突发奇想——暗物质的来源：或许存在一个物质频率谱

33# bearcat

熊的经历确实很让人晕倒，估计若干年后这个要被当做八卦流传了。

给我们上GR的老师也蛮牛，SCI一百多篇，有理论所研究员头衔，那边还有个人办公室。不过他讲课的方式让我们，至少让我有点崩溃。

他的课属于那种可以很深，又可以很浅的那种。GR第一节课就来流形、纤维丛等让人怕怕的概念；曾经用了大约两次课，每次课约3h，导了一个公式；但有时候也会花一二十分钟导一个我们三五分钟就能搞定的公式。

反正GR上了一学期，就学会了些忽悠人的本事，如那个黑洞贴，实际上我懂的极少。

也许是年龄不同了吧，如果我现在也面对熊那样明明没考过却有个70分成绩，而我实际上还完全不懂的情形，我会努力去学习到符合这个成绩，其余的就不必计较了。能白得个70分，加上得了学分，就让自己符合这个学分就好。

39# 紫月霓裳

似乎还是不得要领。

粒子物理标准模型（SM）中，含有两类粒子，一是费米子，一是玻色子。

其中，费米子又分为夸克和轻子，夸克有6种（不考虑反粒子，不考虑色指标）：u、d、c、s、t、d，轻子同样有6种：e、μ子、τ子以及各自对应的中微子ν[sub]e[/sub]、ν[sub]μ[/sub]、ν[sub]τ[/sub]。12种夸克和轻子又分成3代，第一代：u、d、e、ν[sub]e[/sub]；第二代：c、s、μ、ν[sub]μ[/sub]；第三代：t、d、τ、ν[sub]τ[/sub]。

费米子中，夸克参与电磁、弱、强相互作用，三种轻子e、μ子和τ子参与电磁、弱相互作用，而中微子只参与弱相互作用。（SM不含引力，所以这里不提引力以及引力子。）

玻色子包括传播电磁相互作用的光子，传递弱相互作用的W+、W-、Z粒子，传递强相互作用的8种胶子g。

费米子是组成世界的砖块，世界要“靠”玻色子组成，但不“由”它们组成。而进一步，我们的世界实际上基本上由第一代费米子组成。组成原子的质子组分为uud，中子为udd，然后再加一个电子，组成我们这个世界（电子型中微子ν[sub]e[/sub]出现在弱相互作用的衰变过程中）。由其他基本粒子组成的粒子寿命都很短，无法形成宏观世界。

所以，我们平时看到着摸得着的东西都是由u、d、e三种粒子组成的。其他粒子都是实际存在的，至少根据现有理论是，但是我们的感官无法感觉到，它们只能由高能物理实验探测到，不过它们和u、d、e三种粒子除了质量等性质外并没有什么本质的区别（夸克对应夸克，轻子对应轻子）。

不组成宏观世界的夸克c、s、t、d，以及轻子μ子、τ子，它们都参与电磁相互作用（都是荷电粒子），所以它们不能作为暗物质。SM中中微子无质量，所以早先认为若中微子有即使极小的质量，因为它们在宇宙中大量存在，也会是暗物质很好的候选者，不过现在虽然已经确认中微子有质量，但不把中微子作为暗物质的候选者了。

43# positron

P版的要求真严格 冰冻三尺非一日之寒嘛，虽然两年前囫囵吞枣般看过很多天文物理方面的科普，毕竟近一年多都在看其它方面的书，那段时间了解的一些表面知识也没有应用，所以很快就还回书里啦。这些名字让我背都背不出来，至于它们哪个参与什么相互作用便更加不要提了。
      我知道它们有些寿命很短，在我们的宇宙中不稳定所以会衰变，假设在不同的宇宙环境中它们是稳定的呢？那样是不是可能组成与我们宇宙相似的物质呢？

34# bearcat

这个角度。

只是最新的PDG上关于Free Quark Searches仍然是All searches since 1977 have had negative results。

假设在不同的宇宙环境中它们是稳定的呢？那样是不是可能组成与我们宇宙相似的物质呢？
紫月霓裳 发表于 2009-11-30 22:13

                               
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可以这么说，能量最低的态是最稳定的态，高能态向低能态的跃迁是自发的。对应于粒子，质量大的粒子自然会向质量小的粒子衰变（在满足各种守恒定律的条件下），所以由第二、三代基本粒子组成的粒子由于比较重必然会衰变。质子是最轻的重子，所以重子数守恒要求质子是稳定的，其他所有重子包括中子都是不稳定的，会最终衰变到质子（中子在原子核的束缚态中是稳定的）。是否有某个束缚态能让第二、三代夸克、轻子组成的物质稳定存在？至少我没听说有。

我总觉得存在就应该有其意义，那些寿命很短很快衰变的粒子对于我们的宇宙它存不存在又有什么区别呢？我想如果它存在高能量态应该有一个对应的高能量态的性质与意义吧，也许对我们来说它没有意义……
    我知道能量跃迁是高能量态释放能量而变为低能量态，有没有可能因环境也是高能量的场（比如像宇宙大爆炸初期那种环境），使它无法自动跃迁至低能量态？在这样一种情况下理论上它是不是就可以稳定的以高能量态存在于高能量的场中呢？

也许是年龄不同了吧，如果我现在也面对熊那样明明没考过却有个70分成绩，而我实际上还完全不懂的情形，我会努力去学习到符合这个成绩，其余的就不必计较了。能白得个70分，加上得了学分，就让自己符合这个学分就好。 ...
gohomeman1 发表于 2009-11-30 18:02

                               
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熊还不至于完全不懂，只是没有听过课而已。如果直接去考试，估计七八十分还是没有问题的。

37# 愚石

嗯，怎么说呢，请恕熊语气直白：你把事情简化的过分了，而且理解的角度仍然不上不下。

在你的模型下，似乎怎么理解都问题不大，你的理解（限于我看到的几页）也没错，但你所批判的理解也不是一无是处。
这么说有点和稀泥的感觉了，其实，熊想说的是：如果你打算真的用场论的观点来看待电磁相互作用，就先把“磁感线”这个似是而非的概念扔掉吧。

磁感线是不存在的，完全是假想出来的，更不能和电磁场本身混为一谈。
那么，讨论磁感线如何运动就像是讨论针尖上可以站几个天使一样无趣。
磁感线在某些不那么较真的情形下是有用的，是法拉第时代人们对于电磁场的理解。
当然，有很多用场论分析得到的结果可以简单的用磁感线来描述，那么就为今天提供了一个简便的语言环境。但是要注意，在专业文献中可能有很多人提到了磁感线，但是他想说的可能是背后的场论分析，只是把结果用磁感线这个概念给具象化而已。不要被蒙蔽了。
你既然想要用麦克斯韦之后的观点来看待电磁场，就先暂时抛弃磁感线的概念吧，等你能够举重若轻的驾驭场论的时候，再回头（为了给别人形象的讲解而）用磁感线这个词吧。

另外，你的模型对于研究地球或者脉冲星来说，实在是太粗糙了。
没有磁流体模型，没有动力学方程组，就用一个简陋的永磁体模型来研究星体，实在是太不靠谱了。
一般说的等离子体会冻结磁场，然后带着磁感线跑，这个是解方程的结果，只是用通俗的语言说出来而已。要理解这个，必须从数学推导出发，而不是从磁感线的似是而非的概念出发。

34# bearcat  
这个角度。
只是最新的PDG上关于Free Quark Searches仍然是All searches since 1977 have had negative results。
positron 发表于 2009-11-30 22:54

                               
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熊的观点如有与pdg不同的，以pdg为准。
显然这是废话……

47# 紫月霓裳

你的想法有很多很可以展开讲的题目，可惜最近熊没有太多时间，不能一一回复了。
以前就打算写一些科普的东西，标题都列好了，可惜一直没有动手。也许回头工作任务不那么重了之后可以写一些。

37# 愚石

嗯，怎么说呢，请恕熊语气直白：你把事情简化的过分了，而且理解的角度仍然不上不下。

在你的模型下，似乎怎么理解都问题不大，你的理解（限于我看到的几页）也没错，但你所批判的理解也不是一无是处。 ...
bearcat 发表于 2009-12-3 14:11

                               
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真心地谢谢你的“批判”。
虽然你的发言是对我的批判，但是我完全同意你的观点。你的观点也正是我想要表达的观点。

我在 http://www.pulsar2.com/ 中虽然都是使用了磁力线来描述问题和结论，但是，我想表达的意思却是主张限制磁力线的使用范围。
我们不遗余力地讨论这个问题，就是要澄清这样一个问题：要想使用磁力线的概念解决问题而不出现错误，必须满足哪些条件。熊虽然在中学时代使用磁力线解决过问题，现在也会使用电动力学解决问题。但是你却未必清楚地知道这个问题的答案。我们在反复比较了电动力学和磁力线概念以后，得出以下结论：
要想使用磁力线的概念解决问题而不出现错误，必须满足以下条件：
1、当你让磁力线移动的时候，必须保证在移动的方向上有梯度（或者边界）；
2、并且，电磁波传播造成的延时必须可以忽略。

如果熊对我们的这个结论有疑问，可以提出自己的意见。我猜测你并不曾认真地思考过这个问题。

因为在电气工程领域，人们普遍使用磁力线的概念解决问题，似乎也没有出现过什么错误，因此，有些天文学家也就使用磁力线的概念来解决问题。
脉冲星的模型是个最突出的问题。我们发现，在脉冲星领域被广为接受的GJ密度，竟然是在磁力线会跟随磁铁转动这个错误基础之上。因此我们才提出质疑。

你看到我们在 http://www.pulsar2.com/ 没有使用电动力学来证明我们的观点。但是，我们认为，那不是论文，不需要面面俱到。我们只是注意了观点的新颖性和结论的正确性。我们正在完成一篇论文，它包括三部分：第一部分，用电动力学方程证明磁场不会跟随磁铁一起转动；第二部分，用磁冻结方程证明等离子体不会跟随磁倾角为零的磁体一起转动。第三部分，说明脉冲星模型在这两方面都犯了错误。对于前两部分，我们不光有电动力学理论证明，还都配有实验证明。

我们的文章不久就会放到 arXiv 上。

宇宙膨胀跟暗物质没有关系。宇宙就像是水面溅起的涟漪，第一个水波出现时第二个还没有，等第二个出现时还没有第三个，如果我们是第二个水波里的元素看第一个水波和第三个水波都是离我们越来越远。如果我们有一种速度能超越第一个水波时前面只是水而已，往回看第一个水波离我们越来越近，不要说宇宙在收缩。

34# bearcat  
这个角度。
只是最新的PDG上关于Free Quark Searches仍然是All searches since 1977 have had negative results。
positron 发表于 2009-11-30 22:54

                               
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刚才问一个教授，到底什么是禁闭？
这个问题熊一直没有搞懂，连定义都不确切。
结果他被熊一连串的抬杠给问抓狂了……

他的课属于那种可以很深，又可以很浅的那种。GR第一节课就来流形、纤维丛等让人怕怕的概念；曾经用了大约两次课，每次课约3h，导了一个公式；但有时候也会花一二十分钟导一个我们三五分钟就能搞定的公式。
positron 发表于 2009-11-30 17:23

                               
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嗯，最怕这样的课……
可惜很多教授自己的科研做得很好，但是讲课的技巧不足，茶壶煮饺子倒不出来。
某年，熊上某教授的某课。第一堂课去听，发现在洋洋洒洒的回顾历史和基础知识，于是听了半截就跑回去了。之后几个星期没去。然后有一天突然想到应该去听听讲到哪儿了，就跑过去了。教授进来，直接在黑板上刷刷刷写了巨长的式子，然后说：“上次我们推到这里了，今天继续……”。熊不知道前因后果，傻乎乎的看着教授在黑板上写了擦擦了写。看他把自己挂在黑板上，愣一会儿，然后问学生：“这个……错哪儿了呢？”谁都不知道错哪儿了，因为大家都在机械的做笔记……直到他突然灵光一现，拿起板擦粉笔涂来改去，大家也在笔记上同步涂改……一课时后，他说：“下课休息十分钟，回来继续推导。”熊就直接回宿舍，再也没去过他的课堂……后来熊这门课的考试成绩不算理想，但也不算糟糕。但无论是上课还是自学，都难以帮助熊真正的理解这门课程，熊是在以后的科研中用到了才开始慢慢的领会这个理论的精妙之处。

嗯，话说熊自从大一下学期开始，就没怎么去上过课了……一般只去上一些讲的好的教授的课和点名的课（如果时间没有安排在早晨的话）……另外认识了猫之后，也经常去上公共课和一起选的课……
刚进大学的第一个学期，熊还是很乖的，不过发现整整一学期在课堂上唯一的收获就是叔幼生对于牛顿第二定律的解释。这个效率太低，远不如自己看书。

哦，刚注意到这个回帖是在紫月mm的帖子下的，所以必须加一句：
熊的学习方法不具备参考价值，特此声明。

39# 紫月霓裳

工作上的东西终于轻松了一点，今天有点时间可以灌水了。

像那些用强力与弱力才可以探测到的粒子场我们却不一定能看到或触摸到,那些粒子场与我们说的由电子与夸克组成的物质世界在本质上有明显的不同吧?或者它们有可能是与组成我们世界相同性质的"物质"在不同能量层面的不同表现呢?

我总觉得存在就应该有其意义，那些寿命很短很快衰变的粒子对于我们的宇宙它存不存在又有什么区别呢？我想如果它存在高能量态应该有一个对应的高能量态的性质与意义吧，也许对我们来说它没有意义……

不确定性原理意味着，观测的时空尺度与能动量层次（一般叫做能标）有一个对应关系。
我们说到“周围的世界”是指宏观的领域，这个在量子力学的眼光看来，是低能量的状态。而比原子核更小的尺度，是在比较高的能标上。
关于这个，可以有各种不同角度的理解，比如：
要探测很小的空间尺度上发生的事情，或者要探测变化很快的事情，需要用更高能量的粒子来探测。低能的可见光会直接绕过任何小于几百纳米尺度的东西，这个我想你应该是了解的。
在宏观尺度上，由于能量较低，所有的高能粒子都处于基态，也就是说我们的普通活动不会激发出高能粒子。
上帝可以知道一直有无数高能粒子在原子核尺度的真空中不断的产生和湮灭，但是我们如果想了解这个，必须使用高能量的粒子去探测微小的尺度。
但是，在低能领域无法探测并不意味着我们身边没有高能粒子的影响。原子核能够稳定存在以及保持我们所了解的性质，是高能的强相互作用造成的，与微观尺度上无处不在的高能粒子密切相关。类似的，电子版主提到了中子的衰变以及在原子核里的中子的稳定性（如果不那么稳定，就是原子核的beta衰变），是一个弱相互作用影响宏观世界的例子。
所以，我们看到的世界为什么是这个样子的？答案并不在“我们看到的世界”里。

也许，以后我可以写点东西，谈谈我对“重整化”的理解。毕竟，从某种意义上说，甚至“物理理论”都会随能标的变化而不同。

至于你直接提的问题：高能粒子的性质是否与低能粒子一样？
答案是：在高能标下，基本原理是一样的，各种粒子因量子数的区别而有不同的性质；在低能标下，高能粒子无法探测，自然谈不到性质如何。

我最喜欢看科普里面用宏观世界的现象来比喻微观层面抽象的概念了``,虽然比喻并不是实际发生的情况,但如果没有比喻在专业人与常人之间似乎便没有更好的沟通语言了

比喻是科普读物常用的手法，也是使科普读物变成科普毒物的罪魁祸首。
能够正确的承载和传播科学的唯一语言，是数学。很可惜，数学并不能为所有人所理解和接受，这个门槛很高。

熊不知道如果不使用（歪曲的）比喻能否写出成功的科普读物，不过以后如果有时间，熊可以试试～～

两个质子相撞是不是与水面的两个波纹相撞的情况相似呢，只是两个能量波撞到一起，大部分能量会撞出能量的水花来，而有一部分会穿过彼此?

所谓波粒二象性，有点像这个理解了。
不过，波粒二象性是几十年前的理解，而且是对于量子力学而不是量子场论的理解。
所以，关于这个问题，你今后也许可以有更好的理解。

我知道它们有些寿命很短，在我们的宇宙中不稳定所以会衰变，假设在不同的宇宙环境中它们是稳定的呢？那样是不是可能组成与我们宇宙相似的物质呢？

我知道能量跃迁是高能量态释放能量而变为低能量态，有没有可能因环境也是高能量的场（比如像宇宙大爆炸初期那种环境），使它无法自动跃迁至低能量态？在这样一种情况下理论上它是不是就可以稳定的以高能量态存在于高能量的场中呢？

这样的环境，你已经找到一个了：宇宙早期。但是不能说在这样的环境中高能粒子是稳定的。
实际上，我们不要去跟踪一个粒子，然后去说它是否稳定。这个说法在逻辑上有问题，因为相互作用实在太复杂了，不太容易定义什么叫“一个粒子”。
我们可以说在某些环境下，高能粒子被大量激发出来，但是又不断的湮灭或衰变掉，然后到处都混乱成一锅粥……（哦，好像比喻是难以避免的哦……不过不管怎么理解，“夸克-胶子等离子体”也如同一锅粥一样复杂）
当然，对于光子等相互作用比较简单的粒子，我们可以去说它的自由程，来描写它“存活”了多久。
在很高能的情况下，低能量的结构不存在。比如，高温下分子不存在；更高温的环境中原子的电子云都被搞飞了；如果温度更高，原子核就会破碎；再进一步，是我刚提到的，质子和中子破碎成一锅粥。

发完贴才发现打了好多字。如果早知道要打那么多字，还不如一开始就试图用“场论中的物质结构”和“重整化”的观点来讲了，不过，似乎在几倍的篇幅内恐怕也说不明白。
不能要求一个中学生一口吃成个胖子，不过仍然提醒紫月mm：熊上一帖的观点中有很多仍然沿用了粒子的概念，所以只是一个阶段性的理解，你如果继续深入的话，会有更深层次的理解。
物理学最有趣的一点就是：不同时代的理论是完全兼容的，但是理解方式却是巨大的革命。

谢谢熊GG耐心的讲解～
有一部分可以直觉的理解……呼呼～
我记得重整化像是一个近似的方法吧，因为计算上无法完成只好采用一种偷机取巧的作法，数学家们甚至不知它究竟有没有其它“副作用”……
期待熊GG的科普书早日面世，首先要让我过目喔，我大概算是科普的资深读者啦～ ～

我记得重整化像是一个近似的方法吧，因为计算上无法完成只好采用一种偷机取巧的作法，数学家们甚至不知它究竟有没有其它“副作用”……
紫月霓裳 发表于 2009-12-4 18:05

                               
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重整化不是近似方法，很多科普作者没有分清楚正规化和重整化的区别。
重整化的思想，带给物理学的是一个新的理解角度：我们只能在某个能标下谈论“物理学”，而这个“物理学”是随不同能标而变化的。
应该说，熊对这个的理解也远远不够，每次学量子场论都会有新的理解。
实际上，敢说自己学懂了量子场论的人，要么是吹牛，要么是真正的物理学大师。

59# bearcat

重整化不是近似方法，完全不是。按我理解，正规化也不是，虽然正规化计算要做近似，不做近似基本上没法算。

现在以我少的可怜的理解，在我眼中，耦合常数随能标跑动大概是重整化主要的积极结论。自我从科普层次知道重整化后，包括现在开始从专业角度有所了解，始终不喜欢重整化：为了抵消掉无穷大，又弄出一个无穷大；被虚电子包围的裸电子的物理诠释还勉强可以接受，裸电子无穷大，被虚电子的无穷大抵消。想起欧洲某个对轮子套轮子模型很不爽的皇帝的话：如果上帝在创世时和我商量下的话，我肯定给他提供个更简单、漂亮的模式。

不喜欢归不喜欢，至少当前还必须这么做，繁琐的计算依旧。不懂重整化的根源，问老师说是源自点粒子模型，若确实如此，量子场论是没办法了。

期待熊的大作。