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从椭圆的轨道到类球形的原子核

已有 1147 次阅读 2024-11-17 21:20 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    现实的世界中不会存在完美的图形和几何体。这样的结论可能会让一些人感觉痛苦,但是这意味着这些完美可能隐藏在世界的深处。

    当这些完美的图像在古希腊的思想家的脑海中不断浮动的时候,他们甚至会认为存在一个完美的世界。现实的世界也会这样的完美么?亚里士多德猜想,现实的世界可能不会,但是遥远的天国则会必然如此。

     我们总喜欢把那些美好的词语赋予神灵,也赋予自己,赋予现实的世界。虽然现实的世界让每一个人都能感受到命运的不定和苦难,但是依然会想到,美好是永世存在的,比如天国。

     天上那些闪烁的星星和太阳、月亮一样,都围绕着地球做完美的圆周运动,也就是说他们的轨迹一定是完美的圆。这似乎可以和平常的经验所一致。但是当我们仔细的观测这些天体的轨迹的时候,就会发现和完美的轨迹差别太大。最直接的体验就是太阳,它在天上的位置变化之大,以至于四季与之相随。

     月亮也是如此,它的形状一直在发生变化。

     那些遥远的星星看起来要好很多,但是有几个的位置却变化很大,我们知道他们是行星。

     完美的圆,和实际观测的结果,差别巨大。除了那些遥远的星星看起来的确如此,太阳、月亮和几个星星都不是如此。

     所以认为星体的轨迹是完美的圆,肯定就是胡扯。如果这个轨迹真的是圆的,那么就不可能是围绕地球旋转。

     历史告诉我们,经验往往会被压缩进我们的美好的想法之中。直到开普勒的出现,才打破了这种固有的观念。在以前的观念中,观测到的轨迹不是圆的,地球是运动的中心,那么就需要某种变体,这个轨迹被看成一个圆围着一个圆的变形。

     这其实是个美妙的想法。一个真实的结果,可以近似为一些理想的情况的近似。就好像泰勒展开一样。

     开普勒的出现是科学史中的一个超级Bug,我能理解哥白尼的想法,因为这个矛盾太明显了,我也能理解伽利略的深刻洞见,只要认真的研究物体的运动似乎就可以得到答案,但是开普勒提出行星的轨道是椭圆的,这是一个难以想象的奇迹。这根本就不应该出现。

     开普勒的一生都不是很顺利。如果不是为了让行星三定律出现,命运甚至都不会让他来到弟谷的身边,享受到御用数学家的虚名。只有他,在那个时代,有能力真正的发现行星三定律,让科学的进步得以快速的实现。

     这很不可思议。

     我们都知道,实际的轨道的确是一个椭圆,但是实际上和圆偏离的很小,甚至可以不考虑。所以这样的一个观念的转变,是一个真正的奇迹。首先是弟谷的裸眼观测达到了最好的可能性,使得观测的结果和一个完美的圆显示了一个很小的但是可以确定的差别

     在今天,这样小的差别都可能被研究者所忽略。

     一个完美的圆,只要多一点点的差别,就不是圆,而是椭圆。从数学上可以这说,但是从实际的情况来说,我们可以依然说这是一个圆。

     这很不可思议,这也导致开普勒的伟大想法,直到他去世都没有获得普遍的认可,包括伽利略也从没有这样的认可过。

     而同样的事情,最近也发生在了对于原子核的形状的理解上。从卢瑟福发现原子核开始,研究者就自然会认为原子核是球形的。

     一直到实验的不断推进,这个想法才开始发生变化,研究者意识到一些原子核不是球形的,是会发生形变的,这从他们的转动谱中可以清晰的看到。对于原子核能谱的系统研究,的确使我们可以区分不同的集体运动模式。但是球形核的存在,一直是一个认为正确的观念。

    球形核的集体模式是容易识别的,但是出现了一个问题,一些球形核存在形状共存,也就是说除了球形,这个原子核还存在其它的形状,这使得问题变得有些麻烦。但是初步的能谱分析,似乎的确证实了球形核的确是存在的。

    过去二十年,随着实验的测量能力的提高,发现了一些很不同的事情。就好像第谷的实验观测,使他也开始相信,以前的地心说的确有问题,但是他不相信日心说。因为那个时代的任何一个正常的人,可能都不会相信日心说。

     近代科学在一开始就是一个奇迹。

     典型的原子核是Cd核,被看成是球形核的典型。实验发现了一些和理论上的球形核不同的地方。各个能级的电磁跃迁区别很大,但是这可能来自于球形核和其他形状之间的强耦合。在2012年,这一点也被实验否定,看起来这个耦合不是那么强。

     但是最重要的,如果是一种新的模式,一定会在能谱上表现出来。

     如果不是球形核,必然有确定的证据,但是可能会差别很小。

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     的确让我找到了证据。我估么别人也看到了,但是他们看到了也没有意义,因为不知道发生了什么。我发现了什么呢?就是真实的Cd核的描述和以前球形核的能谱相比,的确有一个微小的不同,就是在上边的三声子五能级中不存在那个0+态。

     这是一个神奇的事情。球形核的确不存在,因为能谱的确不一样。虽然差别看起来很小,但是有本质性的不同。

     在知道球形核疑难之前,我从来没有怀疑过球形核会不存在。天上的太阳肯定不是绕着一个完美的圆绕着地球转的,这似乎没有什么可怀疑的。但是当哥白尼提出日心说以后,相信日心说的,反而很难怀疑这些行星会绕着圆的轨道围绕太阳运动。所以开普勒能意识到,行星的轨道不是圆,或者不是圆套着圆,而是一个真正的其它形状,这是一个非常不可思议的事情。

     很多时候,最重要的是观点的转变,这在开普勒的身上发生了,于是他寻找可能的形状,重要的是,的确让他找到了,是椭圆。

     开普勒第一次把客观的真理带到了人间,这一点可能很多人没有意识到。所以接受这一点,在那个年代自然是非常困难的。那个时代,开普勒不是没有名气的研究者,反而很有名气。但是虽然如此,他的理论依然在很长的时间内得不到认可。因为在这个事情中,发生了极其深刻的变革。

     类似的事情也发生在了伽利略的身上。我们对于世界的理解,原来可以像开普勒和伽利略这样,这和以前思考问题的方式截然不同。

     当我意识到Cd核的确不是球形核以后,这让我非常激动,因为我手头正好有一个编了很长的程序,我一直觉得没有太大的用,然而此时,我意识到了一些极其不寻常的事情。我的程序似乎可以解释这个类球性的能谱,让那个0+态不在3声子的位置。事实也的确如此。

    我做出了这一生中最不可思议的发现。最近我和合作者,做出了这个方向的第二篇文章,理论更加的和实验符合,这让我非常高兴。这个工作会在明年做出第三篇的计算,我相信我们可以解决这个问题。

    这意味着什么?意味着我们以前关于原子核集体性的出现的观点是错误的,这的确有些超出预料。也正是如此,让核结构领域的研究者意识到这一点,就自然是需要漫长的时间的。

    



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