18 Dec

黑洞融合的简单模拟

在天文爱好者眼中,黑洞是一个球体,其半径为$\frac{2GM}{c^2}$;这是广义相对论的施瓦兹黑洞的结果,也从经典力学推导推导出来,虽然用经典力学是错误的,但是对于多数的天文爱好者(包括笔者)来说,这是目前唯一的一种可行的理解方法(广义相对论那些复杂推导会让我们很崩溃的)。当然,事实上,黑洞不是一个球体,它只是一个密度很大的点。至于密度有多大,目前公认的说法是无穷大,但是严格的物理是不接受这个说法的,或者说,物理是不会接受任何无穷大的说法,所以现在积极发展量子引力理论来统一相对论和量子力学,不过这是另话了。$\frac{2GM}{c^2}$只不过是黑洞的视界,视界之内,我们就什么也不知道了。本文主要就从经典力学的角度探讨一下两个黑洞的合并过程中其视界的变化。读者将会发现,这些视界的形状相当有趣。

经典力学中的黑洞是这样定义的:天体表面的逃逸速度超过了光速,于是连光都无法逃脱,所以这个“洞”就很黑。也就是说,光子的总能量(引力势能与动能之和,经典力学意义下的)要为负,负数表示受到束缚。用数学公式来讲,就是:

$$\frac{1}{2}mc^2 - \frac{GM_1 m}{r_1}-\frac{GM_2 m}{r_2}-...-\frac{GM_n m}{r_n} \leq 0$$

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26 Dec

费曼路径积分思想的发展(一)

注:这是郝刘祥前辈的一篇论文,98年的时候发表在《自然辩证法通讯》上,里边讲述了费曼以及路径积分的相关故事。我从网上下载下来,原文是很粗糙的pdf文件,我特意将它转化为网页文件,供大家欣赏。有些公式很模糊,所以我已经到图书馆查找了原文,但是由于作者非理论物理专业人员,还不确定部分公式是否正确,请读者慎读。原文较长,将分开几篇来发。如果涉及到版权问题,请作者告之(bojone@spaces.ac.cn),我将会尽快处理掉。

自然辩证法通讯(JOURNAL OF DIALECTICS OF NATURE)
第二十卷总115期,1998第3期

郝刘祥

摘要:该文首先阐述了 Richard Feynman为解决经典电动力学的发散问题而做的艰苦努力,进而论述了这种努力的副产品何以使他偏爱作用量表述,以及他是如何在Dirac文章的启发下得到非相对论量子力学的第三种形式--作用量量子化方案的。文章的第三部分叙述了费曼将其方案推广到相对论情形的尝试和费曼图的由来。最后,该文试图就路径积分方法在量子场论等领域中的广泛应用以及费曼对量子场论的重大疑惑作一简要的说明。

关键词:费曼,作用量,几率幅,路径积分

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27 Dec

费曼路径积分思想的发展(三)

3、费曼图和量子电动力学的重整化

在1947年美国避难岛(Shelter Island)会议上,兰姆报导了他的重大发现,即现今所称的兰姆位移;氢原子的$2S_{\frac{1}{2}}$能级比$2P_{\frac{1}{2}}$高出约1000MHz。而按照狄拉克理论,对纯库仑相互作用的电子-质子系统,这两个能级应该是简并的。人们很快就认识到,该位移应归之于一阶近似的辐射校正[19]。贝特用一个电子的校正质量就非相对论近似得出了氢原子nS能级的位移公:

$$\frac{8}{3\pi}(\frac{e^2}{\hbar c})Ry \frac{Z^4}{n^3} Ln\frac{K}{ < E_n-E_m > _{AV}}$$

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27 Dec

费曼路径积分思想的发展(四)

4、量子场论中的泛函方法

路径积分出现之初,大多数物理学家反映都很冷淡,甚至怀疑它的正确性。这一方面是对路径积分方法的陌生与误解所致。在泊珂淖会议上,玻尔就把费曼图误解成粒子运动的轨迹,并对之进行了尖锐的批评。([19],P.459)另一方面,费曼并没有用公理化的方法,从作用量或拉格朗日量出发系统地推导出费曼规则,他是靠经验、猜测、检验和比较来给出与各种图相应的规则的。尽管如此,费曼却能把他的方法推广到当时热门的介子理论,并且只需一个晚上就可解决他人用正则哈密顿方法要用几个月的时间才能解决的问题。费曼方法的有效性,使戴逊大为惊讶,并促使他相信路径积分“必定是根本上正确的”([1],P.54)理论。随之,戴逊便决定把“理解费曼(的思想)并用一种他人能理解的语言来加以阐述”([1],p.54)作为自己的主要工作。1948年,戴逊成功地证明了朝永振一朗、施温格和费曼三人的理论“在其共同适用领域内”[25]的等价性。费曼的粒子图像的路径积分方法由此改头换面,变成了场论形式的泛函积分方法。

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26 Dec

费曼路径积分思想的发展(二)

2、量子力学中的作用量量子化方法

在发现经典电动力学的这个新作用量之后,费曼便试图将它量子化,以期得到一个令人满意的量子电动力学。当时,量子物理学中还没有采用作用量方法。常规的途径是从哈密顿函数开始,用算符来取代经典哈密顿函数中的位置和动量,再应用非对易关系。费曼当时还不知道,狄拉克在1932年的一篇文章中已经将作用量和拉格朗日函数引进了量子力学[9]。正当他百思不得其解时,一位在普林斯頓访问的欧洲学者吿诉他,狄拉克在某某文章中讨论过这一间题。得知此信息后,费曼次日即去图书馆翻阅此文。

狄拉克在1932年的文章中引进了一个非常重要的函数$ < q_{t+dt}|q_t > $,并指出它“相当于” $\exp[\frac{i}{\hbar}Ldt]$[9]。这“意味着”,狄拉克强调:“我们不应该把经典的拉格朗日函数看成是坐标和速度的函数,而应把它看作两个不同时刻t和r+dt的坐标的函数。"[9]在狄拉克思想的启发之下,费曼径直把“相当于”改写为“正比于”:

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2 Jan

用复数化简二次曲线的尝试

当二次型在二维平面的情况下时,就等价于二次曲线的化简。二次曲线的化简主要用到平移和旋转,这恰好是复数所“擅长”的。因此,以复数为工具来对二次曲线进行化简,似乎是一种很显然的思路。然而,我却没有看到这方面的内容,而且我自己之前也忽略了这一思路。下面我对这个思路进行一点探索。

由于只打算做一些启发性引导,所以在这里只考虑$ Ax^2+2Bxy+Cy^2=1$这种不完全的形式(它不包含抛物线)。

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5 Jan

又折腾数学公式插件了

从2013.11.15开始,使用MathJax插件。主要原因是MathJax在兼容性方面比ASCIIMath Image Fallback Scripts做得好很多。而且从长远考虑,用MathJax也是应该的。
官方网站:http://www.mathjax.org/

复制数学公式:http://www.mathjax.org/demos/copy-and-paste/

-------以下内容已经过时(写于2013.01.05)--------

原来一直是使用“数学研发论坛”完善的数学公式插件来显示数学公式的,使用很简单,载入速度很快,这样一下子就用了三年了。

不过进入大学后,学习的东西越来越多,数学符号也越来越多,郭大哥的插件的不足也暴露出来了。最要命的是它居然无法显示$\hbar$,这叫我这个学习量子力学的孩子情何以堪...(不过郭大哥新版的插件已经加入了这个符号)。还有另外一个不足的地方,就是郭大哥的插件进行了大量的化简,使得数学公式的输入简单了不少,但是反而对标准的Latex代码支持不足了。久而久之,会带来一个弊端,就是迁移性不强。万一哪天这个插件无法使用了,就难以找到替代品了。考虑到这些,我写latex代码的时候总是用标准的语法而不用简化语法,后来$\hbar$的问题出来后,一下子用上了MathJax这个强大的插件(考虑过JsMath,但是发现它的行内公式显示效果不大好)。

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7 Jan

角的疑惑——为什么使用弧度?

也许当我们从小学数学进入中学数学的过程中,让我们最郁闷的事情就是课本上把用的好好的角度制改为弧度制了,那个好好的360°的周角无端端变成了一个无理数$2\pi$,为此还多了一堆转换公式,那时这可把我折腾了好一阵子。为什么一个完美的360°不用,反而转向一个无理数$2\pi$?这里边涉及到了相当多的原因,在这些原因中,重新体现了数学体系的一致与简约。当然,文章里的观点只是我自己的看法,仅供大家参考。

弧度制:简约的要求

如果读者已经学过了极限理论,那么我就可以直接说,引入弧度制,是为了在这样的一种角的度量体制下,满足:
$$\lim_{x\to 0} \frac{\sin x}{x}=1$$

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