[讨论]量子力学和流体力学有多大联系？

onesupeng

原帖由 通流 于 2012-1-25 18:29 发表

                               
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onesupeng现在经常跟我的看法相近，让我觉得有点不适应。总让我有点我那里弄·错了的感觉。

哈哈，就事论事

这个算不上新，不过国内研究的人确实少。这类研究是需要有人做的，但也不要用类似于开创新大陆的口气宣传

[ 本帖最后由 onesupeng 于 2012-1-25 18:45 编辑 ]

yuren2

超光速科学问题学术研讨会
会  议  纪  要

2011年11月7日，《超光速科学问题学术研讨会》（Conference of Recent Advances in Faster-than-Light Research）在北京召开，会议由《科技日报》社主办，《现代基础科学发展论坛》及《前沿科学》杂志编辑部协办。会议参加者有：特邀人士、做超光速研究较为突出的专家、研究光速和相对论问题的专家、报社领导及编辑记者等共25人。会议中心议题为“欧洲科学家的超光速实验与中国科学家的责任”。会议由科技日报副总编辑刘亚东主持，科技日报总编辑陈泉涌、原科技部副部长,中国科学院院士程津培、中国工程院院士张钟华参加了会议并发表了简短的讲话。
陈泉涌总编辑首先致词说，9月22日国际上报导的欧洲中微子超光速实验是科学界的重大事件，影响大，至今社会关注度不减。CERN已宣布要重新进行实验。我们报纸有责任进行报道。科学本来就是在反复论证和争论中发展进步的，今天的会议就是要更广泛地组织科学家们交流，而且这也有利于在社会上形成关注科学发展的氛围。……中国科学院院士、全国人大常委会教科文卫委员会副主任程津培说，《科技日报》社组织今天的会议是有战略眼光的事情。因为科学研究有两种：跟踪性的和原创性的，后者是最难的，做一些非共识研究则是难上加难。然而今天来了这么多坚持做超光速研究的专家，多年来大家坚持不懈于挑战极限和追求真理，精神难能可贵，我表示敬意！欧洲OPERA实验是探索单程光速能否超c，是重大挑战性课题，关系到理论上的原始创新。科学问题有争论是正常的，对相对论提建设性意见是允许的。当前我国科学界的原创性思维很不足，故我们要提供一种宽容性的环境允许不同意见的发表。他指出，挑战现有的理论往往只能获得较少的支持，而且容易受到质疑，但正是这种在质疑声中坚持不懈地进行科学研究的精神更令人钦佩。事实证明中国科学家并不缺乏坚忍不拔的挑战精神，他们应当也可能做出原创性成果。
“做科研就要有一种精神，要甘于寂寞，即使不被主流认同也要坚守，这是科学追求的真谛。”中国工程院院士、中国计量科学院研究员张钟华补充道。他还举例说：“由庄松林院士领导的科研小组在国际上首次在光波波段发现逆多普勒效应，这一物理界和光学界的重大发现成果最近被《自然•光子学》发表，这一成绩非常鼓舞人心。尽管挑战传统理论非常困难，但我们也应该勇敢去做。”
会议共有9个学术报告。第一位报告人是中国传媒大学信息工程学院教授、博士生导师黄志洵，他带来了自己关于超光速研究的多本著作。报告题目是“欧洲科学家的超光速实验与中国科学家的责任”。他说，应当区分对超光速研究的态度和对这次欧洲OPERA实验的态度。就前者而言，现在竟然有物理学家在报上发表文章称超光速研究为“八卦新闻”；其实，说“光速不能超过”只是相对论力学的一家之言，无论Newton力学或量子力学都不为速度设置上限。我们认为科学无禁区，在其发展过程中并不承认绝对的和永久的权威。超光速研究已在国际上开展了数十年，发表的论文估计也有200多篇（其中一些发表在著名的Nature、Physical Review上），它是严肃的科学研究！这一学科的基本任务是探索物质、能量和信息以超光速运动或传送的可能性与实现方法，迄今在欧洲和美国已有六、七个最出色的最著名的实验。中国科学家已有多位参与研究，在理论上工作有成绩，在实验上却乏善可陈。这一方面是由于缺乏科学主管单位的支持，也因为存在认识上的误区——例如用现有加速器对粒子加速并达不到光速，更别说超光速。然而这是因为现有加速器都是亚光速加速器，只有按照超光速粒子动力学和能量关系对加速器作改装，才有希望发现比光速快的奇异电子（meta-electron）。我们不必重复欧洲人的中微子实验，而应组织起来开创有中国特色的超光速实验。中国人口占世界的1/5，中国科学家当然有自己的一份责任。
中国计量科学院研究员沈乃澂为会议提供了两份内部资料：①T.Adam等174人所作文章“在CNGS束中用OPERA接收器测量的中微子速度”；②T.Feldmann所作文章“CERN与LNGS之间的GPS时间链的相对检定”。为了参会者的方便沈乃澂把两文均译成中文，而他本人提交的论文题为“从计量学角度看中微子速度的测量”。他说，在OPERA实验中粒子（中微子）飞行距离，直线距离(731278.0±0.2)m，换算为地球表面基线距离731517.461m；测量飞行时间，要把发射点CERN与接收点LNGS两地准确对钟，方法是同时观测和接收卫星上GPS发出的同一时间码。测量从2009年起历时三年，共测量16111个事件，得到光传播与中微子飞行的时间差为[60.7+－6.9(统计)+－7.4(系统)]ns，即中微子比光快2.48×10^-5。这一测量的有效性为6σ，即置信水平0.999999998，是高精度的测量。
美国Alabama大学教授张操作了题为“超光速中微子对物理学的挑战”的报告。他说，1985年Chodos等把中微子作为超光速的费米子；同年我提交国际会议的论文认为，或许已知的基本粒子中就有超光速粒子，只是人们尚未意识到。我提出了4个理由说明，中微子是超光速粒子的最可能的候选者。这次欧洲OPERA实验结果公布后，虽然物理界一片哗然，但Nobel物理奖获得者丁肇中却表示祝贺，认为是一个极其美妙的实验。接下来张操澄清了某些误解，如超光速扰乱因果律造成时间倒流。狭义相对论（SR）虽很好描述了亚光速运动，但对于超光速动SR的时间定义失效。此外，说中微子是超光速粒子就意味着中微子“质量为虚数”，这也是误解。……随后张操介绍和评论了中国科学家在超光速研究方面所做的工作。
西北工业大学航空学院教授杨新铁（同时代表黄志洵、裴元吉）作了题为“电子的加速器超光速实验方案”的报告。他说，尽管光速比声速高几个数量级，但是声、光两方面的无量纲化后的方程是相同的，故突破“声障”的经验可作为突破“光障”的参考。利用空气动力学的数学结构可以解释相对论现象；在超光速时的数学方程是双曲型的，故在超光速区要减小能量才能加速，这对设计飞机和导弹的工程师都好理解。造成各种无限大的奇点完全可以避免。……他强调指出，“不能用现有的加速器产生超光速粒子”与“宇宙中没有超光速粒子”不是一个概念，本次欧洲中微子实验也证明了这点。过去所有加速器设计一味加大能量，这方法不能用于超光速研究。我们建议用一定方法（如反相、量子势垒等）减小能量，以期发现速度比c大的奇异电子。
中国科技大学国家同步辐射实验室教授裴元吉作了题为“超光速实验方案探讨”的报告。他说，到目前为止，带电粒子动力学都是建立在“光速为极限”的基础上，即遵循相对论力学。尽管目前建造的加速器尚未发现与此有矛盾，但所有测试粒子运动参数的方法的理论基础也是相对论，即便有矛盾也很难发现。我建议设计相速1.05c的加速管（长1.2m）；产生束团长度ps级的电子束；然后调节移相器测量不同相位时的束流能量。通过初步实验寻找疑点和原因。
北京石油化工学院教授董晋曦作了题为“我国应尽快启动光速可变验证实验的研究”的报告。他说，欧洲OPERA团队的超光速实验引起了强烈的震撼，但“不存在超光速”只是狭义相对论的一个推论，“光速不变原理”才是深层原因。把“光速不变”称为公设是不妥的，因它并非不言自明而需用实验证明。光速是否与方向无关这点一直未被实验证明，我们应当去做Einstein最担心的这个实验。在列举了中国科学家的有关工作（如董晋曦、郑铨、王汝涌、周渭）之后他指出，原始创新型实验是科学的突破点，希望科学主管部门组织力量尽快启动光速可变验证实验的研究。
国防科技大学教授谭暑生作了题为“超光速现象和标准时空论”的报告。他说，能证实超光速运动的实验结果对狭义相对论都是颠覆性的，因而按该理论去否定超光速现象的说法不可信。光速不变原理只是一种约定而未经实验检验。我于1983年建立了标准时空论，它以绝对参考系原理和回路平均光速不变原理作为基础，专著《从狭义相对论到标准时空论》已于2007年出版。这个理论与狭义相对论不同，而与量子力学一致，并且统一地描述了亚光速运动和超光速运动。另外我们已提出测量单程光速的实验方法，它在世界上尚无先例，我们希望国家主管部门给予支持。
中国运载火箭研究院北京航天自动控制所研究员林金作了题为“Lorentz变换、超光速和卫星双向时间比对”的报告。他讲了2008年完成、2009年发表的实验，它是航天界与中科院国家授时中心联合进行的，是对光速不变假设的判决性检验。实验以高精度（0.01ps）检验了Einstein在1905年同时性定义中的假设：Tb-Ta=T’a-Tb，证明在A、B两钟有相对运动时不成立。此实验可作为超光速论证的实验依据，亦即Lorentz变换中分母的sqrt(1-v^2/C^2)因子可以不出现，因而光速不是速度的极限。这对应Einstein在1948年的单程光信号同时性定义，它有别于Einstein在1905年往返双程光信号同时性定义。应把欧洲OPERA实验结果看作超光速实验事实，即真速度超过c。
北京师范大学天文系教授曹盛林作了题为“Finsler时空及超光速运动”的报告。他说，自己在Finsler时空结构下建立了新的时空变换，新框架中超光速运动与亚光速运动是平权的。因此，无需要求作超光速运动的物质具有“虚质量”。此外，他详细说明了“时序相对性”与“时间倒流”的区别，指出逆序的出现是“用光观测超光速运动”的必然结果，是超光速条件下对因果性的新表述，而不是破坏；它仅表示用光射线追不上作超光速运动的粒子。
在9个学术报告之后，专家学者们进行了讨论。首都师范大学物理系教授耿天明说，这次欧洲人的超光速实验结果是对Einstein“限速令”的有力对抗。实际上“光速不可超越”既无实验证明也没有真正的理论证明。狭义相对论的建立除了两个假设还要加上“光速不可超越”这个条件。然而，早在1987年2月23日就已记录到了来自超新星爆发的中微子——比光早到了3小时！但后来人们却把它当作了偶然事件。中国作为一个大国应当在重大科学事件中发挥作用，要破旧立新而非维护现状。……英国诺丁汉大学中国分校副教授马青平说，过去主流物理学界往往把对相对论不利的证据晾在一边，这是不对的，例如超光速已有很多实验证据。值得注意的是，这次欧洲的OPERA实验是两地精确对钟后的单向光速测量实验。……清华大学电子工程系教授冯正和说，OPERA实验是一种点粒子测量，是否应当从波粒二象性角度再作深入分析。……西安电子科技大学教授周渭说，目前科学界工作方式一般是个人行为，对有些重大问题的研究要成为国家行为。另外，原创性研究反而申请不到基金，这个问题要解决。……此外，北京航空航天大学物理系教授江兴流、中国传媒大学信息工程学院教授逯贵祯、首都师范大学物理系教授沈京玲、海军装备部某部高级工程师黄德民，都发表了很好的意见。
最后，黄志洵教授对会议作了简单的总结。他说，欧洲科学家团队超光速实验的成功，对中国科学家是很大的鼓舞。他们那种不墨守成规的无畏精神，团队大协作研究重大问题的方法，在测量工作中精益求精的精神，都很值得我们学习！据报道，Nobel物理奖获得者丁肇中、李远哲都肯定了这个实验，称之为美妙的实验并表示了祝贺。其实，就算这个实验有什么问题，超光速的证据仍然很多，并将继续研究下去。中国人在实验方面是落后了，但本次会议上已提出来一些建议，希望获得科学主管部门的重视与支持。当前搞大协作我们可能做不到，但开展一些小协作仍是可能的和必要的，让我们继续努力！
由于本次会议取得了成功，《科技日报》于11月10日在头版作了简短报道。文章由记者曹丙利撰写，标题为“挑战传统非常困难，但也应该勇敢去做——超光速科学问题座谈会侧记。”……与会的专家学者们感谢《科技日报》对重大科学问题的关注和对科学家们的支持！

[ 本帖最后由 yuren2 于 2012-1-26 05:35 编辑 ]

yuren2

北京航空学院教授江兴流利用到航天四院介绍量子力学零点能关系带来新推进方式的机会,在西安电子科技大学又进行了交流,提出通过加速器加速的电子束急剧用靶标进行阻滞的方式减能,达到在两公里的后方得到60倍超光速微粒的传播信号的俄罗斯方案.
也是类似拉瓦尔喷管一样,通过临界界面时要反其道而行,减小能量增大速度

[ 本帖最后由 yuren2 于 2012-1-26 07:18 编辑 ]

长歌－废墟

坚决支持通流版主的观点，作为认真学习过量子力学的人，奉劝yuren2好好学习最最基本的量子力学，搞明白什么波函数，什么是可测量再说。不要连最基本的量子力学哥本哈根诠释都没明白，就想搞相对论性的量子力学。
当年Maxwell建立电磁场理论的时候大量的借鉴了流体力学的思想，概念，这点在他的名著《电磁通论》中说的很明白，因此电磁场理论与流体力学有某种相似根本不是什么值得奇怪的事情。

通流

科学的核心是可检验性。新的科学理论总是要有数据来支持的。凭空的闭门造车，没什么意思。

另外，数学是有通用性的。并不是数学类似，物理本质就会类似。举个例子:
一个苹果+另一个苹果是两个苹果，
一块石头+另一块石头是两块石头，
从这里，我们并不能推断石头跟苹果是否有关系。

周华

现在提超光速还不是时候，欧洲发现的那个超光速的中微子似乎还没有得到普遍认同呢。

周华

当然研究星际流体运动的可以考虑带相对论效应的流体问题，这方面的内容我记得在过去的一些教科书上仅略微提及，也没查阅过相关文献，不知是否有人在做这方面的研究。不过最近看了点宇宙学方面的科普，倒是觉得象超新星爆发、黑洞边缘物质的运动等等可以跟流体力学联系在一起。据说欧洲那边还有人用水洞模拟黑洞边缘的信息传播问题，具体怎么做的不知道，希望有做相关研究的老师、同学能上来跟大家分享一些这方面的内容。

周华

传统上的流体力学从水力学开始研究，后来发展到空气动力学，再后来又发展到宏观所有流体的研究，这是流体力学发展的大致脉络。过去一段时间曾经有人说流体力学中只剩下湍流问题没有解决了，似乎湍流是流体力学中唯一的一片“乌云”。但是仔细想想就会发现，在把流体问题的研究尺度放大一些以后，首先是地球物理和大气动力学问题，然后是宇宙中流体的运动问题，都有很多很前卫的问题需要研究。把尺度缩小一点，也可以看到微观的生物流体等问题也不是那么容易解决的。再考虑多物理场耦合，燃烧、噪声、电磁流体等传统领域也自然浮现出来。可以说这些领域都是现在流体力学研究的前沿，真的有志向开疆拓土的老师和同学，可以考虑在这些问题中选择一个自己感兴趣的点寻求突破。不论哪个点上获得突破都是了不起的贡献。

mpll

觉得气体流动与量子力学有内在关联，特别是气体的膨胀运动与气体分子的能量变化状态密切相关，而气体分子的能量是量子化的。

通流

气体的能量是“量子化的”是什么意思？

coolboy

量子力学同流体力学的关联除了上面15楼提到的之外很难想象还有什么其它的可联系。量子力学研究微观个体粒子的行为而流体力学则是研究宏观流体的演变。此外，形容量子力学中不确定性的概率与流体力学湍流研究中由系综平均而引出的概率的定义或含意也是不一样的。湍流研究中的概率是数学常规意义上的概率，而量子力学中的概率则含有不同的概念。许多许多有关湍流的书中都会有一章介绍一下概率的基础知识。确实没见过有什么量子力学书中有关于概率基础知识的介绍的。若不是数学中通常的概率概念，就很难介绍。

coolboy

原帖由 周华 于 2012-1-27 23:00 发表

                               
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当然研究星际流体运动的可以考虑带相对论效应的流体问题，这方面的内容我记得在过去的一些教科书上仅略微提及，也没查阅过相关文献，不知是否有人在做这方面的研究。不过最近看了点宇宙学方面的科普，倒是觉得象超新 ...

下一本书的第四章(Relativistic Fluid Flow) 和第七章(The Equations of Radiation Hydrodynamics)就推导了包含相对论效应的流体方程。基本思路同相对论里推导场方程类似，关键是找出四维空间的应力-能量张量。

Mihalas, D., and B. Weibel-Milhalas, 1984: Foundations of Radiation Hydrodynamics. Oxford Univ. Press, 718 pp.

coolboy

原帖由 周华 于 2012-1-27 23:07 发表

                               
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传统上的流体力学从水力学开始研究，后来发展到空气动力学，再后来又发展到宏观所有流体的研究，这是流体力学发展的大致脉络。过去一段时间曾经有人说流体力学中只剩下湍流问题没有解决了，似乎湍流是流体力学中唯一 ...

这个观点很有道理。其实研究湍流的目的应该是想要搞清楚方程里的非线性平流项：(V.[Del]V)。传统的水力学是不可压的简单流体，这一项在方程中就最难以及起主导作用。但若实际流体包含“燃烧、噪声、电磁”效应等等的许多新项甚至是增加不少新的方程等等，则原有的非线性平流项未必就一定重要，或那一项的作用即使搞清楚了也未必就解决了什么大问题。

周华

原帖由 周华 于 2012-1-27 22:55 发表

                               
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现在提超光速还不是时候，欧洲发现的那个超光速的中微子似乎还没有得到普遍认同呢。

刚在网上看到新闻，说CERN那个超光速的中微子试验结果是错误的，导致错误的原因是GPS与计算机的连接出了问题。

周华

对物理感兴趣的同学可以关注一下这方面的前沿问题，包括暗物质、暗能量和反物质都可以考虑，我直觉这些东西将来一旦被发现肯定是呈现流体状态的东西。另外星际物质的运动虽然达不到超光速，但速度也比我们平常习惯的超音速、高超音速等高的多。这些现象对于宇宙学的研究有很大影响，肯定是非常有价值的工作。