知乎物理问答

最近热议的 LK-99 材料也许真的可能具有室温常压下的超导属性或超导相，至少也可能是一种新型的复杂多相的，值得进一步研究的新材料。从超导理论上来讲，他们提出了两个特别值得关注的要点：一个是此超导相可能是一个准一维结构；另一个是微小的晶格压缩可以产生巨大的内应力。这两点可能真是实现室温常压超导的必要条件。然而高温（二型）超导的物理机制并没有解决，传统的BCS理论并不适用。那么，新机制应该是什么样？ 。。。
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上世纪初开尔文（Kelvin）所提到的那两朵乌云（以太和能量均分问题）最终迎来了现代物理学的两个重要支柱理论--狭义相对论和量子论。更进一步地，爱因斯坦在其狭义相对论的基础上凭借他超人的智慧建立了仍然是我们目前已知的最好的时空和引力理论--广义相对论。而同样在狭义相对论的基础上，量子论经过70年的发展和许多天才物理学家的贡献也终于形成了我们今天所熟知的粒子物理量子场论的标准模型（Standard Model）。这两个若即若离的理论即广义相对论和标准模型虽难以统一在一个框架里，却以其惊人的相容度极为精细而深刻地描写着几乎全部基础物理和宇宙学 。。。
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层展（emergence）和还原（reduction）常常被看作科学研究中的两种（对立的）方法论或理念。层展（emergence）还是我刚刚知道的中文翻译，不过它明显比我以前知道的翻译“涌现”要好得多，当然意思也更丰富。特别是这个中文“层展”概念与我最近发展的一种超越标准模型（beyond the Standard Model）的新物理的观念尤其吻合：物理规律和内涵（比如，基本粒子及其相互作用）是通过时空维度相变的机制一步一步演化的 。。。
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说起来张益唐还是我的北大校友学长。几年前第一次得知他在孪生素数猜想上的突破性贡献时，对于他的际遇有一种莫名的共鸣震动，也就是所谓的“于我心有戚戚焉”。他的例子对我未尝不是一种莫大的鼓励，对于几年后实现我自己的突破肯定有些影响。及至这两年多来的经历，我不免又生出了很多感概，遂成此文 。。。
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长期坚持自己最喜欢的问题的科学研究对做学术的人特别是年轻人常常是一个既美好又危险的事情。如果个人所爱恰恰是符合主流研究规范的话，那么恭贺你，你会顺利成长为一个标准的主流科学家。如果你的研究所爱特别另类，那么也恭喜你，因为这可能是具有颠覆性的创新研究。然而你可能未必完全清楚你所面临的巨大风险 。。。阅读全文

现今的学术自由（即使是在似乎最自由的美国），或者具体地说终身（tenure）制度，其实也只是一个保护所谓“成功者”或权威者的制度。这样的一种学术制度其实和威权统治社会里的政治制度是非常相似的 。。。风险投资与学术Startup 。。。阅读全文

超对称（supersymmetry 或 SUSY）是在上世纪 70 年代为了在量子场论中引入费米子（fermions）和玻色子（bosons）之间的对称性而提出来的。特别是在 Coleman–Mandula 定理的发表后，超对称成为了非平庸地连接时空和其内廪空间对称性的一条途径。由于超对称的引入，物理模型通常会有更好的特性，特别是可重整性（renormalizable） 。。。阅读全文

教育是人类社会的一个大课题。在我看来，人类有别于其他生物的两个最重要的活动就是教育和创新（Education and Innovation）。而这两项活动是紧密联系在一起的，也是保证人类社会持续的传承和发展的基本方式  。。。阅读全文

历史上人们对引力的理解经历了两次重大的飞跃。第一次是牛顿的万有引力定律，引力作为一个普适的物理规律被理解为作用于所有物体之间，特别是宇宙中无处不在的奇妙的天体之间。第二次是爱因斯坦从第一性原理出发创立了广义相对论，把引力重新理解为4维时空的几何现象。然而 Penrose 和 Hawking 在六、七十年代证明了广义相对论将不可避免地导致时空奇点（比如黑洞）的产生，预示着广义相对论在极端时空条件下的失效  。。。阅读全文

这是一个很大的问题，也是一个不容易回答的问题。而且存在很多不同角度的回答。这样的回答，从大到全宇宙的上帝视角，到全体生命的精神内涵，到智慧生命的认知角度，到人类社会的方向 。。。利用现代科学特别是物理科学的空前进展所给予我们的启示来讨论生命的意义  。。。阅读全文

这大概算是在憧憬一种大一统理论之下的误解。其实广义相对论（general relativity）和量子理论（quantum theory）没有不可调和的矛盾。根据最新提出的的镜像世界理论（mirror matter theory），特别是在动态时空演化下的超对称镜像模型（Supersymmetric Mirror Models），广义相对论描述的是时空维度暴涨后量子涨落被平滑后导致的平均场效应，即暴涨后平滑的时空几何。在这种意义下，这两种理论完全相容并对我们的宇宙做出一致的描述。 。。。阅读全文

其实从某些物理分支学科来看，比如凝聚态物理及其他量子应用物理的角度来看，最近几十年的发展非常迅猛。但人们更关心的可能是更基础的物理理论体系的划时代的突破。出于人类天生的探索本源的好奇心驱使，而且基础物理建筑在人类理解自然和科学认知的顶端，所以它的突破更容易为人们所津津乐道。然而其他下级物理分支学科尽管受基础物理进展的影响但事实上是不能从基础物理完全导出的，即使原则上也不行。关于这方面的讨论，可以参见这篇通俗文章：“No single unification theory of everything” 。。。。阅读全文

在写当前的突破之前，我们先来回顾过去：现代物理的第一个划时代突破大概要算伽利略（Galileo）首先把物理奠基为一门实验的科学。接下来是牛顿（Newton）的运动定律和他的万有引力的两大发现。这奠定了牛顿在物理乃至科学上的不可动摇的地位。 。。。 阅读全文

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