这两天又学到一点新东西。
有人教我怎么读文章:如果拿着笔跟着推导,就会被文章洗脑。不能这样。应该首先看摘要,猜想文章会有什么结论,思考作者具体会怎么办,然后到文章里面找,看看和自己想的是不是符合。看完以后,还要想一想这篇文章的后续工作大概是什么。最后,把这些都记下来。这一系列大约耗费半个小时,其中读文章大约占5-10分钟。一开始,会记得比较慢,但是持之以恒,就能习惯。
听一个课,讲统计物理。(上次我说,这课上我知道一个题怎么答,没敢举手。这次又有一个问题(不是很难,但是提前没想过的话,现场大概想不起来),我就直接说了。这是里程碑式的。我上一次在课上主动回答问题恐怕还是在小学。)讲物理应该和历史一样:第一学期,从尧舜禹学到孙笑川。第二学期,重新从尧舜禹讲起,孙笑川结束,只不过多一些细节。第三学期,还是这样,多一些细节,多一些观点……物理也是。高观点的思想不是只根据于高观点的知识的。
所以第一周就讲这门学科的历史。人类第一次认识到普适性,是中心极限定理。这是统计物理的思想的起源。之后,1890年代玻尔兹曼从分子动理论推出了NS方程。这就是说,从微观的大量自由度,借由统计的手段,可以得到宏观系统的物理。这是统计物理的框架开始搭建了。
然后特意提到了1986年wolfram等人用格子玻尔兹曼去算湍流的事情。为什么这个事重要呢?因为这是统计物理/凝聚态基本纲领的大胜利。这个纲领就是说,从小尺度到大尺度的粗粒化,所得到的宏观统计量的新理论,是具有普适性的。可以有很多不同的小尺度规律,这些规律在宏观上作一样的表现(想想中心极限定理)。所以说,NS方程也不一定必须得是现实系统的宏观表现。格子玻尔兹曼法就是在微观上极度简化了系统的规律,但是保持宏观层面的场论不变。我愿称之为exploit the universality。它起效了,这非常好。
统计物理就是从微观到宏观的理论。反过来走,由于每次我们由宏观向微观去,都有很多备选理论,所以通常必须由实验决定谁正确。这种费力的物理学就叫做基础物理。
讲了1944年昂萨格的伟大成就。昂萨格以力破巧的计算救活了伊辛模型,复活了统计物理的果蝇。然后讲了怎么在10秒内计算伊辛模型的临界系数$\beta$。这是由于对称性和函数必须解析的性质(后一点是我们一厢情愿的假设,所以这样算出来$\beta=1/2$是不准的,包括朗道算出来1/2也是这个原因。)。
提到了fermi-ulam-pasta-tsingou实验。这个实验是50年代的时候拿计算机去模拟一个非线性的弹簧系统,然后去验证能量均分定理。这是头一次用计算的办法去验证统计物理。失败了,能量均分定理不成立。这是为什么呢?60年代,人们用粗粒化的办法写了这个弹簧系统的场论,计算机械波在这系统的传播。结果令他们很意外:这个波不耗散!最后发现这个波是Korteweg-de Vries方程,是一个孤子。正因为它是孤子,它的能量不耗散到系统的每个自由度,所以能量均分定理没办法成立。好。从这里开始,就开始讨论一些我不认识的大词:可积系统、virasoto代数、共形场论。还有看上去稍微好一些但是同样吓人的:湍流。这些以后再说吧。
在看数理方法的书。又复习了一遍应变、应力、胡克定律、拉梅常量、模量。有一个意外收获:我头一次听说maxwell stress。这是什么意思呢?就是说观察到电磁力$\mathbf{f}=\rho \mathbf{E}+\mathbf{j} \times \mathbf{B}$也有类似bulk和shear的部分,然后做一些计算,把它在形式上和应力对应起来。可以证明一个东西受的电磁力全由表面上的maxwell stress决定。这个东西居然是法拉第最先想出来的!法拉第不太懂数学,看来他的直觉不止是搞出了磁感线。有什么理由说法拉第不是一个绝世天才呢?我的心情就像得知微积分的发明者已经会求解最速降线一样惊讶。