学物理的小事

15岁买来看只看了传记；17岁重读感慨十分。关于作者的人生轨迹：是的，小柴描述自己生涯的口吻非常谦卑。他的善良谦逊单纯不得不给了他那么多机遇。关于超新星的一生：重读一事是很完美的一个巧合，从老家没有带回别的书偏偏带了这一本，恰巧dragan讲到粒子物理和中微子，很想重温一番，于是又把这本书重读了一遍。dragan向我提出了一个困扰他很多年的问题：超新星爆炸的能量从哪而来？我们讨论了这个问题近三四个礼拜，起初他对塌缩后的核聚变产生能量产生质疑，我还不太理解他的问题，找了一个supernova neucleosynthesis 的wikipedia page和element abundance的图片说Fe-56前的核聚变都是释放能量的。后面才知道他说的是铁核塌缩后的能量。然后他说β衰变，唔那我就说一个1.4 solar mass的Fe中所有质子变成中子，从β衰变中释放的能量一定很大，他居然欣然同意了哈哈。但是我觉得不对劲啊，Fe-56那么稳定，down quark也比up quark重怎么能释放能量呢。接下来问了一位学校里的nuclear physicist roger，原来在CERN工作过还在复旦教过书，他倒是蛮草率地说：“那一定是有些中子变成了能量”。本来已经准备将这个议题搁置下来，妥协于上述的答案，又看到了小柴解释了超新星的一生，虽然他也没说能量从哪里来，怎样激发爆炸，但是我读到一个有用关键的概念：量子简并（degeneracy），费米子在合适状况下会进入简并状态产生简并压强。我将这个概念向dragan讲述了一番，他十一点发了三条微信哈哈重述自己的观念。但是就在前几天我在网上找到了一片来自德国的Max Plank Laboratory的一片论文：Supernovae Explosion Mechanism。然后花了一个晚上阅读论文的前半部分，结果还是非常好的，以下是我的简易的conclusion：Types of supernovae and the collapse: 1.Electron-Capture Supernovae (O-Ne-Mg core) When the electrons' energy reaches a limit so that it can induce high degeneracy pressure, then electrons will be absorbed by atoms to trigger gravitational collapse. 2.Iron-Core Supernovae Fe core becomes gravitationally unstable when temperature reach 10^10 K, and dissociate into alpha particles and free nucleons. 3.Gamma-Ray Burst Supernovae* 4.Pair-Instability Supernovae* Trigger of explosion: 1.Thermonuclear Mechanism: Neutrino-electron scattering cannot raise the temperature to the ignition threshold. But PISNe can. 2.Bounce-Shock Mechanism: It can disintegrate atoms in some certain layer into neutrons and protons. 3.Neutrino-Heating Mechanism: Only works for Electron-Capture Supernovae because its steep density gradient at the edge of the core. It provides an ideal condition for neutrino-energy transfer with a baryonic outflow carrying the energy for the explosion. 4.Magnetohydrodynamic Mechanics: During the collapse, it converts gravitational energy into rotational energy to conserve angular momentum. Crucial for very rapidly spinning stars. 5.Acoustic Mechanism: I don't understand. 6.Phase-Transition Mechanism: The neutrons might undergo a hypothetical process called hadron-to-quark matter phase transition suing which they can release a huge amount of gravitational binding energy. But it violates the quantum chromodynamics. 读完我的总结后，dragan还是挺困惑的，提出了对bounce的质疑，他所理解的机械能守恒不太能支持粒子被喷到更远的地方。我的回答是：supernova就是通过一点点吸引宇宙中的物质而形成的又有核聚变等过程提高重力势能的当然可以达到爆炸效果。然后他又说neutrino可以将物质向外推blahblah，虽然neutrino heating mechanism是ok的但我说neutrino只是core向外传递重力势能的媒介而已。在我看来，在研究问题那么久后就会发现这个问题本来就很明了，看作一个系统的话，核聚变以及旋转获得的能量（不过也会先变成引力势能）和引力势能是可行的答案。哈哈，研究超新星那得是一辈子的事情，即是现在的科学家也只能通过观测微弱的引力波和中微子来推断、来提出一些假设。这就是物理的魅力吧我想，起码它让我生气烦躁的生活里多了一丝宽慰。

啊哈，我也曾想当一名物理学家。