sage
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星空浩淼's questions
since they are not really related to my post on MOND, I would try to do it here.
1）现有的天文观测手段，以及它所依据的原理是不是100%正确？
We are of course not 100% sure. However, the principles we use are quite well established and passed many tests. Therefore, the burden is now on those who challenge the principles. They have to present their alternatives and pass the same tests. Of course one can always say there are something else. however, just saying that does not do anything.
不知道会不会有意想不到的物理因素没有考虑进去？比如所有导致红移的因素里，会不会还有一些未知因
素也在里面，有时甚至会起主导作用？
What are you referring to regarding redshift? It is straightforward to do in general relativity. There seems unlikely to by anything else rather than the expansion of the universe itself which affect redshift on such large scales. we may not know a lot of the details about distant stars, strange interstellar medium and so on. However, the keyword here is the scale. on very large scales, those things won't matter thta much.
2）不知道在宇宙的遥远深去，那里会不会有着跟我们不一样的物理真空背景？（例如我们的粒子质量，在他们看来只是等效质量？）
it is certainly possible. presumably, the vacuum during the big bang and inflation is very different from the one we know right now. on the other hand, we have strong evidence that the vacuum has not changed very much during the past 10 billion years or so (which is roughly the age of our universe). if things like the mass of the electron would change significantly, we would not expect, for exmaple, the hydorgen optical spectrum from some very distant stars (which presumably emitted very early on) to be the same as we observed in the Lab.
3）不知道我点燃一个鞭炮，在爆炸的那一瞬间，这个里面的绕某一个原子旋转的某一个电子上面的某一个国度里，是不是有一群科学家经过50年的观察和研究之后，发现他们所谓的“宇宙”正在膨胀？
4）我们所谓的“整个宇宙”，不知道会不会是真正的一个很大的空间里面的一粒灰尘？
3 and 4 is asking the same question. I think maybe both of them could be possible. however, i don't think either of them teach us a lot about physics.
It is certainly that there is some super super structure beyond our current observed universe. that is fine. at the same time, we would never know since all we can observe is the things within our horizon. therefore, i am not sure it is a physics statement or just some nice fiction.
it is also possible that there are very very tiny structures which we can only find out by going to higher and higher energy. there are some doubts that whether those structures could be stable and sophistcated since the high energy world is dominated by quantum fluctuations and is violent.
| 发表时间：2004-07-01, 13:56:36 |
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星空浩淼
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Re: 星空浩淼's questions
非常感谢sage兄的详尽耐心的回答！这里我再“发散性”思维一次：
What are you referring to regarding redshift? It is straightforward to do in general relativity. There seems unlikely to by anything else rather than the expansion of the universe itself which affect redshift on such large scales. we may not know a lot of the details about distant stars, strange interstellar medium and so on. However, the keyword here is the scale. on very large scales, those things won't matter thta much.
引力本身是非线性的，而多体问题又是非线性中的非线性，宇宙在组成结构和运行规律上理应遵从非线性规律。不知道到目前为止，有没有在大尺度上发现类似混沌或自相似之类的东西（自相似也可理解为无标度性，即结构规律与标度大小无关——将局部放大后，发现它跟整体不可分辨，因此有标度变换不变性），尤其是自相似，那或许是“宇宙阶梯结构”设想的现代翻版。
it is certainly possible. presumably, the vacuum during the big bang and inflation is very different from the one we know right now. on the other hand, we have strong evidence that the vacuum has not changed very much during the past 10 billion years or so (which is roughly the age of our universe). if things like the mass of the electron would change significantly, we would not expect, for exmaple, the hydorgen optical spectrum from some very distant stars (which presumably emitted very early on) to be the same as we observed in the Lab.
宇宙膨胀证据就是观察到离我们越远的天体红移越大；另一方面，离我们越远的星系越对应宇宙的早期。红移的原因是否还有可能归结为，宇宙远处的或宇宙早期的真空背景跟我们有所不同？
学固体物理很容易给人以这种强烈的感觉：我们的真空背景如同一个完美晶体，而所谓“物质”是这个晶体中的位错或缺陷，光速即是这个晶体中的声速，光子是这个晶体中的声子。固体物理告诉我们，位错运动方程是晶体中的“Lorentz协变”的，只是那里的“Lorentz公式”中，要把声速替代光速；那里一样有质能方程，运动质量与静止质量关系公式。。。如果真是如此，我们所在宇宙或许就象另一个更大世界里的一块晶体，这另一个世界的真空背景当然跟我们不同；这个世界又是另另一个世界的晶体，这样无限嵌套——当然，各种无限嵌套的想法不胜其数（例如这个世界是另一个世界里的一个光子或黑洞，另一个世界又是另另一个世界的一个光子或黑洞），这些想法一般来说，无疑都是很简单很幼稚的（包括我前面说的想法），世界那有那么简单啊！不过有些性质值得启发。
事实上，Higgs机制是从凝聚态物理中移植过来，这也是它让人信服的原因之一，让人感觉到它的物理实在性而不是一个数学游戏或玩具模型。当然它的理论预言证实是令人信服的最关键原因。
it is also possible that there are very very tiny structures which we can only find out by going to higher and higher energy. there are some doubts that whether those structures could be stable and sophistcated since the high energy world is dominated by quantum fluctuations and is violent.
关于微观下是否就对应高能，我觉得这个涉及对量子力学的测量问题的理解。
1）我觉得，在观测的意义上讲，进入越来越微观的世界，就意味着进入越来越高能的领域。但是如果没有我们的观测，微观的“自在之物”是不是就是高能的？这个问题可能会令人头痛：毕竟宏观由微观组成的。粒子位置的涨落甚至真空涨落是因为我们观察导致的还是它自己就在那里跳舞？
注意卡西米尔效应的实验验证，还是引入了“观察”，是观察结果。理论所预言的都是观察结果，这从量子力学的公理中可以看出。
2）如果存在微观的“观察者”（例如生活在电子上的“人类”），那么他们的时空标尺肯定不能用我们的来衡量：也许他们的“一亿年”只相当于我们的一秒钟；他们的“一光年”只相当于我们的一米长；我们的一微秒钟时间，他们就已经“更朝换代”过百万次——当然这些纯属于玄学了，这里姑且谈之。在他们的时空尺度下，我们所谓的微观涨落，他们可能感觉不到，因为我们看到一秒钟涨落许多次，他们“一亿年”的时间里可能还只是看到“涨”没有看到“落”——这正如，假如我们的宇宙是震荡的（于是眼前的加速膨胀只是临时的），这在“宏观人类”观察中，可能不过是一个微观随机涨落现象而已，而且是“快速”涨落。既然是随机涨落，当然时而加速时而减速，时而膨胀时而收缩。
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| 发表时间：2004-07-01, 22:58:00 |
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可见光
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Re: 星空浩淼's questions
2）如果存在微观的“观察者”（例如生活在电子上的“人类”），那么他们的时空标尺肯定不能用我们的来衡量：也许他们的“一亿年”只相当于我们的一秒钟；他们的“一光年”只相当于我们的一米长；我们的一微秒钟时间，他们就已经“更朝换代”过百万次——当然这些纯属于玄学了，这里姑且谈之。在他们的时空尺度下，我们所谓的微观涨落，他们可能感觉不到，因为我们看到一秒钟涨落许多次，他们“一亿年”的时间里可能还只是看到“涨”没有看到“落”——这正如，假如我们的宇宙是震荡的（于是眼前的加速膨胀只是临时的），这在“宏观人类”观察中，可能不过是一个微观随机涨落现象而已，而且是“快速”涨落。既然是随机涨落，当然时而加速时而减速，时而膨胀时而收缩。
我也来乱说几句，嘻！
要是上述想法成立的话，除非不同层次的宇宙，有不同的物理常数，特别象Planck常数这种体现量子力学效应的量；甚至，连遵从的物理规律和存在的相互作用都不同。例如我们这个宇宙作为一个整体，是另外一个更大的宇宙里面的一个客体，遵从外面这个更大的宇宙中的运行规律和相互作用。在后者那里，可能连时空概念以及其他物理概念都是我们无法想象的。
在我们的视界之外而观察不到，如同超微观世界我们无法观察一样，观察不到并不等于它自身不存在，所以并不影响我们想象。只是这就有点科幻而不是科学。科学产生于自然哲学，可能最后又回到哲学那里，因为最后的最基本的问题，会超出我们的可观察的能力范围之外，让我们最后只能停留于猜测和想象。平行宇宙论可能就只能停留于科幻。
自伽利略以来，正式的科学文明才几百年，人们就想找到终极理论。可能几千年之后，科学有了我们无法想象的进步，那时再回过头来看，觉得今天真幼稚，尽管那时又在患将被后人耻笑的毛病：也以为就要找到终极真理了。
最后请教一下sage大哥和昌海大哥：sage大哥前面说，即使我们这个宇宙在另外一个更大的宇宙中，由于那里在我们的视界范围之外，所以外面那个大世界对我们而言没有意义（大致意思吧？）
。不过我想呢，原则上，可以通过量子隧道效应达到视界范围以外（黑洞都还有Hawking辐射呢！），这个会有什么积极意义吗？谢谢！
你看不到我的眼泪，因为我在水里
| 发表时间：2004-07-02, 01:44:11 |
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sage
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Re: 星空浩淼's questions
引力本身是非线性的，而多体问题又是非线性中的非线性，宇宙在组成结构和运行规律上理应遵从非线性规律。不知道到目前为止，有没有在大尺度上发现类似混沌或自相似之类的东西（自相似也可理解为无标度性，即结构规律与标度大小无关——将局部放大后，发现它跟整体不可分辨，因此有标度变换不变性），尤其是自相似，那或许是“宇宙阶梯结构”设想的现代翻版。
gravity is non-linear. however, it only has an large non-linear effect near very massive sources where the curvature is large. Otherwise linear approximation works very well and very well tested (such as our everyday life on earth). redshift refer to the light propagate through mostly empty space over a large distance. Generically the large scale curvature goes like 1/D^2.... it is impossible to pick up any non-linear effect.
modern redshift measurements actually also look at the shape of the spectrum. what they find is, for example, there are spectral lines which is identical to hydrogen, just very redshifted. if there is any non-linear effect at all, it is very hard to imagine which the shape of the spectrum is not distorted.
宇宙膨胀证据就是观察到离我们越远的天体红移越大；另一方面，离我们越远的星系越对应宇宙的早期。红移的原因是否还有可能归结为，宇宙远处的或宇宙早期的真空背景跟我们有所不同？
for the same reason as above, if the vacuum is different, presumably all the physical constant will be different. therefore, it is very hard to conceive that why hydorgen will have the same spectrum as we measured in the laboratory. in fact if they are so different that we could account for those huge redshift, it is hard to even conceive there is hydrogen atom at all.
another problem with different vacuum is the so called domain wall problem. if two areas of the universe have very different vacuum state, the boundary of those two would have observable effect. just like two different medium in optics, or if you prefer, the p-n junction in condense matter physics. so far, observationally, we have not seen any of those domain walls. the constraints on that is then very tight.
学固体物理很容易给人以这种强烈的感觉：我们的真空背景如同一个完美晶体，而所谓“物质”是这个晶体中的位错或缺陷，光速即是这个晶体中的声速，光子是这个晶体中的声子。固体物理告诉我们，位错运动方程是晶体中的“Lorentz协变”的，只是那里的“Lorentz公式”中，要把声速替代光速；那里一样有质能方程，运动质量与静止质量关系公式。。。如果真是如此，我们所在宇宙或许就象另一个更大世界里的一块晶体，这另一个世界的真空背景当然跟我们不同；这个世界又是另另一个世界的晶体，这样无限嵌套——当然，各种无限嵌套的想法不胜其数（例如这个世界是另一个世界里的一个光子或黑洞，另一个世界又是另另一个世界的一个光子或黑洞），这些想法一般来说，无疑都是很简单很幼稚的（包括我前面说的想法），世界那有那么简单啊！不过有些性质值得启发。
事实上，Higgs机制是从凝聚态物理中移植过来，这也是它让人信服的原因之一，让人感觉到它的物理实在性而不是一个数学游戏或玩具模型。当然它的理论预言证实是令人信服的最关键原因。
by the way, higgs mechanism has not been completely verified yet.
关于微观下是否就对应高能，我觉得这个涉及对量子力学的测量问题的理解。
1）我觉得，在观测的意义上讲，进入越来越微观的世界，就意味着进入越来越高能的领域。但是如果没有我们的观测，微观的“自在之物”是不是就是高能的？这个问题可能会令人头痛：毕竟宏观由微观组成的。粒子位置的涨落甚至真空涨落是因为我们观察导致的还是它自己就在那里跳舞？
注意卡西米尔效应的实验验证，还是引入了“观察”，是观察结果。理论所预言的都是观察结果，这从量子力学的公理中可以看出。
I am not sure what you mean. the structure of a smaller structure corresponds to higher fourier mode in momentum space. therefore, they corresponds to higher energy scale.
2）如果存在微观的“观察者”（例如生活在电子上的“人类”），那么他们的时空标尺肯定不能用我们的来衡量：也许他们的“一亿年”只相当于我们的一秒钟；他们的“一光年”只相当于我们的一米长；我们的一微秒钟时间，他们就已经“更朝换代”过百万次——当然这些纯属于玄学了，这里姑且谈之。在他们的时空尺度下，我们所谓的微观涨落，他们可能感觉不到，因为我们看到一秒钟涨落许多次，他们“一亿年”的时间里可能还只是看到“涨”没有看到“落”——这正如，假如我们的宇宙是震荡的（于是眼前的加速膨胀只是临时的），这在“宏观人类”观察中，可能不过是一个微观随机涨落现象而已，而且是“快速”涨落。既然是随机涨落，当然时而加速时而减速，时而膨胀时而收缩。
maybe i am not completely understanding what you mean.
physical result should not depends on the unit you are using. you and an ant may use different unit of time. however, both you and the ant would agree that you live much longer.
a more physical example, if the mini-creature can also do experiment by using their super small stuff, both you and them would agree that the fine-structure constant they effectively experiencing is much bigger than the one that you measure. therefore, the quantum corrections, proportional to finestructure constant square, is much bigger for them.
| 发表时间：2004-07-02, 13:20:32 |
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sage
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Re: 星空浩淼's questions
不过我想呢，原则上，可以通过量子隧道效应达到视界范围以外（黑洞都还有Hawking辐射呢！），这个会有什么积极意义吗？谢谢！
good question.
horizon means horizon. it means that whatever outside our horizon, their physical signals have not reached us yet. it means that we cannot do an experiment to tell if they exist or not.
quantum mechanics is also causal, which means that it would not provide an escape from the argument above.
Hawking radiation is not the quantum tunneling across the event horizon. it is generated through the quantum fluctuation outside/near the event horizon.
it is possible that quantum gravity is actually very acausal (but that theory will be very wierd. i will probably talk about it later in the series of modification of gravity).
| 发表时间：2004-07-02, 13:27:01 |
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卢昌海
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关于原则上不可观测的东西
Sage 兄已经对技术性的问题作了回复，我来闲侃几句非技术性的话题，侃一侃原则上不可观测的东西。
原则上不可观测的东西通常不是物理学研究的对象。 不过这并不意味着物理学就不可以涉及这类东西。 如果一个物理理论与实验符合得很好， 可以解释许多物理现象， 并且具有预言能力 ... ... 一句话， 具有一个优秀物理理论的各种性质， 但同时却涉及了一些原则上不可观测的东西。 这样的理论是不会仅仅因为它涉及了原则上不可观测的东西就被摒弃的。 举个例子来说， 暴涨宇宙模型通常涉及大量与我们观测宇宙在因果上隔绝 - 从而在原则上不可观测 - 的其它宇宙， 但这并没有成为物理学家研究这一理论的障碍。 物理学家们不仅积极地研究这样的理论， 而且并不认为有必要修改理论， 使之恰好只包含可观测的东西 (为其它目的而修改则是另外一回事)。 这就好比我们不会介意用一个定义域包含整个实轴的函数 (比如线性函数) 来描述一组原则上取值只能为正的实验结果。
容易被物理学家抛弃的是那些只涉及原则上不可观测的东西， 或者以那些东西为主体却对可观测现象缺乏良好描述能力的理论。 不过在这里被接受与被抛弃之间的界限是十分模糊的。 把这一界限搞清楚通常是科学哲学家喜欢的课题。 不过我觉得科学哲学之所以有那么多流派， 很重要的一个原因就是科学哲学家们往往试图把一些没有可能、 或没有必要精确化的东西加以精确化。 对一个本质上模糊的东西精确化显然会有许多不同的做法， 在模糊地带各人可以有不同的划界方法， 每种划界方法都有其道理， 同时却不免都有反例 (否则就不模糊了)。 出现反例大家就修改界限， 结果改来改去， 把界限改得跟分形似的， 却依然说不清道不明， 形成永远争论不完的话题。:-)
宠辱不惊，看庭前花开花落
去留无意，望天空云卷云舒
| 发表时间：2004-07-02, 16:54:58 |
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可见光
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Re: 星空浩淼's questions
谢谢两位大哥的回答！
今天一大早起来看回帖，一回家就不方便了。这里整个二手便宜电脑放在寝室里用着。可惜的是，跟舅舅那里一样，上国外网只能通过代理服务器，慢且不说，代理服务器需要经常换，每次得利用一个软件在网上搜寻可以利用的代理服务器。
我以前跟舅舅学了很多。昨天就这里的问题还聊了一下。他也是说Hawking辐射不同于一般的量子隧穿，只能跟Klein佯谬机制类比，跟正负粒子的产生有关。我还想：要是我们的宇宙外面有一个更大的宇宙，即使那里的东西在我们宇宙的视界之外，可能还会存在间接的可观察效应：例如外面的东西会阊入我们的宇宙中来；甚至可以利用外面的影响来解释加速膨胀。
我想我舅舅所说的非线性，应该专指多天体问题所带来的那种非线性，并考虑在超大尺度上形成宇宙分形结构的可能。这个跟sage大哥理解的非线性是两回事，这种非线性，在牛顿力学范围内一样地存在，而且是通过天体运行规律来体现，是天体运动的非线性。
红移应该是指由于光波频率变低，光谱分布整体向长波长的那端移动的现象吧？看sage大哥的解释，好象是说这个话题里的“红移”另有所指？
关于量子力学问题，我觉得您们的分歧可能归结到在于对测不准关系的理解上。按照舅舅的熏陶，我的理解是有三种：
1. 波在空间定域的范围越小，则它所含的频谱越宽；反之，频谱越窄，则在空间分布范围越广
2. 粒子的位置涨落大小与动量涨落大小之间的关系，这个是跟传统量子力学教材一致
3. 其他。由于叙述复杂，就不说。
总之，当相空间体积给定时，空间范围越小，动量范围越大；反之亦然。但其中2涉及测量问题。如果没有观察时，粒子的位置与动量是怎样的，我觉得不好说，只是这个问题没有意义：我们不会去关心无法观测的问题。没有观察时，相空间体积还给定吗？时空空间和动量空间之间“解耦”了吗？
我这里代表舅舅和我自己再次感谢二位！舅舅要参加今年九月在山西的一个物理学术会议，我看也该忙得了，:-).
你看不到我的眼泪，因为我在水里
| 发表时间：2004-07-02, 22:45:21 |
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星空浩淼
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Re: 星空浩淼's questions
谢谢二位精彩的回答！
sage兄回答得都很清楚，只是后面与量子力学测量问题相关的部分我还需要思考一下。
渐近自由和色禁闭，在叙述上，都是“近距离对应大动量、远距离对应小动量”式的。我只是不知道，这个是不是还是要归结为测量行为所导致的这种观测结果。
甚至，我们在微观下观测发现真空涨落得厉害，但没有观测时，那些真空自己是不是也在那里同样地涨落着？——我的观点是，应该是，但是观测与不观测，涨落程度有所不同，因为观测行为会影响被观测对象的行为。正因为真空自己在那里涨落着，才会有自发辐射的产生，才有电子的zitterbewegung.
持之以恒就是胜利
| 发表时间：2004-07-03, 09:59:08 |
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sage
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Re: 星空浩淼's questions
QCD is in the confining phase, i.e., hadrons exist, independent of you measuring them or not.
Again, the key is not if you are looking at them or not. no matter who, (you or some mini-creature), you would agree on all the physical observables, such as the quantum fluctuation.
| 发表时间：2004-07-04, 13:27:43 |
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Re: 星空浩淼's questions
a slightly more technical discussion in case it is helpful.
when we say something in quantum mechanics, X moves slower than Y, it is always implicit that we actually mean if you measure it , you will more likely to see X moves slower than Y. Then it means , the wavefunction of X peaks more towards small speed end than Y.
everything here could applied to the question of small scale. on a small scale (QED for example), if you (or whoever) measure it, you (or whoever) will see that it has a large quantum fluctuation. This means, the wavefuntion of the physical system characterized by some small length scale is contains more weight on states which contains a large quantum fluctuation.
all of these is what we mean by saying small scale is higher quantum fluctuation.
| 发表时间：2004-07-04, 13:52:20 |
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