月度归档:2017年11月

Modern Physics Seminar(5)

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。

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日本語の勉強(4)

2013年7月N2阅读


この数十年の変化の中で、もっとも大きく変わったものは何かと問われると、私は人生の選択肢が飛躍的(注1)に増え、さらにその選択をする自由度が高まったことではないかと答えます。

(中略)

親が決めたレールや、こうあるべきだという社会通念(注2)は、極端に少なくなり、どんな生き方も肯定される、そんな時代になったと思います。各人が自分の責任において、自分の生き方を選ぶことができるようになったのです。

ところが、この状況が人を幸せにしているとは必ずしも言えないというのが現状です。選択肢の数の増加と同じだけ、“これでいいのだろうか……”という迷いも増えました。迷って選択ができない、あるいは選択したけれど間違ったと思う……。そんな人たちが増えてしまったのです。

何かを得ようとして選択したことで、何かを失ってしまったかもしれない。本当は別の幸せがあったのかもしれないのに、自分はそのチャンスを逃してしまったのかもしれない。本当の自分は、こんな自分じゃなかったのではないだろうか。

他の人とくらべて、自分の人生が劣っているのではないか、失敗だったのではないかと考えてしまう。こうやって自分を追い込み、自分の人生に自信がもてなくなる。そんな人をたくさん生んでしまったのではないでしょうか。

生き方なんてこれしかないと言われたほうが、実はラクなのかもしれません。その中で、精一杯生きれば良いからです。でも、生き方はいくらでもあると言われたら、迷うのは当然のことだと思います。

でも大事なことはやはり、何をするかではなく、どう生きるかなのではないでしょうか。どんな選択をしようと、これが正解だなんてものは誰にも決められません。決められるとしたら、それは本人がそう思い込めるだけです。

だとすると、本人が自分の選択が良かったと素直に思える、あるいはその選択がどうであれ、自分は良く頑張った、精一杯やったと心から思えることが大切なのではないでしょうか。
人生の選択肢の多さに惑わされないで(注3)ください。いま自分が何をしているかで、自分の人生を判断しないでください。大切なのは、何をしているのかではなく、どう生きているかなのですから。どう生きるかは、いまからでもすぐに変えられるのですから。

(高橋克徳『潰れない生き方』による)

(注1)飛躍的に:大幅に
(注2)社会通念:広く社会に受け入れられている常識
(注3)惑わされないで:ここでは、迷わされないで

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Modern Physics Seminar(4)

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。

  • 1923年,Debye 发现等离子体屏蔽。
  • 1928年,Langmuir发现等离子体震荡。
  • 1929年,首次提出Plasma。
  • 1985年,提出“国际热核聚变实验反应堆”(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)。

利用核能主要有两种方式:

  1. 中子轰击U235,链式反应;
    2。 氘氚反应,轻核聚变。使用聚变产生的中子轰击Li,实现氚增殖,自加热。

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:

  1. 托卡马克;
  2. 仿星器。

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。

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日本語の勉強(3)

2015年7月N2阅读


大人になってからの勉強で、なかなか理解が進まないことの大きな原因の一つが、実は、復習をちゃんとしないことにある。学生時代の勉強は、いやでも復習がカリキュラムの中に織(お)り込まれている(注1)ので、知識が定着しやすくなっている。これに対して、大人になって自分で勉強するときには、意識して復習の機会をつくらないと、一回本を読んだだけで「もうわかった。大丈夫」と思い込んでしまいがちになるのだ。

脳(のう)の特性 (注2)として、目や耳から入った情報をいったん溜(た)めておいて、その中から必要のないと思われる情報を自動的に脳(のう)の奥(おく)底(そこ)にしまい込んでしまう。では、どこで、「必要な情報」と「無用な情報」をよりわけている(注3)のかというと、同じ情報が繰り返し入ってくるかどうかということ

である。この間(かん)隔(かく)は一カ月の間で最低二回繰り返して頭に入れることで、「必要な情報」だと脳(のう)が認識(にんしき)し(注4)、知識が定着していくのである。逆に言えば、一度頭に入れて覚えたつもりでも、一カ月の間に繰り返し情報が入ってこなければ、いずれは「無用な情報」として脳「のう」がどこかに片付けてしまうのだ。

この結果、いったん覚えたはずの知識は、しばらくすると記憶の中から搔き消えて(注5)しまったようになり、実際に試験をしてみるとまったく思い出せないということが起こる。そこで、「年をとって記憶力が弱くなった」とか、「できていたはずなのに」と落ち込んでしまうけれど、実際には老化のせいでも何でもなく、単に復習をしていないだけだということが多いのだ。

(注1) 織り込まれる:ここでは、入っている
(注2)特性:ここでは、特徴的な働き
(注3)より分ける:ここでは、分類する
(注4)認識する:こここでは、判断する
(注5)掻き消える:なくなる

(和田秀樹『40 代からの勉強法ーやる気・集中力をどう高めるか』による)


这是一篇有关学习、记忆规律的文章。文章大意是年轻的时候因为有意识复习的机会很多,所以学的好记得牢。长大后只看了一遍,就觉得自己都会了,不复习。根据大脑的特性,对于有用信息和无用信息会进行划分,一个信息在一个月里至少出现两次,大脑才会认为是有用信息。而重复的次数越多记得越牢。这样的结果就是并不是长大后记忆力老化,而是复习的次数少了。因此有意识的进行复习是非常重要的。

意識して復習を取り入れることが大切だ

无他,唯手熟尔。

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Modern Physics Seminar(3)

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。

  • Dirichlet原理(1840’s)。
  • Hilbert Poincare证明存在解(1900’s)。
  • 在Sobolev空间找解(1930’s)。
  • Weierstrass反例指出,不一定存在经典解(1860’s)。
  • 原因是找解的空间太小了,要扩大空间,在Lebesgue可积函数空间(实变函数)找解,Schwartz 定义了弱导数(1940’s)。

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。

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