湖南土著分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qhliu 理论物理博士,湖南大学教授。

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花国家经费,圆半个梦想

已有 12620 次阅读 2012-12-8 10:41 |个人分类:拾穗记|系统分类:科研笔记| 研究, 物理, 国家基金

先,来点牢骚

中关村里,遍地都是中小学补课班。光天化日,戕虐少年,无人过问。报纸网络还天天就钱学森之问引经据典高谈阔论,不知道是否有点相映成趣? 科学院物理研究所有位哥们说:只消在中关村摆个桌子,每年都可挣个四、五百万。

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一,拿了国家的经费,就要为国家做点实质性的事情

我绝不好酒也没有酒量,但偶尔和朋友喝点小酒。一年下来,花费也是不菲。这点小钱,土著婆的一贯态度是:去市场上去寻找。若干年的经验发现,在经济市场上找点小钱是一件智商很低的活动。

我申请科研经费的前提有两条: 1,满足学校对一位教授、博导经费要求的下限;2,满足学生对科研条件的中等要求。我从来没有申请过多余的经费,也就是没有过重叠的省部级国家级课题(含人才基金)。

国家科研经费,和在经济市场上找来的钱,有着本质的不同。前者有黑窑工的血汗和农民工的眼泪。市场上找来的钱,拿了就可以喝酒。但是国家的钱,拿了就要为国家做点实质性的事情。至少,要对纳税人有所交代。

去年,我写了《一项发现获批国家自然科学基金》。当时申请了60万,面上项目的平均数,基金委实际拨付了56万,学校扣去管理费等等,尚有50万左右。到今年年底,项目实际进行了一年半。

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仅仅看文章记录,“哄骗”基金委问题还不大

1, 科学创造的诗性自由, 现代大学教育 2012年第4

2, Geometric momentum: The proper momentum for a free particle on a two-dimensional sphere,  Phys. Rev. A 84, 042101 (2011)   

3, Quantum measurements with preselection and postselection, Phys. Rev. A 84, 052111 (2011)

4, Information gain versus coupling strength in quantum measurements, Phys. Rev. A 85, 042330 (2012) 

5, Geometric Momentum in The Monge Parametrization of Two-Dimensional Sphere, Int. J. Geom. Methods Mod. Phys. (2012) DOI: 10.1142/S0219887812200319

6, Transformation Between Eigenfunctions of Three Components of Geometric Momentum on Two-Dimensional Sphere, Commun. Theor. Phys. 58, 31(2012)     

7, On Equivalence of Two Realizations for a Nonlinear Lie Algebra, Commun. Theor. Phys. 57, 575(2012)     

8, Crossover from Quantum to Boltzmann Statistics for Free Particles in a Single Harmonic Trap, Int. J. Theore. Phys., 51(2), 390-398(2012)

还有3篇文章躺在预印本库arXiv中,有两篇已经投稿正在审理中。

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2012年毕业的理论物理专业学生

一位博士,现在已经获得一所211大学的副教授职位;

一位硕士,现在在美国攻读物理学博士学位。

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2012年新获得的荣誉和社会职位

1,  全国热力学与统计物理教学研究会,副主任;

2,  中国物理学会,第十届教学委员会,委员。

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这些记录,已是陈迹。没什么好说。

下面说说一篇正在一份美国刊物审理之中的文章。题目是作为嵌入效应探针的几何动量”(Geometric momentum as a probe of embedding effect)一个审稿人在送审的当天就给出了几个字但是分量十足的审稿意见:“Novel suggestion that may be experimentally investigated.”

在物理行当,提出一个新奇的思想太难,而且绝大部分想法没有价值。如果没有物理思想的清晰说明,一个的实验十有八九是不过在花样上的新鲜。国际上对是否出干货的理论物理学家有唯一判据:提出实质上的新概念而这个新概念导致的物理结果能被实验所验证。如果一个理论建议不但新奇,而且可以实验探索之当是任何理论家所能获得的理想评价之一!

    为了获得一张国际物理圈认可的个人学术名片,整整十年,我和我的团队一起,一直在用微分几何作为理论工具研究约束体系的量子力学。花费了国家超过百万元的科研经费,弄了十数篇SCI文章,一直没有出现高潮。直到去年才有突破:确定发现了一个新的物理量并起了一个响亮而恰当的名字----几何动量。可是接下来的工作并不轻松! 有两个问题还没有解决:第一,这个几何动量到底在物理上是个什么东西? 第二,有没有现实可能的实验来验证一些实验预言? 而正在审理的文章,回答了第一个问题:通过测量这一物理量,可以探测到空间嵌入效应。

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二,什么是几何嵌入效应?

例如,一只蚂蚁在一个光滑的球面上踱步。现代物理认为这其中就有嵌入和非嵌入问题。在经典力学中,蚂蚁每时刻的经纬度坐标及其相应的正则动量,构成了一个四维相空间,在这个四维相空间中,可以对这只蚂蚁的行为提供完备的描述。但是,现代物理对这个行为的认识有着深刻的不同。

在现代物理中,蚂蚁可以视二维球面为它的全部世界,从这个角度研究蚂蚁的行为,称为内禀几何观点。用微分几何的语言来说,球面的第一基本形式可以提供充分描述。与内禀几何的观点相对,有所谓的外部几何观点。由于这个球可以放置于三维平直空间或更高维的时空中,这个过程称为嵌入。在不同的(时间)空间中去研究这个球及其蚂蚁的行为,称为不同的嵌入。只有在现代物理中,也就是只有在相对论和量子力学中,不同的嵌入会导致不同的物理。如果没有一种明确的物理机制说明其中某种嵌入具有物理意义,为什么要舍近就远? 教科书中的标准讲法一般采用内禀几何的观点。

物理学家的眼里,物理学至高无上,教科书只是用来超越和扬弃的参照物。物理学家对于嵌入及其物理的研究已经超过一百多年了。不过原来的人士主要来自于广义相对论及其相关领域。理论越来越复杂,但可观测的效应却几乎没有。

近年来,国际上有十余个研究小组的工作,有意或者无意,其实是希望在凝聚态物理中发现了可观测的几何嵌入效应。在大中华地区,目前似乎尚只有我们一家。非常有趣的是,由于理论工具的迥异,有些研究小组明显不熟悉微分几何,以至于写出的结果要么似是而非、要么非常复杂以至于不知所云。而且相互不知道他们其实正在从事类似的研究。这种情况直到2010年的第一个实验验证出现,情况才有真正的改善。

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三,通过最保守的嵌入,可以建立几何动量的谱学

把球面及其在球面上踱步的蚂蚁放在三维平直空间中,而不是更高维的空间,可以称为最保守的嵌入。这种嵌入,可以视为真实物理的极限情形。这个真实的物理就是,不存在二维的蚂蚁,但存在稳稳当当地沿球面爬行而几乎没有上上下下蹦蹦跳跳的蚂蚁。和原来的内禀几何给出的物理结果不同,此时产生了若干嵌入效应,而此时的嵌入效应的一个根本特征就是发现量子力学的可观测量和曲面的平均曲率相关。最先发现的是几何势能,然后是几何自旋轨道耦合,最后是几何动量2010年的一个实验验证,证明了几何势能对电磁传播性质的计算结果;2012年的第二个实验才证明了几何势能对电子输运性质的相关效应。几何动量更加基本,但是已知的实验方案,不足以研究几何动量给出的效应。

理论上的可观察和实验上实际产生可观测的效应之间存在鸿沟。这个鸿沟不知道终结了多少物理学工作者成为物理学家的美梦。

我们终于发现,可以通过测量几何动量而证明空间嵌入效应的存在,而且,这个效应就在目前实验技术可以达到的精度范围内。

而一旦真有实验验证这一工作,那就可以说,在把中国理论物理研究推向国际水平的努力中,我和我的学生们也有一点实质性的贡献。

但是,这仅仅是半个梦。

只有国际上真有实验小组愿意做这个实验,而且证实了我们的预言,这个梦才算圆满!



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