不可能的物理

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不可能的物理

拾慧|〖寻章摘句〗 qiusir 2020

《不可能的物理》Physics of The Impossible 加来道雄著
@qiusir:这个大假期最大的收获算是借着讲选修的部分，顺势读了几本物理的书，对近现代的物理的理解较以往清晰了一点，物理学史的内部关联也丰富了一些。当然读专业的书，即便是科普一类的也比教育相关的要费神，最轻松的要算是小说了，但能让我下决心看的小说又很少...（我看书也通常不是为了消遣）
前言
一个想法在最初听起来并不荒谬可笑的话，那么久不要对它寄予太大希望了。Albert Einstein
万物之理，耗费了他人生最后由30年的梦想...
如果我要继续自己对不可能事物的迷恋，那么解决之道就是进入物理学领域。缺少了在前沿物理学方面的坚实基础，我将永远只能对着未来科技冥思苦想，而不明白它们究竟是否可行。我意识到自己必须专注于高等数学，并且学习理论物理学。

上高中的时候，我（加来道雄）在妈妈的车库里装配了一台核粒子加速器，作为科学展览的参展作业。我制造出了一台230万电子伏的电子感应加速器，它需要耗电6千瓦时，能产生相当于地球磁场2万倍的磁场，目标是能制造出威力足以产生反物质的γ射线。

@qiusir:被安葬在威斯敏斯特大教堂牛顿墓旁的开尔文勋爵生前一度认为X射线是个恶作剧，参与过大西洋电缆工程的他还认为无线电没有未来，而作为热力学之父的他认定比空气重的飞行装置不会在使用层面上成功，类此的错误论断可不只发生在威廉·汤姆生身上。作为核物理之父的欧内斯特·卢瑟福就认为制造原子弹是一种妄想，而不相信上帝掷骰子的爱因斯坦也写过黑洞永远不可能形成的论文...
“一个时代的信仰在下一个时代成为谬误，而过去的荒谬愚蠢却成为明日的睿智。”Willia Osler
“凡并非不可能之物皆是必然！”怀特
我仍然陶醉于我与不可能事物的终身迷恋。
一、一等不可能。是目前不可能、但不违反已知物理定律的科技。
1、力场
当一位杰出但上了年纪的科学家断言某件事是可能的，那他几乎肯定是对的；当他断言某件事是不可能的，那他非常有可能错了。要发现可能的极限，唯有稍稍突破界限进入不可能的领域中去；任何足够高深的科技看起来都与魔法无异。克拉克的三大定律。
@qiusir:上海科技文献出版社的这书装帧质量太差，已经开胶了。另外，对翻译也觉得一般，比如泡利翻译成鲍里，米尔斯翻译成密尔斯，惠勒又翻译成韦勒...
法拉第早年穷困，未能接受足够的数学教育，因此他的笔记本山中密密麻麻的不是等式，而是力线的手绘图标。更具讽刺意味的是，数学训练不足以使他创造了如今任何物理课本中都可以看到的美丽的力线...
全部现代物理学都是用法拉第的力线语言写就的。今天，你阅读这一页所依赖的或许就是由法拉第关于电磁学的发现而点亮的。
用整个地球的引力才能吸引住一根羽毛，但是我们用一根手指抬起羽毛就能抵消地球的引力。我们一根手指的动作可以对抗整个星球超过6兆兆千克的引力。
一块诺贝尔奖牌正等待某个能解释高温超导如何运作的敬业的物理学家来领取。
磁铁有在超导体内部制造一个镜像的能力，因此磁铁本身与镜像磁铁会相斥。另外一种对迈斯纳效应的解释就是，磁场无法穿透一个超导体。
2、隐形
@qiusir:加来道雄不仅看过不少的专业资料，看过不少科幻的书，看过不少的电影和剧本还...关键是做过更多的计算和研究吧。
1864年麦克斯韦“这一速度与光速如此接近，看来我们有充分的理由相信光本身就是一种电磁波。”
想到麦克斯韦要是能活得长久一些，相对论在美国内战期间就可能被发现，真让人惊奇。
纳米技术的诞生要追溯到1959年费曼向美国物理学会所做的讲座，《底层有的是地方》
全息图是激光制造的3D影像，是由于激光相干而成为可能，即所有的波完全共振。一半的光束照射在照相胶片上，另一半照射到一个物体上，被弹开，然后反射到同一张照相胶片上。这两股光束在胶片上产生干涉，一种干涉图形就形成了，并且将原始3D广播的所有信息都编码。随后有一束激光被投射到这张胶片上，一个原始的精确3D复制品突然间就像被施了魔法一样出现了。
3、光炮与死星
无线电没有未来。比空气更重的飞行器是不可能实现的。X射线将被证明是一场骗局。1899年开尔文勋爵
原子炸弹永远都不会成功爆炸。我以爆炸物专家的身份宣布。海军上将威廉·李海
阿基米德在两千年前发现了微积分的原始版本，早于牛顿和莱布尼茨。
历时250年的牛顿物理学被推翻，一种新物理学即将诞生。
1925年以前原子还被认为是神秘的事物，很多人觉得它根本不存在。
@qiusir:对于科普，朝永振一郎和伽莫夫都有必胜的热情，临终前都在审校自己的书稿...
国际热核聚变实验堆ITER是仅次于曼哈顿计划和国际空间站的第三昂贵的科学项目。
加来道雄每年都去爱德华·泰勒（国会作证让罗伯特·奥本海默威望扫地，而使许多杰出物理学家不能原谅他的那位）在伯克利的住宅拜访几次。源于高中时主持了一系列关于反物质性质的实验，赢得了泰勒的赫兹工程奖学金，支付了在哈佛大学接受本科教育的费用。
4、隐形传送
我们已经遇到了矛盾，这真是太好了。现在我们有希望取得进步了。Niels Bohr
居于绝对统治地位250年的牛顿定律在1925年被推翻了，海森堡、薛定谔和他们的同事们建立了量子理论。
薛定谔是自由之爱的信奉者，并且一直由情人们或者他的妻子陪伴着度假...每一次相会都精心作了编码...
如果两个电子最初是一致地振动的（称为相干的状态），它们可以保持波状一致，哪怕它们被分隔开很远的距离。尽管两个电子之间的距离可能要以光年计，仍然由一个看不见的薛定谔波联系着他们，就像是一根脐带。如果一个电子发生了什么，那这一信息中有一部分就会立刻传送到另一个电子。量子纠缠quantum entanglement
爱因斯坦嘲讽这是“鬼魅般的超距作用”
有一天硅谷可能变成锈带，被来自量子计算机的新技术所取代。
原则上以太量子计算机可以破译世界上所有的编码。
普通计算机在0和1的二进制系统上运行，成为比特bit。但是量子计算机要远远比这个强大，它们可以在量子位qubit上运算，可以计算0和1之间的数值。
5、心灵感应
只有那些努力尝试荒唐事物的人才能实现不可能的成就。埃舍尔
一定数量的谎言是“社交润滑剂”，能帮助社会的沉沦滚动。
一台真正的测谎仪就像一颗原子弹，最好被保留起来作为终极武器。
人脑事实上更像一台学习机，一个神经网络，不断在学习了一个新任务之后自己重新连线。...思考其实就像一场乒乓球赛，当点活动在脑中四处跳跃，大脑的不同部分被依次点亮。
6、意志力
一项新的科学事实取得胜利并不是通过说服反对者、使他们赞同，而是由于其反对者最终死去、对其熟悉的新一代成长起来。马克思·普朗克（一要好好活着，二是新东西都是年青的提出吧，三作为成为保守派的要认真体会老而不死是为贼这句话了。）
莎士比亚：道出他人不会说出的事实是傻子的特权。（更多次提到威尔斯的小说，最多提到的星际题材的电影）
@qiusir:高晓松还是很牛的，不仅说资本主义可不仅仅是自由，更是一套完整的制度。而Cynical的愤世嫉俗是不同于Skeptical质疑精神的...
生命的奇迹不是别的，这是一座大型纳米工厂在原子水平上能够做到的将其他形式的物质（如食物）转变为有生命的组织（婴儿）。
7、机器人
@qiusir:当一本书看完一半，通常后面的时间是前面的时间的一半吧。或许是心灵运动导致的时间差变化...
机器人一词源自1920年捷克戏剧。（机器人在捷克语中表示“繁重的工作”，在斯洛伐克语中表示“劳动”。）
Artificial Intelligence奠基者是英国数学家、二战破译密码的英雄Alain Turing（1954年吞食了加了氰化物的苹果自杀，苹果的标识有一种说法是想图灵致敬。）
1931年维也纳数学家科特·哥德尔证明算术中有些真实的命题永远你无法以算术公理证明。
hardware硬件，wetware湿件？（干电池dry cell，电瓶wet cell）
@qiusir:到了一定年龄看书，有些看不懂的地方，不是只怪罪自己的智力，从自己身上找原因，也会想到这个翻译或作者的描述太晦涩等...
@qiusir:捡拾小石头的时候想到，没有两块完全相同的石头，也没有哪一块真的与众不同。同时，现实过于复杂，石头的形状也过于复杂，反而是最简单的多面体更为珍贵了，至于圆形的石头，更应该看成是随着更复杂的环境熵值最大的一种表现了...现在桌面上摆着那块小的四面体，很喜欢。
当一个孩子学习的时候，虽然他最初主要依赖自下而上法，投入他周遭的环境，但最终他会获得来自父母、书本和学校教师的指点，在自上而下的途径中学习。作为成年人，我们不断将这两种方式混合使用。例如，一位厨师阅读菜谱，但也不断在烹饪的过程中尝菜。
喜欢某物可以帮助我们对抗可能伤害我们的数百万件事物；嫉妒是一种重要的情绪，因为繁殖成功对保证我们的基因继续传到下一代非常关键；羞愧和耻辱很重要，因为它们帮助我们学会在一个合作型社会起作用的必需社交技巧；孤独同样是一种必不可少的情感。
一只驴坐在两大堆干草之间，最终因为无法决定吃哪一堆而饿死了。
“如果地球上的一切都是理性的，那就什么都不会发生。”
“它们无法感知什么是最重要的，那是机器人最大的缺陷之一。”
有人倡议碳科技与硅科技融合，而不是坐等我们自己灭亡。（半人半兽的，碳硅化合物...）
@qiusir:读加来道雄《不可能的物理》里关于机器人情感的部分，我能想到的也就是家里的地宝，回到家里看到打扫完卫生自行在充电的它，某种情感因此产生也一并被反射回来。项羽不能把椅子上的自己举起来，但情感方面人或许更像钻天猴。
8、外星人和UFO
克拉克：要么我们就是孤独存在宇宙中，要么我们就不是。哪个都让人害怕。
@qiusir:经过这场疫情，是不是会有更多的home school出现呢...
@qiusir:这本书中看不出加来道雄日本人含蓄认真的特质，反倒是对自己的才智与博学不加掩饰，直来直去，美国出生的他。
N极区的鲸鱼体型是圆滚滚的---球体在单位质量下最小的可能表面积。也可以解释为什么温暖环境中的昆虫更拥有细长的体型，为了具有较大的体表面积（散热）...
I型文明，能够取用星球的能量，利用所有照射在他们星球上的阳光。
II型文明，能够完全利用太阳的能量，比前者力量强大100亿倍。
III能够利用一整个银河系的能量，比前者强大100亿倍。
我们的文明符合0型文明，只利用了落在我们星球上的太阳能微不足道的一小部分。
磁铁不断被分割，即便到了原子水平，原子自身也是双极的。（世界上最难的事...）
9、恒星飞船
齐奥尔科夫斯基：较为优质的一部分人类十有八九永远不会没网，当太阳走向灭亡的时候他们会从一个太阳系迁移到另一个太阳系。以人类的智慧和完美，生命没有止境，他的进程永久不断。
@qiusir:雨后清晨的小树林里，倾听分子重组的欢乐，感受宇宙星尘的味道。垂落的雨滴开场，飘入的鱼香终止。
在一个火箭、宇宙飞船被认为不可能的年代，数学家和哲学家罗素写出了这段话：没有任何任何思想或者感觉的火花、英雄气概和激荡能够超越生死、保留生命。一切时代的劳作、一切虔诚挚爱、一切绝妙灵感、一切人类非凡才能的耀眼光芒都注定要在太阳系的悲壮灭亡中毁灭。人类成就的整座神殿将必然埋葬在宇宙残骸之下的废墟中...
Kiwi澳大利亚不会飞的小鸟...
在太空中人体流失宝贵的矿物质和化学元素的速度比想象中快得多。尽管经过严格的训练，但在空间站躲过一年以后，俄罗斯太空人的谷歌和肌肉仍然严重萎缩，他们在刚刚回到地球的时候只能像婴儿一样爬行...
10、反物质和反宇宙
在科学界能听到的最令人兴奋、宣告新发现到来的话语不是“尤里卡”，而是“真奇怪”...艾萨克·阿西莫夫
The most exciting phrase to hear in science, the one that heralds new discoveries, is not 'Eureka!' but 'That's funny...' - Isaac Asimov
一枚原子弹全部的惊人威力只有1%有效。只有很小一部分铀变成了能量。但如果反物质弹能被制造出来，它将把自身100%的质量转变为能量，这使它比原子弹更有效力（严格说，反物质弹中的50%材料能转化为可使用过的爆炸性能量。其余的将以探测不到的粒子---中微子的形式被带走。）
1955年加州大学伯克利分校的粒子加速器制造出反质子。我们可以制造出反原子...花费2000万美元制造出了一万亿分之几克的反物质。
只需要3毫克的正电子就能将一架反物质火箭在几个星期内送上火星。
保罗·狄拉克在剑桥大学担任卢卡斯数学教授席位，之前牛顿曾担任过，之后是斯蒂芬·霍金。
“在一个人的方程中具备美感比使之符合实验结果更重要。而且如果一个人真正具有健全的洞察力，那么他就身处肯定通往进步的道路上了。”（戴森似乎记录到，讲座中教授们纷纷要求，生怕自己的学生效仿...）
提出反物质的狄拉克常常被比作牛顿，都是二十多岁完成自己影响重大的科研成果，都是数学大师，都完全缺乏社交能力，达到了病态的地步。牛顿和狄拉克奇迹般的数学能力或许是以社交上孤立于其他人为代价而获得的。
狄拉克的著名方程被镌刻在西敏寺的石板上，离牛顿的墓不远。
狄拉克因为怕因为拒绝诺贝尔奖而引来更多公众的瞩目而决定接受。（Feynman的妻子也这样劝过他...）

二、二等不可能。游走在我们对于物理世界的认知边缘的科技。
11、比光更快
爱因斯坦由于父亲死时认为自己的儿子是个完全的失败者而感到羞愧难当。
反物质与负物质是两种完全不同的事物。反物质存在，并且具有正能量，但具有相反电荷。负物质的存在尚未被证明。
曾经被认为空无一物的真空现在被证明有量子活动活跃其中。正常情况下，物质和反物质的微小爆炸似乎会违反能量守恒。但是，由于测不准原理，这些微小的违反情况极度短暂，因为平均来看能量仍旧是守恒的。
卡尔·史瓦西在德国军队服役...
12、时间旅行
在国际空间站执行1年的任务之后，他们返回地球时其实进入了不到1秒之后的未来。
13、平行宇宙
亚里士多德在他的文章《论天》中写道：线只有一种量，面有两种，而体有三种。超越了这些的量不存在，因为总共就只有三种量。

Salvador Dali《记忆的永恒》，试图将时间变现为第四维度，因此用那只融化的钟作为隐喻。《十字架上的基督》，未展开的四维立方体[?]...
费米：要是我能记住所有这些粒子的名字，那我就能变成植物学家了。

尽管量子理论是人脑有史以来提出的最成功的理论（通产精确都一百亿分之一以内），但它基于松散的机会、运气和概率之上。和牛顿理论不同个，牛顿理论对物体的运动做出了确切、坚定的解答，量子理论只能给出一定的可能性。现代的奇迹，如激光、互联网、计算机、电视机、移动电话、雷达、微波炉等等，都是建立在多变的可能性之上。

费曼：量子力学把自然描述得从常识观点看来荒诞可笑。并且它与实验结果完全一致。因此，我希望你们能够接受自然的本来面目---荒诞可笑。
每当有量子事件发生，就会有平行宇宙大量繁殖和分化出来。每个可能存在的宇宙都是如此。一个宇宙越是荒诞，它的可能性就越小，但这些宇宙依旧存在。...波函数从未崩溃，它只是继续发展，愉快第分类成无数个宇宙。
温伯格：自家起居室里将收音机调到一个电台。你知道自己的起居室里充满了来自全国和全世界各地大量的电台信号，但是滨的收音机只能调到一个电台。它与其他的电台都消相干了。
“我感觉不到自己分裂”。但艾弗莱特说，这是类似于伽利略对那些说自己感觉不到地球在转动的批评者的回答。
物理学家试图将量子理论应用于最后一块拒绝量子化的领域---宇宙本身。将测不准原理用于整个宇宙自然得出多元宇宙。
霍金宣布，我们的宇宙是宇宙中特殊的存在。我们的宇宙波函数较大，而其他大多数宇宙的波函数接近零。在这幅图景中，一个膨胀的宇宙比不膨胀的宇宙更有可能存在，因此我们的宇宙是膨胀的。
2006年，物理学家开始严肃对待使用磁单极子点燃婴儿宇宙的提议。林德说，从这个角度看，我们人人都可能成为上帝。

三、三等不可能。违反已知物理定律的科技。
人类的全部历史都可以通过能源这面透镜观看。
(1)约一万年前，最后一个冰川世纪结束后，我们发现了农业，并且驯养动物，特别是马，逐渐将我们的能量输出提高到了一匹或者两匹马力。者开始了人类历史上第一次重大革命。
(2)约300年前，人类历史上第二次重大革命发生了，随着机器和蒸汽动力的出现，可供一个人使用过的能量蹿升到数十匹马力。
(3)今天，我们正处于人类历史上第三次重大革命---信息革命之中。由于人口爆炸以及我们对电力和动力的如饥似渴，我们的能量需求飞涨...
1755年法国科学院宣布不再接受或者受理有关永动机的方案。
热力学第一定律：你无法以无物换有物；热力学第二定律，你无法打破平衡；热力学第三定律，你连退出博弈都不可能。
玻尔兹曼是个胸部发达、健壮如熊的矮个子男人，留着巨大的、丛林班的络腮胡。然而他可畏、粗野的外表掩盖了他为包围自己理论所受的创伤。
根据热力学第二定律，毁灭远远比建造更容易。
亚瑟·爱丁顿：我认为，熵永远增加的定律在自然界的法则中具有至高无上的的地位...如果你的理论被发现违背了热力学第二定律，我就不能让你抱有希望了；它只会在深深的耻辱之中崩溃。
数学家艾米·诺特（女）在1918年发现，无论何时，当一个系统处理对称问题时都得出能量守恒定律。如果宇宙的规则在经过漫长的瞬间后仍旧保持不变，那么令人惊讶的结果就是这个系统能实现能量守恒。（如果向任意方向移动，物理规则都保持相同，那么动量同样在任何一个方向上都守恒。如果物理定律在旋转中保持不变，那么动量也是守恒的。）
令人遗憾的是，Emmy Noether就像她的前辈玻尔兹曼一样，不得不为取得认同而竭尽全力斗争。诺特的良师益友大卫·希尔伯特因为没能给她争取得到只为而愤愤不平，“我们这儿是什么地方？大学还是浴池？”（这是我见过为女性争取平等最犀利的抗辩）
15、预知
矛盾的是，真相要倒立起来去吸引注意力。N.Falletta
费曼离开了洛斯阿拉莫斯，去了普林斯顿大学，在约翰·惠勒手下工作...从低位不高的研究生到创作出量子电动力学，成为有史以来最为精确的理论之一...百亿分之一。
反物质具有正能量，以低于光速运动，并且可以再我们的粒子加速器中被制造出来。它会受引力的作用落下。反物质相当于在时间中逆行的普通物质。负物质具有负能量，同样以低于光速的速度移动，但是在引力的作用下会向上。负物质从未在实验中被发现。理论上，大量的负物质可以被用作时间机器的燃料。快子以超光速移动，并且具有幻想中的质量...

后记
不可能事物的未来
诺贝尔奖得主Albert A.Michelson1894年在芝加哥大学物理实验室的致词，“物理学中非常重要的基本定律和事实都已被发现，而且现在我们都坚定地相信，由于新的发现而导致它们被取而代之的可能性微乎其微...我们未来的发现必须在小数点后第六位寻觅。”
1900年量子革命，1905年的相对论革命。
1825年，伟大的法国哲学家孔德宣称，科学无法测定星体的构成成分。短短几年后，物理学家利用光谱，宣布太阳是由氢构成。
惠勒对第一个不可能问题评论：200年前，你可以问任何人，我们有朝一日能够了解生命是怎样形成的吗？我对我们今后会了解宇宙是怎么形成的这一问题有同样的感觉。
宇宙会在一声巨响或低鸣中消亡吗？艾略特（这个翻译水准让人多次怀疑。[?]每个人都走到我的面前，“太糟了，钱德拉，简直太糟了。”我记得我站在火炉前自言自语地重复一句话：“世界就是这样结束的，不是伴着一声巨响，而是伴着一声呜咽。”）
黑洞理论创始于1783年，当时约翰·米歇尔在皇家学会学报“让所有从该星体发出的光线在该星体本身的引力作用下返回”...
1939年，爱因斯坦甚至写了一篇论文，说明这类暗星是无法自然生成的。然而，今天的哈勃太空望远镜已经为我们提供了关于黑洞的完美证据。
几个世纪以来，古代航海家们一直沿用着没有N极的地图。所有的指南针和航海图都奔着这块地图上缺失的部分而去，但没有人真的造访过那里。
我们没有走到终点，而是站在一个新的物理学起点。但无论我们发现了什么，前方也总还有新的地平线等着我们跨越。（可以用在毕业赠言哈哈）

RR@12.10
被安葬在威斯敏斯特大教堂牛顿墓旁的开尔文勋爵生前一度认为，无线电没有未来，比空气更重的飞行器是不可能实现的，X射线将被证明是一场骗局。（伟人首先是人，他们犯错误某种程度上是给其他人机会，伟光正的问题不是虚幻，而是僵化和没有生命）
当一位杰出但上了年纪的科学家断言某件事是可能的，那他几乎肯定是对的；当他断言某件事是不可能的，那他非常有可能错了。
“一个时代的信仰在下一个时代成为谬误，而过去的荒谬愚蠢却成为明日的睿智。”Willia Osler
一台真正的测谎仪就像一颗原子弹，最好被保留起来作为终极武器。
（奇形怪状的石头里，卵型的是美；一堆鹅卵石里，形状奇特的是美。）
原子自身也是双极的。（讲磁单极，讲安培分子环流假说...）
在科学界能听到的最令人兴奋、宣告新发现到来的话语不是“尤里卡”，而是“真奇怪”...
（要么学习，要么为了更好的学习休息。）
根据热力学第二定律，毁灭远远比建造更容易。
矛盾的是，真相要倒立起来去吸引注意力。N.Falletta
（等我老了，可能不会翻相册，而去翻翻微博和这里，我相信文字对客观的刻画更细腻和生动。）

On this day..

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