空间等离子体物理。
宇宙中99%的可见物质都是等离子体，与托卡马克中的等离子体有所区别的是，空间等离子密度低，稀薄，可以看作无碰撞等离子体。
等离子会形成激波，通过电磁场来传播能量，对粒子进行加速。灾害性空间天气事件，如耀斑、磁层亚暴都与之有关。
磁重联过程是空间等离子体释放磁能的主要机制，将磁能转化为带电粒子的动能，可用Sweet-Parker模型对磁重联过程进行描述。
空间等离子体也可以看作流体，使用动力学方程。无碰撞磁重联Hall，使用磁流体力学（MHD）模型。当电子速度较小，可以看作冻结在磁力线上。当电子速度足够大，回旋半径和磁力线曲率半径。
雪崩是磁重联的触发方式。
主要的研究方法是通过卫星或卫星座对空间等离子进行观测。提出磁岛的产生和合并，还有辐射带模型，高能粒子如何形成和减少是尚未解决的问题。
空间中卫星故障，主要是单粒子效应引起，造成数字芯片的01错误，导致功能出错。在地面也可以模拟空间等离子体物理，对一些特定情况下的现象进行研究，比卫星方便灵活，但也有缺陷。
上周调休，讲座又停了一周。这周开始等离子物理专题，只讲了周二一次，周四主讲人因急事又鸽了。
磁约束聚变物理简介
首先介绍了等离子体的特性，是在固态、液态和气态以外的第四大物质状态。
具有电荷的自由性、与电磁场不可分割的集体效应的特点，常用的研究方法有热力学与统计力学、电磁场理论和电动力学，以及流体力学的方法。
气体在高温或强电磁场下，会变为等离子体。提高温度是产生等离子体的途径。以某一温度划分，如10000°C（对应1eV）可以将等离子体划分为高温等离子和低温等离子体。其中低温等离子体又可以划分为冷等离子体（非热平衡）和热等离子体（热平衡）。
简单回顾了等离子物理发展过程中的重要事件。
利用核能主要有两种方式：
理论上由于库仑势垒，至少需要0.48MeV能量，但由于隧道效应，并不需要那么高的能量。
简单的环形磁场并不能约束等离子体，为了消除径向漂移的损失，需要环向和角向磁场，形成螺旋形磁场，称之为螺旋变换。
典型的装置有：
其中托卡马克的数学依据是由Poincaré提出的：偶数维单位球上的连续而又处处不为零的切向量场是不存在的（毛球定理）。
产生巨变反应的要求是：温度（T），密度（粒子数n）和约束性质（维持高温和粒子数，能量约束时间TE），聚变三重积，点火时间：n·T·TE。
上周因为主讲人出差，鸽了一周。本周听了两个数学科学学院的讲座，分别是由有关现代偏微分方程和微分几何的。
现代偏微分方程，主要介绍了方程的来历，包括显示、计算和理论证明的研究方法。根据解方程结构的不同，又可以分为椭圆方程、抛物方程和双曲方程。
基本的方程有Laplace方程、热传导方程、波动方程、Navier-Stokes方程、爱因斯坦方程、Monge-Ampère方程（超弦）等。
显示解需要方程的形式好，区域好，有良好的对称性。常用的方法有分离变量法，归结为常微分方程。虽然物理学家已经不加证明的试用了这些方程，而理论研究更关注存在性、唯一性、正则性（精度）、紧性等。
泛函分析则是研究好的函数空间的性质。变分法与有限元有关，推动计算数学的发展。又使用物理上的概念，最小作用原理（能量最小）。这位老师本科也是物理出身，中途去读了数学的研究生，并一直从事数学工作。通过讲座，稍微解了一下现代微分方程的发展历史，具体内容还是不懂。
微分几何简介，中间有一部分很无趣，大多是定义，没有数学基础听的很痛苦，完全听不懂，都是各种概念和符号。不过理论数学还是强调了对存在性和唯一性的关注。
从Euclid几何原本开始讲起，发展到Fermat、Descartes 的解析几何，又到Gauss、Lobachevsky 。
基本的思想是，蚂蚁在纸面上是感受不到纸面弯曲的，就像人在地球上感受不到地面的弯曲。引入测地线的概念。
欧拉示性数是一个拓扑不变量，可以对进行拓扑分类。陈省身对纤维丛有奠基性的贡献，典型的有Möbiusband和Klein bottle。
陈类（Chern classes）和整数量子霍尔效应有关系。Yang–Mills理论是对Maxwell电磁场理论的推广。微分几何和现代理论物理有很强的联系，现代科学的发展也越来越需要多学科交叉融合。
然而我既不懂理论物理也不懂现代数学，这两次讲座真是听的头疼，只怪自己太弱了。
BKT相变和超流。
超流（无粘滞系数）是基于量子效应的，但讲座从统计物理的角度出发。
BKT相变是2016年诺贝尔物理学奖的内容。
简单介绍了Ising模型（自旋仅取向上或向下）和XY模型（自旋角度连续变化）。
熵和能量竞争。
发生对称性破缺（spontaneous symmetry breaking），宏观上表现为粒子只能做出同样的一个选择。
这位老师讲课很有意思，说，物理学家描述一头牛，先描述一个球，再做近似，模型从简单的开始。常用的方法就是做一做平均（mean-field theory），泰勒展开，想想保留到第几项，再算一算。 然后展示了使用Monte Carlo 模拟的结果，和理论吻合的良好，并且在128*128（约1万多个）个粒子的时候，仿真结果就非常接近实际了，真是奇妙。标度不变性。
对于Wegner模型打了一个比方，99个人挤满睡在一个长的床上，要想再睡下一个人，只能每个人稍稍移动一点。当能量很小，不足以让粒子自旋发生变化的时候，粒子会稍稍偏转一个角度。称为自旋波的激发。Wegner忽略2π的周期性，并做Fourier变换，此时公式可以看做动量空间的理想气体。
不同的拓扑相很稳定，只能通过拓扑缺陷破坏，具有抗干扰性。又提到了温度T升高，化学式μ(T)降低，超流具有喷泉效应的现象。
在二维中，拓扑是涡旋，在三维中则是封闭的管子，或者管子的两端分别在端面上。
学术之外，老师分享了两个学生的故事，一个声称喜欢物理，但是做理论的时候想着实验，做实验的时候又想着组会之类，一件事都做不好。另一个学生是冲着科大的文凭而来，但踏踏实实做好手头的事，发了文章达到毕业的要求，并且最终也成了公司经理。
也提到了对于过去后悔是没有用的，他曾经月入1000欧元（当时汇率10），可惜没有在北上广买套房子，去南方高校寻找教职碰壁，被潘邀请加入科大，终成了科大的教授。 旨在告诉我们做好眼前的事，后悔过去是没有用的，盲目担心未来会打乱现在的节奏，做好眼前的事。
在对于人与自然关系的认识上，人类应该与自然和谐相处，实现可持续发展。如何理解和处理人与自然的关系是可持续发展的关键。科学技术作为人类认识自然，改造自然的工具，在连接人与自然中发挥着重要的作用。而科学和技术又在不同程度上推动人类社会的发展，使用自然辩证法，指导人们进一步认识自然。
本文所讨论的“人”，是指具有高等智能、区别于地球上普通生物，具有全球性社会组织，能够根据主观能动性使用科学技术认识和改造自然的生物。 本文所讨论的“自然”，包含宇宙运行演化的所有事物，人的概念从这个角度出发，也属于自然的范畴。但为了加以区分，将人与人相互作用的人类社会和人与其他自然事物相互作用的客观世界分开。这里讨论的“自然”，不包含人类社会的内部关系，仅代表人类可以认识和改造的客观世界。人类根据自然为原料创造的事物仍属于自然的范畴。 本文所讨论的“科学技术”，是人类认识和改造自然的工具，不包含对于人类社会进行研究的政治、经济等社会科学，是狭义的自然科学与技术。
在人与自然的关系上，我是悲观的人类中心主义者。自工业革命以来，人类对地球自然环境的污染有目共睹。但从人与自然的伦理关系来看，超过地球自身洁净能力的污染，最终是返还给人类自身，给人类的生活带来灾难，无论是生理上的疾病痛苦，还是宜居环境遭到的破坏。 从人类中心主义出发，自然是不关心人类的，而人类也只需要关注自身的存续。有关人类存续的关键问题，就是如何从自然中攫取人类生活和发展的必要资源，从这个角度上，人类保护自然并不是出于对自然的热爱，仅仅是对于自身生存的自私。 人类毫无疑问应当保护自然，实现可持续性发展，这是人类保护自己文明延续的必要措施，但并不是因为人类高高在上，才由上至下对自然进行的保护。从更广阔的角度来看，人类根据科学发现自然规律，运用技术创造新事物，但这一切都没有超出自然规律的范畴。况且，即使人类不存在了，自然依旧依循客观的规律运转，并不以人类的存亡为评判标准。并且，目前人类已经发现的适宜人类生活的环境仅有地球，保护地球这唯一宜居的自然环境更是当务之急，在自然面前人类是渺小，人类更需要担心的是人类自身而非自然。
每一个新技术时代的到来，都是因为基础科学的发展。例如，蒸汽时代是由经典力学和热力学推动的，电气时代是由电磁场理论和电动力学推动的，而目前的信息时代则是由量子力学和计算机技术推动的。反过来，根据量子力学理论发展的半导体技术，以及基于半导体技术发展的计算机以及信息技术也反过来进一步推动科学的发展。 回顾科学史，可以发现，实验技术发展到一定程度，才能推动基础理论的发展。伽利略推广日心说的重要依据是第一台天文望远镜的发明，随后第谷、哈雷等继续使用天文仪器观测，并记录实验数据。牛顿作为集大成者，总结前人的理论和实验数据发展出了经典力学体系。同样，麦克斯韦对于电磁学现象，使用数学工具进行总结，发展出了经典电磁学理论。而量子力学的发轫，更是因为高度发展的精密实验测量结果与已有理论解释的不符，进而对基础理论提出新的要求，从而建立量子力学体系，并蓬勃发展。 目前量子力学已经经过第一个一百年，但是仍然停留在对量子力学现象的解释，并没有正真达到对于量子操控的程度。无论是中国正在进行的量子卫星实验，还是欧洲的《量子宣言》，都是从实验上对量子力学的进一步验证，还没有达到技术化的程度。因为还没有完全消化基础科学发展带来的硕果，所以我们将长期的处于技术的上升期，并且在量子技术到达顶峰前，基础科学可能长期停滞不前，难以发展。 另一方面，科学与技术的发展已经进入了需要投入大量资金以及人类寿命的时代。目前大型基础科学实验装置比如大型强子对撞机，造价昂贵，并且短期内没有经济效益，因此不能期待于商业资金。而实验现象中更多的只是验证了一些旧理论，排除了其中的一些错误，并没有发现新的东西。 虽然在现代医学技术的发展下，人类的寿命的得到了充分的延长，但是学习人类知识的总时间，总有一天将超过一个人寿命的长度。对于某个领域进行研究的所需要的基础知识的学习时间，不断被拉长，对人类的寿命提出挑战。但幸运的是，人类拥有科学，一套完整的科学研究体系。经过科学训练的人类，甚至不必是人，可以一代接一代的对自然进行探索，超越了生命的限制，而科学方法作为认识改造自然的基本原理被广泛的接受。
科学是一套方法，根据观察、假设和实验得到一系列结论，对于具体的问题有具体的预测，并且预测结果具有普适性和可证伪性。最基本的思维就是形式逻辑和实验论证。对于目前科学尚不能解释的问题，可能是目前的技术还达不到，比如没有天文望远镜就没有办法观测星空。人类的眼镜也只可以对电磁波的一个狭窄的频段进行感受，从广义上来说，我们既是聋子又是瞎子，需要借助更多先进的技术手段，辅助人们观察自然。 依旧从人类中心主义出发，人类所接触到的科学是人类暂时发现了的科学，也是与人类生活有交集的科学，所以这些科学将为人类服务，科学始终是人类的科学。更多的是尚未发现的科学，但也不必着急，有待技术的进步推动科学的发展。
在对于人与自然关系的认识上，人类应该与自然和谐相处，实现可持续发展。从伦理上，人本质上是为了自己生存，而自然作为人类所依赖的客观环境，应当被珍惜保护。科学和技术，作为人类认识和改造自然的有力工具，相辅相成，共同发展，但目前来看将长期处于基础科学的寒冬和技术的蓬勃发展时期。对于目前科学无法解释的内容，还有待于技术的进一步发展，扩展人类的感知。
在USTC选修了一门近代物理进展（Modern Physics Seminar）
对已经听过的4次讲座做一个简短的回顾和总结。因为没有完整的学过量子力学，听得比较吃力，了解了一些概念和目前的现状，知道了可以使用量子技术做哪些事情。把自己理解的一些记下来，欢迎指正。
第一讲比较通识，大体上介绍了量子力学的应用，标题是从《量子力学到量子信息》。 在量子世界，系统的态和演化是不确定的。介绍了EPR佯谬（Einstein, Podolsky, Rosen）（测了才知道）、Bell不等式（局域实在论是错误的；非局域性是量子世界最基本的特性）、量子纠缠（无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质）。
量子信息就是使用量子比特作为信息单元，量子比特具有不可克隆的特点。
量子计算的物理实现需要根据DiVincenzo判据，目前主要有量子阱、离子点、超导、集成光波导等。 接下去是线性光学的量子模拟。量子模拟与量子计算的区别是，不是通过数值求解，而是创造一个和已知物理系统相同条件的系统，并演化下去。通过制备量子态，系统演化后测量其物理量。费曼曾说过“If you want to make a simulation of nature, you’d better make it quantum mechanical ”。
线性光学系统的问题是难以引入Hamilton量，因此线性光学量子模拟实验通常只是态制备过程。而李的团队通过引入辅助量子比特做后选择解决了引入哈密顿量的问题，并完成了一系列的量子模拟实验。后面就听不懂了。
第二次讲了量子固态存储。 量子纠缠网络是对经典网络的拓展，构成要素包括量子节点和量子信道。量子节点又分为存储节点和操作节点。量子存储就主要应用于量子中继、量子网络和量子优盘。其中单光子偏振态的存储十分重要，因为光子是量子信息的载体，偏振的抗消相干能力强。
利用量子存储可以探索量子和经典的界限，EPR佯谬是量子力学vs局域实在论（多体系统的纠缠）→Bell不等式，薛定谔的猫是量子力学vs宏观实在论（单体系统的演化）→LG不等式。量子固态存储的展望是量子优盘，长达6小时的相干寿命，另一方面为量子网络打下基础。也可以用于验证量子力学和相对论。
主要使用金刚石NV色心实现来量子精密测量（量子传感）。
物理测量技术和科学技术发展互相促进。N次想干测量，量子精度为1/N（海森堡极限），经典N次重复独立测量的精度为1/√N。基于NV色心的量子传感可以用于温度、压力、磁场等。其中磁场强度、矢量和灵敏度测量为热点，相当于使用一个电子去测量磁场。
使用NV色心可以进行超分辨成像，突破传统衍射极限。因为亮点发出的光是有限长的波列，通过观察到的先后，来区分它们。对于同一个亮点，也可以分辨出是一个光子还是两个光子。结合传统的测量技术，将NV色心颗粒放在AFM针尖上对样品进行探测，或者将样品铺在NV色心块上，用CSD技术测量实现纳米尺寸的测量。
这个讲座时间比较短，内容与之前重复较多。
主要使用NV色心进行量子计算，当然最主要的NV色心的制备，NV色心体系也成为量子领域一个重要的原料，优点是室温下的超长相干时间，就像微电子领域的硅一样。
其中最后提到，低效率是一个明显的缺点，对应频率的光只占总能量的4%，而其他频率最好被抑制，因此在金刚石上做一个增强特定频率的光学腔可以提高效率。
这位老师比较年轻，令我最佩服的一点是本科有双学位，获得了物理学的理学学士和电子信息工程的工学学士。
简单介绍了基于量子技术的单分子磁共振谱学和成像。传统和核磁共振在医学上已经应用的很广泛了。针对目前核磁共振分辨率在10纳米左右的限制，发展纳米核磁共振。NV色心具有原子尺度（空间分辨率高），长相干时间、量子干涉、光学高效读出（高灵敏度），室温（适合地球环境）。 与今年诺贝尔生化学奖的冷冻电镜技术相比，量子技术可以实现生物单蛋白分子在细胞内的原未检测，是非破坏性的，不需要对样品冷冻、切片等处理。
其中提到一点研究和写论文的过程会有一点相反，读文章可能一开始没做出什么，慢慢调整变量得到一个好的结果。而做实验时，可能先做出一个最好的结果，研究清楚，然后再去补其他的数据。 最令我佩服的一点是，该实验室的实验平台是自己搭建的，并且自主开发了控制台系统（这个应该是电子系统），由于已有商用产品的水平。设备和技术都拥有自主知识产权。理工双全，真的是太强了。
本学期的最后一个讲座，以量子开始、以量子结尾。老师比较厉害，是潘团队做量子的骨干，但是讲的比较通俗易懂，大部分仅作了科普，然后做了一下量子通信、量子计算（量子模拟）方面的展望。
学术之外，李传锋老师介绍了他每年都会对他们组学生进行的“洗脑”，为了预防长期从事科研没有新想法产生，思想僵化。
其核心提到灵感来自另一个维度。物理的本质是逻辑&实证（现代自然科学都是如此）。
无：都允许、全部（无观念）
有：只有部分、排斥其他（有观念）
观念→智慧→理论→信息→知识，再到观念的往复。 一种观念，通过智慧的总结提出一个理论，进而成为一种信息，信息的推广和发展，成为一种固定的知识，最终成为根深蒂固的一种观念。 这样想来，脑子里的确已经装了很多成见，固有的观念。所以通过旧观念产生新理论的过程是需要承受力的，而这个过程就是看文献的过程。由A发现B，进而由A，B发现AB就是一种新的突破。
光具有波粒二象性，波动性和粒子性这两种属性即对立又互补，一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置，李传锋的实验装置使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种量子叠加态上，并在实验中观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态，既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹，也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹，而是展现出锯齿形条纹这样一种”非波非粒，亦波亦粒“的表现形式。真是太奇妙了。