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问个四维空间的小问题
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为什么说四维空间没有时间??????四维空间和三维空间的具体定义是什么?????有什么不同 正确答案: [ Last edited by ftfget1 on 2006-7-1 at 11:56 ] |
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七 史瓦西的“怪物”在二三十年代得到了广泛的批评，因为前面提到 的两位大人物都拒绝这个其实深刻而美妙的预言，他们用了很多方法来论 证自然界不可能出现史瓦西奇点，比如恒星自身的弹性可以阻止它塌缩到 视界以内等等，他们的影响一直持续到四五十年代，直到60年左右，黑洞 才作为一个无法避免的理论结果被众人接受，这是后话了。（值得一提的 是，魏格纳的大陆板块漂移学说和黑洞同碧岢觯缓笠谎龅侥蟮淖?BR>力，直到60年才重见天日）而其他人呢？据说当时有个记者去问爱丁顿， “听说这个世界上只有包括您在内的三个人懂得广义相对论。。。。 。。” 爱丁顿若有所思。 “教授先生？”记者急了。 “我在想第三个人是谁。” 所以你可以明白广义相对论一开始是如何获得广泛的支持，还有爱丁 顿要是活在我们屋肯定被骂为恶人一万遍。 其实爱丁顿能够有这么大的影响力，当然是凭真本事的。他在天体物 理，天文观测方面的贡献无愧于一个领袖的称号。不过这份权威是把双刃 剑，所以我很喜欢Witten，他很谦虚，有豪气，才气，灵气，就是没霸气 。 权威，就像权利一样是双刃剑，能让一个革命性的思想迅速深入人心 ，也能让一个天才石沉大海，钱德拉塞卡，就是这不幸人中的一个。 1928年，小钱17岁，但是已经掌握了相当多的数学，物理，化学。恰 好那一年，大物理学家索莫菲到印度访问，像所有虔诚的学徒一样，小钱 想尽办法得到了一次和索莫菲面谈的机会，当他信心满满的告诉大师自己 已经掌握的知识后，索莫菲告诉他，那些，已经是陈旧的东西，我们的世 界正在接受一场革命，由海森堡，薛定谔，狄拉克等人领导，他们手举的 旗帜上写着:量子力学。 小钱从此如痴如醉的学习新物理，他碰巧读到富勒的一篇文章，用电 子简并压来解释白矮星的稳定，这篇文章的reference里有一本《恒星的 内部结构》，正是这本书让钱德拉塞卡开始了与白矮星，与天体物理的持 久爱情，这本书的作者是爱丁顿。 两年后，钱德拉塞卡拿到剑桥的offer，那里是他心目中的英雄，爱 丁顿，富勒的故乡。 漫长的海上航行，不用考试，不用上课，不用在操场里追漂亮mm（ 2001年Nobel winer Eric A. Cornell云），于是他可以安静的考虑一下 ，电子的简并压能有多厉害。在踏上不列颠岛的前夕，钱德拉塞卡就已经 注定要名留青史。今天，我们称他的旅行笔记为 “钱德拉塞卡极限”八 小钱一到了剑桥就找富勒，但是富勒看不懂。论文最后交给美国《天 体物理学杂志》，到发表已经过了整整一年。但是，论文没引起什么注意 ，小钱为了学位sci的要求，只好转到其他问题，直到三年后，一个苏联 天体物理学家告诉他，要吸引他们这群人的眼球，就用事实证明，所有的 白矮星，都没有超过1.4个太阳质量。 小钱从爱丁顿那里借来了一台计算机，在那个时候，计算机有多贵重 大家应该有点概念，如果没有傍到老爱这样的大款，钱德拉塞卡活着的时 候别想有什么做为了。 这台计算机叫做布伦瑞克，他帮助小钱锻炼了强壮的上肢，耐心， 还有成功时的无比喜悦。在冗长计算的每一天，爱丁顿都会慰问快变成机 器人的年轻博士，和他的布伦瑞克，来看看有没有新的发现。 终于，小钱被允许在皇家天文学会报告自己的结果，不过他同时听 说，在他的报告之后，爱丁顿紧接着会做一个关于“相对论性简并”的讲 话，爱丁顿了解自己所作的一切，却从未提到他本人的工作，小钱只好带 着焦急和愤怒到了伦敦。会议开始前，一个老朋友问爱丁顿：“我们该怎 么理解您说的‘相对论性简并’？”，爱丁顿转向小钱：“那会令你吃惊 的。” 1935年1月11日小钱，作了一个完美的报告，紧接着爱丁顿上台。 “对于超过了1.4太阳质量的恒星，按照钱德拉塞卡博士的预言，它 们会一直塌缩下去，不断的辐射，直到只有几公里半径，引力非常的强大 ，足以平息这些辐射，而恒星也就得到了永恒的宁静（这其实就是史瓦西 怪物了）。。。。。。我相信，应该存在一个自然律来阻止恒星那么荒谬 的行为！” 爱丁顿攻击了小钱报告的每一个方面，诸如没有正确的融合相对论 与量子力学等（当时量子场论还很幼稚），来自全世界的天文学家照例满 怀敬意的听完了讲话，然后一个个去安慰恍如隔世的小钱，其中一个人说 到：“我知道爱丁顿是对的，尽管不知道为什么。” 极端ft的小钱写信给他在哥本哈根的朋友Rosenfeld，希望听一听玻 尔的意见（此时，玻尔已经是那位和爱因斯坦论战的量子物理学的教父了 ），几天后，Rosenfeld回信，“我和玻尔都没有从爱丁顿的讲话中听到 任何有意义的东西，我们相信，你是对的，别让那些大神父们把你吓成这 样。” 直到30年代后期，天文学家和物理学家接触的多了，才慢慢认识到 爱丁顿的错误，可爱丁顿仍然坚持着想象中的那个“自然律”，这让我想 起普朗克，想起王国维。 1939年的一次天文会议中，爱丁顿再一次攻击了小钱的结论，小钱 给主持人Russell递了张字条要求答辩，Rusell也会了张字条说：“最好 不要”，尽管早些时候，他私下告诉钱德拉塞卡“走出这，我们都不信爱 丁顿 。” 天文学家们最终都背着爱丁顿接受了钱德拉塞卡极限，不过对于另 一件事他们确定无疑，超过1.4个太阳质量的恒星最终会通过一些不知道 的方法发射自身的物质，然后乖乖的进入白矮星的墓穴，爱丁顿的直觉不 会错。 1939年，钱德拉塞卡离开了恒星死亡领域，直到1/4个世纪后才会回 来，他会在1983年的时候写一本书《The Mathematical Theory of Black Holes》，那将成为未来十年的黑洞研究手册，并且可以在物理系资料室 找到（就在北边第一排最下层，有一张我夹了字条的，不知道还在不在） 爱丁顿直到1944年去世都喜爱钱德拉塞卡，钱德拉塞卡也一直高度 评价这位伟人，尊敬他。这是两位真正的学者。 九 恒星的最终命运对于天文学家来说是一种信仰，他们并未放弃过寻 找与白矮星不同的归宿——只要不是史瓦西怪物就行。1934年，Phys.Rev 上发表了一篇极富远见的文章，作者是茨危基和巴德，他们为恒星提供了 新型的墓穴。 茨危基和巴德当时是Caltech的教授，Caltech能像现在这么牛，（ 有多牛，我就不废话了。觉得和普林斯顿一起堪称理论物理的两大圣地） ，密里根的作用就像北大蔡元培一样。（此人运气真好，听过庞加莱，普 朗克，迈克尔逊.莫雷的课）在这位校长的努力下，Caltech迅速聚集了一 大批名留青史级的人物，一跃成为顶尖的研究中心。 事情开始于1932-1933年发现的异常明亮的星体，多亮我也记不清了 ，看看天体讲义吧-_-b，茨危基和巴德对此非常感兴趣，起了个名字，叫 “超新星”。 为了解释超新星巨大的能量来源，茨危基发明了“中子星”。话说 卢瑟福提出了中子的假说后，卡文迪许实验室的老大当然是一言九鼎，于 是全世界的实验家都在不停的轰击阿轰击阿，结果让卢瑟福的小弟查德维 克轰到了，这是1932年的事。茨危基毫不犹豫的使用了这个最新的概念。 这是一个很极端的人，当时的天文估算跨度都是几个数量级，他只用最大 的；他并不能很好的理解物理定律，因此中子星的论证也站不住脚，可他 就是绝对相信。茨危基用所有的机会向世人解释自己的发明，毫不留情的 攻击一切反对者，以至于有人问密里根，为什么还把茨危基留在Caltech ，密里根回答说，在他的远见中，也许有一些是对的。密里根的话，35年 之后被验证。 茨危基知道中子的简并压鹊缱哟蟮枚啵宋镏实拿芏纫脖仍哟?BR>得多，他想这就是那些大质量恒星的最终归宿了，可惜他不是钱德拉塞卡 ，没有想到去算一算中子星的最大质量——实际上他也不会算。Caltech 里真正懂物理的有两个人，托尔曼和奥本海默，这两个人直到1938年才注 意到中子星这个想法，只不过这个想法属于另一个人，他是和茨危基完全 不一样的物理学大师，朗道。 大家对朗道直接的认识应该是那套圣经级的理论物理教程吧，我觉 得本科里能做的最有意义的事就是仔细读一遍朗道全书（sigh,我是没戏 了），差不多都是前无古人后无来者的好。力学那本有朗道的简介，我就 不罗嗦了，说点花边新闻吧，顺便祝与我同居4年的文文生日快乐，明天 再说正事。 据说在一此科学院会议上有个生物学家讲遗传，进化论什么的。说 是上一辈怎么样（比如是六指），下一辈发生的可能性就大增。朗道当时 问了个很X的问题：“那您怎么解释处女？” 据说朗道看了歌德巴赫猜想以后惊叹道：“为什么素数要相加呢？ 素数是用来相乘而不是相加的。” 朗道总说自己当年参加某会议的时候，有幸和Einstein说过几句话 ，而有某个认识Landau的人说Landau纯属幻想，当时此人和Landau一 起，坐在那次开会的大厅的最后几排，连听都听不清，根本不可能谈话。 朗道一直对自己没能早生几年，赶上物理学的黄金年代耿耿于怀， 有一次在柏林开会的时候他抱怨道 ：“所有的漂亮姑娘都被人抢走了， 并结了婚，所有好的物理问题都被人解决了。我实在不喜欢剩下的那些东 西。” 后一句在朗道解决了超流问题后不攻自破，前一句大概是我们共同 的心声吧（感谢某人，其实，真得不算晚）。 十 那是在1937年的时候,作为苏联理论物理的领袖,朗道觉得斯大林的清 洗正一步步逼近,公众的注意,或许能够让他得到保护。朗道亟需一个能在 东西方科学界都掀起波澜的想法，他最后的选择，就是中子星（朗道称之 为中子核，是在恒星内部的中子星，为恒星提供能源） 朗道把稿件直接寄给玻尔，希望能够得到他的推荐让自己的文章在《 nature》（当时已经是最权威的了）上发表。因为当时严格的审查，朗道 只能用点春秋之笔，玻尔也是个聪明人，当天就回了信。当时苏联党报之 一《消息报》的编辑们良知未泯，他们连同玻尔的意见一起，盛赞了朗道 的成果，“。。。。。。尼尔斯.玻尔对这位苏联科学家的工作给以极高 的补充评价，说‘朗道的新思想是很杰出而大有希望的。’” 可惜政治从来都不拒绝疯狂，1938年4月28日，一辆黑色的小轿车停 在朗道的楼下，未婚妻无助的看着克格勃的身边，爱人那憔悴的身影，和 漆黑监狱里未知的命运。 不过朗道比大多数苏联科学家要幸运，他一年后就被释放了，原因是 苏联最著名的实验物理学家皮卡查发现了超流，他直接告诉斯大林，除了 朗道，没人能解释。皮卡查是对的，苏联也因此得到了一个莫大的荣誉— —诺贝尔奖。 朗道的文章是大多数物理学家必读的，奥本海默也不例外。在他看来 ，茨危基是在科幻，而朗道的提议则需要认真对待。对了，顺便说说奥本 海默吧。 奥本海默刚到Caltech的时候是个糟糕的老师，你差不多可以把一切 有此含义的形容词放在他身上，据说他的头一节课很有特点，论证有力， 言简意赅，见解高妙。课讲完了，人也都走了，托尔曼（我在前面提到过 ）对他说：“好的，罗伯特，讲的太好了，但我一个该死的词都没听懂。 ” 不过奥本海默终究是个天生的领导者，他的课很快就成为最受欢迎的 ，甚至不得不劝学生别来听第四遍，也正是因为他，一些原本要去哥本哈 根，去卡文迪许的博士后们，最终选择了加州理工。他的这份天才，在日 后研究原子弹时举足轻重，甚至费曼也乐于接受他的领导（虽然恶作剧是 免不了的）。 奥本海默是个嗅觉极其灵敏的理论家，他很快就注意到中子星极大质 量的问题。然后历史在这里重演：奥本海默的博士后沃尔克夫像钱德拉塞 卡一样，把大部分时间花在计算器的键盘上，他也用数值计算的方法得到 中子星的质量上限，大概是1.5到3个太阳质量，不同的是，奥本海默的指 导让他事半功倍，而爱丁顿则讳莫如深；并且他用的计算器，名字叫马尔 琴特。 这个结果又一次让人失望，看来我们还是没有找出恒星所有可能的归 宿。白矮星，中子星都不够用，我们很难相信那些几十个太阳质量的恒星 会乖乖的脱去外衣，剩下一个和太阳差不多重的核等待死亡。人们仍然期 待着另一个新的思想，尽管答案早就在1915年提出。 战争，耗尽了全世界理论物理学家的精力，直到50年代，两个人从各 自国家的氢弹研究中功成名就，重新找到奥本海默的脚印，真理才继续向 我们接近。这两个人是天体物理学的玻尔式人物：惠勒，还有泽尔多 维奇。 十一 惠勒1933年的时候博士毕业，那时候大多数人都会选择去跟随奥本 海默作PD，但是惠勒觉得两个人个性不同，所以找了一个没多大名气纽约 大学的老板。显然这个牛人是不可能在那里安分的，他跑来跑去，最后到 了普林斯顿。在那里，和来访的玻尔一起发展了核裂变的理论，只是他们 未曾想到，天真的物理学家们天真的好奇心，最后成为屠杀人类的工具 。 1939年9月1日，惠勒和玻尔的文章发表在Phy.Rev上，相隔几页的地 方，是奥本海默和他的学生斯尼德的文章。也就在这一天，希特勒的军队 开进波兰，大战爆发。 物理学家们在战争中成为政客手中的棋子，这些我不愿多说 。但还 是忍不住提起些旧事，你可以看到，我们两位主角间不寻常的纠葛。 奥本海默是曼哈顿计划的负责人，看到几十万人在原子弹下丧生， 他痛苦的说道：“如果原子弹一定要添加进战争国家或准备战争国家的军 火库，那么人类总会有诅咒洛斯阿拉莫斯（奥本海默的总部）的一天。粗 俗也罢，幽默也罢，夸张也罢，总之，物理学家已经认识到犯罪了；而这是 他们不能失去的良知。” 惠勒是当时反应堆工程的首席科学家，他的反应却不一样：“回头 来看（1939年我和玻尔的研究），我感到很难过。我首先是以物理学家的 眼光来看核裂变的，其次才是以一个公民的眼光来看它，怎么会这样呢？ 为什么我就没想到自己首先是一个公民，其次才是物理学家呢？。。。。 。。假如那转折的一天不是1945年8月6日，而是1943年8月6日，该会有多 大不同啊！” 所以你可以理解奥本海默非常激烈地反对氢弹计划，不惜触怒权贵 。政客们举行了一次听证会，决定他对国家的忠诚。所有的物理学家都支 持奥本海默，除了泰勒——如果没有战争，和那些无事生非的议员，他其 实是一个不可多得的理论天才。 那天泰勒的证词可以在解密的原子能委员会纪录上看到：我相信— —当然，这只是信仰问题，没有什么专业问题和背景——奥本海默博士， 凭他的性格，是不会故意也不会愿意做危害国家安全的事情的。所以，如 果你们的问题说的是一种倾向的话，我可以说，我找不到什么理由说他不 忠；如果问题是要凭他在1945年以来的行为来作出明智的判决，那么我可 以说最好也不要肯定他的忠诚。 泰勒的话让几乎所有在场作证的物理学家惊呆，他在其后立即被整 个物理学界唾弃，郁郁终生。我所知道公开站出来为泰勒说话的有两位， 一个是惠勒，另一位是杨振宁。 跑题了，不好意思。 刚才提到在同一期Phy.Rev上有奥本海默的文章，在那篇文章里他 和学生一起考察星体塌缩的过程。这实际上是需要90年代的计算机才能勉 强做到的，但是奥本海默具有优秀理论家的素养，直觉告诉他什么重要， 什么不重要，他排除了旋转，形状，内部压力。。。。。。结果令人吃惊 ，在远处的观察者看来，星体塌缩越来越慢，最后在临界半径（史瓦西半 径）处静止。而在星球表面的人看来，恒星加速的通过史瓦西半径，直到 被挤碎，最后变成零体积。其实，这就是我们今天认识到的黑洞。 黑洞的研究在十几年后才重新开始，惠勒坚决不同意奥本海默的看 法，他的思想和爱丁顿差不多，不过更为无赖。他把爱丁顿所说的那个自 然律归结为量子引力，这是一个你可以做任何猜测都不会过分的题目。 理论物理学家是这样一群人，他们在星期一三五研究引力，星期二 四六研究量子物理，然后星期天祈祷某个人，最好是他自己，把两者统一 起来，结束自己精神分裂的生活。 ——忘了是谁说的了 不过奥本海默的文章一发表就被放在朗道的“黄金名单”里，能够 入选这份名单，说明论文作者得到了20世纪十大理论家之一的首肯。朗道 说：奥本海默一定是正确的，虽然人类理解起来还有些困难。”（这还不 是朗道最嚣张的一句话，他一直坚持爱因斯坦的智力是2，其他物理学家 智力是1，他自己是1.5） 因为朗道，苏联人很早就接受黑洞的存在，比西方早20年。 Back to top Guest |
19楼2006-07-05 18:19:53
ying406
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linshanhui
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数学上的Ｎ维空间，只是将空间概念推广的抽象的Ｎ维空间． 四维时空是根据大量高速(其速度与光速相比,不可忽略)运动粒 子运动的客观规律而认识到的客观事实! 而经典力学只是其在3维空间的低速(其速度与光速相比,可以忽略) 近似. 并且由四维时空的矢量运算具体导出各种各有物理意义和实际内容 和确定维数的各种多维的高次线多线矢．它们都是客观存在的实际的多 维空间！是研究相应物质运动所必需的！ 四维空间是存在的,因为任何物质都不能脱离时空而单独存在,但是可以进入四维 空间所包含的非常空间中,从表面看它脱离了四维空间,实为四维空间内的非常空间。 如果人类能掌握四维空间内的非常空间，则我们就能任意地在时空内穿梭，但是现在 只能是四维空间控制着人类. |
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