《非诚勿扰》来了一位物理学博士男,他朗诵的一首《物理系男生的情书》,充满了专业物理名词,弄晕了在场的嘉宾,也未能携得美人归。然而这个如同从美剧《生活大爆炸》中走出的人物却在场外获得众多观众的青睐。其实,《物理系男生的情书》并非他的原创,而是流传网络很久的经典文字,原作者已不可考。如今这个时代,恋爱也讲究专业性,不过,物理男把这么“油菜花”、有内涵的诗献上《非诚勿扰》的舞台,若不是太书生气,我们就只能认为他是存心踢馆的“腹黑男”。
利用自己的专业知识来写情书求爱,这是一种幽默,也是一种智慧,更是一个时代充满活力和创造力的文字证明。
我理想的女生应该是这样子的:
那一天
你在我的参照系里静止
你透过我的瞳孔衍射
在视网膜上刻下一组爱里斑
于是我知道
事件经历了不可逆过程
你像太阳一样对我辐射
虽然你很小心的
将最强烈的心情
藏在了不可见波段
我恨自己眼睛不够大
以至于遗憾地丢失了许多高频次波
又恨自己眼睛不够小
以至于视网膜上你的样子出现像差
在这个熵急剧增加的世界里,
我的平均自由程越来越短
我的生活越发缺少涨落
而黑夜又是那么的空虚
我的灵魂独自在闵可夫斯基空间里飘来飘去
飘来飘去
我向着你飞奔
(虽然也担心让你红红的脸颊看上去像紫色)
期望在9点50分
看到你10点钟的微笑
然而你却给了我一个273.15K的表情
我无法容忍这种不确定关系
我需要一个决定论
可是所有的能量
都像是被投进了黑洞
我觉得自己就像是薛定谔的猫
在真实和虚无之间简谐振动
而你就是那只麦克斯韦妖
顽皮地开关着那扇命运之门
于是对称性
破缺了
自发地
在这个混沌的世界
(理工男女,浪漫起来,都是在宇宙尺度下展开的~~~~非广义相对论所不能容纳。说起来,这位物理男还是不适合被《非诚勿扰》这系统推倒,化学女啦生物女啦计算机女啦环境女啦工程女啦你们……到底在哪里?快来解救!)
注:顺便科普下物理知识(*^__^*) 嘻嘻……
参照系:
又称参考系,物理学名词,指研究物体运动时所选定的参照物体或彼此不作相对运动的物体系。根据牛顿力学定律在参考系中是否成立这一点,可把参考系分为惯性系和非惯性系两类。由于一切物体都在运动,在研究一个物体的运动时,首先要确定物体的运动是相对哪一个物体来说的,被选来作为参考标准的物体或物体系,叫做参考物或参考系(或参照物、参照系)。
爱里斑(Airy disc):
由于光的波动性,光通过小孔会发生衍射,明暗相间的条纹衍射图样,条纹间距随小孔尺寸的减少而变大。大约有84%的光能量集中在中央亮斑,其余16%的光能量分布在各级明环上。衍射图样的中心区域有最大的亮斑,称为爱里斑。爱里斑的角度与波长(λ)及小孔的直径(d)满足关系:sinθ=1.22λ/d。θ即第一暗环的衍射方向角(即从中央亮斑的中心到第一暗环对透镜光心的张角),因为θ角一般都很小,有sinθ≈θ,故θ≈1.22λ/d(就是光透过一个小孔【瞳孔】后在视网膜上呈现的图案,一个圆透过瞳孔会呈现一圈一圈的样子,它成的像会
比原本的圆看起来模糊一些。出现“爱”这个字眼也可以理解为一语双关,不但指爱里斑这个物理现象,也告诉你那是丘比特的箭。)
不可逆过程(irreversible process):
不会自发地逆转并恢复到原来状态的过程。任何实际过程都是不可逆过程。
像差(aberration):
在光学系统中,由透镜材料的特性、折射或反射表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。实际光学系统中,有非傍轴光线追迹所得的结果和傍轴光线追迹所得的结果不一致,这些与高斯光学(一级近似理论或傍轴光线)的理想状况的偏差,叫做像差。
(高频次波,越高频的波对应越小的距离,“遗憾地丢失了许多高频次波”,可以理解为恨不能看清你每一个细节。象差:自然象差会让你的样子变得模糊。)
熵(entropy):
表示物质系统状态的一个物理量(记为S),它表示该状态可能出现的程度。在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。孤立体系中实际发生的过程必然要使它的熵增加。熵(entropy)指的是体系的混乱的程度,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。熵由鲁道夫·克劳修斯(RudolfClausius)提出,并应用在热力学中。后来在,克劳德·艾尔伍德·香农(Claude ElwoodShannon)第一次将熵的概念引入到信息论中来。(“熵急剧增加的世界”应该指:在这个越来越浮躁的世界里)
闵可夫斯基空间:
狭义相对论中由一个时间维和三个空间维组成的时空,为俄裔德国数学家闵可夫斯基(H.Minkowski,1864-1909)最先表述。他的平坦空间(即假设没有重力,曲率为零的空间)的概念以及表示为特殊距离量的几何学是与狭义相对论的要求相一致的。闵可夫斯基空间不同于牛顿力学的平坦空间。阿尔伯特·爱因斯坦
在瑞士苏黎世联邦科技大学(Eidgenössische TechnischeHochschule, ETH; Swiss Federal Institute ofTechnology)时期的数学老师赫尔曼·闵可夫斯基在爱因斯坦提出狭义相对论之后,于1907年将爱因斯坦与亨德里克·洛仑兹的理论结果重新表述成(3+1)维的时空,其中光速在各个惯性参考系皆为定值,这样的时空即
以其为名,称为闵可夫斯基时空,或称闵可夫斯基空间。
爱因斯坦一开始不认为这样的表述有何重要性,但当他1907年开始转往广义相对论发展时,发现闵可夫
斯基时空可说是其所要发展的理论架构的基础,转而对这样的表述采取高的评价。
273.15K的表情:
就是说你并没有给男主角微笑,相反的,只是冷冰冰的表情。(这是始
终变慢效应,因为相对运动,我在9点50分,看到的是你10点钟发生的事情。男主角
期望看到的是微笑。))
薛定谔之猫:
什么是薛定谔猫?这要从头说起。薛定谔(E.Schr dinger,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬[2]。这些年来许多物理学家绞尽脑汁,试图解开这个佯谬。直到最近经过一系列精巧的实验,这个问题才逐渐有了眉目。2000年7月,《自然》报道了最新的实验结果。 量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论,它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的。例如,电子可以同时位于几个不同的地点,直到被观察测量(观测)时,才在某处出现。这种事如果发生在宏观世界的日常生活中,就好比:我在家中何处是不确定的,你看我一眼,我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能;在你看我之前,我像云雾般隐身在家中,穿墙透壁到处游荡。这种“魔术”别说常人认为荒谬,物理学家如薛定谔也想不通。于是薛定谔就编出了这个佯谬,以引起注意。果不其然!物理学家争论至今。
薛定谔猫佯谬是一个设计巧妙的理想实验:将一只猫关在箱子里,箱内还置有一小块铀、一个盛有毒气的玻璃瓶,以及一套受检测器控制的、由锤子构成的执行机构。铀是不稳定的元素,衰变时放出射线触发检测器
,驱动锤子击碎玻璃瓶,释放出毒气将猫毒死。铀未衰变前,毒气未放出,猫是活的。铀原子在何时衰变是不确定的,所以它处于叠加态。薛定谔挖苦说:在箱子未打开进行观测前,按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等有人打开箱子看一眼才能决定猫的生死。这个理想实验的巧妙之处,在于通过“检测器-锤子-毒药瓶”这条因果链,似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性;微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说:“
我去拿枪来把猫打死!”
薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题:什么是量子力学的观测?观察或测量都与人的主观有关,而人在箱外,所以必须打开箱子才能决定猫的死活。谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫
是活的,衰变后猫就死了,这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。所以毛病出在观测的主观性上,应该朝这个方向寻根究底。 微观的观测与宏观的观测有所不同。宏观的观测对被观测对象没有什么影响。俗话说:“看一眼总行吧。”意思是对所看之物并无影响,用不着担心。微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化。以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大。所以,在微观世界中看一眼也会惹祸!
量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。再追究下去,观测无非是观测手段(如光子)与被观测对象(如电子)之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替。经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观。具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。 但是,箱中猫的“死-活叠加态”究竟是怎么一回事呢?
物理学是实验科学,一切要由实验来判定。较早的一批关于“薛定谔猫”的实验[3,4]是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来,然后以可控制的方法使之相互作用,以观察其变化。结果发现,关键在于环境的相互作用,它导致原先的量子叠加态转变为经典的确定态。但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化,单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里。
这次《自然》报道的实验[5]与上述那些实验不同。纽约州立大学石溪分校弗里德曼(J. R.Friedman)等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子,而是在接近绝对零度的超导体环形电路中由几十亿对电子构成的超导流。实验证明,这种由大量粒子构成的宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死-活叠加态”。几十亿对电子构成的超导流当然还不能与几亿亿亿个原子构成的猫相比,但较之单个原子分子毕竟前进了一大步。所以有人惊呼:“薛定谔猫变胖了!”
下一步是否拿一只真的猫来做实验呢?不可能!首先是无法将之与周围环境隔离——置于真空中的猫马上会死掉。其次,与接近绝对零度的超导流不同,常温下的猫根本不是宏观量子系统,何来叠加态?而且也没有必要做这样的实验,物理学家根据现有的实验结果,对薛定谔猫为什么不可能有“死-活叠加态”已能作出符合量子力学的解释。 读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了。”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义。例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点。遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明。
(这只著名的猫猫……就是半生不死的猫,暗指自己的心绪在真实和虚无之间摇摆。)