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2024年12月15日,原创2024-07-10 18:07·极目新闻

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摩根大通的团队将重点放在颁笔滨数据的同比变化彭博调查的经济学家们预计1月份颁笔滨同比升幅将从之前一个月的6.5%下降至6.2%

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603737 三(San)棵(Ke)树(Shu) 1 2.90 96.46 建(Jian)筑(Zhu)材(Cai)料(Liao)

在物理学家眼中,什么叫自然?2018-12-27 15:21·中科院物理所当爱因斯坦被问及,如果爱丁顿1919年对日食的观测实验否定而不是肯定了广义相对论的话,他该当如何是好,爱因斯坦只说了一句话:“那么我会为亲爱的上帝感到遗憾”。他显然自信广义相对论的结构自然性绝非不值钱的摆设。演讲人 | 邢志忠整理 | 王佳琪编辑 | 金庄维如果我给你一支削尖的铅笔,请你用笔尖触在办公桌上,能不能把铅笔立起来并保持平衡?你会发现这件事情很难做到。物理学的很多理论也是这样。构建一个理论,如果它的结构非常脆弱,像倒立的铅笔一样,被稍微触碰一下就倒了,那么这样的理论就不自然。所以我们说,理论模型的构建要追求自然性。什么是自然性欧洲核子研究中心的理论家吉安?弗朗西斯科?朱迪切(Gian Francesco Giudice)曾经写过一篇文章,他在其中引用了美国作家和人类学家玛丽?凯瑟琳?巴狄森的话:每件事都是自然而然的,否则的话,它就不会发生了。真是这样吗?朱迪切的观点是:当物理学家试图构建新理论的时候,自然性在美学意义上是一个强有力的指导原则。这一点似乎令人惊奇,因为物理学家最终得到的理论通常基于深刻而基本的物理学原理,且其数学形式非常复杂,人们无法相信这样的理论会包含任何主观的美学的东西。然而,事实恰恰是理论物理学家经常从简单和美的标准——换句话说,奈尔森所定义的“结构自然性”出发——得到灵感,从而推导出他们的理论模型。当爱因斯坦被问及,如果爱丁顿1919年对日食的观测实验否定而不是肯定了广义相对论的话,他该当如何是好,爱斯坦只说了一句话:“那么我会为亲爱的上帝感到遗憾”。他显然自信广义相对论的结构自然性绝非不值钱的摆设。但在很多时候,自然了就不经济,你不能保证所有的你都能做到,这是没有办法的。这也是为什么理论物理学中有一个与奥卡姆剃刀相矛盾的、由夸克之父默里?盖尔曼(Murray Gell-Mann)提出的“极权主义原则(totalitarian principle)”。他说,Everything not forbidden is compulsory,只要你没有基本的原理或者对称性禁止它发生,它就可以发生。这跟法律的有些条文是类似的,法律上没有明令禁止的就可以做。原则上这也是对的。所以既然没有禁止,你就可以要求它存在,就可以增加新的东西,那你的理论结构肯定就不简单。所以这时候你是追求简单性,还是希望遵从极权主义原则?这就看你自己的口味和选择了。希格斯粒子在不同的情况下,你会做出不同的选择。比如说标准模型中包含希格斯粒子。希格斯粒子在1964年被提出,但花了很多年都没能找到,直到2012年在欧洲大型强子对撞机上被发现。当时很多人都按捺不住了,怀疑希格斯粒子可能不存在。如果希格斯粒子不存在,你会发现这个理论就显得不自然,你就要重新进行修改它了。既然这个理论有自旋1/2的粒子,有自旋1的传递力的粒子,为什么没有自旋为零的希格斯粒子?我们知道自然界存在自旋为零的复合粒子,比如说π介子的自旋为零,那么在基本粒子层面,自旋为零的标量场原则上也会存在。所以从自然性出发,你就觉得它不应该不存在。希格斯粒子是在2012年被发现的,大家也都知道希格斯在2013年获得了诺贝尔奖。他老人家的一生是非常传奇的,他和霍金一样非常传奇。他一生在粒子物理学领域只发了八篇文章,然后就是教书,不带学生,不申请经费,不出来开会,不做报告,就等着获得诺奖,他最后获得了。他的成功不可复制!希格斯(左)和霍金(右)在伦敦科学博物馆(图源:sciencemuseum.org.uk)希格斯的情况不要说在中国没有办法生存,就是在英国,很多人都对他有意见。霍金就对他特别有意见,霍金觉得希格斯粒子肯定不存在。为什么?霍金为什么对希格斯有意见?霍金身体不好,不能走路,不能说话,但是他一生发表了170多篇文章,但是最终也没有获得诺贝尔奖。所以他看到只发了那么几篇文章,然后什么都不干的人,最终都能获得诺奖,心态大概不太平衡。要是换了你,你怎么想?诺奖得主的自然性原则有时候,很多物理量的数值会很小,然后你就会问它们小得自然还是不自然。这就要讲到诺奖得主杰拉德?特?胡夫特(Gerard ’t Hooft)的故事。他和导师马丁纽斯?韦尔特曼(Martinus Veltman)在1999年获得了诺奖。特?胡夫特(左)和韦尔特曼(右)在诺奖颁奖典礼(图源:naukas.co)特?胡夫特还是年轻学生的时候,需要找一个导师,于是就去见韦尔特曼。那时候他也没见过韦尔特曼,他按照约定到了乌得勒支大学的办公楼,要坐电梯上楼,去韦尔特曼的办公室。他进了电梯之后,后面有人跟着进来,其中一个长得很高很胖的人进了电梯后,电梯就超重了,开始报警。大家坐过电梯,有过这方面经验,就都会往门那儿看,谁最后一个进来的,谁就下去呗。结果最后进来的这位,他没下去。他说:我说123,就按按钮关门。说到三的时候,他腾空跃起,暂时对这个电梯不施加重力,然后一关门电梯就上升了。等这位先生落下来的时候,已经无法阻止电梯继续上升的势头,于是电梯就上楼了。年轻的特?胡夫特在电梯里看到这一幕时就惊呆了,他和他的小伙伴们都惊呆了。随后他发现自己要找的导师就是电梯里的这位“空中飞人”。大家如果有类似的经历,发现你的导师是个非常有趣的人,非常有想法的人,他毫无疑问值得你认真考虑。韦尔特曼告诉特?胡夫特,他目前在研究杨-米尔斯场的重整化问题。当时这个问题非常难,找不到出路。特?胡夫特说,这事我能做。韦尔特曼说,你确定吗?特?胡夫特说我确定,I can do that。特?胡夫特确实特别聪明,最后他花了一年的时间把这事做出来了。他获得诺奖的工作就是在读博士期间完成的这个工作,非常了不起。但这对师生的星座都是巨蟹座,大家知道巨蟹座的人有一些特点,有时候谁也不服谁。等到特?胡夫特证明了杨-米尔斯场论以及标准模型可以重整化,他的论文发表之后,他就成了世界知名的物理学家,然后留校,在乌得勒支大学从助教做起。但是他的名气太大,韦尔特曼实在受不了,最后就去美国密歇根大学做教授了。学生成功地把老师挤走,这是一个罕见的例子。所以大家将来选导师的时候最好调研一下候选人的星座,比如见到老师的时候要不经意地问一下,如果发现跟自己的星座不和的话,你就要考虑考虑。我这是开玩笑,大家别当真。特?胡夫特在上世纪80年代提出了一个自然性原则。一个物理体系中有一个很小的量,叫α。这个量很小,比如说数值等于0.01,那它是自然还是不自然呢?既然它很小,那你不妨把它取成0,如果α取成0后,这个物理体系的对称性增加了,那它就小得比较自然,否则就不自然。对称性增加的意思就是,你把这个参数关掉(取成0),物理体系就突然满足了某种守恒律或者某种对称性。引入这个参数后,相应的对称性会发生微小的破缺,这就比较自然。如果说你引入了这一项之后,整个物理体系就崩溃了,即原来所具有的对称性荡然无存,那引入这样的小量就不值,就不自然。大家想想,这个判据合理吗?中微子质量很小,标准模型中假设它是零质量,理论满足轻子数守恒。你加入一个微小的中微子质量项,轻子数守恒就被破坏。从这个意义上来说,它似乎小得比较自然。这是一个重要的理论判据,在粒子物理学、凝聚态物理学、材料科学很多方面,你都可以把它用来做一个判据。我们很多理论模型构造就是基于这样的判据。不自然的自然界当然了,很多时候自然界没有人们想象的那么简单。比如说,标准模型预言了12种基本费米子的质量谱。你可以看到中微子和夸克之间有一块大沙漠。我们完全不知道中间跨越六个数量级的沙漠中,是不是没有其他粒子存在。这自然吗?有些理论家猜测它显得不自然,沙漠中说不定也存在keV量级的新粒子,它可能是宇宙温暗物质的候选者。基本粒子质量分布,折线处为跨越六个数量级的“沙漠”(图源:scienceblogs.com)另外,在今天的宇宙中,物质与反物质之间存在百分之百的不对称。按照大爆炸理论,最初产生的物质和反物质是等量的,然后随着宇宙不断演化,原初的反物质全都慢慢消失了,最后只剩下物质。今天我们通过天文学、宇宙学的探测发现,重子数密度和光子数密度比值差不多是10-10。而宇宙产生之初,所有的基本粒子数密度应该差不多相当。那时候物质,或者说夸克,就要比反夸克多,每1010个要多出一个。这样的话,随着宇宙不断膨胀和冷却,正反物质湮灭,多余出来的夸克可能存活下来,再构成原子核,最后形成今天的物质世界。这件事情你觉得自然吗?你要做非常精细的微调,调到10-10这样一个差异。毫无疑问,你会发现它有点不自然,但是我们今天没有特别好的办法来解释或解决这个问题。所以这是粒子物理学和宇宙学面临的一个重要问题。多重宇宙和人择原理讲到宇宙学,宇宙起源于大爆炸,然后是一个暴胀阶段。暴胀很快结束之后,其他的演化就开始了,最终形成大尺度结构,包括星系和恒星;然后在地球这样的合适环境下,人类得以产生。暴胀理论是美国麻省理工学院的阿兰?古斯(Alan Guth)教授最先提出来的,它要求宇宙在瞬间增大到非常非常大的尺度。我们后来发现,暴胀理论(Inflation)和大爆炸宇宙学结合在一起,确实能够解释今天的天文学和宇宙学中很多的问题。很多学者觉得这可能是标准的宇宙学理论。但问题是你相信它吗?如果你不相信,能提出新的理论吗?这就面临很多问题。暴胀自然不自然?它所预言的多重宇宙存在吗?自然吗?凭什么人类生存的宇宙就是唯一的宇宙?弦论学家们告诉我们说,不是,还有10500个宇宙,其他的宇宙与我们生活的宇宙可能是类似的,人类只不过恰好生存在其中一个宇宙中而已。你相信多重宇宙吗?如果你相信,那么人类存活的这个宇宙是很多宇宙中很平常的一个。否则的话,你就要解释,人类凭什么这么特殊?那就变成了人择原理:只要有人类存在,就会有特定的规律。你相信这样的原理吗?这时候你就会发现,科学和哲学搅在一起了。标准模型的创始人史蒂文?温伯格(Steven Weinberg)说,一个谈论人择原理的物理学家所冒的风险,和一个谈论色情文学的牧师相同:不论你如何宣称你是反对人择原理的,总会有些人认为你对它有点太感兴趣了。很多大物理学家都讨论过人择原理。你要解释一些大尺度的、宇观的东西,或是极度微观的东西,又没有办法直接探测,就要做一些想象。你希望你的想法自然,虽然不可以被直接检验,但还是希望它有道理,说得过去。不同的物理学家对人择原理和多重宇宙有不同的看法。阿兰?古斯曾经总结过几位物理学家的看法。英国物理学家马丁?里斯(Martin Rees)说,他十分确信多重宇宙是存在的,他愿意用自己宠物狗的性命打赌。美国斯坦福大学的安德烈?林德(Andrei Linde)说,他也足够确信这一点,愿意用自己的生命打赌。然后温伯格表达了自己的看法:我也足够确信,我愿意用里斯的宠物狗和林德的性命加在一起打赌。“我愿意用里斯的宠物狗和林德的性命加在一起打赌。”所以你看看这些理论物理学家们,整天除了打赌、想入非非之外,当然也会做一些正经的事情。很多物理学家把多重宇宙这样的观念,或者很多其他的模型——超对称、额外维等很当真,有些人就没有那么当真。你自己提出理论或者做理论研究的时候,要有自己的理念,然后有自己相信的东西、追求的东西,这样才好。本文整理自邢志忠研究员在中科院高能所2018年大学生夏令营上的报告《物理思想的简单与深刻》第四部分。文章头图及封面图片来源:profmattstrassler图源:@Summarroll第四回 宿荒郊客心悲寂寞 消长夜贼口说风情_肉蒲团...

丢下女儿肯定是舍不得的但这一路上的颠簸极有可能让几个月大的女儿出意外就在郭若梅不知所措时妹妹就提出把孩子和她留下来等到那边稳定了她带着孩子去找姐姐去

发布于:尉犁县
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