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楼主: henryharry2

[建议] 新量子物理

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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:04:01 | 显示全部楼层

角动量守恒

由经验可知,磁矩最终将转向磁场的方向。这是最早的磁器件(罗盘)的基础。我们已经知道,进动转矩T=m×H做不到这一点,因为它垂直于H。由于角动量守恒律严格成立,如果不给自旋系统提供角动量,就不能让这个系统变得无序。需要用量子力学的方法研究角动量在系统间的传输。角动量守恒律要求,角动量必然转移到其他地方去了。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:05:30 | 显示全部楼层

最小值

在进动过程中,H和m之间的夹角θ不会变化,因此,能量E=-mHcosθ是常数,它并不是最小值。显然,这与经验矛盾,因为我们知道,只要时间足够长,磁矩最终会转到磁场的方向上。改变θ(从而也就改变了磁偶极的能量)需要额外的转矩,后者按照与磁化相同的速率进动。现在人们认为,这一额外的转矩来自于阻尼,即摩擦力。我们认为,这一额外的转矩不是来自于阻尼,而是来自于宏观量子合作现象,即宏观量子化。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:09:21 | 显示全部楼层

太阳内部结构和动力学方面

太阳内部结构和动力学方面,1992年日震学研究在太阳辐射层和对流层边界发现了一个速度高度剪切的、厚度只有约0.05R⊙的Tachocline层,被认为是太阳磁场和太阳活动周发端的孕床;发现了新活动区浮现的显著特征;发现在接近太阳表面的稳定流向极区的子午环流;详细的三维磁流体数值模拟,再现了活动区浮现的主要观测特征。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:23:16 | 显示全部楼层

太阳表面小尺度磁场

太阳表面小尺度磁场的浮现和对消在约40小时的时标内迅速更新太阳表面磁通量;观测到太阳极区的kG磁场以及太阳表面量大命短的水平磁场。太阳表面的局地磁发电机可提供足够的磁能加热太阳外层大气;太阳表面到处都存在小尺度的磁环,它们受对流等离子体影响,形成磁毯结构,很可能与传统的磁结构伞盖模型不一致。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:28:33 | 显示全部楼层

统一框架

在量子引力和热运动的统一以及磁性的相对论起源里,都需要将热和磁的能量吸收到相对运动里,这与广义相对论不相容,却与量子引力相容。从这里可以看出,存在引力、热运动和磁性起源的一个统一框架。
这样差旋层可能就不是太阳磁场真正起源的地方,如果太阳磁场起源于差旋层,必然要损耗太阳的自转能。太阳磁场的真正起源是相对运动,在高度动荡的太阳上,相对运动总是存在的。所以太阳全身都是发电机,这与太阳上无处不在的小尺度磁场是相对应的,这样发电也不会消耗太阳的自转能。另外,以对流层为主的红矮星和辐射层为主的O、B型星上都存在磁场,这是用太阳发电机理论无法解释的,而用我们的理论可以解释。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 10:45:07 | 显示全部楼层

最低能量态

从我们的理论可知,磁矩最终将转向磁场的方向可能不是由于摩擦力引起的,而是因为微观量子化+ 宏观量子化的配置中存在一个最低能量态引起的。携带磁场的量子有些奇怪,符合波粒二象性,例如铁磁性中的3d电子一方面具有局域性(粒子性,微观量子化),另一方面具有扩展性(波动性,可能具有宏观量子化特点)。中子星的磁场也有这种奇怪的性质,一方面中子具有自旋,另一方面中子星又有一个全局磁场。铁磁性金属和中子星上长期存在的磁场是我们的理论的证据,假如不是最低能量态,而是摩擦力调整的转矩,那么欧姆耗散会马上让铁磁性金属和中子星失去它们的磁性,而事实并非如此。
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 楼主| 发表于 2016-1-6 05:31:21 | 显示全部楼层

量子力学的基础问题

从生命和粒子的类比可以这样考虑量子力学的基础问题。生命有生命周期(等价于量子相位),可以认为是自旋1/2的粒子。生命与环境是不可分的,具有不确定性(因为环境是不确定的),和海森堡不确定性类似。生命都符合庞加莱复现原理,可是这个复现需要一个代价—熵增,按照薛定锷的说法,生命依赖于负熵为生,那是因为生命与环境之间实际上是不对称的。
假如我们迫使生命和环境之间对称,就不存在熵增的代价,生命就与量子等价,此时它们是第三类永动机。事实上,稳定的原子和稳定的原子核都是第三类永动机。由于符合庞加莱复现原理,就不存在波包扩散的问题;事实也是如此,你几时见过稳定的原子或稳定的原子核扩散开来了?
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 楼主| 发表于 2016-1-7 03:29:04 | 显示全部楼层

量子力学的基础问题

细菌的生存能力极强,被阿波罗登月飞船带上月球的细菌,据说在月亮那种无水、无空气的环境下还能够存活好几年。之所以会这样,是因为在没有食物的情况下,细菌会将它们的新陈代谢过程关闭。我们可以利用细菌这个特点设计一个“薛定锷细菌”试验来讨论量子力学的基础问题。
薛定锷波随时间是确定性演化的,这是个可逆过程;但测量过程使波函数坍缩,这是个不可逆过程。假设薛定锷盒子里装的不是“薛定锷猫”而是“薛定锷细菌”。那么“薛定锷细菌”确实是处于“死”和“活”的叠加态上,全看你在什么环境下打开这个盒子,这相当于不可逆的测量过程。如果在月亮上打开盒子,“薛定锷细菌”死;如果在地球上打开盒子,“薛定锷细菌”活。
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 楼主| 发表于 2016-1-13 06:14:18 | 显示全部楼层

Jahn-Teller效应

在进行碳60里引入铷原子的实验中,碳分子逐渐从绝缘体变成了超导体。根据Jahn-Teller效应,分子趋于保持其原有的几何结构,于是便形成了一种看似绝缘体却拥有超导性的特殊物质。这种转变在本实验进行前从未出现过。为何这项发现如此令人激动?
因为该金属能在高温(“高”是相较于零下243.2摄氏度而言的)下成为超导体,使该金属得以大规模生产和进行更多的实验。如果以上说法被证实无误,我们将有可能大规模生产导电过程中不会产生热量、声音和其他形式能量损失的超导性材料,这将彻底改变人类今后发电及导电的方式。
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 楼主| 发表于 2016-1-15 16:50:32 | 显示全部楼层

量子力学的基础问题

通过生命与粒子的相似性,似乎可以这样解读量子力学的基础问题。爱因斯坦不相信大自然在掷骰子,可是大自然真的在掷骰子。生物进化是由基因重组和变异驱动的,这个过程是个掷骰子的过程,因为你无法预测基因会变成什么序列。但是生命进化的结果却是确定性的,一万次基因变异中可能有9999次是错误的,只有一次是正确的,但是错误的会被自然淘汰,而正确的那次却被保留了下来。在这里,变异的过程类似于量子力学的U过程,而自然选择的过程类似于量子力学的R(测量,或波函数坍缩)过程。
当然生命进化的这个过程刚好和量子力学的过程是相反的,量子力学的U过程由薛定锷方程描述,薛定锷方程是确定性的,而基因变异过程是掷骰子过程。量子力学测量或R过程是不确定性的,而自然选择的过程却是确定性的。但是大自然似乎更倾向于我们的新量子力学,而不是波函数以及哥本哈根解释描述的量子力学。哥本哈根解释预测的结果是“指那打那”,大自然给出的结果却是“打那指那”,大自然玩的这套把戏反而在我们的量子力学的新解释的预料之中。
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 楼主| 发表于 2016-1-18 09:52:05 | 显示全部楼层

概率波

Paul Davies在他写的一本量子物理学大学教课书里极力主张一种与我们类似的观点。他写到:要不惜任何代价抵制诱惑,不要把电子想象成散布在空中的波纹。电子本身并不是波。而只是其运动方式受波的原理支配。物理学家仍然把电子看作一种点状实体,只是那个点的精确位置不很确定。他用马尔萨斯的生育作比拟,来描述那决定着电子的可能去向的概率波。生育不是那种有实物在振动的波,而是一种概率波……,它有自己的动力学,但一次生育当然仍是发生在一个地方,变动的只是那个抽象的概率。
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 楼主| 发表于 2016-1-23 14:52:50 | 显示全部楼层

干涉

反中子是中子的反粒子。它是1956年发现的。它的磁矩对于其自旋是反号的。反中子与核子相碰可湮没为π介子。量子引力认为,质量是由正、负能态配对产生的,这样量子引力自然地将包含了电子和质子的质量作为引力的源,中子提供了这种看法的直接证据,因为中子不带电荷,证明了质量起源的电荷无关性。
从经典理论来看,牛顿引力与正、负电荷之间的库仑力类似;从量子引力看,与库仑力类似的却是两个反平行光子之间的干涉效应,毕竟正、负电荷会湮灭成两个反平行的光子。作为这个类似性的有趣例子,让我们来看中性K介子的衰变。
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 楼主| 发表于 2016-1-23 14:54:06 | 显示全部楼层

中性K介子

在弱相互作用中,虽然中性K介子和反中性K介子都能衰变为两个π介子,但是“干涉”也发生了。如果中性K介子和反中性K介子这两个源头是步调一致地前进,则会有正的干涉。此时π介子的波相互增强,而粒子立刻就衰变了。但是如果此时干涉是抵消的,(这相当于庞加莱原理中两个平行的光子的情形),该系统就不能衰变为两个π介子,此时我们认出它是一个K长。K长能衰变成3个π介子。这两种可能性(K长和K短)恒是50对50。
由于中性K介子不带电荷,所以用庞加莱原理理解K短比用正、负电荷来理解更符合实际。K短衰变为两个π介子是严格符合镜像对称的。PC对称性是为何相消干涉能使K长不能衰变为两个π介子的原因。但弱相互作用也非常微弱地违反了PC守恒定律。有人说还有一个力——一个“超弱力”,它的唯一效用就是破坏PC对称性守恒。庞加莱原理则提供了破坏PC对称性守恒的另一种可能性。
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 楼主| 发表于 2016-2-8 06:48:11 | 显示全部楼层

交互诠释

最成熟的一种逆因果论模型是所谓的“交互诠释”,它是由华盛顿大学的物理学家John Cramer发展起来的。根据他的观点,每一个事件都会在时间上同时向前和向后发出扩散的波,将已测定的粒子与其较早的阶段连接起来,在时空的其他位置上则会相互抵消。但是这个设想,Wallace说,也仅仅是“思想的素描”。逆因果论模型尚未完成。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 04:33:58 | 显示全部楼层

自旋

基本粒子(如电子)能像地球绕太阳旋转那样绕着原子核转动。但在传统的电子的点粒子图景中,似乎没有什么现象对应于地球绕自己轴的自转。物体自转时,转轴上的点——像飞盘的中心点一样一是固定不动的。如果什么东西真的像一个点,那它就不会有什么转轴以外的“其他点”,所以也不会有点粒子自旋的概念。但是,这个论证却因另一个量子力学奇迹而失去了意义。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 04:37:54 | 显示全部楼层

自旋

1925年,荷兰物理学家乌伦贝克(George Uhlenbeck)和戈德斯米特(Samuel Goudsmit)发现,许多与原子对光的发射和吸收有关的奇特数据都可以通过假定电子具有特别的磁性质来解释。在大约百年前,法国人安培就证明了磁性来自电荷的运动。乌伦贝克和戈德斯米特沿着这条思路发现,只有一种特别的电子运动形式才能产生实验数据所要求的磁性,那是一种特别的转动——即自旋。这是传统观念不曾想过的事情,但乌伦贝克和戈德斯米特确实证明了,电子仍然像地球一样,既公转,也自转。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 04:42:16 | 显示全部楼层

自旋

乌伦贝克和戈德斯米特真把那说成是电子在自旋吗?是,也不是。他们的研究所显示的确实是一个量子力学的旋概念,多少有点儿像寻常的自转,但本质上却是量子力学的。这是一个微 观世界的性质,带着点儿经典概念的影子,然而添加了些许实验证实了的量子色彩。例如,我们看一位旋转的溜冰者,当她放下手臂时,会转得更快;当她张开手臂时,会转得更慢。但她迟早总会慢慢停下来的,不论她原来转得有多快。不过,乌伦贝克和戈德斯米特发现的那种自旋不是这样的。照他们的实验和后来的研究,宇宙的每一个电子总是永远地以固定不变的速率旋转。电子自旋不是我们习惯的那类物体偶然发生的短暂的旋转运动,而是一种内禀的性质,跟它的质量和电荷一样。如果电子没有自旋,它也就不是电子了。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 04:46:13 | 显示全部楼层

自旋

用专业的话讲,物理学家说物质粒子有1/2-自旋,这里的1/2大体上代表粒子旋转快慢的量子力学度景。另外,物理学家还证明,除引力外的那些力的传递者——电磁作用的光子、弱规范玻色子和强作用的胶子——也有着内禀的自旋特征,是物质粒子的两倍,都是“1-自旋”。那么,引力呢? 对了,在弦理论之前,物理学家就能确定那种假想的引力子应该有多大的旋才能成为引力的传播者,答案是光子、弱规范玻色子和胶子的两倍——即,“2-自旋”。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 04:52:23 | 显示全部楼层

对称性原理

自然定律可能牵涉到的与时间、空间和运动有关的对称性原理,只要你肯去想,还会遇到更多。例如,物理学定律与观测的角度无关。你可以做一个实验,然后将所有仪器转一个角度再做一次,它们都遵从同样的定律。这就是所谓的旋转对称性,意思是物理学定律认为所有的方向都是平等的。这也是一个与我们前面的讨论一样的对称性原理还有什么我们忽略了的对称性吗? 你可能会想到我们讨论过的与非引力作用相关联的规范对称性。那当然也是自然的对称性,不过太抽象了。我们这里只讲那些与时间、空间和运动有直接联系的对称性。这样的话,似乎不会再有别的可能的对称性。
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 楼主| 发表于 2016-2-15 05:02:51 | 显示全部楼层

科尔曼-曼都拉定理

实际上,物理学家科尔曼(Sidney Coleman)和曼都拉 (Jeffrey Mandula)在1967年就证明了,除刚才讨论的而外,不会再有别的与空间、时间和运动相关的对称性能生成一个与我们的 世界有任何联系的理论。然而,经过许多物理学家的仔细研究,后来发现这个科尔曼-曼都拉定理有一点微妙的毛病:它没有完全考察与某种叫自旋的东西密切相关的对称性。
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