PDF《A：理论上预言是从 1928 年狄拉克提出他的狄拉克方》

读者和编者 ・45卷(2016 年)

11 期Q:在月球上能看到星星吗?理论上月球没有大气层 应该能比地球看得更清,但无论阿波罗登月还是玉兔 的照片上都没有星星.

A:当然可以了. 阿波罗登月还是玉兔的照片上都没 有星星是因为:第一,那是白天,月球没有大气散射, 太阳直射到月球表面.表面散射的太阳光比地球上强得 多.如果要照出星星,那地面就是惨白一片了.地面才 是我们拍照的重点呀!所以为了不让地面过曝光,我们 只有牺牲星空了(这个道理就跟国庆出去旅游对着太阳 拿手机自拍照出个黑乎乎的人影一样,只是反过来). 第二,太空飞船的相机是为了科研任务而不是为 了摄影艺术.可靠性,续航能力和重量才是需要重点 考虑的地方.照片拍摄质量不需要特别好,没有必要 (比如拍摄星空我们有更好的太空望远镜,不必月球探 测器帮忙). Q:雨滴的形成和凝结核有什么关系?温度和压强 呢?雨滴形成的原理跟凝露是否一致? A:我们知道,当温度降低,压强增大到一定程度时, 水会发生相变,从气态液化,这就是雨水形成的过程. 可以想象这样一幅图景――在温度降低的过程中,水分 子的运动速度变慢,它们在运动的过程中有更大的几率 聚拢在一起.但是当两个水分子刚靠在一起,很快就又 会被其他水分子的碰撞给撞散.只有当达到一定数量的 水分子共同聚拢在一起的时候,它们之间的聚拢作用才 足够强大,经得住冲撞,并且能像滚雪球一样越滚越 大,最终形成雨滴.凝结核的存在,提供给水分子的表 面,使其不易被撞散,以此为基础形成雨滴就容易得多 了.用物理的术语来讲,凝结核是亚稳态越过势垒走向 稳态的关键.雨滴形成的原理和凝露是基本一致的. Q:我们是怎么知道这个世界有反物质的? A:理论上预言是从1928年狄拉克提出他的狄拉克方 程开始的(比较受公认的).第一次在实验室观测到的反 物质――正电子是由加州理工大学的Carl David Ander- son 在1932 年完成的.他因为这个获得了

1936 年的诺 贝尔物理学奖.现在,反物质已经随处可见了.比如 医院的PET(正电子发射计算机断层扫描),就是利用了 正电子来检测疾病呢. Q:什么是真空能? A:真空能是整个宇宙空间中存在的背景能量.真空 能的影响在自发跃迁、兰姆位移等实验可以被观察 到.它被认为在天文学尺度上影响宇宙的行为.真空 能源于量子力学中的零点能(量子力学中,不确定性原 理导致微观粒子的基态能量不为零,这个能量称为零 点能).然而,由宇宙学常数估计的真空能密度与由量 子电动力学和相对论性电动力学推出的零点能有着数 量级上的巨大差距,这是一个物理学仍未被解决的问 题. Q:光为什么不会砸死人? A:光的反射和折射其实都源于光子与物质分子之间 的相互作用.而"砸" ,其实是指一个宏观物体在遇到 人体表面时,由于无法穿透而突然"刹车" .砸死人的 原因是"刹车"的一瞬间产生的冲力大于人体结构所 能承受的最大力,从而直接在物理上破坏人体结构. 但是对于光来说,由于波粒二象性光子可以看成是一 个一个与人体表面的分子发生相互作用,对于能量较 低的光子,只会发生一般的散射;

而对于高能的光 子,其相互作用的强度提高,就有可能"砸"坏人体 表面的分子结构,破坏人体的组织,例如激光武器、 X射线等都可以致命,但此"砸"非彼"砸"~ Q:在量子力学中,矩阵对角化有什么意义呢?其非 对角矩阵元非0意味着什么? A:在量子力学中,只要选择一组线性无关且完备的 量子态作为基,任何可观测力学量都能够写成一个矩 阵.作为基的量子态选得不同,可观测力学量对应的 矩阵就不同.所以同样一个可观测力学量就可以对应 * Q&A选自中国科学院物理研究所微信公众号每周五发布 的《问答》专栏.受篇幅所限,这些答案难以尽善尽美, 欲深度了解其中缘由的读者请同时参阅相关专业书籍. ・ ・