【中国科学报】宅?生活单调?看理论物理博士生的花样日常!
编者按:坐落在北京中关村基础科学园区的中国科学院理论物理研究所里,有一群中国科学院大学博士生,他们深耕于理论物理领域,苦中作乐、乐此不疲。他们的日常不只有宇宙、粒子,还有丰富多彩的生活——养花、养鱼、练拳、练书法、探店、拍视频......
你印象中的理论物理博士是什么样的?
天才、宅、戴眼镜、头发少、生活单调......
还有人说,理论物理博士通常只做两件事,忙的时候在工位上科研,不忙的时候在工位上打游戏。
近日,在中国科学院第19届公众科学开放日期间,中国科学院理论物理研究所(以下简称“理论物理所”)和中国科学报社联合开展了一场直播——理论物理博士的花样日常。一群理论物理博士生现身屏幕前,他们现场说法,如何根据公式推导打出最快的拳、脱口秀《神秘的“两暗一黑”》、如何科学看《三体》......
“好活泼!”观众们纷纷在直播间里点赞。镜头内外,理论物理博士生丰富多彩的生活、风趣幽默的表达颠覆了不少人对他们的刻板印象,也正在点燃致力投身理论物理研究的同学的新希望。
活动海报(截图)
理论物理是工作 拳击训练是生活
有句话说得好,不会计算动量的理论物理博士不是一个好的拳击手。国科大博士生黄佳志(培养单位:理论物理所)恐怕是少有的能从理论上讲清楚怎么打出更重的重拳的人,当然,他的实战经验也值得一看。
黄佳志的研究方向是暗物质和暗能量的探测,最初喜欢拳击,是想要释放压力,后来,拳击训练成为了他生活中不可缺少的一部分。为了打出更有力量的拳,黄佳志试图用理论理解拳击中的物理规律和知识。
“一个拳头的力量有多大?”在黄佳志看来,尽管这是一个相对主观的判断,但理论上依然能够给出一个计算公式。他介绍了“有效质量”这个可定量计算,且能表征拳头威力的物理量。这个物理量本质上描述的是在击打目标的过程中,从拳击手到目标的动量转移的多少。另一个可直观描述拳头威力的量是击打目标时力的峰值。
经过有效训练后,拳击手击打目标的力的峰值一般为自身重量的3倍至3.5倍之间,也就是说,一个70公斤的拳击手击打目标的力的峰值大约为2500牛顿。
黄佳志告诉大家,为了让拳头带上更大的动量,我们需要充分利用全身的每一块肌肉。具体来说,我们需要让拳头带上腿、身体核心,以及肩的力量,以顺畅的运动链条把这些肌肉的力量送到拳峰。这是增加有效质量的高效方法。
在这个过程中,黄佳志还展示了一个建模计算的例子。该例子简单地以杠杆去模拟人体的骨骼结构,利用牛顿-欧拉方法得到人体的运动函数。在现场讲演中,黄志佳用理论指导实践,并用实践验证了理论。
为了更直观地让大家看到过程,直播现场,国科大博士生陈广尚(培养单位:理论物理所)被推上台充当“练习靶”,他未经过拳击训练,直呼:“还是呆在二次元的世界里比较快乐,起码不会疼。”
黄佳志分析拳击中的物理规律和知识(视频截图)
“二次元”的快乐
“二次元”里有动漫,也有游戏,理论物理博士生在其中的快乐是怎样的?
从事宇宙学研究的陈广尚借助游戏《塞尔达传说》系列的经典背景,将其神庙传送的过程解释为,正在穿越一个虫洞。
“虫洞是一种特殊的时空几何。”陈广尚说。虫洞又称爱因斯坦-罗森桥,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,构建可穿越虫洞需要大量破坏类光能量条件的奇异物质。
陈广尚通过数学、物理公式推导虫洞结构的起源,最终以“神奇而强大的希卡族”演示了虫洞。
众所周知,海拉鲁大陆上曾经存在过一个“高等的文明”——希卡族。他们在海拉鲁大陆上留下了为数众多的高塔和神庙,以及神奇的希卡石板。借助希卡族的遗物,我们可以很方便地探索广阔的海拉鲁大陆:拿出希卡石板、点击你知道的神庙、传送、黑屏、等待传输、出现在目的地。显然,海拉鲁是一个可以具有虫洞结构的世界。
常常与虫洞一同出现的,还有黑洞和暗物质等“明星”物理名词。
国科大博士生宇文子炎(培养单位:理论物理所)系统科普了“两暗一黑三起源”,即暗物质、暗能量、黑洞、宇宙起源、天体起源、生命起源。
他还特别提到,“这些听上去似乎很高大上的名词,越来越多地被用作‘坑蒙拐骗’,希望今天之后,大家再也不会买‘暗物质按摩仪’和‘暗能量鞋垫’了。”
在三人“脱口秀”中,国科大博士生韩雨轩(培养单位:理论物理所)担当了主持搭档,畅聊日常搭档、动作搭档。这位全能搭档也带来了精彩的理论物理知识。
宇文子炎、陈广尚和韩雨轩分享理论物理知识(视频截图)
“真实的科学比科幻更加精彩”
虫洞、黑洞、暗物质和暗能量,这些宇宙的神秘物质常常出现在科幻作品中。今年的热播剧《三体》便是其中代表之一。
国科大博士生曾振民(培养单位:理论物理所)是个“科幻迷”,在高中时第一次读到国内科幻著作《三体》,他将《三体》三部曲读了两遍,他正是被小说中的设定所吸引,而选择了理论物理学专业。在《三体》电视剧热播时,曾振民也追了剧,带给他的震撼依旧不减当年,只是与当年不一样的是,《三体》中的那些“黑科技”已经不足以吸引他了,他从专业的眼光中发现了许多“bug”。
这一次分享中,曾振民讲述了《三体》中出现的诸多新奇“黑科技”:三体发送的智子、汪淼发明的“飞刃”、末日战役中的水滴、引力波宇宙广播系统、曲率驱动超光速飞船等。
在曾振民看来,科幻作品毕竟只是一种文学形式,用科学的严谨性去要求它,确实不太合适。
“真实的科学比科幻更加精彩。”曾振民说,当我们回顾物理学发展历史的时候,每一次基础物理上的进步都是一次思想和想象力的迸发,每一次理论和实验的碰撞背后都有着精彩万分的故事。“杨振宁本人也曾被问过对《三体》这部科幻小说的评价,他说,宏大复杂的结构里面描绘的宇宙观不足以吸引到他。真实的科学世界其实远比科幻精彩。”
曾振民在讲述《三体》中出现的科学知识(视频截图)
那么,理论物理博士生的导师是什么样的?《三体》带火了一位有着一头个性长发的青年理论物理学家,他曾说:“永无止境的好奇和对自然法则‘不计利害’的探索是人类最美好的特质之一。”
他就是理论物理学家、国科大博士生导师、中国科学院理论物理所研究员何颂。何颂是研究弦理论和散射振幅方面的专家,CHY定理作者之一。他也来到了现场,为大家讲述“时空、量子及其中的数学之美”。
“如果你不是对弦理论有着非常疯狂的、执着的追求,不要做研究,如果你的兴趣大到完全非它不行,认为这是一件非常有意义的事情,那就坚持下去,你会获得很大的回报。”何颂就是这样的研究者。
理论物理博士生的日常不只有宇宙、粒子,也有着“花样”的日常,养花、养鱼、打拳、练书法、探店、拍视频......当然也有打游戏。他们深耕于理论物理领域,苦中作乐、乐此不疲。
“理论物理所的同学大多都是怀揣着热情和兴趣而来,在开放轻松的环境氛围下,做科研的心态是放松的。”主持人、国科大博士生李欣阳和王晓倩(培养单位:理论物理所)说,老师和同学们以平等姿态共处,“合作”发展科研事业,大家共同追求更有价值的理论物理工作、更有意义的生活。
“理论物理博士的花样日常”直播活动的师生