fwjmath的相空间

上个星期去了Ecole Polytechnique（简称X）口试~~~实在是不错~~~

X位于巴黎外围Palaiseau的Lozere的山上……山上除了学校啥也没有……于是上星期六我把一大堆行李（其实算是少的了，一个小箱子+一个书包+一个电脑包）强行拖上山之后，就暂时住在罗师兄（也是Kleber的）的宿舍里。刚安顿好，running到山下了……然后又做了一次苦力（或者说好人）帮忙把行李又拖上山了。两百多级的台阶还有几十米45度的斜坡……实在太强大了……

星期天歇了一天，看见了俞俊这个猛男。然后俞猛男和罗师兄做饭，顺便也捎上我的那份了。

然后就是口试，实在是乏善可陈，做完了都没啥感觉……就是ADS特别难，文章看得不太懂，然后游泳发挥出50米蛙泳自救的本色，考了个0分，还好跑步把分数补齐了，但是肌肉到现在还是相当痛……

X的饭菜的确不错，比Kleber的好多了，而且每个宿舍（一共几十人）都有一个设备齐全的厨房，实在是太好了啊啊啊~~~

好像也没啥好说的，就这么多吧~~~我该睡觉了……

学期已近尾声，口试复习也差不多了。我们也要准备走人了。

收拾了不少东西，要准备去巴黎的行李，还有要留下来下学年带走的行李。累得半死。扔了很多试卷，尤其是自己写的答案。那时候写个半死，到最后还是要扔掉。还有一些练习和讲义留给师弟了，应该还是有用的。

赶早班火车，6点45分的TGV，所以要很早很早就走人。星期五大扫除以便后勤处收房子，晚上给师弟交代了一些事情，然后就睡觉了。

今天早上5点爬起来，收拾好东西之后，就还钥匙准备走人了。

黯淡晨光之中，我们走出了Lycee Kleber的F楼，就这样结束了我们在这里两年的生活。

考了一个多月的笔试终于考完了，写点文字以资记录。

这一连串的笔试从4月22号开始，到今天5月25号结束，总计有26场考试，总计考试时间为89.5小时。其实也不是很多。

第一场是Mines的，考场在我们学校附近的某大型封闭不知道用来干啥的仓库状物体内。一共几百人就在那仓库状内考试。第一天去的时候没有经验，早上只穿了一件短袖，后来考到一半已经被冻个半死了；后来下午又穿了一大堆衣服，谁知道经过中午的暴晒，考场闷热无比……不过当然之后几天就有经验没问题了。

由于考试的时候正值学校放假，所以午饭只能自己做。这个时候能定时的电饭煲的优势就显现出来了，不用等就可以吃午饭了~~~

第二场是Centrale，在我们学校考，有主场优势，所以可以睡得稍微晚一点。Centrale跟别的有点不同，它每场考试每人发几张答题纸，然后就不再发了，答题纸同时充当草稿纸。对于我这种写东西非常节省空间而又精炼的人来说，这样的后果就是每次都拿一大叠东西回去……Centrale也是唯一一间LV1有中文的，中文考试的Version是日人民报海外版的文章，真是相当河蟹。

当然，学校仍然放假中，所以还是要自己做午饭……

接着是CCP，著名烂banque，所以也没报，休息了一个星期。学校不放假了，不用自己做午饭了，所以就好好休息并复习了一个星期~~~

然后重头戏开始了。Polytechnique，也就是X。不过这个不是我们主场，是去一个很偏僻的叫Lycée Couffignal的中学。不过坐Tram很快就到了，半个小时吧。军人监考，时间到了的话是要站起来的。用的纸也比别的banque大得多，是A3的，所以我写的页数就更少了。第一场考试考完之后我们考场竟然有人晕了，真是非常的神奇。做人不用那么拼命的……

据去年师兄们说，到那里考试要自己找饭吃，他们吃的M记。不过我们今年好像学校和这个中学搞了个协议，我们可以到他们饭堂吃饭。他们饭堂的菜真是好啊~~~比我们饭堂好多了~~~就连碟子都特别大啊啊啊~~~不过当然也贵得多……

最后就是ENS了。这个考试以“无论你是不是好好复习都要被虐”而著称。我选的option和pchu和Henri选的不同，于是我就不用考那个6个小时的数学和5个小时的物理了。要是去考的话我估计我也是被虐的份……

主场，而且开始时间比别的banque要迟30分钟。但是经过一个月以来的早起再加上现在夏天很早就天亮的缘故，每天6点半甚至6点就爬起来了……然后就相当悠闲地上去被虐……

数学2，以为是积分，结果弄了个奇怪的多变元函数极值，浪费了前一晚的复习啊啊啊……

信息学说不上被不被虐，反正估计也没多少人做出来……

法语和英语属于肯定被虐的……

然后就是今天的最后一门，同时也是所有MP的最后一门，Math-info。看起来被虐得不算太严重。当然这就是不考6小时数学和5小时物理的报应，要比别人晚3天才能轻松。果真是天道循环报应不爽啊~~~

好了就是这样，明天继续上课，三个星期后去巴黎口试继续战斗~~~

我是很习惯看这个空间的后台统计的，之前也经常有Google.com的搜索结果进来，可以说Google.com是除了rss之外的一个很大的访问量来源。但是在Live Space升级以来，我发现从Google.com来的链接就没有出现过了，倒是多了很多live search来的，而且关键字是"windows"。

我不禁怀疑微软的智力水平。你要搞也把关键字搞得一样啊，现在这样子傻子都知道你对Google.com的链接动了手脚了。当然这是你自家地盘，但是这是不是违反了用户条款呢？

我反正一向用google，而且这种行为我最不齿了：仅仅为了推广你的live search你就开始造假了，微软？

九流。

通过优美树验证项目，我们验证了含有32或者33个顶点的数都是优美的。它们是用经过改进的算法进行验证的。

更多资料请参见：

http://fwjmath.spaces.live.com/blog/cns!6A37A2A4F21FF4DE!1307.entry

http://www.projectgtv.cn/

其实追不回来也没关系，关键是要记得发生过这么一件事。

我在小学的时候学过这么一首歌，在比赛里边唱过：

火烧圆明园 郑少秋

谁令你威风扫地
谁令这火光四起
恨意冲云际
谁无怒愤 不感痛悲
曾滴了多少血汗
才夺了天工建起
用我心力建
期传万世 期传万纪
不想终是这田地
辱了家邦也辱了门楣
大火当中血肉满园
为你死正因要维护你
还望这火的震撼
能令我子孙记起
自会醒悟到
何来外侮 为何受欺

用这火为记
重提旧怨 为何受欺

小时候手工课，经常有要把纸裁成带然后再粘成环的活要干。这个任务即使对小朋友来说也是很简单的。但有时总会有些马大哈会犯糊涂，在把纸带两端粘成环之前不小心翻了个面，纸环就变得歪歪斜斜的了。

这也不是什么大事，撕了重粘就好了。但是，既然纸环已经变成这样了，何妨把玩一番呢？要知道，这就是鼎鼎有名的默比乌斯带。

很多读者应该都知道默比乌斯带的特别之处：它只有一个面，也只有一条边。在数学上，这样的曲面有一个特别的名字：单侧曲面。怎么证明它只有一个面呢？很简单，我们用红笔在上面沿着它的走向画一条线（不跨越边沿），在笔回到起点的时候，我们会发现红笔已经涂过了纸环的所有面。如图：

这就可以很好说明默比乌斯带只有一个面了。

如果我们在普通的纸环上面做同样的操作的话，当笔回到起点时容易知道还有一面没有涂过，所以普通纸环不是单侧曲面，实际上每个人都知道它有两个侧面。

如果我们沿着这条红线把环剪开，会得到什么呢？

相信很多朋友都知道了，我也就不卖关子了：这个纸环会被剪成一个中间旋转了两个半圈的大纸环：

但是，可能没有多少人留意到，经过一番摆弄，这个纸环可以变成一个两层的“默比乌斯带”。之所以要加引号，是因为这个毕竟也是双侧曲面，而不像真正的默比乌斯带那样是单侧曲面。

要做到同样的效果，我们也可以用两层纸带用类似做默比乌斯带的方法来粘贴，只不过两层纸要分别粘贴而已。

好了，回到那个剪了一次的纸环那里去。如果我们再剪一次，会发生什么事情呢？现在这个纸环已经是不是单侧曲面了，所以剪开以后应该至少出现两个环。问题是，那会是怎么样的两个环呢？

好了，结果出来了，是两个和刚才一样的纸环，不过这两个纸环是套在一起的。

如果我们摆弄一下，能把它们弄成刚才没有开剪之前的大纸环的一个双层版本。

再摆弄一下，又能把它们弄成一个四层的“默比乌斯带”。

可以证明，如果我们这样不停的剪下去，每次剪出来的都是一样的纸环（中间有两圈旋转的），而且都套在一起，还能弄成一个多层的“默比乌斯带”。一个不大严谨的证明应该是不复杂的。（提示：将每次剪出来的都套成多层“默比乌斯带”，然后剪开就成了多层的两个半圈旋转大纸环，又能套成多层的“默比乌斯带”）

那么，这东西有什么用呢？

首先，这东西既然是数学家做出来的，肯定是有理论上的意义的。事实上，这是数学家发现的第一个单侧曲面。

在积分理论发展的过程中，由于曲面通常有两侧，所以人们要给曲面定个方向才能进行积分。但是，当时还没有人知道是否存在这样的曲面，它只有一侧从而无法在它上面确定一个积分的方向。

而默比乌斯带正是这样的一个单侧曲面，它只有一个侧面从而无法定向。所以这类曲面又有一个名字叫“不可定向曲面”。

由于默比乌斯带只有一个面，这个面的长度自然就是普通纸环一面长度的两倍了。有人想到将这个特性用到传送皮带上，这样的话就可以把磨损分摊到更多的地方，从而提高皮带的寿命。这个想法还获得了美国的专利。

利用默比乌斯带的想法获得的专利还不止这一个。还记得那个两层“默比乌斯带”吗？不记得也没有关系，看下图：

如果我们把纸带想像成金属带，让电流由其中一个夹子流入而从另一个夹子流出的话，在纸带表面的电流有两个可能的流动方向，而这两个方向的电流产生的磁场恰好互相抵消。也就是说，电流在这个装置流动的时候不会产生磁场，所以也不会有电池感应的现象发生。这就是一个无电感电阻。这种电阻就叫默比乌斯电阻。

默比乌斯带在艺术和文化作品中也经常被引用，作为“无限循环”的一个象征。国际通用的循环再造标志就是一个绿色的、摆放成三角形的默比乌斯带。在《哆啦A梦》（小叮当）漫画中，就有一个形状是默比乌斯带的道具，只要把它放在门把手上，里边的人开门就会回到同一个房间里去。如果我们看科学馆门前的环状雕塑，多半也利用了类似默比乌斯带的性质，有空的话经过这些雕塑可以数一下这些环有多少个面多少条边沿，我估计绝大部分结果都是1。而至于埃舍尔的例子就更是众人皆知，也不用我饶舌了。

实验室中也有可能产生默比乌斯带形状的粒子。前不久，一群科学家在Journal of Chemical Physics上发表了一篇论文，其中预言了一种默比乌斯带形状的碳单质（准确来说应该是石墨烯）。它能抵抗摄氏200度左右的温度，算是相当稳定。由于它默比乌斯带的结构，它应该是一个偶极子，从而可以形成稳定的晶体。现在就等科学家们把它实际做出来了。

这一切，都是由数学家看到一个粘错的纸环开始的。

Bonus1：

又是来自xkcd的漫画：（http://xkcd.com/381/）

Bonus2：

想要一个金属做的默比乌斯带的朋友，你们有福了！野驴设计了默比乌斯带形状的松鼠会纪念品！心动的话请移步到http://songshuhui.net/archives/11435.html来订购吧！以下是效果图：

默比乌斯指环，装备后+43敏捷，+46耐力，增加命中等级25点，增加攻击强度86点，再加上松鼠会的松鼠光环，实在是行走在艾泽拉斯大陆和现实世界上的必备佳品啊！

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这是个真实的故事。

从前在海岸边有一群扇贝在悠哉游哉地生活繁衍着。它们自然是衣食不愁，连房子也有了着落。它们担忧的只有一件事：每隔一段时间，总有一个人来挖走它们之中的一部分。当然啦，挖回去干什么这大家都知道。但扇贝们不知道的是，这人的家族图腾是Firefox的图标，所以他总是选择那些贝壳花纹长得比较不像Firefox图标的扇贝。

这种状况持续了好几十万代。大家应该也猜到扇贝们身上发生什么事情了：它们的贝壳上都印着很像Firefox图标的图案。

可能有些读者会说：你这不是糊弄我们么，Firefox才有多少年历史，你就搞了个几十万代的扇贝？

确有其事，但是这些扇贝不是真实的，它们在我电脑的内存里边生活。它们是一个遗传算法程序的一部分，这个程序的目的就是用100个半透明三角形把Firefox的图标尽可能像地画出来。

什么是遗传算法呢？

简单地说，遗传算法是一种解决问题的方法。它模拟大自然中种群在选择压力下的演化，从而得到问题的一个近似解。

在二十世纪五十年代，生物学家已经知道基因在自然演化过程中的作用了，而他们也希望能在新出现的计算机上模拟这个过程，用以尝试定量研究基因与进化之间的关系。这就是遗传算法的滥觞。后来，有人将其用于解决优化问题，于是就产生了遗传算法。

那么，具体来说，在计算机里边是怎么模拟进化过程的呢？

我们还是以开头提到的程序为例。

首先，我们知道，生物个体长什么样子很大程度上是由染色体上的基因决定的。同样，如果我们把100个半透明三角形组成的东西看成一个生物个体的话（为了说话方便，称为扇贝吧），我们也可以说它的样子是由这些三角形的具体位置和颜色决定的。所以，我们可以把一个一个的半透明三角形看作是这些扇贝的“基因”。而组成扇贝的这100个基因就组成了每个扇贝个体的“染色体”（chromosome）。

从下面的图可以大约看出来这些基因是怎么决定扇贝的样子的（为了观看方便，我们只画出其中五个三角形）：

然后，扇贝们除了生活，当然还要繁衍后代。生物界中的繁衍无非就是父母的基因组合产生新的个体，而在这个程序里边我们当然也这么办：选择两个原有的扇贝，然后从这两个扇贝的染色体中随机选取一共100个基因组成新个体的染色体。如图所示：（仍然是将扇贝看成是五个三角形组成的）

为了产生新的基因，使基因的种类更多样化，在组合的时候，新的扇贝的基因有一定的概率发生变异。也就是说，其中的一个透明三角形的位置或者颜色会随机改变，如图（仍然是五个三角形……我偷工减料……）：

其次，为了使扇贝的样子向Firefox图标靠近，我们要给它们加上一点选择压力，就是文章开头故事中提到的那个人的行动：在每一代把最不像Firefox的扇贝淘汰出去，同时也给新的个体留下生存的空间。怎么评价这个扇贝像不像Firefox呢？最直接的方法就是一个一个像素比较，颜色相差得越多就越不像。这个评价的函数叫做“适应函数”，它负责评价一个个体到底有多适应我们的要求。

在淘汰的过程中，为了便于编程，我们通常会在淘汰旧个体和产生新个体的数目上进行适当的调整，使种群的大小保持不变。淘汰的作用就是使适应我们要求的个体存在的时间更长，从而达到选择的目的。

最后，在自然界中，种群的演化是一个无休止的过程，但程序总要停下来给出一个结果。那么，什么时候终止演化输出结果呢？这就要订立一个终止条件，满足这个条件的话程序就输出当前最好的结果并停止。最简单的终止条件就是，如果种群经过了很多代（这里的“很多”是一个需要设定的参数）之后仍然没有显著改变适应性的变异的话，我们就停止并输出结果。我们就用这个终止条件。

好了，现在是万事俱备只欠东风了。定义好基因，写好繁衍、变异、评价适应性、淘汰和终止的代码之后，只需要随机产生一个适当大小的种群，然后让它这样一代代的繁衍、变异和淘汰下去，到最后终止我们就会获得一个惊喜的结果：（这回是完整的了，图片下的数字表示这个扇贝是第几代中最好的）

怎么样？虽说细节上很欠缺，但是也算是不错了。要不，你来试试用100个透明三角形画一个更像的？就是这样的看上去很简单的模拟演化过程也能解决一些我们这些有智慧的人类也感到棘手的问题。

实际上，在生活和生产中，很多时候并不需要得到一个完美的答案；而很多问题如果要得到完美的答案的话，需要很大量的计算。所以，因为遗传算法能在相对较短的时间内给出一个足够好能凑合的答案，它从问世伊始就越来越受到大家的重视，对它的研究也是方兴未艾。

其实，通过微调参数和繁衍、变异、淘汰、终止的代码，我们有可能得到更有效的算法。遗传算法只是一个框架，里边具体内容可以根据实际问题进行调整，这也是它能在许多问题上派上用场的一个原因。像这样可以适应很多问题的算法还有模拟退火算法、粒子群算法、蚁群算法、禁忌搜索等等，统称为元启发式算法（Meta-heuristics algorithms）。

另外，基于自然演化过程的算法除了在这里说到的遗传算法以外，还有更广泛的群体遗传算法和遗传编程等，它们能解决很多棘手的问题。这也从一个侧面说明，我们不一定需要一个智能才能得到一个构造精巧的系统。

无论如何，如果我们要将遗传算法的发明归功于一个人的话，我会将它归功于达尔文，进化论的奠基人。如果我们不知道自然演化的过程，我们也不可能在电脑中模拟它，更不用说将它应用于实际了。

向达尔文致敬！

Bonus：如果你看明白了这篇文章，而且你懂英语的话，你自然明白下面这个冷笑话：（来自http://xkcd.com/534/）

Just to make sure you don't have it maximize instead of minimize. 

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最近写了个遗传算法的程序~~~这是我第一次练习写这个~~~以前想用这个方法很久了但是一直没有碰上合适的问题~~~

我的程序的作用就是用100个三角形来画某个给定的图片，在测试里边我用了Firefox的图标和我自己的照片。毫无疑问这是受上次那个用多边形画蒙娜丽莎的人启发的，虽然严格来说他的程序不能算是遗传算法。遗传算法需要有一个种群，然后是竞争、杂交、变异。我的程序种群有30个，杂交是交换三角形，变异率是每个参数1/2048（一个个体有100*(3*2+3)=900个参数）。其实遗传算法写起来也不难，就是不容易找到合适的问题。

绘画方法是多种颜色三角形重叠的点求这些颜色与背景颜色的平均值，背景颜色是252 252 252。

下面这个例子经过了大概三十万代的迭代，用时不到一个小时。

不说废话了，上图：

原图：

100个三角形：

组合过程（不是进化过程！！）：

数据是：（格式为x1 y1 x2 y2 x3 y3 r g b）

62 88 39 91 8 24 209 1 1
89 61 74 83 55 85 255 254 0
41 59 9 8 10 9 248 162 148
34 35 50 32 58 61 193 255 255
35 63 48 70 74 54 1 0 0
37 79 17 58 76 80 255 222 5
94 43 78 16 77 67 253 117 1
81 76 92 42 73 13 255 250 0
53 30 5 57 9 24 229 96 1
7 22 12 12 17 14 252 227 196
73 52 35 65 61 68 1 0 1
73 51 56 70 59 31 0 1 18
65 64 52 35 67 37 0 5 130
5 35 19 15 44 33 159 23 4
63 8 64 30 88 23 196 114 1
90 56 53 82 88 29 255 230 1
11 14 3 52 68 65 224 67 0
77 82 76 62 45 74 255 199 0
12 70 16 54 74 85 255 199 2
37 30 28 8 66 9 85 226 240
35 77 79 61 66 89 253 85 0
93 53 83 78 89 27 123 80 15
50 70 72 59 62 30 0 1 7
3 53 26 88 31 43 167 4 1
5 36 40 17 12 74 202 116 0
41 37 10 17 7 59 252 243 0
74 85 45 94 10 70 67 0 0
33 18 6 61 25 85 214 3 0
59 9 63 27 35 58 160 220 221
26 25 6 64 4 46 191 17 0
27 88 19 42 67 88 232 0 0
30 51 42 55 46 31 1 62 254
44 71 78 32 71 60 0 0 247
62 13 39 24 56 43 0 62 68
67 50 81 48 34 27 0 1 0
80 77 63 62 29 32 136 87 11
4 37 41 14 9 69 228 149 1
74 39 42 70 72 64 0 1 18
42 10 56 50 54 60 143 231 255
10 70 5 56 23 84 18 0 0
29 43 36 16 28 21 253 150 0
51 35 11 17 23 79 253 183 0
39 69 79 38 60 69 0 1 65
73 46 55 37 59 69 0 1 4
71 56 52 73 63 31 0 0 5
65 65 74 42 41 67 0 1 1
54 91 17 17 28 89 157 0 0
44 6 49 39 68 14 187 254 255
60 49 38 55 29 45 0 86 254
12 75 37 19 39 94 147 0 0
17 49 80 28 66 81 6 0 0
9 37 56 93 83 78 155 30 1
66 43 71 54 19 14 1 47 96
77 83 15 72 8 53 254 231 0
74 43 38 66 61 68 0 0 1
52 58 57 40 32 70 255 86 1
9 64 62 91 85 74 225 119 1
52 15 32 58 79 31 0 156 239
33 7 57 53 59 53 134 218 252
19 80 59 49 2 93 253 252 253
62 43 78 53 3 6 251 252 253
24 86 3 51 75 84 210 0 0
39 25 42 7 86 39 196 191 210
52 33 58 69 73 46 0 0 6
28 66 91 5 77 18 253 253 253
89 31 58 89 83 74 255 254 0
10 18 48 32 10 70 218 14 0
40 67 49 62 58 70 1 0 255
74 56 60 26 56 71 1 0 108
77 66 57 67 55 90 237 2 1
79 48 64 25 37 9 168 237 238
49 73 66 9 71 60 1 0 39
45 55 12 21 63 73 216 110 3
89 26 70 87 77 17 229 177 0
60 29 77 47 75 27 0 255 255
79 46 73 22 34 56 0 45 129
20 53 74 49 48 31 0 1 85
55 12 33 55 81 36 3 179 250
65 30 74 27 75 62 254 255 255
40 35 60 51 31 52 0 213 255
42 67 73 60 73 41 1 1 18
70 63 68 19 80 30 0 0 25
8 82 14 76 35 55 249 238 228
43 76 9 19 16 80 227 88 1
66 66 48 71 31 59 0 0 1
31 48 56 25 40 55 0 218 254
24 87 7 66 6 55 146 0 1
11 75 42 93 9 61 146 1 0
40 10 57 51 43 52 115 210 235
69 89 10 45 11 67 232 231 1
45 5 35 27 73 34 95 213 247
17 81 77 67 48 92 199 1 1
85 22 56 84 83 74 255 152 0
54 4 84 36 39 6 1 5 117
57 6 71 12 65 27 1 1 1
56 58 14 73 3 41 255 72 1
42 4 41 27 19 14 1 63 147
55 56 35 37 78 38 1 111 248
84 57 27 21 84 57 57 6 1
28 52 27 61 60 57 255 242 1

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放烟花是我们中国的传统习俗，而且很多人都说在过年的时候只有放放烟花才有点气氛。以前，由于烟花导致的事故屡屡发生，所以有了“禁止燃放烟花炮竹 ”的规定。但现在，在严格的安全控制下，我们老百姓还是能偶尔过过瘾的。在大型节日，有的机构也会安排盛大的焰火晚会，让大家一饱眼福。

这些焰火晚会的安全措施一般来说也是做得很好的。国家标准里边规定了各种规格的焰火晚会的强制性安全标准。这里，焰火晚会的规格与燃放的礼花弹直径和数目都有关系。为了观看者的安全，标准中对于礼花弹升空高度和观众安全距离都有很严格的规定。

可能有人会问：天空中放焰火我在下面看看而已，为什么还要给观众设定安全距离呢？

哲学家说，距离产生美。你在地面上看着一百来米高空的焰火，只会感受到它的美。但如果它是在离你几十米远处爆炸的话，那就大概不那么好玩了。焰火的危险不仅在于爆炸，还有温度的因素。

焰火要飞得高炸得开，效果才会好。所以，礼花弹中填充了大量用于发射以及爆炸的火药，只有这样才能达到好的表演效果。例如，一个直径为20厘米的礼花弹在发射后，要上升到大概200米的高空才会爆炸开来，让我们欣赏到五颜六色的星星点点。而这些星星点点覆盖的半径大约可以有80米左右。

不要小看这些星星点点，它们的温度可不低。在发光发亮时，它们的温度能超过一千摄氏度！正是在这样的高温下，礼花弹中填充的各种特制金属材料才能吸收到足够的能量，发出绚丽的光芒，这就是中学常讲的焰色反应。正是因为不同的金属原子在高温下能够放出不同颜色的光，我们才能看到颜色各异的焰火。

不过，焰色反应有一个很严重的缺点，就是通常需要高温。所以，我们看到焰火晚会中的点点焰火，温度都是非常高的。一般在工艺中，我们使用金属可燃物来达到这样的温度，比如说铝、镁等。铝燃烧时放出的热量很多，甚至可以将铁融化（熔点大约1500摄氏度）。即使焰火的残渣掉到地上时，内部温度也可以达到300摄氏度，绝不是仅仅“有点烫”而已。所以，规定一个安全距离是非常重要的。

所以，在国家标准中，即使在焰火晚会正在进行时，在风向突然改变、风力超过六级或者可能危害安全距离外的建筑物或者人员安全时，焰火的燃放必须停止，直到情况好转为止。焰火晚会的准备工作也包含风向风力的勘察，以免焰火残渣威胁附近建筑物的安全。

其实，对于越高的楼，焰火就越危险，尤其是那些百米高的摩天大厦。因为如果有残渣落在建筑物上面的话，由于冷却时间短，残渣的温度将会更高，容易引起火灾等安全事故。所以，一般在高楼密集区是不燃放焰火的。焰火的燃放场地通常选在比较空旷的地方。例如，在香港这个尺土寸金的大都会，每年新年的烟花晚会都是在宽阔的维多利亚港上进行的。在这里发射焰火，不仅非常安全，而且观看效果也相当不错。

当然，也有一些人想自己过过瘾。在某些城市的郊外，我们可以看到有一些几十发的火箭焰火筒，每发都可以升到几十米高，也有比较好的观赏效果。但是由于离地面比较近，冷却时间短，加上这种焰火筒的安全并不一定有保障，所以这种焰火筒比一般的手持烟花和焰火晚会的烟花更加危险。有人还在住宅小区旁边燃放这种焰火筒，然后再附近仰头观看，这是相当愚蠢的行为，不但对自己不负责任，也是对他人安全的一种忽视。

希望大家过年过节也要注意安全。安全看焰火，玩得更开心。

我前一段时间不是搞了个优美树验证项目么。项目没啥事情，正在稳定进行中，各项工作整整有条。关键是，这网站居然被某印度民科看上了。

印度其实是个好地方，那地方人聪明，跟中国差不多。科技发展水平也跟中国差不多。当然了，民科也跟我们这里差不多。我们这里的民科还算好，他们的偶像陈景润好歹也算是正规学者。印度那边民科的偶像是谁？那是拉马努金！天才！他留下来的东西够数学界整理个好几百年的了，而且很多是在没有指导下独自完成的（当然他也看了不少书，但那是起步）。当时哈代发现了他把他接到英国是为了一起研究，论独创性的话哈代当然是自愧不如。

于是乎，有的印度民科也就不掂量掂量自己有没有拉马努金的天才，就一头扎到无底的数学难题了。哪个领域的都来一手，而且不难的不做。

就算是当年欧拉高斯黎曼也没那么嚣张啊！

看来人乱搞起来哪个国家都是一样的。

好了，言归正传。给我发邮件的那人，严格来说并不是“大师”本人，我估计是大师的弟子。他给我发来的邮件内容看起来非常狂热，什么“这是优美树疾病的一个疗法吗”等等内容。还附带有该“大师”的许多论文的链接，都是在预印本网站上的，也就是说没有在刊物上发表过。文章内容除了优美树猜想之外还有很多数学和物理上的“重大发现”，可谓是包罗万象，下面简单说说：

最新的一篇是关于量子纠缠的，这篇的摘要我看得云里雾里的，那就算了。

然后是关于哈密尔顿分解，我不懂，也跳过。

接下来是说证明了Caccetta-Haggkvist猜想，这是个图论的东西，我也不大懂，也跳过。

接下来的我也不大懂，跟物理有点关系。

再来就有好戏看了。

接下来的一篇论文关于图论，证明了Hadwigers猜想，这是有关顶点着色的。

接下来一篇也是着色，据说开辟了研究的新方向。

再接下来就是重头戏了。他在Hamiltonian Graphs and the Traveling Salesman Problem这篇东西里边宣称，通过哈密尔顿图，他找到了旅行推销商问题的一个多项式算法！这不就是等于说P=NP么？这论文如果是对的，到哪里都是个菲尔兹奖或者沃尔夫奖啊！

可惜，看来没有杂志肯接收他的这篇论文，看来是有点问题。

我们再往下看。

接着是一篇关于有限投影平面的，在这篇文章里他又解决了一个问题。

接着是关于雅可比问题的，不懂，跳过。

接着是关于拉姆赛数的，这个我懂一点。他提出了一个“新拉姆赛数”的概念，然后说这两个东西是一样的，然后对于新的那个他找到了更快捷的方法来计算。这要是真的可以做一个新的分布式计算……

可惜，仍然是没有在杂志上发表，等于0。

然后是关于线性规划的新算法，据说可以推广到非线性和整数规划丢番图方程的情况，可惜没有给出时间复杂度。

我二分法也可以做非线性……最近做的某个ENS卷子就是讲丢番图方程的解系……

然后是一篇鸿篇巨制，民科的典范：On Problems Related to Primes: Some Ideas。

在这篇文章里他解决了哥德巴赫猜想、孪生素数猜想和谢尔品斯基猜想！一篇论文解决三个猜想，比国内的民科高明多了。

然后有几个图论和数论的文章我就跳过了，反正都是解决某某问题的。

有一篇关于3x+1的文章还算老实，没有证明某某问题。

然后就是证明优美树猜想的文章了。这篇东西他2005年放上网，2008年还修改过，然后comment的单词还拼错了……

态度看来是不大端正啊，而且这个修改是不是发现了当时的错误？

然后是解决图重构问题的，这个我也知道一点，不是那么好做的，当然这个做得对不对我还是不大清楚的。

然后是费马大定理的推广，这个倒是没什么。

接着又是孪生素数猜想的证明。

我有天上网，不小心看见了陶哲轩对某证明了ABC猜想的论文作出评价，他说（大意如此），如果一个人经常跨领域啥都干，而且一来就证明很多个猜想，这人如果又没有正规的教研职位，没有受过系统的培训的话，他的文章的正确性就很值得怀疑了。而且在预印本网站上的文章大多没有发表，正确性需要验证。当然，其中有佩雷尔曼这样的高人，但是更多的是乱来的民科。

看来各国民科，大抵如此啊。我只是个学生，随便搞了个项目就被看上了，这些人真是热衷宣传啊。

不过国内的民科同行大可不必紧张，你们的表现也是很好的，这是经过某教授评定的。

这位教授是专门搞奥赛的，有一次在上海某中学授课的时候，突然有一位陌生人闯进来。

“请问某某某教授在吗？”

我不知道下面的学生会怎么反应，如果是我的话肯定忍不住笑。那教授就在你面前，你这样问明摆着就是跟别人不熟嘛，还敢在工作时间找他？

教授反应很快：“我们没有见过这个人，也不认识他。”

那人就哦了一声，出门走了。这时全班哄堂大笑。

等笑声止住一点之后，教授又开腔了：

“以后再有这种民间科学家来找我，你们就说我已经死了。”

能把数学奥赛的一把好手迫成这样子，中国的民间科学家，我佩服你们！

这是上上个星期的事情了，不过又感冒又考试的就拖到了现在。还是写一写吧。

竞考报名的时候，X（Polytechnique）是需要体检的。军校嘛，有军训，总不能让个有心脏病的人去行军吧。于是乎，在要交的文件中就有一份X的体检表。

检就检吧，去校医室问了问，要找外边的generaliste。generaliste也有分预约和不预约的，我们拿到的是一个不需要预约的。那就去吧。

到了那里之后，真是人满为患，人太多（正值感冒高峰季节），医生太少。后来医生相当好人，在我们买菜归来之后答应立刻帮我们体检，整个体检也就是几分钟的事情。

可没想到，就是几分钟也能出点状况。

阿史是首先检的，先量血压听心跳，然后做点运动继续量血压听心跳，很快医生就签了字。

这不是没出什么状况么？

对的，他是没出啥状况，轮到我就有问题了。

医生听了一会儿心跳，就开口说了：这东西恐怕我现在不能帮你签，你的心脏有点souffle，我怕你军训的时候有不可预知的事情发生。

哦，这回听他这样说，怕是我在国内军训两次都是冒着生命危险的了。

医生看我一脸怀疑的表情，又说：这东西通常没什么大碍，但是为了保险起见我还是推荐你去看一位specialiste，是位cardiologue，他给你检查一下没事的话我就可以签了。

那去看就去看咯，没办法，要交的文件在别人手里，这叫肉在砧板上。

接着就到pchu了，一开始听心跳也还是没有问题，运动一下之后，医生又一听。

跟我一样：你的心脏有点souffle。

我说我们也够运气，三个中国人里边有两个是有souffle的。

那没办法，就一起去检查吧，就当是见识一下法国的心脏病医生是怎么干活的。于是，几天后，我们就拿着generaliste的介绍信到了同在一条街上的cardiologe那里检查。据generaliste说，法国的specialiste都要预约，而且预约期超长，甚至有预约几个月后的。这次这么快能安排好，一个是因为我们是学生，而法国人对学生还是比较优待的，毕竟他们自己也曾经学生过；另一个就是因为这份文件还是比较紧急的，所以就只好尽快了，一个半个月的X那边可等不来。

那位cardiologue还是非常热情的，他的秘书也一样。他工作的地方就像个私人公寓一样。在经过一个小时的对于各种文件的挣扎之后，我们终于开始了检查。

仍然是我先检查。先量身高体重，然后躺在床上准备正式的检查。首先医生将一大堆探测器贴在我身上。这些探测器都是有吸盘的，可以自动吸附到身体上。心脏位置贴了3个，手腕脚腕也有。这个大概是检查心跳和脉搏吧。这个过程很快，一会儿就好了。

然后就是先进的东西了。

医生让我侧卧，然后拿了一根塑料棍，抹了点东西就开始在我的心脏部位扫描，扫描了特别久，看样子像是超声扫描，就是平时看胎儿的那种，不过这次看的是心脏罢了。

B超很多地方都有啊，有什么先进的？

这不是普通的B超，还有彩色图像的。

彩B也不是什么新鲜事啊？

问题是，这东西能搞出你心脏里边血液流动的声音。你听过自己心脏里边的血流么？

我觉得你应该没有听过。我这次检查就听了不少了。

扫描一大通之后，医生示意检查完毕，没有问题。

出来之后医生就开始对着电脑口述（！！）诊断报告，具体怎么样当时我还真的听不出来，反正非常高深云里雾里的。反正他说没事就好。

到pchu就很快了，几分钟就出来了。又是口述报告又是云里雾里的，不过不管怎么样也是没问题。

然后我们把报告拿到generaliste那里，文件呆了一天就签了，总算是完成了一件事。

不过看到报告，我们都觉得有点不可思议。

我的检查报告是二尖瓣有平凡的发育不良，但没有回流，所以没问题。

pchu的报告是心脏某个部位增生。

pchu如此瘦小，心脏却有增生；我比他壮一点，发育不良的倒是我。

这是个什么世道啊……

大家有兴趣就去看看吧~~~

http://www.projectgtv.cn/

“为什么北半球的马桶冲水时水流是逆时针旋转的？”

“因为地转偏向力使水流一边向下流一边向它的右边拐。”

这是一个在日常生活中会偶尔听到的话题，故勿论其对错。那么，到底这个“地转偏向力”是什么呢？

地转偏向力，是一个更为普遍的“力”之中的一个特例，这个“力”的大名就叫做科里奥利力。它是由法国数学家、工程师科里奥利(Gaspard-GustaveCoriolis)从理论力学中推导出来的，所以也以他的名字命名。为什么我们要在这个“力”字上加引号呢？因为它不是一个真正的力。真正的力除了有受力物体也应该有施力物体，但如果这个科里奥利力有施力物体的话，那这个施力物体也太玄乎了，能让北半球所有水流都向右拐。这其实不是一个真正的力，物理学家们把它称作一种惯性力，也就是说是由物体的惯性产生的力。

那么，在什么情况下才会出现这种力呢？科里奥利说了，在一个转动的参考系中就会出现科里奥利力，只要是在这个参考系中运动的物体都会好像受到一股垂直于运动方向的力，从而偏离开它的轨道。科里奥利他说的“转动的参考系”，其实这个转动就是说这个参考系相对于一个惯性系在转动【注1】，那么这个参考系本身就是一个非惯性系了。科里奥利力就是这个非惯性系里边的一个惯性力。

不过科里奥利力也不是对所有物体都一视同仁的。对于相对参考系不动的物体，它不会作任何打扰，它专爱找运动物体的麻烦。它的公式是：Fic=-2ω×mv。在这里，m是物体的质量，ω是指示参考系旋转速度和方向的向量（就是方向和数量的一个组合），而v则是物体在这个参考系中运动的速度向量。这个乘号也有讲究，它不是一般2×3的那种乘法，而是一种特别为向量设计的乘法，通常叫做叉乘。而Fic就是这个物体在这个参考系中受到的科里奥利力。

现在我们可以解释为什么北半球的水流总有向右偏的倾向了。我们向来认为地球是不动的，就算是物理学家做实验，在很多情况下都选取大地作为参考系。但是我们现在知道地球其实是在一刻不停地自转的，虽然转得不快，24小时才转一周，我们也没怎么觉得会被地球转得甩出去，但它的确在转动。所以地球其实是一个转动的非惯性系，任何运动的物体在地球这个参考系中都会受到惯性力——特别是科里奥利力——的作用。地球的ω的方向是从南极指向北极的，于是在北半球的话这个向量是从地下指向天空的，于是一切平行地面运动的物体受到一个向它们运动方向右边的科里奥利力的作用，于是就向右偏转了。同样的道理，在南半球这个向量是从天空指向地下的，于是乎一切东西都反转了过来，平行地面运动的物体这回受到的科里奥利力的作用就是向左边的了。

那么，马桶冲水逆时针流的原因看来就是科里奥利力了？

那倒未必。

我小的时候看科普书，也对文章开头的说法深信不疑。直到有一天雨后，我看到楼下的沙井盖上面两个排水孔中水流的旋转方向是一个顺时针一个逆时针之后，我就不再相信这种说法了。要是真的是科里奥利力导致的排水孔水流打转的话，应该两个方向相同才对，怎么会一个顺时针一个逆时针呢？

但这只不过是一个例子，还不能说明所有排水孔水流旋转方向都不是由科里奥利力引起的。但是我们只要稍微估算一下就会知道水流漩涡产生的原因是不是科里奥利力了。假设水流跑得跟刘翔差不多快，也就是10米每秒的样子，而且速度完全平行于地面，这时候水流受到的科里奥利力最大。即使这样，水流受到的由于科里奥利力产生的加速度也只不过是0.001米每平方秒。如果马桶的直径有1米，而水是从马桶边径直冲向中心的话，到达中心的时候由于科里奥利力产生的偏转还不到半毫米，根本就产生不出什么看得见摸得着的效应，更何况是我们平时看见的漩涡了。如果连在这个巨型马桶中的高速水流都产生不出看得见的效应的话，就更别说那些可怜的小马桶和排水口了，没戏的。

实际上，排水口和马桶们产生漩涡的原因多半是由于它们自身的构造问题。有的马桶就是特地设计漩涡式冲水的，这样的话无论你把它挪到地球上什么地方它都只能产生同一个方向的漩涡。而对于一般的排水口，由于结构，有时候它们会偏好形成某个方向的漩涡，而更多的时候是两种旋转方向的漩涡都会出现，不信你试试就知道了。

那科里奥利力是干什么吃的？这么微弱的影响它能干点什么？

由于地球转动产生的科里奥利力是非常微弱了，这并不是它的过错，主要是因为地球转得实在太慢了，24小时才转一圈，要是参考系转得快一点的话它的影响也还是不可小觑的。我听说在一些大型主题公园之中有这么一种游戏设施，它是一个很大的转筒，里边可以站很多人。当人们站好在里边之后，转筒就开始转动。根据我们的日常经验，人们在里边会受到“离心力”的作用，然后就都贴到筒上了。正在这个时候，当转筒达到一定的速度，人们都“情不自禁”贴到筒壁上的时候，地板就会突然挪开，只剩下一帮“贴墙的”在干瞪眼。这时如果你在里边，你拿出一个小球让它做自由落体运动的话，你不仅会发现小球受到“离心力”的作用而向你的方向偏转，还会发现它很快地从你面前飘开，这就是科里奥利力的作用了。我估计在一些别的以旋转为卖点的游艺设施（比如说咖啡杯）里边也同样能观察到这种效应，可能没那么明显罢了。我们能在这些游艺设施中观察到科里奥利力的明显效应，就是因为它们的旋转速度比地球快多了。

不过，虽然因为地球旋转得慢，引起的科里奥利力不太大，但是我们也还能看到某些它的效应。

要看到一个微弱的东西产生的效应，最好的办法在大尺度和长时间的过程里边观察它。

古语有云，“水滴石穿”，只要时间够长，没有什么效应是观察不到的。比如说河流，一刻不停流淌了千百年的河流，在科里奥利力的作用下河水总是倾向于向右偏，于是河流的右岸总是被冲刷的，而左岸由于没那么多河水冲向它，流速较慢，所以经常有沙石堆积。再比如说铁路，每天都有成百上千吨重量的火车在上面沿着同一个方向以一百来公里一小时的速度飞驰着，这样日积月累也会产生磨损。而人们发现在北半球，右轨磨损得总是比左轨要厉害那么一点点，原因就是火车在行走的时候会受到向右的科里奥利力的作用，这样的话右轨要承担的压力就比左轨要大那么一点，于是磨损当然也就更厉害了。

如果在大尺度上观察的话，科里奥利力也会现出原形。我在沿海地区长大，一年少说也会经历好几次台风。如果我们从卫星云图上面看的话，所有在北半球的台风都是逆时针旋转的，这就是科里奥利力玩的把戏。在地面附近，台风中心处的气压会特别低，所以风是向台风中心吹的。而当这么多空气跑到台风的中心之后，它们也没地方去，所以就一直沿着风眼的壁旋转着向上爬，然后就到达顶端了【注2】。在顶端它们也还是没有地方好去，之后向外吹了。这时候，科里奥利力就过来干涉了，使气流的方向逐渐向右偏移，于是我们就能在卫星云图上看到这个被自己向外吹成了顺时针的台风了（这是2007年第8号台风圣帕）：

以上我们说的都是自然现象，那么有没有人造的能显示科里奥利力效应的仪器呢？

其实是有的，而且我觉得应该很多人都听说过这个东西。它叫傅科摆。

是听说过，但是这个东西不是用来说明地球是在转动的么？

的确，当初法国物理学家傅科(JeanFocault)在巴黎先贤祠放这个摆，目的的确是要展示地球在转动。在巴黎先贤祠的这个傅科摆，摆长67米，重28千克。之所以傅科选择这么长这么重的摆是有原因的。摆长越长，摆的速度就越大，这样的话傅科想要的效应会更加明显。摆在开始摆动之后就不能再被干扰，所以为了使空气阻力对于摆的影响尽量小，傅科选择了一个相对大的质量。为了显示摆的轨迹，傅科还特地在摆下摆了一个沙盘。如果地球是静止的话，他的摆应该只会在沙盘上画出一条唯一的轨迹，并且沿着这条轨迹不停的往复运动，直到摩擦力使它失去所有能量为止。

正式演示的那天到了。在巴黎名流的众目睽睽之下，傅科的摆在沙盘上画出的轨迹竟然非常缓慢地向右偏转了起来。自然以一种简单得出人意料的方式证明了我们一直认为静止的大地实际上是在永无休止地自转着。傅科摆向人们展示了地球的自转。

那么，是什么力量使摆的轨迹偏转的呢？你没有猜错，正是科里奥利力。在摆的每一次摆动中，科里奥利力都使摆偏转了那么一点点。但是如果长时间观看的话，每个小时摆的轨迹都会向右转过11度，大概32.7小时摆才会转过一圈，这个周期会随着摆所在地的纬度变化。正是这样缓慢而又坚定的偏移使人们能亲眼看到地球转动引起的效应，而这一切都源于科里奥利发现的科里奥利力。

现在这个摆还在巴黎先贤祠里边摆着，当然加上了不少的装置，使摆可以一直摆下去。直到现在这个摆还在以大约32.7小时转完一周的速度缓慢地而坚定地摆动着，就像人们追寻真理的步伐一样。

注释：

1.在力学里边，为了研究运动，我们肯定要首先假定有些东西是不动的。这些我们假定为不动的东西，再加上一个钟，就是一个参考系。比如说坐火车的时候，地上的人认为大地是不动的，他们的参考系就是大地，那么火车里边的人当然就是以每小时几十公里的速度在不停飞驰着。但是对于火车上的人来说，他们看车上的座位啊桌子啊都不像是正在高速运动的样子，所以他们肯定是会认为这个火车是不动的，他们的参考系就是火车。这样的话，在他们眼中看来，他们自己是没动的，反而是地上的人毫无凭据就以每小时几十公里的速度在运动呢。

那么，在这些参考系中有没有一些是比较特殊的呢？有的。如果我们还是以火车做例子的话，当火车匀速运动的时候我们当然感觉不到什么，但如果火车一刹车的话，大家都会纷纷像被一双无形的手推着向前倒去。如果一个参考系经常有这种无缘无故的“力”的话那就真是太麻烦了，于是我们定义一堆特殊的参考系，它们之间相互静止或者相互做匀速直线运动，而且在它们之内的物体永远不会受到一些没有施力物体的力，我们把它们叫做惯性系，因为在惯性系里边的物体，要么就是不动，要么就是不停地做匀速直线运动，“不碰南墙不回头”。而一切不是惯性系的参考系我们都叫做非惯性系，这是一个很没有想像力的名字。在非惯性系中物体有时会受到一些莫名其妙不知道从哪里来的力，这些力被称为惯性力，因为它们其实就是物体本身内在的惯性的一种体现。

2.虽然在这个情况下，科里奥利力是使风向右偏的，但是由具体的计算我们可以知道，这时候产生的漩涡仍然是向内逆时针，也就是向外顺时针的。

原文在这里。作者：Geoff Brumfiel 译者：fwjmath

导言：在基础物理学中有一个非常成功的理论，它叫“标准模型”，但科学家却觉得它的成功令人沮丧，而且还要想方设法击败它，创造一个超越它的基础物理学理论。大型强子对撞机就是最近的尝试之一，但它并非击败标准模型的不二法门。Geoff Brumfiel 对每个尝试在对撞机全速运行之前摘取大奖的竞争者进行了一番调查，让我们跟去看看吧！

它威力强大，它令人生厌，它注定灭亡，这就是物理学家眼中的“标准模型”。它是一台由方程组成的数学机器，描述了所有已知的物质结构，从原子到星系无一漏网。它描述了自然中四种基本相互作用之中的三种：强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。它以前所未有的精确度预测了一个又一个实验的结果。尽管威力如此巨大，它还远未完善。它的数学结构非常随意，其中还穿插了很多不严格的常数，但最困扰科学家们的是它一次又一次地击败了向它引入最后一种基本相互作用——引力——的所有尝试。

所以，自从二十世纪七十年代标准模型建立之后，物理学家们就一直在尝试超越它。实际上，他们必须用与它那些近乎完美的方程预言的结果相反的实验数据来推翻它，然后再从废墟上重新建造一个更新更好的理论。坐落在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）内的大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）正是推翻这个模型的最新尝试，也是许多人认为最可能成功的。它供应的巨大能量将会使粒子加速到标准模型力所不达的领域。在打破僵局的竞赛中，“到目前为止，LHC 是最受欢迎的”，Frank Wilcezk 说。他是麻省理工学院的理论物理学家，是 2004 年诺贝尔物理学奖的得主之一，他和其他两位得奖者的获奖工作就是标准模型的理论基础之一——描述强相互作用力的量子色动力学。

但 LHC 并不是这场游戏的唯一玩家。几十年来，物理学家一直在通过各种途径寻求超越标准模型的方法：有的寄希望于粒子加速器；有的寄希望于对罕见事件的精细测量；有的还寄希望于太空观察得到的结果。在 LHC 全速运转之前——它的第一份实验结果至少要到明年夏天才能出来（请参看“势不可挡的对撞机”一节）——其中一些研究团队认为他们还可以为胜利放手一搏。他们的任务相当艰巨：标准模型可是相当难以对付的，它已经成功抵挡住了所有简单明显的攻击。要想打败它，科学家们需要前所未有的精确实验，大量的实验数据，还要加上不少的运气。下面我们来看一下这些跃跃欲试的物理英雄吧！

Tevatron

在 LHC 全速运转之前，世界上另一个重量级的粒子加速器已经在全力奔跑，争取打破标准模型了。自 2001 年以来，坐落在美国伊利诺斯州费米实验室的 Tevatron 就不停将质子和反质子加速到万亿电子伏特的对撞能级了。

这只是 LHC 最高对撞能量的七分之一，但在探求新物理的过程中，对撞能量并不代表一切。能创造出标准模型以外的粒子的碰撞事件非常罕见，所以加速器运行时间越长，积累的数据越丰富，它就越有机会作出新的发现。因此，至少在将来的一段时间里，Tevatron 还能继续在数据积累方面领先于 LHC。即使是在 2009 年夏天，Tevatron 在数据上也还会超过它的新竞争者好几倍。

而现有的这些数据似乎提示我们，一些超出标准模型的东西已经出现了。这种提示虽然诱人，但仍不确切。与标准模型不符的结果之一就是对奇异 B 介子（Bs）的测量。奇异 B 介子是由一个奇异夸克和一个反底夸克组成的，在介子的世界中算是非常重量级的了。根据电荷-宇称对称性，标准模型预言奇异 B 介子和它的反粒子（由一个反奇异夸克和一个底夸克组成）的衰变路径相同。但测量结果提示我们，它们俩的衰变路径有些差异。据 Tevatron D-Zero 实验的发言人 Dmitri Denisov 所言，这种差异在将来的探索中可能会成为一条重要的线索，可能意味着存在未知的粒子或者法则。无论如何，“这是一项激动人心的测量实验”，Denisov 说。

而据 Tevatron 的另一个主要实验——对撞探测器（CDF）——的发言人 Robert Roser 补充，其实奇异 B 介子反常并不是加速器中出现的唯一奇怪现象。顶夸克-反顶夸克对衰变的过程中出现的一些特征也迷住了他，但他也承认这个结果远未被确认。然而，以后我们可能会发现这些反常信号的重要性，Roser 说，“如果你不断积累数据，（这些可能的反常情况）其中之一可能会变成事实。”

但 CERN 的一位理论物理学家 John Ellis 对此持怀疑态度。据 Ellis 所言，不错，Tevatron 也许能给出一些诱人的提示，但在 LHC 重装上阵之前它看起来不会作出什么决定性的发现。他指出，在粒子物理学的世界中，在测量精确度达到 5σ（5个标准误差，相当于 99.99994267% 的精确度）之前，任何结果都不能被称为“发现”。要达到这样的测量精度，我们需要的数据远比 Tevatron 目前累积的要多，这个目标在它的新对手超过它之前恐怕难以达到。“我认为这对于 Tevatron 来说是非常非常困难的，”Ellis 说，“我认为他们不可能在 LHC 开始扫荡之前到达目标。”

宇宙

当高能物理学家们集中在他们的机器的控制室里时，另一群物理学家正在仰望星际。他们希望在那里能找到打败标准模型的武器——如果宇宙肯配合的话。

他们的航天器主要寻找的目标是暗物质存在的证据。暗物质是一种无法捉摸却可能占据宇宙中高达 85% 质量的物质，只有通过它对星系的引力作用和对宇宙形状的影响，天文学家们才能知道暗物质的存在，除此之外它与组成恒星、行星和我们人类的普通物质几乎没有其它任何相互作用。据推测，暗物质可能是由那些很少甚至从不与普通粒子发生相互作用的粒子组成的一片云雾。没人知道那些粒子会是什么，但它们肯定不在标准模型内。
（译注：经 QueenKerene同学指出，除了暗物质之外宇宙中还有暗能量。暗能量换算后所占宇宙质能比例大约是70%，但如果不计算暗能量的话文章的说法是成立的。）

暗物质候选者之一来自所谓的“超对称”理论，这个理论预言标准模型中的每种粒子在标准模型外都有一个较重的“超对称伙伴”。在这些超对称伙伴粒子中最轻的是中性伴随子（neutralino），而超对称理论预言它的性质正好与暗物质相同。

我们不能通过天文望远镜或者轨道卫星等方式直接看到中性伴随子本身，但偶尔会有两个中性伴随子会相互碰撞然后湮灭，这时它们会产生一簇普通粒子，而轨道探测器正好可以探测这种粒子簇。PAMELA（Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics，物质反物质探索与轻核天体物理研究有效载荷）项目已经发现了一条有趣的线索。装载在卫星上的仪器已经非正式地报告了正电子的过剩，这些正电子可能是暗物质湮灭时被制造出来的（参见 Nature 454, 808; 2008）。“这是个漂亮的结果，”看过 PAMELA 数据的 Graciela Gelmini 说，她是加州大学洛杉矶分校的物理学家。但她补充强调，由于测量的复杂性，我们必须多留个心眼。

而最近发射的另一个卫星或许也能探测到中性伴随子匆匆湮灭时发出的一些信号。价值 6.9 亿美元的费米γ射线空间望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope，原名 GLAST）是一个用于全天探测超高能光子的太空设备，而这些超高能的γ射线有可能是由中性伴随子湮灭产生的，在这种情况下我们会在这个轨道探测器的天图上看到一片无处不在的云雾。“这将会是一个非常、非常惊人的特征信号，”项目科学家 Steven Ritz 说，他在马里兰州 Greenbelt 隶属于 NASA 的 Goddard 空间飞行中心工作。

据伊利诺依州芝加哥大学的宇宙学家 Michael Turner 说，如果这样的特征信号能及时被识别和确认的话，它就有机会在打破标准模型的竞赛中打败 LHC。但他也指出，尽管天体物理学在学术上可能会是第一个作出如此发现的领域，但它能做的也就只能是这些了。正电子、γ射线和其它的特征信号只能粗略地给出新粒子质量的可能范围，但对于超对称理论却什么贡献都做不了。正因为这样，“很多问题将会仍然存疑”，Ritz 说，而这些问题要等 LHC 来解决。

势不可挡的对撞机

就像《自然》杂志之前强调的那样，在日内瓦附近位于欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）将要开始运转了。但在这台机器产出可以正式发表的科学发现之前，科学家们还有很多工作要做。在接下来的几个月，在操作员微调对撞机主体时，其他科学家也要让分布在粒子加速环旁边的实验仪器正常运行。

要启动一个如同高楼般大小的探测器绝非易事。每一台设备都是由成千上万个小探测器构成的，而为了追踪质子对撞时产生的粒子，所有这些探测器都要完美地同步运作。据 ATLAS（A Toroidal LHC ApparatuS，回型 LHC 实验装置）实验的发言人 Peter Jenni 介绍，现在他们正在利用宇宙射线来同步这些探测器。然而，追踪真正的粒子对撞过程需要的远不止这些。对撞的质子束每秒会产生数以亿计的“事件”，每个事件各自包含着数百甚至上千个从对撞点飞出的粒子“碎片”。由于这些小探测器是为了追踪每一个粒子而设计的，它们产生的数据量将会远远超过实验物理学家的处理能力。幸好绝大多数的碰撞都不会有什么特别的粒子产生，所以实验者们给探测器安装了一些电子触发器，用以将那些有意义的碰撞事件分离出来。例如，一个简单的触发器会将产生了μ子的碰撞事件标记起来，因为μ子通常是由比较重的粒子衰变而来的。据 Jenni 所说，每种有趣的事件都会有一个为之设计的触发器来保存数据，而每个触发器都需要进行仔细的调整。

在对数据进行过滤后，科学家们还要对剩下的数据进行分析。此时，实验设备产出的数据会通过一个巨大的计算网格传送到数以千计的物理学家那里，这个计算网格连接了遍布全球的大学实验室，数据的每日处理容量达到 PB 级（1PB=1024TB，现今的个人电脑硬盘大小普遍是 0.1TB 左右）。据 CERN 的 CMS 实验（Compact Muon Solenoid，紧凑型μ子螺旋型磁谱仪）发言人 Jim Virdee 所说，这个计算网格的试运行情况良好，而 ATLAS 和 CMS 的团队正在使用计算机生成的示例数据练习如何对数据进行处理。

Jenni 和 Virdee 都说，如果一切顺利的话，最早在 2009 年夏天就会看到 LHC 的第一批结果。在那时，对撞机应该已经在它的最高对撞能量 7Tev（万亿电子伏特）上运行了几个月，在这段时间内一切技术问题都会被解决。

LHC 会在它的第一次运行中就发现物理学上的新东西吗？有可能。这台对撞机的最高对撞能量是 Tevatron 的大约 7 倍，而后者是现今对撞能量最高的粒子加速器。这是一个飞跃，所以原则上来讲我们几乎能在正式运行时立刻看到新的粒子，Virdee 说，“你不需要多少数据就能超越费米实验室探索的前沿。”

费米实验室的物理学家们对这种看法持怀疑态度，这也是人之常情。据费米实验室对撞探测器的发言人 Robert Roser 所说，在 Tevatron 工作的物理学家用了两年时间才完整领会到他们实验的特性。而据费米实验室 D-Zero 实验的发言人 Dmitri Denisov 所言，即使拥有更高的对撞能量，LHC 仍需要进行数量相当大的碰撞才能找到一些新东西。“在一个探测器中仅仅让两个质子对撞是不够的，”他说。

黑暗

别的物理学家选择了黑暗而非光明。在那些废弃矿井和交通隧道中，他们照看着他们洞穴里的高灵敏度探测器，这些探测器也许可以找到直接指向暗物质的证据，当中包括超对称理论中的中性伴随子（参看 Nature 448, 240; 2007）。

现在有好几种设计这种探测器的不同方案，但它们都遵循着同一个基本理念：拿一些你认为可能与暗物质发生相互作用的物质，将它埋到地底来阻断宇宙射线等干扰因素，然后等待不寻常的事件。“这就像在看着青草生长，”Wilczek 说。

尽管这不是打败 LHC 的方法中最刺激的，但这些探测器取得的进展令人印象深刻。其中一个实验项目是 CDMS II（Cryogenic Dark Matter Search II，低温暗物质搜索二代），它位于美国明尼苏达州的苏丹矿井下，正在不停收集着数据。它的运行者打算在年底前将它的灵敏度提升三倍。另一个位于意大利大萨索山一条隧道中，名为 XENON100 的实验项目同样也有机会比 LHC 更快得到初步的结果。“这个领域成长得很快，竞争也很激烈，所以现在要在这里立稳脚跟不是件容易的事，”XENON100 的项目科学家 Elena Aprile 说，她在纽约哥伦比亚大学工作，“这是个美妙的时代。”

而处于所有这些期待的顶端的是一个研究团队声称他们已经在他们的探测器中看到了暗物质。在今年早些时候，同样位于大萨索山国家实验室的实验项目 DAMA/LIBRA（Dark Matter Large Sodium Iodide Bulk for Rare Processes，碘化钠晶体暗物质搜索）的研究者宣告他们在项目的新一代探测器中看到了暗物质的信号（Nature 452, 918; 2008）。但据实验仪器与其处于同一穹顶下的 Aprile 说，其他团队都被他们的发现难住了，现在还没有人能够确认这个信号，实际上，他们的结果似乎与其他团队的相互矛盾。“我们的结果远非一致，”她说。

尽管这些探测器正在跳跃式发展，它们也有死穴：它们探测的前提是暗物质与普通物质有相互作用，尽管这种相互作用可能极其罕见。据 Ellis 说，这个前提不一定成立。对于他来说，这些实验就像“在黑暗中射击”。

但 Ellis 也承认，这些黑暗中的搜索也有可能比 LHC 更早发现些新东西。“我觉得这帮找暗物质的人就像扑克牌里边的大王一样难以捉摸，”他说。

中微子

对于那些想要在竞赛中打败 LHC 的科学家来说，接下来的几个月在咖啡因的催化下可能只会在他们记忆中留下努力工作的模糊印象。但研究中微子的物理学家们可能会好受些，因为他们早在十年前就在这个领域开辟了新的天地。

中微子是一族名为“轻子”的基本粒子的中性伙伴，平常我们熟悉的电子也属于轻子（译注：轻子有三种，分别是电子、μ子和τ子，它们分别有对应的中微子伙伴，所以共有三种中微子）。标准模型的原始版本预言中微子的质量为零，但实验物理学家们怀疑事实上并不是这样，因为每年他们探测到的来自太阳的中微子数量远少于理论预测。对于这种数量上的缺失，有一种可能的理论解释就是太阳发出的中微子可以在路上变来变去，从一种中微子变成另一种中微子，但只有在中微子有质量的情况下这种振荡才能实现。在 1998 年，中微子的这种振荡被位于日本岐阜县的超级神冈探测器抓了个正着，这个实验结果是对标准模型的第一个证据确凿的挑战，但也是目前为止唯一的一个。

但很不走运的是，据 Ellis 所言，标准模型只要对它的方程稍作修改就可以容忍中微子拥有质量了。“我们比较容易就能加点什么东西进去（标准模型），”他说。这样的话，尽管中微子研究者按理说已经撼动了标准模型，但他们的发现对正在探求新物理模型的理论物理学家们并无助益。

但中微子的故事并没有就此完结。来自美国、欧洲和日本的几个实验团队都在向他们的探测器发射中微子束，试图搞清楚中微子是如何振荡的。据哈佛大学的理论物理学家 Lisa Randall 所说，中微子振荡的精确细节可以帮助他们检验新理论模型的可行性。

另外，还有两个新的探测器能在这条道路上走得更远。一个来自欧洲的合作项目在靠近法国土伦的地中海海底布置了一个名为 ANTARES （Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental Research，中微子望远镜天文学与深空环境研究，缩写意为“心宿二”）的中微子探测器，而来自美国的另一个团队正在南极洲的冰川下安装一个名为 IceCube 的探测器。这两个探测器的设计思想是相同的：通过一串串的小型探测器来捕捉高能中微子冲击水或者冰的痕迹。ANTARES 在今年夏天早些时候就已经安装完毕，而 IceCube 的 70 串探测器才安装了大概一半。但据 IceCube 的首席科学家，工作在威斯康星大学的 Francis Halzen 说，现在 IceCube 的灵敏度已经是超级神冈探测器的五倍了。“我们能作出新发现并不是不可思议的，”他说。

但是我们还不知道他们可能发现些什么，有可能是被困在太阳核心的暗物质粒子产生的中微子。但 Halzen 补充说，探测中微子实验发现的东西都需要 LHC 进一步跟进。“我认为这些（中微子探测项目）只是补充性的实验，”他说，“但如果有机会的话，我倒是更希望是第一个看到新东西的人。”

成功在望？

这样的话，这些项目能否击溃标准模型呢？Wilczek 对此持怀疑态度。“我还没有激动得坐不住，”他说，如果我们看看以往的记录的话，似乎“标准模型每次都坚持住了”。他相信只有 LHC 才真正拥有打破现有格局的机会。

但是我们也不能保证这个巨型对撞机一定能做出新的发现。“我们可能在 2009 年年中就观察到超对称现象，但它也可能永远不会出现，”Ellis 说，如果真的永远看不到超对称现象的话，物理学家们面对的会是“想象中最恐怖的场景”。“（这样的话）我们接下来能干什么呢？”他问道。

但 Turner 的看法恰恰相反。这些实验和 LHC 终究是在并肩作战。他确信只要将他们的实验数据与 LHC 的结合起来，物理学家们就能击败标准模型，也会给物理学开创一个新天地。“我们站在一个重要物理学革新的边沿。”他说。

Geoff Brumfiel 是《自然》杂志在伦敦的高级记者。

关于 LHC 启动的更多资料，请参见《自然》杂志特别新闻，地址是 http://tinyurl.com/5usrfl。

译注：关于 LHC 探测器的资料，请参看 http://boinc.equn.com/lhc。这个网站内容有保证，因为有一部分也是我翻译的，呵呵。

再译注：LHC 前一阵时间发生了一点小故障，不过还是可以保持在 2009 年初开始全速运行，这样上面提到的这些计划就多了几个月的时间来打败 LHC 了。让我们来看好戏吧！

also: http://songshuhui.net/archives/5507.html