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Dyson
弗里曼·戴森《全方位的无限》生命为什么如此复杂 李笃中译 Infinite In All Directions 有翻译为《無限的無限》作者於1985年的吉福德講座。
@qiusir:只有很喜欢一位作者才有要读完他所有著作的愿望吧,可惜对于戴森在物理、数学和生物方面的专业书籍我基本读不懂。这本翻印的书让我很收获,阅读过程中常想起刚工作时的钢板刻写和油墨印刷...

代序
聆听生命不朽的细语
重视生命的生理平衡胜于自我复制,重视多样性胜于均匀性,重视细胞的弹性胜于基因的宰制,重视整体对错误的容忍胜于零件对精准的苛求。(教育的过程呢?当前的教育所谓反自然,至少不遵从最多样性原理吧)
当五光十色的鸟儿仍在大地欢唱繁衍时,巨无霸的恐龙于今安在哉?戴森认为大电脑、核电站、航天飞机都好比迟钝的恐龙,最终只能成为工程师的宠物,却会在历史中三振出局。
上卷
生命为什么如此复杂
1
赞美造化无穷
如果少了一致性,宇宙就毫无伟大之处;如果缺乏多样性,世界也就失去了自由。
1887年 Adam Gifford《遗嘱》参与这项讲座的讲员无需通过任何检试;他们可以隶属于任何宗派或是毫无宗派...
科学和宗教是两扇窗,我们可探头一窥周遭世界之美,而每个人都可以自由选择一扇窗。
William James为了准备Gifford讲座的资料,层离开他在哈佛的工作两年,以收集资料及集中精神思考。
我在看待科学及人类问题时,都是出于一份对丰富多样性的热爱。多样性是生命赠予这个星球的一份大礼物;在未来,则会是给整个宇宙的礼物。而我希望在道德原则和政治活动中,看出多样性的体现。
爱因斯坦希望能找到一个“客观真实”的宇宙,而这个宇宙是由许多高山组成,他们可以登上顶峰,并以几个简单的方程式加以描述。然而,自然不是生活在峰顶,而是在山谷里。
当我们以粒子物理实验对物质做最微细的检验时,它的行为是无法预测的。它似乎是在不同的可能性中,随意挑选自己要走的路。它们像是活的东西,而不是死硬的石头。
@qiusir:有时候看书就像对待自己买来的水果,即便是物质生活比较丰富,一般也不是买来的水果要了一口就扔掉。因为自己水果的时候就相信它的味道和营养...不过说到水果,我的确是扔了不少哈哈。
人性对我而言就像是一个伟大的开始,而不是一个结束。

由生命及人性观点来看,空间是空的,甚至时间本身也是空无所有的。生命在这些广大无垠的时空中只是一点小火花,到现在还未熊熊燃烧。
科学并不是一言堂,科学是一种不断成长及改变的文化。今天的科学已经脱离了19世纪传统科学的束缚,就像毕加索已经脱离了19世纪艺术的形式一般。科学和绘画、诗歌一样,百家争鸣,百花齐放。(阿兰德波顿对毕加索什么看法呢?)
“为什么有那么多不同的教派?”妈妈很聪明地回答我:因为上帝喜欢这样。如果上帝希望我们都去同一间教会赞美他,那么他就不会造出那么多不同的认了。
@qiusir:读不舍看完的书,遇相见恨晚的人
1660年伦敦皇家学会骄傲地将Nullius in Verba(不随他人之言)当做会词。(No man's word shall be final)
@qiusir:昨晚失眠,以前也是喝咖啡,也喝啤酒,今天估计是因为看了这本书呢。
科学家同样需要这些基督教的道德观支持,这一点并不亚于传道者。
2
蝴蝶与超弦
奥本海默说过:一般人演讲时,是告诉你如何做某件事;而当施温格演讲时,他是高速和您只有他能做这件事。
欧几里得对点的定义,只有在人们超越这项定义,直接观察点与线、平面、圆弧及球这些几何图形的关系时,才变得更清楚。点本身不能单独存在,它只能以欧氏几何结构中某一部分的形式存在,这正是我们所谓点是以数学形式成立的抽象概念的意义。
地球的大小大概是整个可观测宇宙大小的\frac{1}{10^{12}};原子核的大小大概是地球大小的\frac{1}{10^{12}};而超弦的大小也大概是原子核的\frac{1}{10^{12}}(是径向大小还是体积大小还是质量大小?什么原子核?)

E=h\nu在1900年即便普朗克本人也只知道他的方程可以正确地解决辐射理论中的一些问题而已,但能量与频率是一回事,这个说法到底有什么意义?25年后,建立了量子力学学说,其意义方明。
海森堡和普朗克方程式于同一年诞生,而他是在25岁就发明了量子力学。S=kA,S黑洞的熵,A为黑洞的面积,2000年满25岁...
3
曼彻斯特与雅典
世界上第一个学术城市是雅典;而世界上第一个工业城市则为曼彻斯特。
1896年维切特(伦琴射线发现的第二年)“我们非常确定,原子绝不是宇宙中最简单的成分;相反地,由光谱的研究及一些而其他的现象可以发现,原子具有非常复杂的结构。就目前科学的进展看来,我们可能必须放弃一些想法,不要认为往更微小的世界进展就能获得宇宙最基本的真理。我相信我们可以毫不后悔第放弃这种想法。不论在比我们大或是比我们小的世界里,宇宙都是全方位的无限。如果仅凭人类经验与认知的范畴,喀什不断地探索宇宙,那么,不论是往更巨大的或更微小的方向,都会到达一个我们的认知和观念都不再适用的模糊世界中。”
@qiusir:作为第一位获得诺贝尔物理学奖(1901)的科学家,伦琴本人拒绝用自己的名字命名X射线。在伦琴(1895)之前,特斯拉(1892)发明了单电极X射线管,并提醒科学界注意射线对生物体的危害性,但他没有公开自己的实验成果。爱迪生(1896)发明了荧光观察管,后来被用于医用X射线的检验。但他终止(1903)了对X射线的研究,因为他公司的一名玻璃工人喜欢将X射线管放在手上检验,最后得了癌症,尽管进行了截肢手术仍然没能挽回生命......
工业革命对社会觉醒的重要,正如同2300年前雅典对知识觉醒的重要性。
在曼彻斯特,科学进步的动力老远并不是技术活应用的需要,而是文化与审美观。“优美的文学品位及研究自然与艺术的成就,是成为一位绅士的必要条件。”
卢瑟福:他们玩弄符号,我们则发掘自然的真相。
有一位朋友对卢瑟福说:“我不明白为什么爱因斯坦的名声会比你大!不管怎么说,是你证明了原子的模型,而这个模型有时现代物理学的基础。”卢瑟福转过头来对艾丁顿说:“你要为爱因斯坦的名声负责!”
生物学是多样论这的天地,就好比物理学识统合论者的天地一样。
物理学界会将宇宙无尽的多样性当做中心思想,就好像生物学已经接受基因密码是其中心法则这一。
惠勒:自从我们知道宇宙是由大爆炸开始之后,再要认为物理定律是由无限久之前直到无限久之后都保持不变,就显得十分荒谬了。物理定律是衍生而来的,而非最根本原始的...时间是能被超越的,定律是不断变化的,而观察者参与的程度也与结论息息相关。
4
生命是如何开始的?
蛋白质的功能就好像是硬件,而核酸的功能就像软件一样...
活细胞有两个主要功能,新陈代谢和复制。
薛定谔在出版讲稿时很自豪地在上面注明:这些讲稿时讲给约400位还没有堕落的听众听的
RNA可能是世界上最古老的“寄生性疾病”
5
生命为何如此复杂?
(费曼)(我试图由我个人的哲学观点出发,来考虑生命的起源)生命的本质与人类社会的本质相似:生理平衡比复制重要,复杂比简单重要,细胞的适应力比基因的独裁重要,整体容忍误差的能力比每部分的精确重要。
当生命要发生时,基本上是一个能高度容忍误差几率的有序组织;而一旦生命已经发生之后,整个进化过程就朝着只容许低误差程度的方向进行,而分化出许多具备特殊功能的组织。(求师得数位学习组织的发展有点同感)
“成为一个错误及被抛弃也是上帝精心设计的一部分。”
较复杂的生理平衡结构比简单的要占优势,同时也更有效率...(这里有一段谈及中央计划经济及文化封闭的社会就不摘录了)
每种生物都是它们自己基因的俘虏,而以最可能生存的方式发展下去。
一种由人类文化产生的新暴君meme,做个类比,双我是文化的基因,将人类的行为模式以文化的方式一代代地复制下去。(《自私的基因》摆在家里好几年了,是该找时间看看了)
我们身上的DNA至少有一般都是垃圾!这些垃圾DNA的存在,是生命形式时常变化的重要证据,而在人类的文化中,也可以看到类似的垃圾DNA的存在。文化中的许多垃圾,和双我暴君一起呗复制下去,就好比垃圾DNA被基因一起复制一样。垃圾文化是我们文明中的渣滓,想电视广告、占星术、老式唱片点唱机和政治宣传;而容忍这些垃圾,是生命最基本的特质。
“一个由各种生物组成而又生机盎然的雨林,其中每一部分都是在变化的动态中。”
@qiusir:Freeman Dyson以自己的哲学观点来考虑生命的起源:“生理平衡比复制重要,复杂比简单重要,细胞的适应力比基因的独裁重要,整体容忍误差的能力比每部分的精确重要。”读这一段让我拍案,生命的本质与社会的本质相通,被生物基因和文化基因俘虏的我们,身上如周遭一样,至少一半的垃圾DNA,而对它们的容忍,是生命的基本特征。 当喊出我爱这个社会、我爱这个国家,并不意味着我对现在满意,我那么说,也只是因为我还活着……
6
生命的终极是什么?
我不太同意温伯格的哲学观,但我完全同意他所写的事实。
“当我们似乎更了解宇宙时,宇宙也就更难掌握。”
“任何想把知识和价值混为一谈的做法都是违法且被禁止的。”
如果说牛顿主导了18世纪的科学发展,那么达尔文就是19世纪的领导者。
达尔文在其发表《物种起源》前,拖了20年,牛顿在发表《自然哲学的数学原理》一书前也拖延了20年;而牛顿拒绝发表他对宇宙的推测,同样地,达尔文也不讨论有关生命起源的问题。
生命是组织的存在,而非物质的存在。(很喜欢这句)
如果宇宙是开放的,那么当无知的消灭威胁生命的存在时,生命的历史才算真正开始。
人类的智慧是薄弱的,有时候它无法坚持它自许的无限。但即使是这样---虽然在黑色的嘲笑中它弯腰有点头,我却深知它正对着众神咆啸,等待最后的晦暗。”(我似乎写过把我的骨灰撒在路口...)
“每当我仰望星空时,都不禁怀疑为什么这世上的人没有全变成天文学家。具有感性与理性天赋的人们应该忽视那些过去感兴趣的科学,并深入了解宇宙。...而事实上,我们完全局限在这个世界里,就如一颗沙粒中链住的众多原子一样。
@qiusir:想起今年竟然被吾班家长恶意举报的事还是有点堵心,但想来,如果没有这件事,也会有其他不开心的事,谁知道那一件更糟糕呢。主要是经过任何一件事,对我都是一个新的开始,也是不一样的自己的必由之路...I have no responsibility to live up to what others expect of me. That's their mistake, not my failing.喜欢戴森最佩服的费曼的这句话。
对我而言,这个宇宙中最让我惊讶的事情,是指挥我的手指写下这些文字的心智。经由某种神秘的自然程序...经过长时间的生物演化,心智本身已经成为我们所居住小小世界的推动力,并控制了这个星球。
@qiusir:记得斋藤孝说过,一本书读过和没读过是不一样的。很惊讶,如果没有读过戴森的书的自己是多么无知啊,如果没有读过这本书,自己是多么不幸啊...

下卷
核冬天到又见蝴蝶
7
寻根
@qiusir:没谁不愿意被称赞,但是否愿意付出对应的代价。即便你想被称赞也付出相应的代价,是否就能得到赞美呢?那样的赞美有什么意义呢...
当我8岁读了凡尔纳的书之后,我的人生起了很大的变化。我知道这些疯狂的美国人掌握了未来,因此聪明的我应该快快加入他们。所以,应该说凡尔纳指引我到了美国...
8
快即是美
自然界的效率与弹性远胜于工业界:当一只臭鼬在森林里死掉时,几个星期之后只剩下一堆骨头。然而如果一部汽车报销后弃置在废车厂,十年之后却仍然“健在”。
科学的主要目的,纯粹是为了了解自然;至于科学的应用方面一定都是次要的。
能源树(讲光合作用所产生的纤维素转变成可用的液体燃料)、采矿虫(挖掘黏土以取得金属矿带回地面)和清道龟(拥有金刚钻的牙齿来分解人类的废弃物)
核能科学家最大的错误是把他们的热情投注到核弹上,而非反应堆。
9
太空与科学
如果从科学的观点,没有一件事是完全成功的,但是绝对有些事情是完全失败的。完成一项任务,通常在解决了旧问题的同时,会引发一些新的问题。
科学必须随时准备好改变方向,所以科学工具就必须非常有弹性,而且是多功能用途。
如果能够不再做类似哈勃太空望远镜与伽利略计划这种只求一击中的的大型计划,太空科学会更加繁荣。
我们在1988年所发射的哈勃望远镜是19世纪的技术,它是一面大镜子,因此它所代表的是旧时代的结束,而不是新时代的开始。太空科学的新时代不论在机械上海市心理上,都是会非常有弹性。
2010年时,微型太空船的结构不再由金属、玻璃或硅构成,而是活的生物,就像在地球上的幼虫,发射进太多空时就像茧一样,借着激光推进器的力量进入轨道,在太空中就像只蝴蝶一样。一旦到了太空,“太空蝴蝶”就以“太空帆”当做它的翅膀...
10
工程师之梦
超大型水坝、隧道、桥梁和人工湖人工岛等,这些当年让人十分感兴趣的东西,到如今已完全失去了它的吸引力了。即是今天我们做得到,也没有人想去建造,这些事物太没有弹性、太慢,而且太浮夸了。
我的朋友相信用一大堆麦金塔来淹死僵硬的官僚,要比用技术禁运饿死他们更容易得多,这种小型的微电脑与软体将会是推翻中央集权政府最好的工具---这是另一种可能、也可能不会实现的“工程师之梦”。(现在看,有的实现了,有的反而强化了集权)
11
权力的平衡
国际力量必须在一个稳定的基础上达到平衡,国家本身必须强到足以防卫自己的领土,但不够强到统一世界。
12
星球大战计划
尤其当我发觉自己竟然同意他(里根)的意见时,我由震惊而变成羞愧。
“难道救人一命不比报复别人更好吗?”
@qiusir:看过的电影很快忘记,看过的书也会忘记,自己说过的话印象也没想象的深刻,但对做过的事情,多少回存留记忆。与其在认真说,去便捷什么行什么不行,还不如多点年轻人的冲动,多多行动。教育活动的开展要比夸夸其谈必要和有意义得多...
(核武器)不必要且失去吸引力
13
理想国奥地利
所谓“专家”,是指某人在某个领域中,都已经犯过并修正了每个可能的错误,而由他的书中,我发现我的演讲中有些叙述是完全错误的。
耐心的人才有收获。
@qiusir:眼下对学生的评价,多限于考上什么大学,或是当什么领导挣多少钱,并没有关注到他的幸福,也不曾想过为社会做出什么贡献。就如同困难时期,大家关注点是温饱,没能力考虑口味和健康。所以那个年代流行啤酒肚,就如现在高考状元受热捧一样。想来精神状态一直营养不良。说到分数,某个侧面可是和体重、身高相比拟。有时候你不得不面对你和别人一辈子的差距的事实。比如我活了四十多年也没有十多岁的孩子高和重,但这绝对不是我放弃进食的借口,反而这应该是我健康生活的动力。没必要追求完美的自我,社会总会为你留有位置,活出自我是我们唯一要走的路...
14
骆驼与剑
不能为了捍卫国土等冠冕堂皇的理由就采取不道德手段,危机人类社会。
叙利亚北部的一个城市实施一种税法...一辆车的载重相当于两头骆驼的载重,所付的税却相当于四头骆驼的税。
在大约一至两个世代中,已经无人知道如何建造与修理这些车辆,也就没有任何车辆存在于阿拉伯世界中。在阿拉伯的语言与文化中,有轮的载具消失了将近1000年。
枪在日本绝迹的历史轨迹,就好像车辆在叙利亚北方消失的情况一样。
当枪械流行于17世纪,就是由配备枪械的农民来打仗,这使得日本武士所受的训练毫无用武之地。如果农夫可以赢得战争,这些日本武士又有什么尊严可言呢?这些贵族原本是非常轻视农夫的,就好像在阿拉伯世界中,骑骆驼的人要比驾车的人更有尊严。
每个国家都很独特,但日本却是其中最特别的国家。
日本有个特殊的任务,那就是,将世界带进没有核武器的未来。
15
核冬天
所谓核冬天是指在核战之后,由于大气层中充满了致命的放射线、化学物质以及烟尘,而保持长期的寒冷和黑暗,不论有罪或是无辜,也不论是强者还是弱者,将无一幸存。
核冬天不仅是个理论,同时也是个具有高尚道德含义的政治宣言。
“追寻真理胜于善行,胜于保全性命,比纯真更神圣,比爱更高尚。”
我们生活在水分丰富的星球上,而对天气形态的预测,即使是以最大的电脑来进行模拟,也都仍然是一种艺术,而非一门科学。
一项没有道德的技术失之粗野,而没有技术支持的道德感则只能流于空谈。

@qiusir:听到小朋友说,“这不科学...”
16
21世纪新科技
信息技术能够达到平均各地财富的功能(目前的结果似乎相反呢?)
科技是上帝给我们的礼物。
新科技中最重要的成分是信息,而信息带来希望。
科技是这个星球环境的一部分,它应该和水及空气一样与全人类共享。试图独占科技,就像试图独占空气一样地愚蠢。
科技对人类而言,是比武器更有力的解放工具,而这正是为什么科学家在谈论国际政治问题时,能比制造炸弹的人更具权威性。
“建造者和机器之间,已经被误导至近似母子的关系了;然而这是不对的。”
第一批到达弗吉尼亚的人试图找寻黄金,但后来他们则是靠种植烟草而致富;在麻省的清教徒本来希望靠捕鱼为生,到后来大家都变成农民或是毛皮商人。产生经济效益最重要的前提是必须有弹性。
@qiusir:说话表达思想并不高端呢,声音传播速度慢。文字信息的传递应该是光速吧,如果善用颜色来表达,人会进化成太空的彩蝴蝶...
17
又见蝴蝶
“使死者复生,并不是什么了不起的魔术。很少人是死尽的:只要对着死者的余烬吹气,一团火焰又会再度升起。”
人类有两个未来,一个是我们所希望额未来,一个则是我们命运安排的未来,而人类从未学会如何把它们分开。

当我们把时间回溯千百万年前,看看伟大的生存意志在泥泞中挣扎而出,看生命在不同形式及不同力量之间奋斗,看到生命在地上爬行,然后能满怀自信地走在陆地上。看到生命一代又一代克服呼吸空气的苦难,看到生命爬进黑暗的深渊之中;我们看见生命如何调整自己,以适应狂风暴雨饥饿的威胁,最后形成新的生命形式。我们看见这些生命渐渐和我们愈来愈相似,它们扩张,为了一些特定目的而相互合作;最后我们看见这些生命变成了我们脑中的节奏,我们战舰上的炮声,我们城市里的哄笑。

我们在探索未来时,面对最大的问题是:人类并不是最后的结局。在我心里,到底在人类之后会发生什么事,才是最令我着迷、也是全世界最不可解的问题。
我相信一些其他的东西,那就是普世的合作及共同的目标,还有就是对人类伟大命运的信心。世界可能会冻结起来,太阳也可能会熄灭,但在我们心中有些事情是绝不会被摧毁的。
我认为:宇宙是根据最大多样性原理而建立的Principle of Maximum Diversity。这个原理不仅在物质世界有效,在心灵世界也同样成立。那些自然定律及初始条件之所以是这个样子,是因为这样才能使这个宇宙生趣盎然。由此看来,生存只是个可能,而且充满了艰困。每当一个困难被生命克服之后,马上机会有新的挑战出现,所有这些围绕着我们发生的事情都使得生存极不容易,像彗星的撞击、冰河时代、武器、瘟疫、核分裂、电脑、性、犯罪和死亡等等。并不是所有的挑战都能被生命克服,因此有悲剧的产生。最大多样性通常带来的是最大的压力,到最后生命如果能存活下来的话,只不过是在这些挑战中能够幸免于难罢了。
@qiusir:早该读完戴森的《全方位的无限》。最后一章他提到的宇宙最大多样性原理让我想起电路系统电压电流分配满足的最小能量原理。结尾引用了但丁的诗:“自矜的教徒啊!可怜又渺小的灵魂,藉着扭曲心智的微弱光线,自以为繁荣昌盛———即使正在沉沦途中,难道你们看不出:我们只是蠕动的虫儿,生来就是为了幻化成天使般的蝴蝶,飞拥向审判的宝座前?”深秋的这些彩色叶子是蝴蝶幻化的还是……

10

关于诺贝尔奖,中学生能懂的并不多,下面试着(半)定量研究下80年前获得诺贝尔物理学奖的一个装置,who what where when why how...
qiusir201910
1919年卢瑟福(E.Rutherford)用天然放射源中\alpha 粒子(即氦核)作为“炮弹”轰击金属箔的“靶”(atomic target),实现了人类科学史上第一次人工核反应,发现原子核本身有结构,人们不断寻求更高能量的粒子来作为“炮弹”。
加速器是一种加速原子核和质子和电子等基本粒子的装置。为什么要加速粒子?探索原子核内部结构、粒子性质以及获得新粒子等等,让肿瘤消除,让土豆增产...
zeyuanz
猴子砸核桃为食,而知识的探索始于好奇。瞄准乒乓球(超常部,臧泽元)的小朋友长大了没准会去轰击原子核或更小的粒子,没准会掀起宇宙的波澜...
零、直线加速器(high-frequency linear accelerator)
linear accelerator
via[?]按照表达习惯修改了U代表电压等细节
保证粒子每次可以在正确的时间到达间隙从而被加速,当电场反向的时候,带电粒子处于屏蔽了减速电场的漂移管中,从而使整个过程加速。高频...
(为简化问题,此文把窄缝处的电场都等效为匀强电场,加速过程当成匀变速运动)
eg0:加速缝隙很小,且认为质子在每个漂移管内运行时间为半个周期。以及电压f=1\times10^7Hzv_{c_1}=8\times10^6m/s,v_{c_4}=1\times10^7m/s,质子比荷\frac{q}{m}=1\times10^8C/kg。求漂移管C1的长度和相邻两管间的加速电压...
(0.4m 6\times10^4V)
linear accelerator
一、回旋加速器
早在1924年就有科学家提出直线加速器的概念,1928年出现了第一台发明了用漂移管上加高频电压原理建成的直线加速器,在此原理的启发下,劳伦斯发明了回旋加速器。

1932

回旋加速器是通过高频交流(不涉及漂移管长度,为什么也用高频?)电压来加速带电粒子,大小从十几厘米到数米都有。由欧内斯特·劳伦斯(E.O.Lawrence)于1929年在加州大学伯克利分校发明,获1939年诺贝尔物理学奖。
二、相关参数
0、估算质子在1T磁场中偏转的频率和动能为1Mev的质子的速度为光速的多少倍
f=\frac{qB}{2\pi m} f=\frac{1.6\times10^{-19}C\times1T}{2\pi\times1.67\times10^{-27}kg} 估算约10^7HzE_k=\frac{1}{2}mv^2,\frac{1}{2}1.67\times10^{-27}v^2=1.6\times10^{-19}\times10^6粗略估算约光速的0.05倍
1、带电粒子能获得的最大速度v_{m}
在速度远小于光速的前提下,被加速n次后的带电粒子在磁场中的圆周运动满足qv_{n}B=\frac{mv^{2}}{r_{n}} ,轨道半径r_{n}=\frac{mv_{n}}{qB}
回旋加速器的最大半径为R,则带电粒子能获得的最大速度v_{m}=\frac{qBR}{m}
与加速电压U无关的最大速度也可以表示成v_{m}=2\pi{R}{f}

2、相邻轨道半径的比\frac{r_{n+1}}{r_{n}}
nqU=\frac{1}{2}m{v_n}^2r_{n}=\frac{mv_{n}}{qB},得r_{n}=\sqrt{\frac{2nmU}{qB^2}}
\frac{r_{n+1}}{r_{n}}=\sqrt{\frac{n+1}{n}},大概能理解轨道越来越密集...

1932

3、带点粒子被电场加速的次数n
狭缝间加速电压U,由动能定理知,每加速一次对带电粒子做功为qUnqU=E_{km}
由前面得知v_{m},带电粒子能获得的最大动能为E_{km}=\frac{1}{2}m{v_{m}}^{2}=\frac{q^2B^2R^2}{2m}
则被加速的次数n=\frac{qB^2R^2}{2mU}(更应该称其为“加能器”)

4、带电粒子在磁场中运行的总时间t_{B}
带电粒子在磁场中做圆周运动周期为定值,T=\frac{2\pi{m}}{qB}。每加速一次偏转半周,t_{B}=n\frac{T}{2}
t_{B}=\frac{\pi{B}R^{2}}{2U}

5、带电粒子在电场中运行的总时间t_{E}
带电粒子在狭缝间的电场中的运动可以看成是匀加速,a=\frac{qU}{dm}v_m=at_{E};或者通过nd=\frac{1}{2}a{t_E}^2求得
t_{E}=\frac{BRd}{U}

1932

6、带电粒子在磁场中运动时间与在电场中运动时间的比较\frac{t_{B}}{t_{E}}
根据前面的结论,\frac{t_{B}}{t_{E}}=\frac{\pi{R}}{2d},由于狭缝的宽度d远小于回旋加速器最大半径R,所以会有t_{B}>>t_{E},这是很重要的前提。
也可以借用最后半圈的时间t=\frac{\pi{R}}{v_{m}}t_{B}=\frac{n\pi{R}}{v_m},而t_{E}=\frac{nd}{\frac{v_m}{2}},这样比较更便捷。
(通常一个粒子在回旋加速器中心飞行到提取装置的总时间约为几个ms)
7、对不同粒子的加速问题_{1}^{1}H_{1}^{2}H_{1}^{3}H_{2}^{4}He
如果某回旋加速器可以对_{1}^{1}H加速,不作调整还能对上述的哪个(些)粒子进行加速?
带电粒子在磁场中的运转周期和外加交流电的频率是对应的,而T=\frac{2\pi{m}}{qB},对比荷相同的粒子仍然可以,但上面并没有满足这一条件的粒子。其实也可以对_{1}^{3}H进行加速,在磁场中运转的周期是_{1}^{1}H奇数倍的可以恰好赶上加速的峰值电压,也是可以的...(最大速度和最大动能是质子的多少倍?)

劳伦斯本人科普回旋加速器的原理,字幕是机器自动翻译的。ups and downs的创意...
三、相关题目
1932

eg1:计算第一台回旋加速器能使质子获得的最大动能?(半径0.1m,B=1T,m=1.67×{10}^{-27}T)(结合前面估算具有1MeV动能的质子速度数值,加速电子会怎样)(直径只有12厘米,可以拿在手里,加速粒子能量可达到0.8MeV)
回旋加速器一般适用于重离子,对电子相对论效应太明显,容易出现“滑相”。
考虑相对论性效应,m=\frac{m_0}{\sqrt{1-(\frac{v}{c})^2}}
速度增大粒子的质量增大,绕行半圈的时间变长,以致逐渐偏离了交变电场的加速状态,因而粒子的能量达到一定的限度就不能再增大。
技术上有两种解决办法:一种是使磁极外圈的磁场逐渐增强,抵消相对论性效应的影响;另一种是调节加速电场的变化频率,使之适应相对论性效应的影响。前一种改进措施发展成为扇形聚焦回旋加速器,后一种改进措施发展成为同步回旋加速器。

eg2:某回旋加速器交变电压频率f,可将原来静止的\alpha粒子_{2}^{4}He加速到最大速率v,使它获得的最大动能为E_k,加速次数n。忽略带电粒子的初速度、所受重力、以及通过狭缝的时间,且不考虑相对论效应,交流电频率调至2f,则用该回旋加速器加速静止的质子_{1}^{1}H,能使其获得的最大速度为2v、最大动能E_k,被加速的次数2n

eg3:两个相同的回旋加速器分别接在加速电压为U_1U_2的高频电源上,且U_1>U_2。有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动,设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t_1t_2,获得的最大动能分别为E_{k1}E_{k2},比较他们的大小。

eg4:实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为B_mf_m,则带电粒子粒子能获得的最大动能E_{km}
f=\frac{qB}{2\pi{m}}f_B=\frac{qB_m}{2\pi{m}},如果f_m<f_b ,最大动能由B_m决定,否则由f_m决定。

美国劳伦斯国家实验室1954年建成的一台6.2GeV能量的弱聚焦质子同步加速器,磁铁的总重量为1万吨。有兴趣可以了解下LHC(Large Hadron Collider)...
四、E.O.Lawrence



"Lawrence will always be remembered as the inventor of the cyclotron, but more importantly, he should be remembered as the inventor of the modern way of doing science."
—Luis Alvarez, winner of the 1968 Nobel Prize for Physics
避免被加速粒子与空气分子碰撞,有真空的要求;还有高频电压等等,这些都有很高的技术要求。
1931年,劳伦斯和他的学生们建成了第一台回旋加速器,直径只有12厘米,加速粒子能量可达到0.8MeV。后来,在劳伦斯的领导下,在美国建成了一系列不同的回旋加速器。回旋加速器的Dee盒内要有真空的条件,交流电压的频率10^7
E.O.Lawrence was the "father of big science", the first to advance the idea of doing research with multidisciplinary teams of scientists and engineers.
元素周期表上第103号元素铹(Lawrencium)...
1932
“It never does much good to find out why you can’t; put your effort into what you can do.”
— Ernest Lawrence
和说太多相比,思考不是件坏事,但和行动相比,只是思考也没有太大意义。

附:
B(magnetic flux density)
磁感应强度又称磁通量密度,国际单位为特斯拉(Tesla),纪念美籍塞尔维亚发明家尼古拉·特斯拉。
在CGS制中,磁感应强度的单位为高斯(Gauss),纪念德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯。1G_s={10}^{-4}T
一个冰箱贴的磁感应强度约1G_s;实验室中产生的最强瞬间磁场记录为80T...
H(magnetic field strength)
国际单位之中磁场强度的单位为A/m,在CGS制中单位为奥斯特(Oersted),符号为Oe,纪念丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特。在真空中,1Oe=1Gs。(奥斯特比欧姆待遇高,同为首字母O,欧姆被Ω替代了)
who what where when why how...

\mathfrak{qiusir@qiutopia}
课后的几点补充:(2019/10/15)
1、课上讲解和交流的内容是从准备的材料中提炼出来的,或说是从某一条线索推进的。主要是看核心的问题是否凸显了,然后才是问题是否清楚了,后面才是相关问题解决和熟练的练习...
2、关于引入,通过臧同学专注的击球的照片,设想未来的他,是专业的运动员?在少年班读书的他更可能成为轰击原子核甚至更小微粒的科学家。科学家身后黑板上的图和今天的课题很相近,甚至MIT卢因教授的板书也和今天课题呼应,学生大都GET了这个点,至于我特地放了瓶可乐,由于时间紧,没怎么说...从物理的角度有两种极限,一是大的极限,比如银河比如宇宙。另一种极限是小的极限,原子核,核子,夸克等等,而回到臧同学的未来,加速器不仅在探究物质机构,在医疗在生物等等方面都有应用。他的未来,无论是向着大物体还是小物体发展,都是“全方位的无限”...
3、看到外国语学校的同事来,有新疆部、理科部和少儿部的来,当然更多是高中部的,有几位别的学科老师也来了,感谢捧场...
4、杨专家评课,提到首席教师...教化学出身的他老人家还特地先学习了加速器相关知识。提到不仅是知识传授,还强调知识探究方法,引用了大脑不是容器是火把的名言。说到板书很科学,黑板白板相结合,颜色的信息凸显。不仅关心孩子的问题解决,还重视学生问题的提出...个人素质好,整合能力强。幽默,“生活中的下坡路不要悲观,动能会增加...”让他印象深刻。
5、张组长评课,提到上课的节奏感,不紧不慢,张弛有度;即便是学生没有明白也不放弃交流;课堂内外,科学素养;小孩的照片引入,PPT耳目一新,重视与学生互动...
6、杨老师评课,她很有热情,更是慷慨。很抬举我说了不少好话哈哈。提到我选了这个课题,就如我骄傲又任性哈哈,提到创新、精确的构图,提到艺术、人文的气息,颜色的信息和识别,做到了艺术美和科学美的叠加。从直线加速器到回旋加速器的呼应和递进。课后她特地拷贝了几张图...外国语的葛老师也来听课了,说重视思维培养,重视物理研究...
qiusir
·高中部第258期每周一课[?]
7、感谢参与班级高二3班同学们的支持,感谢吴杰和求师得Laura、May拍照...感谢于鉴轩和石越洋两位同学的软文...另,投影用的是下面这张图片:
qiusir

P.S.多日后,食堂里遇见学校的专家,特别提醒给我留言了,看了下士关于ABCD中D的读音,应该读di,不要读de。还特地问了下学生们,大家都接受为了方便区分选择题B\D而读de,包括英语老师有的也读de的。我记得大学时,公共课老师读Boy\Dog,有学生还告诉我,北京附近有还读dei,哈哈...姥专家不仅给我留了言,还写了长文。其实吧,关于矢量还是向量的说法,钱三强都让大家自己选择吧...

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Alfred Adler What Life Should Mean to You 我读的这版是 友谊出版社出版 曹晚红
译者序
阿德勒认为,由于身体缺陷或其他原因引发的自卑,有可能摧毁一个人,使人自甘堕落或发生精神病,但另一方面,也有可能使人发愤图强,力求振作,以补偿自己的弱点。(罗斯福,你猜,其实佝偻病的阿德勒也是吧)
自卑感并不是变态的象征,而是个人在追求优越地位时的一种正常的发展过程。
一、生活的意义
我们一直是以自己赋予现实的意义来感受现实,我们所感受的不是现实本身,而是现实被我们所赋予的意义,或者说是我们的感受是我们自己对现实的解释。
每一种个体自认为绝对正确的生活意义可能多少都含有错误的成分在里头,没有人拥有绝对正确的生活意义;但同时我们也会发现,无论是哪一种生活的意义,只要有人持有这种态度,它也对不会是完全错误的。
@qiusir:《美国工厂》里一段话很真实,我们生活在一个很大的星球,很大,有时很分裂,但 we are one!
人生的三大事实:
1、我们人类居住在这贫瘠星球的表面上,(目前)我们没有办法脱离地球表面去讨生活。
2、我们自己并不是人类种族的唯一成员,我们四周还有其他人,只要我们活着,就必然要和他们发生联系。
3、人类有两种性别,个体和人类集体生命的存续都必须依赖这一事实。
个体的人为了自己的幸福,同时也为了人类的福利,所采取的最重要的步骤就是和别人发生联系。假如我妈你将自己孤立,我们必将自取灭亡。
属于私人的意义是完全没有意义的,意义只有在和他人交往时才有存在的可能。
奉献是生活的真正意义。
对于不是以合作和奉献作为生活意义的人,我们所下的最后结论是:“你是没有用的。没有人需要你,请你走开!”
意义不是由环境决定的,而我们则以我们赋予环境的意义决定了我们自己。
合作也是我们拥有的防止神经病倾向发展的唯一保障。
二、心灵与肉体
感情是可以随需要而呼之即来或挥之即去的。
器官缺陷是一种能使人向前迈进的刺激。
只要心灵找出了客服困难的正确方法,有缺陷的器官即能成为重大利益的来源。
我们决不能只治疗一种病症或一种单独的表现;我们必须在整个生活的式样中,在心灵解释其经验的方式中,在它赋予生活的意义中,在它为答复由身体和环境接受的印象而做的动作中,找出其错误所在。
三、自卑感和优越感
当我们能懂得自杀必定是一种责备或报复时,我们便能了解在自杀中对优越感的争取。死者一定会把他死亡的责任归之于某一个人。自杀者仿佛在说:“我是所有人类中最温柔的、最仁慈的人,而你却这么残忍地对待我!”
自卑感本身并不是变态,他们是人类地位之所以增进的原因。
生活的意义是在生命开始的四五年间确定的;确定的方法不是经由精确的数学计算,而是在黑暗中摸索,像瞎子摸象般对整体不了解,只凭感觉捕捉到一点暗示后,即做出了自己的解释。
优越感的目标也同样是在摸索和测绘中固定下来的,它是生活的奋斗,是动态的趋向,而不是绘于航海图上的一个静止的点。
一个人愈健康、愈接近正常,当他的努力在某一特殊方向收到阻挠时,他愈能另外找寻新的门路。只有精神病患者才会认为他的目标的具体表现是:“我必须如此,否则我便无路可走了。”
人类对价值和成功的所有判断,最后总是以合作为基础的,这是作为人类最伟大的共同之处。我们对行为、理想、目标、行动和性格特征的各种要求,都是它们应该有助于人类的合作。
四、早期的记忆
记忆绝不是偶然的,人们只会记忆那些对他的处境极其重要的事件。
一个人的记忆是他随身携带的,能使他想起自己本身的各种限度和环境的意义的载体。
@qiusir:看到一句话很有趣,不握着剑没法保护你,可握着剑又不能拥抱你。生活就是这样...
五、梦
人们经常相信左右是互相对立的,男女、冷热、光暗、强弱也是相互对立的。但是,从科学的立场看,它们不是相互对立的事物,而是同一件东西的变异。
梦是想要要出问题解决方法的企图,它们显露出个人勇气的丧失。
假如我们在梦里不用隐喻和符号,而坦率地说出自己的意愿,我们便无法回避开常识。
六、家庭的影响
父亲和母亲都不应再家中战友太突出的地位。
认为对孩子的兴趣是一种低下工作的女人,绝对无法学会要给予孩子一个好的开始所需要的技巧、关心、了解和同情。
作为父亲,他必须证明他自己对妻子、对儿子,以及对社会都是一个好伙伴。
“等你爸爸回来教训你!”(当妈的这样的话)等于暗示,把父亲当做最后的权威以及生活中的实力人物。也破坏了父子之间的关系,让孩子们怕父亲,而不觉得他是可亲近的朋友。
最好先了解孩子希望知道什么,并只回答他们正在思考的问题,而不要从我们自己的角度强迫他们接受我们认为每个人都应该知道的事情。
不管我们为我们的子孙做些什么事,其实我们都是为整个社会而做的。我们无法脱离这种和同类之间的联系。
假如一丛树木种植在一起,事实上它们每一株都各占有不同的情境。如果其中有一株因为能够照到更多的阳光,拥有更肥沃的突然个,它一定会长得比较快,但它的发展也会影响到其他各株幼苗的成长。(父母和老师应该尽量避免对天资优越的孩子的偏爱)
懒惰是野心再加上勇气丧失所得出的结果,野心高得使人看不出有实现的希望时,自然会令人心灰意冷。
七、学校的影响

当孩子开始上学时,他们对竞争的准备比对合作的准备更为充分。在他们的学校生活中,对竞争的训练也一直持续不断。对孩子而言,这是一种不幸。假如他们击败了别的孩子,遥遥领先,他的不幸并不见得比屈居人后而万念俱灰的孩子少。在这两种情况下,他都会变得只对自己感兴趣。他的目标将不会是奉献和施予,而是夺取能供自己享用之物。

一个孩子未来发展的限度是绝对无法预测的。智商只能够用来帮我们认清一个孩子的困难,让我们找出克服它们的方法。(译者似乎用了太多我们?)
在教育中引起最大困扰的,并不是儿童本身的各种限制,而是他认为他具有的各种限制。
他们最常犯的错误是相信他们再也无法进步了。
在教育中所犯的各种错误中,相信遗传会限制孩子们的发展是最糟糕的一种。
从事教育的人胶乳能够把性格和智力的发展全部归之为遗传,那么我实在看不出在他的职业中还能希望完成些什么东西。
认为性格中有遗传成分的信念只能称为迷信而已。
即使我们发现,有许多家庭一连几代都产生出天赋较高的人才,我们也不能认为这是遗传的结果。我们宁可假设:这个家庭中某个成员的成功,刺激了其他人奋发向上,而且家庭的传统也使得孩子们在耳濡目染中继承了先人的志趣。
比方说,当我们发现大化学家李比希是药房老板的儿子时,我们也不必想象他在化学方面的能力是得自遗传。我们只知道,他的环境允许他发挥自己的兴趣,在其他孩子对化学仍然无所知的年龄...
八、青春期
@qiusir:教师的教学实践和学生的实际收货是我们的重心。这几天,求师得发出去几百张数位学习证书,更重要的是,我们也免费提供了几百个汉堡...
九、犯罪及预防
人类彼此之间的差异其实并没有这么明显。
罪行是懦夫模仿英雄行径的表现。他们在追求着一种自己构想出来的个人优越感目标,他们还以为自己是英雄,但其实这又是一种错误的统觉表,也是缺少常识的表现。
尽管罪犯所受的教养和训练各不相同,但他们却都没学会合作之道。(第一次觉得学生学会合作这么有意义)
假如我们能使罪犯对人类的幸福产生兴趣,假如我们能使他们对其他人感兴趣,那么就不会有任何问题了。
个体心理学为我们在这片黑暗大陆上投下了一片曙光,我们因此可以看得比较清楚。在5岁左右,儿童的心灵就成为一个整体,他人格的许多线脉都聚会在一起了。

教孩子合作就像教他们地理课一样,因为它是一种真理,真理必然是可以传授的。不管是成人还是儿童,假如他没有充分准备就去参加地理科目考试,他必然会遭到失败。同样的,不管是成人还是儿童,假如没有充分准备,就到一个需要合作的情境去接受考验,那么他也会一败涂地。(回想起刚入职的几年,似乎从同事的只言片语中感受到自己和世俗的格格不入...)
他发展出一种毫无价值的优越感来隐藏起他的自卑情结。他一直在想象自己是多么勇敢,多么出类拔萃。但是,我们能够把一个生活战线上的逃兵称为英雄吗?罪犯其实是生活在他的迷梦里,他根本不知现实为何物,他必须尽力使自己不要面对现实,否则他就只能放弃他的犯罪生涯。
在我们的文化里,大部分人在他们的困难超过某一限度之后,合作能力就荡然无存了。
我们在现代文化中享受的各种成果,都是许多人奉献出自己力量的结果。假如个人不合作,对别人不感兴趣,而且也不想对团体有所贡献,他们的生活必然是一片荒芜,他们身后也不会留下一丝痕迹。
十、职业
束缚人类的三条系带构成了人类的三个问题:第一个就是职业问题,第二个是与他人相处及合作问题,第三个是两性关系问题。这三个问题不能分开解决,要解决任何一个问题都依赖于其余两个问题的顺利解决。
以尽母亲天职而对人类生活有所贡献的妇女,也像其他人一样,在人类的分工制度中占有崇高的地位。

有些孩子在16岁结束高中学业之时,对自己未来的职业仍然拿不定主意。他们经常是品学兼优的学生,但是对以后的生活却一点主意也没有。如果详加注意,我们会发现这些孩子大多野心勃勃,不过却不肯真正与人合作。他们没有找到他们在分工制度中应该走的道路,也无法及时找到实现其野心的具体方法。因此,早一点问孩子们希望从事哪一种职业是很好有好处的。

只有对人类的共同福利有贡献的个人,人们才称之为天才。我们无法想象身后对人类没有留下丝毫利益的天才究竟是什么样子。艺术都是全体人类精诚合作的结晶,伟大的天才也提高了我们的整体文化会准。
荷马在他的史诗中只提到三种色彩,而用这三种色彩来描述所有颜色的区别。
现在我们之所以能够用和谐的音调代替原始人单调的声乐,都是音乐家们所赐,他们润泽了我们的心灵,并且叫我们如何训练我们的听觉功能。是谁增加了我们心灵的深度,让我们谈吐幽雅(优雅?),思想深邃?那时诗人。他们润饰了我们的语言,使之更富于弹性,并适用于生活的各种用途。天才是人类中最善于合作的人,这应该是没什么问题。在他们行为和态度的某些方面,我们或许看不出其合作的能力,但是我们却能从其生命的整个历程中体会到他们是多么善于合作。
他们在儿童时期就开始刻苦训练。他们磨练着他们的理性,从而使自己能够接触并了解世界上的各种问题。从这种早期的训练,我们可以断言,他们的成就和他们的天才是他们自己创造出来的(翻译者用了太多我们和他们?),而不是遗传或上苍的赐予。他们努力奋斗,使得后事能分享其余荫。
十一、人及其同伴
@qiusir:今天(2019\09\26)才理解点学会合作的意义。读老外的经典著作总不会失望...
人类最古老的努力之一,是和其同类缔结交谊。(交谊?我开始对译者表示怀疑了)
婚姻并不是私人的事情,而是全体人类在心灵上和精神上都必须参与的共同事务。
站在我的观点,任何人类的努力,只要是以合作为最高目标的,我都完全赞同。争执、批评和贬抑对方都是不必要的。我们还不知道什么是绝对真理,因此,通往合作的最终目标也许有许多不同的途径。
要治疗疯子是一种艺术,而且是一种相当困难的艺术。我们必须设法赢得病人的合作,这一点只有极具耐心以及抱持最仁慈和最友善的态度才能做到。(为什么当老师会常有挫败感了哈哈)
我连续对她说了8天话,她却一个字也不回答。我继续和她说话,30天之后,她才开始以含糊不清的语言作答。我对她很友善,她也因此收到了鼓励。
如果每个人都以正确的途径担负起他的工作,他在改进世界的事业中便已经尽到了自己的责任。担负起他的工作,意思就是要以合作的方式担负起解决生活中三个问题的责任。我们对一个人的所有要求,以及我们能够给予他的最高荣誉,就是他必须身为良好的工作者,所有其他人的朋友,爱情与婚姻中的真正伴侣。一言以蔽之,他必须证明他是人类的一个良好的同伴。
十二、爱情与婚姻
爱情与婚姻都是合作的一面,这种合作不仅是为了两个人的幸福,而且也是为了人类的利益。
在我们现代的文化里,人们经常都没有做好合作合作的准备。我们的教育都太注重个人的成功,都太强调要考虑我们能够从生活中获得什么,而不是我们能付出什么。


@qiusir:最近也是野了。不满足浑河边骑骑单车拍拍蝴蝶看看晚霞,瘪着肚子驱车几百公里跑浑江那边捡了块石头回家哈哈。填饱肚子不忘整理读书笔记~~~