻找到一个既不是液体也不是固体的物质

地震可预报了,作为一个理科生,我认为之前地磁场,横波纵波的振幅频率都会发生明显的变化。




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文小刚:凝聚态物理学中的行为艺术家 精选

已有 5255 次阅读 2013-11-2 14:42 |个人分类:物理学家小传|系统分类:人物纪事|关键词:行为艺术家 物理学
      我们生活在怎样的一个世界?宇宙物理学家也许会告诉我们:其实这个宇宙充斥着许多地球人不了解的暗能量暗物质,剩下的只是可怜的人类自以为认识的小小世界。但凝聚态物理学家会从这个小小世界告诉你宇宙这个大世界是什么样的,可不,文小刚教授就大胆推测:我们生活在一锅“面条汤”里,用更具有量子味道的语言来说就是——我们生活在一个量子信息世界,整个世界就是一个巨大的量子计算机,用科幻的语言来说就是——黑客帝国里的矩阵世界可能比真实的物质世界“更真实”文小刚:我们生活在一个量子计算机里。辛勤耕耘的IT码农们,福音来了,那堆枯燥冗长的代码里,隐藏的可是开启宇宙奥秘的钥匙!前提是,你得进化到量子世界里去。

      做凝聚态物理的,可谓是谁人不识大牛文小刚!1977年进入中国科大物理系,1981年以第一名的成绩通过CUSPEA(李政道主持的中国-美国联合招考赴美物理研究生)考试赴美留学,1987年获得普林斯顿大学博士学位,之后在加州大学圣巴巴拉分校理论物理研究所做博士后,1989年回到普林斯顿高等研究院任研究员,1991年到麻省理工学院任教授,现兼任清华大学高等研究中心讲座教授。2002当选为美国物理学会Fellow。1994年荣获海外华人物理学协会优秀青年科学家奖,荣获1992-1997年的斯洛恩奖。这位物理大牛是如何炼成的?从网上搜罗的信息可以知晓一二。科班出身自不必说,CUSPEA第一名有多厉害?你要知道,李政道出的考试题可是难中之难,放在现在高校物理系里考试的话,恐怕无数人要恐惧的不是挂科,而是吃鸭蛋了。当然,考试厉害也不算啥,中国人考霸太多。考不好的也不意味着不能成为物理大牛,沈志勋教授当年据说是CUSPEA录取名单中倒数第几个的,但一点都不妨碍他靠勤奋和努力赢得了凝聚态实验物理学家大牛的地位,属于美国总统科学顾问量级,获得了凝聚态物理最高奖项——巴克利奖,仅次于诺贝尔物理学奖。不过文小刚教授做科研可不是为了拿诺奖,人家向往的是做学问最基本要素——兴趣。在听他报告或看他的文章中最常见的一个词就是:这是一件很有趣的事情。
 做物理研究是一件多么有趣的事情?文小刚以他的亲生经历告诉了我们答案。科大读本科时,他学的是低温物理专业,给了他基本物理素养和能力;赴美留学时,他选择了普林斯顿,就是冲着凝聚态物理界所有人的偶像——PW Anderson祖师爷去的,但过去才发现原来高能物理很热闹,于是他转而搞高能物理,弦论的理念就此在他脑中扎根;博士后期间在加州大学圣巴巴拉分校,他的同事——著名的诺奖得主——超导BCS理论中的S——施里弗,又用超导研究的魅力吸引他回归到凝聚态物理领域;回到普林斯顿的文小刚已经摇身变换了专业,但不变的是他追求物理之美的浓厚兴趣。再之后MIT和清华兼职已经是功成名就的事情了。清华高能研究院号称中国的普林斯顿,里面有清华校长做院长,也有杨振宁这样的老牌诺奖得主坐阵,还有张首晟这样的诺奖潜力新秀发扬光大,能在里面做讲座教授的,不是一般人。文小刚在清华做客座,目的也很简单,吸引更多的年青人投入到他所感兴趣的研究中来,因为他的研究,没有足够的数学和物理基础,是很难搞懂的。

 在凝聚态物理学界,文小刚就像是个行为艺术家。当99%的凝聚态理论学家都在忙着搬砖添瓦,做点各种模型的近似啦计算啦修修改改啦的时候,文小刚没有随大流,而是特例独行地去试图寻找凝聚态理论中最基本的东西。凝聚态物理理论框架最重要的就是朗道的费米液体理论和对称自发破缺理论(见李铭“文小刚对凝聚态物理的认识”),但文小刚认为这个理论框架不够完美,或者,没有Touch到物理最底层的实质。于是他展开了漫长的寻找世界本源的历程,从上世纪80年代,一直到现在。文小刚到底找到了什么?就是文章开头所说的“一锅面条汤”和“量子信息世界”。在凝聚态物理学家们眼中看来,文小刚的理论,就像是曲高和寡的阳春白雪,是一门非常高雅的艺术,常人难以理解。这有点像粒子物理学家看那些做弦论或膜论的科学家,难道非要把这个世界搞得这么玄妙非常不可么?
  我听过许多场文小刚教授的报告,也看过他不少科普文章,老实说,他讲的东西非常有趣,但是我一点都不懂。作为纯粹实验物理出身的我,也没有任何信心能够读懂他撰写的《量子多体理论:从声子的起源到光子和电子的起源》,还好他曾表示那根本不是一本教材,不过是把自己的文章札记归类整理成书而已。但作为一个普通的凝聚态物理研究人员,我对文小刚教授的idea感到非常欣赏,套用老杨的话就是:这些想法实在太漂亮了,如果不和大家分享,简直是不人道。
  说了半天,“面条汤”到底是啥,该解释一下了。这一回头,就是一百多年前,当年经典物理陷入的危机之一,就是光的载体——以太到底是否存在?迈克尔逊-莫雷的实验证明光速是各向同性的,也就是说经典的以太并不存在。但一百余年后的今年,已经是量子力学的物理时代,量子形式的以太会有么?我们清楚地知道光是一种电磁横波,但是什么东西的振动产生了电场和磁场,又是什么东西的振动产生了光?文小刚带着一个从本科时期就孕育的物理问题,思考出了新形式的以太——弦网液体。这个想法很简单,因为光是横波,而液体是不能传播的——液体里只有如声波等的纵波,固体里面不止有横波也会有纵波,所以必须寻找到一个既不是液体也不是固体的物质。文小刚巧妙借用了弦理论中的思想,在那里基本粒子都从零维的点模型变成了一根根一维的弦,弦的振动、卷曲、缠绕的方式决定了粒子的质量、电荷、自旋等性质。如果假设我们的世界是由无数根看不见的“弦”组成,弦在不断随机波动地涨落,就像一锅开水中的面条一样(有的面条是个圈),形成了“面条汤”——弦网液体,那么光就是弦网的密度波(只有横波分量)。找到了量子世界的以太,文小刚还不满意,他进一步发现他的弦网液体理论还可以解释电子,如果面条不是个圈,那么它的端点就正好对应一个带电荷的费米子——它就是电子或夸克!那么很显然,弦网世界里电磁场也很容易得到解释,不过是弦网端点分布造成的结果而已。这锅“面条汤”可不简单,它巧妙地利用弦的概念统一了光子和电子/夸克,而电子和夸克可以组成一切原子这些都是凝聚态物理中最基本的研究对象!就像粒子物理学中的弱电统一模型甚至大统一模型,无处不在的Higgs场让粒子拥有了质量,在凝聚态物理学中,无处不在的弦网液体形成了光子和电子,我们的世界因这锅“面条汤”而变的鲜活多味。这种弦网究竟是什么?文小刚告诉我们其实就是量子世界的“长程纠缠”,用这种长程纠缠的概念可以推导出麦克斯韦方程和狄拉克方程——这已经是现代物理学中最基本的方程了,也很有希望统一描述所有的基本粒子。进一步,为了更清楚地描述弦网凝聚思想,文小刚借用了量子计算机中的量子比特概念。量子比特其实代表的就是空间中的量子相互作用信息,量子比特的元激发就像固体中声子元激发一样,会产生准粒子,不过这里的“准粒子”就是光子和费米子,由于长程纠缠弦网凝聚的作用,光子和费米子可以稳定存在。我们的空间充斥着无数量子比特(好比一个巨大的量子计算机),其基态就是真空,而其激发态就是基本粒子,其运动造成的结果就是电磁波。是不是越来越科幻了?

 文小刚的理论,就相当于凝聚态物理学中的“大统一模型”,有一种“终极理论”的意味。但凡敢挑战终极理论且确认不是民科的,只能是物理学超级大牛,因为这不仅仅需要天马行空的思维,也需要严谨细致的数学素养,更需要清晰明确的物理图像。很少人能做到这一点,但文小刚这位行为艺术家,他坚定地迈出了这一步。做这种理论的,很难被人们广泛接受或很快认可,这不,文教授刚又发现他好多paper都是十年八年后才被人发现并引用(文小刚:有时要等十年八年,工作才被认可)。
 做基础研究,不容易啊!这是文小刚在不余遗力地科普宣传他的理论的原因之一。这不,他终于转战到了科学网,开通了博客(文小刚的博客 )。他坦言要为科学网贡献点正能量,我们很多人都十分期待。也希望科学网的口水战、牢骚帖、无聊文不会淹没真材实料的科学,让大牛们留下,驻足,生根,发芽。
  文小刚做的高端大气上档次的科普,显然和我这种面向中小学生的科普不在一个水平线。本人有缘在读研伊始就听说文小刚大名,有幸在诸多国内会议认识文小刚(他不认识我),也多次聆听过他的学术报告,更神奇地发现自己老婆的师兄的亲哥哥是文教授的得意博士后。世界就像一张弦网,把原本看似不相关的人,搅合在了一起,这就是缘分。基于缘分之名,我撰写了此文,也希望大家多关注大牛文小刚,多为科学网贡献正能量。
 
本人和文小刚教授泰山合影
     



http://blog.sciencenet.cn/blog-22926-738324.html
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该博文允许实名用户评论 评论 (24 个评论)



[24]巩靖  2013-11-4 00:36
。。。你瘦的时候还是蛮帅的。。。

[23]王春艳  2013-11-3 20:31
弦到底是面条啊还是汤啊?
博主回复(2013-11-3 20:32)弦是面条,弦网涨落凝聚是汤

[22]王春艳  2013-11-3 20:23
"其实这个宇宙充斥着许多地球人不了解的暗能量暗物质,剩下的只是可怜的人类自以为认识的小小世界。"这句话我怎么读着很别扭呢?
博主回复(2013-11-3 20:31)宇宙间70%是暗能量,22%是暗物质,已知物质只有7%,其中还有很多尚待认识的。所以是“小小世界”

[21]文小刚  2013-11-3 19:57
Pressed the "back" key, caused the comment to appear twice. Sorry.

[20]文小刚  2013-11-3 18:59
[17]鲍得海  2013-11-3 12:54
    二傻师傅说过:【宇宙本来就是一锅粥】!
    怎么,文大侠要把这锅粥变成一锅面条?

回复: 粥里的波满足欧拉方程。面条汤里的波满足麦克斯维方程。
我们真空里的波(光波)满足麦克斯维方程。所以宇宙是一锅面条,不是一锅粥。

这里
一锅粥 = superfliud (particle condense)
一锅面条 = string-net liquid (string-net condense)

[19]文小刚  2013-11-3 18:56
[17]鲍得海  2013-11-3 12:54
    二傻师傅说过:【宇宙本来就是一锅粥】!
    怎么,文大侠要把这锅粥变成一锅面条?

回复: 粥里的波满足欧拉方程。面条汤里的波满足麦克斯维方程。
我们真空里的波(光波)满足麦克斯维方程。所以宇宙是一锅面条,不是一锅粥。

这里
一锅粥 = superfliud (particle condense)
一锅面条 = string-net liquid (string-net condense)

[18]吴国胜  2013-11-3 16:20
"更神奇地发现自己老婆的师兄的亲哥哥是文教授的得意博士后"

这是今天最解乏一句话   
博主回复(2013-11-3 20:36)是啊,老婆和我不同专业,她搞心理学的,神奇啊!

[17]鲍得海  2013-11-3 12:54
二傻师傅说过:【宇宙本来就是一锅粥】!
怎么,文大侠要把这锅粥变成一锅面条?
博主回复(2013-11-3 20:34)二傻开始出山凑热闹了,好事啊! 你的宇宙一锅粥的意思是星系可以看成米饭粒,星际物质可以看成汤水?

[16]高召顺  2013-11-3 10:35
   看照片挺有师生相的,文老师就把会仟收做徒弟吧:1、会仟对文老师崇拜已久;2、文老师高深的理论也需要会仟这样的才子给我们芸芸众生科普一下(文老师的书太高深 ),只有成为文大师的弟子,才能够更深刻的理解文老师的思想精髓。
博主回复(2013-11-3 20:29)我不懂理论,数学功底也太差,怕入不了门就要被踢走了……

[15]文小刚  2013-11-3 09:29
二三十年来,中国科研发展飞快。也经历了好几个阶段。要更上一层楼,需要“制定标准,引导潮流”。要有这个胆,要有这个心态。首先要去制定,要去引导。能不能成标准,成潮流,我们并不在意。如果我们自己觉得‘美好‘,相信别人也会有同感,也会和我们一起欣赏,一起走。
博主回复(2013-11-3 09:52)从这个角度来看,引进人才,各种计划,其正面效应之一就是“建立标准,引导潮流”,为何土鳖们一定要用嫉妒的眼光看这些人?

[14]文小刚  2013-11-3 06:23
Re【6】
Emergent gauge theory (and the related string-net theory) 几乎是现代凝聚态理论的主流。在高能物理中,无人理会。 (见 http://blog.sciencenet.cn/blog-1116346-736247.html
String-net theory is very different from superstring theory.
String-net theory is not a theory of strings. It is a theory of qubits. String-net is a name for an entanglement pattern of qubits.

[13]文小刚  2013-11-3 06:15
谢谢博主写了这么多。
的确,物理创新要有艺术家的心态:
建立自己一套什么是‘好’的标准,是作开创性研究的先决条件。
开创性研究,就是制定标准,引导潮流,告诉别人:到底什么是‘好',什么是‘美'。
你自己觉得‘美好‘,相信别人也会有同感,也会和你一起欣赏。
这是艺术家的风格。每人自己都有对‘美好’的判断标准。科研工作的丰富多彩,由此而来。
博主回复(2013-11-3 09:15)谢谢文艺术家本人来支持,科学就是对美的不断追求。能做出开创性的研究,我等后辈都值得借鉴和学习。

[12]文小刚  2013-11-3 06:05
Re【5】我的观念则是将基本粒子视为空间中量子比特的集体激发。

[11]郭艳峰  2013-11-3 04:53
曲高和寡,阳春白雪。牛人厉害到一个程度,就像独孤求败,要忍受站在顶峰的孤独感,难求知音。别人都知道你牛,但不知道为什么牛,
博主回复(2013-11-3 09:12)所以需要抓紧科普

[10]蒋敏强  2013-11-2 23:57
这不是一般的脑袋!
博主回复(2013-11-3 00:34)其实文老师的出生也很普通,看他的家人就知道,和普通中国老百姓没有任何区别。做前沿理论研究,有的时候需要一点天资,更多的时候需要勤奋。

[9]李铭  2013-11-2 23:47
非常好
博主回复(2013-11-3 00:32)文小刚老师要凌乱了,这么多MP帖。

[8]钱玉忠  2013-11-2 22:22
其实你的科学网头像也像是面条汤!哈哈
博主回复(2013-11-3 00:31)老大,那是篆刻好不好,哼哼

[7]张文卓  2013-11-2 22:16
已转到微博上并@了一下文老师
博主回复(2013-11-3 00:31)嘻嘻,自从新浪内测之后,我已经不玩微博了。

[6]马明  2013-11-2 19:54
作为一个标准的物理学爱好者,有么有哪位能告诉我玄论到底靠谱吗?我印象中看过对玄论的报导经常是两极分化,而且貌似哪一极都有大牛,貌似说的都有理...
博主回复(2013-11-2 20:40)现在做理论的都太浪漫主义,所以很难分清楚什么是现实,但只要思想太美妙,干嘛不分享呢?

[5]王国强  2013-11-2 19:21
不少教科书里说相对论否定了以太的存在的这种说法也不严格,其实爱因斯坦193X年起就考虑重新启用以太的概念。限于他的时代的局限性,爱因斯坦想以场为基本量,将基本粒子作为场的奇点而从场方程中解算出来。 现代的观念则是将基本粒子视为场的激发态,只不过这种最基本的场到底是弦网还是希格斯场,由于标准模型被视为一个高能理论的低能近似,那至少目前看来弦网可能更基本。
欢迎以太的回归。。。。。。
博主回复(2013-11-2 20:37)这么一说,文小刚更显得牛气了!

[4]王国强  2013-11-2 19:06
嗯,原来是小帅哥一枚啊。不是被文教授反衬的吧? ^_^。。。。。。。。。。。
博主回复(2013-11-2 20:38)角度问题,现在发胖了不少,人老沧桑了啊

[3]杜增义  2013-11-2 18:53
那个弦网液体里面木有短点嘛
博主回复(2013-11-2 18:56)这张图是说明光波如何产生的,有端点的见他的博客原文。

[2]马红孺  2013-11-2 16:32
CUSPEA的考题应该不是李先生出,而是李先生委托相关大学出。文小刚的那一年可能是Cornell出的题(??不知道为何有此印象)。
博主回复(2013-11-2 18:55)开始的时候有些题是李先生出的,我只看过几道就晕菜了……
文小刚那届,也许只有他自己记得谁出的题了。据说那届第1-4名全是他们班里的,科大威武啊!

[1]马红孺  2013-11-2 16:25
其实,CUSPEA的考题不能算很难,科大出的那几大本物理学大题典中的不少题目就是当年的CUSPEA考题。这些题目和当年读书时做的习题的风格还是有明显差别。后来的教材,大都参照CUSPEA的考题做了改革。 CUSPEA对中国大学的物理学教学是起了很大的促进作用,关于这一点,似乎说的人不多。
博主回复(2013-11-2 18:52)那是科大,牛人太多。一般的大学物理系,学生能懂散射矩阵就很厉害了…… 而非物理系的,大部分只知道薛定谔方程这个名字……
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