講點弦論歷史|No.19
不在家好好看奧運
居然點進來看弦論
我欣賞你！
╰(￣▽￣)╮
1Q雙彩虹是怎麼形成的
行者
A上一期科普了彩虹的光學原理，這個問題來得正好。所謂的雙彩虹其實是虹和霓，虹在內圈比較明顯，霓在外圈顏色較淡。
找到一個很棒的圖示：
我想知道如何高（zhuang）端（bi）的用物理撩妹or撩漢
12345
A等你真的把物理學進去了並開始欣賞裡頭的一些思想時，你就會發現：這些感受很難說出來，很難與人分享了，很少能與人共鳴。這東西就跟做夢一樣絕大多數時候只能是一個人體會。所以其實物理可能是一個會讓人稍微孤獨一點點的學科。不過適當的孤獨不見得是壞事。
當然如果你不甘心，一定要用物理來強行撩妹/撩漢，相信我，你會變得更孤獨。（思考題：小編是怎麼知道的？）
3Q風之所以會流動是因為溫度差異、氣壓差異的關係而產生流動和循環，水銀氣壓計頂部的真空負壓和外部的大氣壓力的差異也是反差很大，是否有辦法從這個壓力差異中去提取能源（電力）？如果有的話，再生能源就不用看天吃飯了。
匿名
A已經開始利用了呀，風力發電機啊，潮汐發電站啊不就是利用的這些能源嘛，不過目前看來，再生能源並不能做到完全不看天和不污染（主要是在裝置的生產環節）。而目前最乾淨最清潔的能源其實恰恰是核能，然而這個輿論又壓力山大。（就像飛機明明比汽車安全得多得多，但空難還是最容易撥動人們的神經。）
4Q
圍棋的棋局的變化數比已知宇宙的原子數還多？
沉默是金
A不只是多，是多得多得多得多…….標準圍棋是19*19的棋盤，總共361個落子點，每個點有放白子，放黑子和不放子三種狀態。那麼棋盤總共就有3的361次方種狀態，大約摺合10的172次方。宇宙中已知的原子數大約是10的80次方。所以這不是多的問題，假如把很多宇宙加起來讓這一堆宇宙的原子總數等於圍棋的變化，那麼光是這堆宇宙的數量都要比一個宇宙中的原子數量還多。
5Q當兩個粒子以相對速度為超光速相撞時會發生什麼，例如一個電子和一個質子，速度都為0.75倍光速，當它們發生對心碰撞時會發生什麼，根據愛因斯坦的相對論，時間會倒流，質量會變成負數，尺寸會變成負數，這成立嗎？
Lucky
A愛因斯坦不背這個鍋= 。= 一個電子相對於你的速度是0.75c，一個質子相對於你的速度是0.75c，並且方向與電子相反，那麼電子相對於質子的速度是多少呢？1.5c? 錯咯，正確答案是0.96c。牛頓體系的簡單速度疊加原理（伽利略變換）並不能簡單地推廣到相對論情況哦。這裡要用洛倫茲變換。你想撒，參考系一變，長度也變了，時間也變了，咋好意思就直接把速度加起來吶。至於問題中的撞到一起會發生什麼，0.75c的質子對應的能標是幾百個兆電子伏。所有這就是一個典型的核物理的過程，多半是釋放出伽馬射線把能量輻射出來。
6Q處於量子糾纏態的粒子之間除了可以在瞬間傳遞自旋信息外，能不能傳遞能量？
666
A量子糾纏態是不能傳遞信息的，更不必說能量了。糾纏態能夠瞬時改變的是波函數的狀態。這是兩個概念。
比如有兩個處於糾纏態的粒子，一個在地球上，一個在天狼星上，兩個粒子都可能自旋向上或者自旋向下，但兩個粒子的總自旋一定為零。如果我們通過測量發現地球上的那個粒子有向上的自旋，那麼有些說法會說，這時候天狼星上的那個粒子的波函數瞬間從即可以向上又可以向下的狀態變成了只能向下的狀態。
這個過程叫做波函數的坍縮。
但是請千萬注意，波函數本身並不能直接被測量（它的模方才行。），所以它並不直接對應一個物理實在。因此它的坍縮並不是那種真有什麼可觀測物體「轟的一下垮掉」的過程。說得準確一點就是，不會產生任何可觀測的效應。不能產生可觀測效應，那麼很自然的，就不能傳遞信息，於是也不違背相對論的限制（信息傳播速度不能超光速）。
再說清楚一些~信息到底是什麼？信息就是一種能夠把一個大集合映射到一個小集合的有用的「知識」。比如「物理所在保福寺橋」這句話就是信息，因為它把物理所從宇宙任何地方映射到了保福寺橋。再比如「比賽贏了」也是信息，因為把「輸/贏」映射到了「贏」。
這樣我們就來看下糾纏態為什麼不能傳遞信息，比如小編我坐在天狼星想知道奧運會中國贏沒贏。心想隔著幾光年呢，只能用量子糾纏看轉播了。我跟地球那邊之前約定好，我測到自旋向上就表示贏了，自旋向下就表示輸了。既然波函數是瞬時坍縮的，我測一下我的自旋不就立刻知道輸贏了嘛。但問題是，地球那邊並不能調控自旋是向上還是向下呢。地球那邊測到什麼自旋的完全隨機的，而且這個隨機性是量子力學自帶的，沒有任何辦法消除掉。所以雖然有約在先，但地球那邊並不能操縱自旋的觀測結果，所以我在天狼星上測到的自旋朝向並不能縮小「輸/贏」這個集合，沒有任何信息。只能乖乖等八九年後光線傳過來咯~
（最後再說一點，雖然波函數不對應真實物理，但糾纏效應確是客觀存在的。這個有貝爾不等式做證明。正好有提問，這個答案寫得太長了，下期問答小編科普貝爾不等式吧）
7Q超弦理論和量子力學，怎麼科普一下他們的關係？及對我們未來的影響？謝謝
午後陽光
A簡單講一下量子力學到弦論的歷史，弦論不是特別了解，歡迎勘誤。
上個世紀二三十年代，量子力學的理論大廈大體建立完成。這時候人們自然想把量子力學跟同時期的相對論這兩個新科學結合起來。摘得皇冠的人是狄拉克，他寫出了著名的狄拉克方程，將量子力學與狹義相對論結合起來，成功預言了反物質。但狄拉克方程並不完美，比如它沒有基態，有無窮多的負能量態。這樣它就沒有辦法用來描述玻色子（因為玻色子不像費米子那樣會排斥，玻色子帶入狄拉克方程會掉入無盡的負能量態中的。）
不過費曼，朝永振一郎等人接過了狄拉克的接力棒。發展出QED（量子電動力學），非常非常精確的描述了帶電粒子與光子的相互作用。量子場論的框架基本建立起來。不過彼時人們還不知道怎麼解釋原子核內部的強弱相互作用力。
到六十年代末，日本，義大利，芝加哥的一堆腦洞比較大的物理學家發現，用一條弦一樣的東西似乎可以解釋強相互作用誒！但可惜這是不對的，後來QCD（量子色動力學）出來完美解釋強相互作用，弦論瞬間就掛了。QCD是QED以外的另一種量子場論，彼時量子場論獨霸武林。然而量子場論也並不是沒有要害的，比如說，它沒有辦法把引力（廣義相對論）納入到它的理論中。比如說它沒有辦法解釋特別特別小的宇宙學常數。
而這兩個問題在坐了十幾二十年冷板凳的弦論中居然看到了一絲解決的苗頭。七十年代的時候，一幫弦論家發現，和那些妖艷的量子場論不同，弦論可以非常清新自然的得到自旋為2的玻色子，而這個就是引力子！另一邊，一堆人試圖用超對稱理論來解釋宇宙學常數極小的問題，而超對稱與弦論在八十年代又結合成為了超弦理論。
這樣關注弦論的人多了起來。很快，第一次弦論革命爆發了。1984，史瓦茲和格林發現了一種SO(32)對稱性。感覺就像找到了本武功秘籍一樣。弦論瞬間不再是一門潛在的量子引力理論了，它成了萬物理論的候選者！一種一統江湖的意思。
但是有個bug，當年的弦論總共有五個版本，各不相同。你想像一下，有五個人跑過來給你說：「雖然我們五兄弟性格各異，但我們每個人都是天下第一。」 你服不服？
不過好在1991年第二次弦論革命爆發了，一個比弦論還要bug的叫witten的男人跳出來說，其實還有第六個隱藏的弦論，而且六個弦論都可以結合成為同一個理論。一股葫蘆娃的概念有沒有？還有一個隱藏的六娃？還可以結合起來成為葫蘆小金剛...啊不...結合起來形成M理論。
寫了好長...所以回過頭來，弦論是量子力學的一個自然延續，而且還會接著延續下去（比如最近的AdS/CFT啊，全息理論啊），畢竟，物理學的思想是連續流淌的。
寫下您的問題，下周五同一時間哦~
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