by Wanpeng Tan for understanding the mirror sector of the Universe
知乎问题：为什么物理学的突破放缓了？
其实从某些物理分支学科来看，比如凝聚态物理及其他量子应用物理的角度来看，最近几十年的发展非常迅猛。但人们更关心的可能是更基础的物理理论体系的划时代的突破。出于人类天生的探索本源的好奇心驱使，而且基础物理建筑在人类理解自然和科学认知的顶端，所以它的突破更容易为人们所津津乐道。然而其他下级物理分支学科尽管受基础物理进展的影响但事实上是不能从基础物理完全导出的，即使原则上也不行。关于这方面的讨论，可以参见这篇通俗文章：“No single unification theory of everything”
本文基于如下论文：“Neutron oscillations for solving neutron lifetime and dark matter puzzles”
这篇论文通过对中子反常寿命和暗物质之谜的解决得以成功建立了一个相当精确而且自洽的镜像世界模型（Mirror Matter Model）。它同时也解决了之前一篇博文（镜像世界探秘2）谈到的恒星演化和元素合成之谜。
中子，于1932年由Chadwick首先从实验上发现并于1935年获得诺贝尔奖。中子和质子一起组成了所有元素的原子核。但自由中子是不稳定的，它的寿命只有大概15分钟，然后就会通过我们唯一已知的方式衰变成一个质子，一个电子，和一个反中微子（即β decay）。
前文提到新镜像理论一个主要的贡献就是新中子振荡（n-n’）模型的提出。关于普通-镜像中子振荡（n-n’）的想法很久就有了。但它真正引起人们注意的是由于最近几年有关中子寿命反常的测量。还有另一种中子振荡是指更早期的认为正反中子互相转化的想法。
上世纪初开尔文（Kelvin）所提到的那两朵乌云（以太和能量均分问题）最终迎来了现代物理学的两个重要支柱理论--狭义相对论和量子论。更进一步地，爱因斯坦在其狭义相对论的基础上凭借他超人的智慧建立了仍然是我们目前已知的最好的时空和引力理论--广义相对论。而同样在狭义相对论的基础上，量子论经过70年的发展和许多天才物理学家的贡献也终于形成了我们今天所熟知的粒子物理量子场论的标准模型（Standard Model）。这两个若即若离的理论即广义相对论和标准模型虽难以统一在一个框架里，却以其惊人的相容度极为精细而深刻地描写着几乎全部基础物理和宇宙学 。。。 阅读全文
层展（emergence）和还原（reduction）常常被看作科学研究中的两种（对立的）方法论或理念。层展（emergence）还是我刚刚知道的中文翻译，不过它明显比我以前知道的翻译“涌现”要好得多，当然意思也更丰富。特别是这个中文“层展”概念与我最近发展的一种超越标准模型（beyond the Standard Model）的新物理的观念尤其吻合：物理规律和内涵（比如，基本粒子及其相互作用）是通过时空维度相变的机制一步一步演化的 。。。 阅读全文
说起来张益唐还是我的北大校友学长。几年前第一次得知他在孪生素数猜想上的突破性贡献时，对于他的际遇有一种莫名的共鸣震动，也就是所谓的“于我心有戚戚焉”。他的例子对我未尝不是一种莫大的鼓励，对于几年后实现我自己的突破肯定有些影响。及至这两年多来的经历，我不免又生出了很多感概，遂成此文 。。。 阅读全文
长期坚持自己最喜欢的问题的科学研究对做学术的人特别是年轻人常常是一个既美好又危险的事情。如果个人所爱恰恰是符合主流研究规范的话，那么恭贺你，你会顺利成长为一个标准的主流科学家。如果你的研究所爱特别另类，那么也恭喜你，因为这可能是具有颠覆性的创新研究。然而你可能未必完全清楚你所面临的巨大风险 。。。阅读全文
在写当前的突破之前，我们先来回顾过去：
现代物理的第一个划时代突破大概要算伽利略（Galileo）首先把物理奠基为一门实验的科学。接下来是牛顿（Newton）的运动定律和他的万有引力的两大发现。这奠定了牛顿在物理乃至科学上的不可动摇的地位。
对恒星演化和元素合成之谜的长期思考是直接导致我着手建立新的镜像世界理论（Mirror Matter Theory）的原初动力和依据。
元素合成是核天体物理的一个主要研究方向。所有元素的起源可以分成两大情形。第一个就是在宇宙诞生之初的轻元素的合成（包括氢、氦、锂等等）。Gamow是提出宇宙大爆炸理论的先驱。他和他的学生Alpher最早做出了大爆炸核合成（Big Bang nucleosynthesis）的计算并于1948年发表在了他们著名的αβγ论文。为了凑成希腊语的前3个字母（αβγ），Gamow在论文里把大物理学家Bethe也加为作者，这让作为学生的Alpher很是郁闷。囿于当时局限，他们以为大爆炸可以合成所有的元素。事实上，由于不存在稳定的原子量为5和8的同位素，大爆炸核合成只能形成最轻的一些元素（大约四分之三的氢、四分之一的氦和极少量的其他轻元素）。 Continue reading “镜像世界探秘2——恒星演化和元素合成之谜”
本文基于如下论文的导论部分：“Neutron oscillations for solving neutron lifetime and dark matter puzzles” 和“Laboratory tests of the ordinary-mirror particle oscillations and the extended CKM matrix”；以及我的所有相关工作的主要思想（参见博文“我们的宇宙存在另一个镜像世界吗？”）。
镜像物质理论（Mirror Matter Theory）的发展历史将从我个人的视角和以我个人的理解来展现给大家。这里描述的肯定不是一个完全的历史。但关于镜像对称（Mirror Symmetry）的核心思想将在此文和后续文章中成为主要着墨之处。注意这个镜像世界理论和其他听起来类似的猜想是完全不同的，比如，量子力学的多世界解释（many-worlds interpretation），弦论的多重宇宙（multiverse），或其他的平行宇宙概念。
在本系列文章中，我将大抵按思考和完成的时间次序，以通俗的语言介绍我在关于镜像世界新物理方面的研究工作。初步计划写十篇通俗文章（大体上对应我完成的十篇论文）。首先将介绍核天体物理方面的动机，为什么需要一个新的镜像世界理论以及怎样才能解决恒星演化和元素合成的危机。接下来将讨论怎样建立新模型并同时应用它解决一系列重大基础物理和宇宙学的难题（包括暗物质，暗能量，不对称的正反物质，中子寿命反常，中微子，CKM 幺正性，等等）。然后会介绍怎样用现有技术来设计各种实验方案，希望在实验室里就能对此模型进行严格检验并精确测量其模型参数。最后，我将展示如何用第一性原理来把这一唯象模型拓展成系列超对称镜像理论模型（Supersymmetric Mirror Models），并应用于重新理解宇宙大爆炸的动力学，万有引力，和黑洞的内部。
我希望通过这些介绍，能够让更有潜力的年轻人对这一理论框架和实验检验感兴趣。衷心希望他们能沿着这条（至少在我看来）充满希望之路走得更远。我更愿望那些现在有能力或掌握资金的人们能够真心推动现有技术已成熟的实验检验，如有兴趣请与我联系。
瑕不掩瑜是镜像世界，亦真亦幻非镜花水月。
现代物理的两大理论支柱——相对论和量子论出乎意料地非常成功。其中，爱因斯坦的广义相对论精确地描述了我们的时空几何以及引力相互作用。作为已知的最完善的量子论的表述——粒子物理的标准模型对基本粒子及其规范相互作用（包括电磁，弱，和强相互作用）的刻画已达到了惊人的超高精度。几乎所有现代高科技都离不开这两大理论的成功。然而，我们的宇宙和世界仍然存在太多的未知，物理学家希望统一这两大理论的愿望也似乎遥遥无期。
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