蔡荣根：黑洞热力学、引力的全息性及时空呈展性.pdf

黑洞热力学、引力的全息性 及时空呈展性 蔡荣根 黑洞热力学揭示引力具有全 我们的宇宙中存在许多这样神奇的 想一个物体和某个黑洞组成一个系 息性质。这是过去十几年中人们对 天体。银河系中就存在一个巨大的 统，在物体被黑洞吸收前，整个系 引力本质认识的重要进展。本文将 黑洞。 统的熵即为物体的熵。当物体被黑 介绍黑洞热力学，引力的全息性质 黑洞可以通过普通天体（满 洞吸收后，整个系统的熵消失了。 及其在强耦合系统中的应用，以及 足奥本海默极限 : 大于三个太阳质 在这一过程中，热力学第二定律 热力学和时空动力学关系等方面在 量）的引力塌缩而形成。原则上人 明显地被违反了。在包含黑洞的 近些年的一些研究进展。 们可能认为描述一个黑洞的形状和 系统中，热力学第二定律不成立 黑洞及其热力学性质 形成这一黑洞物质的性质需要许多 吗？惠勒当时的学生贝肯斯坦（J. 黑洞是广义相对论所预言的 参数。可是十分惊奇的是，在 20 Bekenstein） 研究了这一问题。他 最惊奇的天体。从数学上讲，黑洞 世纪 60 年代，经过一些物理学家 设想热力学第二定律应该是普适成 是时空的一个区域，其边界称之为 如 以 色 列（W. Israel）、 卡 特（B. 立的，从信息论的角度出发，认为 黑洞的视界。黑洞的引力是如此之 Carter）等的研究，发现描述一个 黑洞应该有一个正比于其视界面积 强，以致于连光也无法逃脱它的吸 稳态黑洞外部的几何和性质只需 的熵 。但是，他无法确定这一比 引。所以黑洞只吸收物质，不吐出 要 3 个物理量：黑洞的质量 M, 角 例系数。 物质。即黑洞是“黑”的，人们无 动量 J 和黑洞所携带的电荷 Q。在 确定这一系数并把贝肯斯坦 法直接“看”到它。所以黑洞的视 引力塌缩过程中，描述物质其他性 的黑洞熵真正建立在热力学基础上 界是一单向膜：物质可以通过视界 质的物理量（如量子数）丢失了。 要归功于英国著名理论物理学家史 掉入黑洞，但不能从黑洞内跑出。 这一性质被美国物理学家惠勒（J. 蒂芬 • 霍金（S. Hawking）。1974 年， 尽管如此，大量的观测证据表明， Wheeler）称为黑洞无毛定理。在 在考虑黑洞附近的量子效应时，霍 广 义 相 对 论 中， 金发现黑洞并不完全是“黑”的， 最一般的稳态黑 相反，它以热辐射的形式辐射出物 洞解是克尔 - 纽曼 质。黑洞的辐射温度正比于它的表 （Kerr-Newman） 面 引 力（ 重 力 加 速 度）。 最 简 单 解，它描写一个转 的球对称施瓦茨（Schwarzschild） 动带电荷的黑洞。 黑 洞， 这 一 霍 金 辐 射 温 度 是： １． 既然黑洞只吸 = T c3 / 8pkGM 。 这 里  表 示 普 朗 图1 25 卷第 4 期 ( 总 148 期 ) 星系中的黑洞 收物质，不吐出物 克常数，c 是光速，k 是玻尔兹曼 质，惠勒提出了一 常数，G 是牛顿引力常数，M 是黑 个有趣的问题：设 洞的质量。对于一个太阳质量的黑 • 13 • 洞，它的霍金温度大约是 10 － 7 K。 第三定律：不能经过有限的物 在都柏林举行的第十七届国际广义 基于这一温度，黑洞熵与视界面积 理过程将黑洞的温度（表面引力） 相对论大会上，霍金出人意料地宣 的关系被确定为： S = kc3 A / 4G ， 降低到零。 布：在黑洞的辐射过程中，信息并 这里 A 表示黑洞视界面积。霍金发 自 70 年代霍金发现黑洞的热 不丢失，幺正性仍然存在，放弃了 现的重要性不在于它的实际意义， 辐射以来，黑洞热力学一直是人们 他坚持了三十余年的观点。但是令 因为普通天体大小的黑洞霍金温度 的研究热点。这些研究主要围绕黑 人遗憾的是，在其 2005 年发表在 是如此之低，远低于宇宙微波背景 洞热力学的几条定律展开，其中两 《物理评论 D》上的论文中 , 人们 辐射温度 2.7 K, 所以热辐射对这些 个重要的问题是黑洞辐射是否信息 仍然不能清楚地看到他是如何得到 黑洞演化的影响是微不足道的。霍 丢失和黑洞熵的微观统计解释。 这一结论的。霍金宣称他是受到马 金发现黑洞热辐射的重要性在于它 对于前者，其问题是黑洞的形 尔 达 塞 纳（J. Maldacena） 的 论 文 的理论意义。很明显，黑洞热辐射 成和相继的辐射过程中幺正性（信 《在反德西特时空中的永久黑洞》 是一引力的量子效应。所以，黑洞 息）是否丢失，根据霍金的理论， 的启示而得到他的结论的。在上述 热辐射的发现，使人们看到广义相 随着黑洞的辐射，其质量将减少， 论文中，霍金认为黑洞的形成和蒸 对论（引力理论）、热力学和量子 而辐射温度升高，这样，辐射将愈 发过程可以被认为是所有的测量都 力学在黑洞物理中联系在一起了， 来愈快，最后黑洞将以爆炸的形式 是在无穷远处完成的散射过程，这 深入研究黑洞热辐射的本质对建立 结束其生命。由于黑洞的辐射是热 一过程可以用欧几里德路径积分方 一个自洽的量子引力理论会带来极 辐射，满足普朗克谱，而黑洞的形 法（一种量子引力理论）来描述。 大的帮助。 成过程可以用一个量子纯态来描 对具有平凡拓扑时空的度规的路径 黑洞具有温度和熵，所以人们 述。这样，黑洞的形成和相继的热 积分是幺正的，保留信息的；另一 普遍认为黑洞就是一个普通的热力 辐射过程就从一个纯态演化到了一 方面，对具有非平凡拓扑（包含黑 学体系。对照普通的热力学体系， 个混合态。霍金发现黑洞热辐射后， 洞）时空的度规的路径积分导致衰 黑洞热力学的主要内容可以由所谓 很快意识到黑洞辐射可能会破坏量 变到零的关联函数。在晚些时间， 的四个黑洞热力学定律来概括： 子场论中的幺正性——信息在这一 只有那些保持幺正的，对平凡拓扑 第零定律：对于一个稳态（即 过程中丢失了。他的这一观点发表 时空的度规的路径积分有贡献。这 不随时间演化的）黑洞，它视界的 在 1976 年的《物理评论 D》上。 样，黑洞的辐射过程并不导致信息 表面引力 k 是一常数，而黑洞的温 如果这一观点是正确的，这似乎意 或相干性的丢失。 度为： = T k / 2pck 。即稳态黑洞 味着在黑洞物理中，热力学比量子 诺贝尔物理学奖获得者维尔 的温度为一常数，不随时间变化； 论更基本。另一方面，幺正性（因 切 克（F. Wilczek） 和 他 的 学 生 派 第一定律：黑洞的热力学量 果律）是经典和量子物理的基石。 瑞克（M. K. Parikh）在 2000 年提 满足如下能量守恒定律 dM=TdS+ 对物理学家而言，这就产生了一个 出了一个有趣的关于黑洞热辐射的 W dJ+W dQ。 这 里，J 和 Q 是 黑 洞 尴尬的困境：一些物理学家相信霍 解释：将黑洞热辐射看作量子隧穿 的角动量和电荷，W 和 F 是黑洞 金的结论，认为在一些条件下物理 过程，并将经典禁闭过程的作用量 的角速度和静电势； 过程的幺正性可能被违背；另一些 虚部与辐射的玻尔兹曼因子相联 （推广的）第二定律：dStotal=d 物理学家相信因果律是铁律，任何 系。在推导过程中，保持能量（及 （Sbh+Sm）≥ 0，黑洞熵和黑洞外 物理过程都应该遵守因果律，但他 其他）守恒定律，辐射谱便不再 物质熵之和在任何物理过程中永不 们又找不出霍金的计算错在何处。 是严格的热谱：辐射几率正比于 减小，这里 Sbh 和 Sm 分别表示黑洞 自 70 年代以来，这一问题一直争 e(S2 － S1)，这里 S1 和 S2 是黑洞辐射 熵和黑洞外物质的熵； 论 不 休， 没 有 答 案。2004 年 夏， 前后的熵。据此，他们认为黑洞辐 • 14 • 现代物理知识 射保持幺正性，信息并没有丢失。 超弦理论的基本自由度除了一维的 确定了圈量子引力理论中面积算符 根据维尔切克和派瑞克的思想，许 弦以外，还存在高维的 D 膜。这 的谱。选择一个合适的 Immirzi 参 多作者包含国内研究者进一步讨 些 D 膜在微扰弦理论中以孤子的 数，他们能够给出正确的比例系数 论 了 这 一 霍 金 辐 射 模型。但公平 形式出现，开弦的两个端点被束缚 1/4。进一步，他们发现用相同的 地说，黑洞辐射的信息疑难问题仍 在这些膜上，但它们可以在膜上以 Immirzi 参数，圈量子引力理论也 然存在，并没有被解决。 光速运动。1996 年施特罗明格（A. 能给出带电荷或伸缩子（dilaton） 2007 年，克劳斯及其合作者 Strominger） 和 瓦 法（C. Vafa） 考 荷黑洞的微观熵。这样，阿希提卡 提出了一个解决信息丢失佯谬的 虑了在弦理论中的一类极端的（即 等的工作提供了超弦理论以外对黑 有趣想法。利用泛函薛定谔程式 黑洞的霍金温度为零）五维黑洞； 洞熵微观自由度解释的另外一种 （formulism)，他们研究了通过一 通过计算组成黑洞的 D 膜束缚态 思路。 个球对称畴壁（domain wall）引力 上的开弦自由度，发现它们刚好与 ２． 坍塌成黑洞的过程。对一个无穷远 宏观的贝肯斯坦 - 霍金黑洞熵相 熵是一个体系微观自由度的 观测者而言，在黑洞形成过程中， 等。这第一次真正给出了黑洞微 测度，它是一个广延量，正比于体 他看到了什么？当忽略量子场对畴 观自由度。之后，人们在超弦理论 系的体积。但是黑洞熵并不正比于 壁的反作用时，量子场的能流发散， 中发现了其他许多例子，如四维的 黑洞的体积，而是正比于黑洞的面 在坍塌过程中，无穷远观测者看到 极端黑洞、转动的极端黑洞，以及 积。所以黑洞又是非常不同于一般 畴壁以非热的形式辐射能量。非热 接近极端的黑洞。但是这些黑洞都 的热力学体系。这揭示了引力相互 辐射的形式意味着对一个无穷远的 是一些特殊的例子，最简单的施瓦 作用是非常不同于自然界中的其他 观测者而言，他绝不会看到一个物 茨黑洞，超弦理论还无能为力。量 三种基本相互作用的（电磁相互作 体落入黑洞。结合辐射的非热特征， 子引力理论的矩阵理论可以证明施 用、强相互作用和弱相互作用）。 这可能为黑洞信息丢失佯谬提供了 瓦茨黑洞的统计熵正比于其视界面 黑洞热力学给人们最重要的启示 一个解决方案。 积，但是 1/4 这一比例系数还无法 之 一 是： 对 于 一 个 有 限 的 体 系， 对于后者，它涉及黑洞熵的 给出。在超弦理论中，人们也可以 它的有效自由度不是正比于它的体 统计自由度。根据黑洞热力学，黑 对黑洞的霍金辐射过程提供一个微 积，而是它的面积。基于黑洞热力 洞有一正比于其视界面积的热力学 观模型：在 D 膜上的二个开弦碰 学，诺贝尔物理学奖得主、荷兰著 熵，且满足第一和第二热力学定律。 撞后形成一个闭弦，它可以离开 D 名理论物理学家特胡夫特（G. t’ 另一方面，统计物理告诉我们，一 膜而在整个时空中运动。 引力的全息性质 Hooft）在 1993 年提出了引力具有 个体系的热力学熵反映了这一体系 另一个对施瓦茨黑洞微观 全息（holographic）性质的概念。 的微观统计自由度。那么，黑洞熵 自由度较好描述的是圈量子引 1994 年，美国物理学家萨斯金德（L. 的微观自由度是什么？这是一个基 力 理 论。1998 年， 阿 希 提 卡（A. Susskind）进一步阐述了这一思想。 本问题。自黑洞熵概念提出以来， Ashtekar）等在非微扰的正则量子 现在人们将这一思想称之为引力的 人们一直试图找到一个满意的答 引力理论中引入了一个所谓的“黑 全息原理（holographic principle）, 案，这包括纠缠熵、黑洞外量子场 洞片”（black hole sector）。他们 并认为引力的全息原理可能是自然 熵等。但公平地说，最满意的黑洞 证明了黑洞的自由度可以用在其视 的基本原理之一。目前，对全息原 熵的统计解释是由超弦理论和圈量 界上的陈 - 西蒙斯（Chern-Simons） 理还没有一个严格的表述。粗略地 子引力理论提供的。 场论描述，一个大的，非转动的黑 说，全息原理认为一个引力理论可 在 20 世 纪 90 年 代 中 期 所 谓 洞的熵正比于其视界面积，其比例 以与一个较低维度的不包含引力的 “超弦第二次革命”中，人们发现 系数依赖于 Immirzi 参数，这后者 理论等价。换句话说，一个体系的 25 卷第 4 期 ( 总 148 期 ) • 15 • 图2 图 3 AdS 空间的全息图 引力的全息性 论 是 D 维 的， 则 共 形 场 论 是 D-1 夸克禁闭，手征相变等重要性质发 特胡夫特的引力全息性概念 维的；（3）强弱对偶性。如果引 生在强相互作用区域，目前人们只 仅仅是一个一般性的陈述。在超弦 力理论是弱耦合的，则共形场论是 能用数值的格点 QCD 来研究这些 理论里，人们发现了实现引力全息 强耦合的；（4）经典和量子的对 性 质。 相 反 AdS/CFT 对 偶 性 是 一 原理的一个漂亮例子。1997 年底， 偶性。由于超弦理论中闭弦和开弦 个 强 弱 之 间 的 对 偶 性： 在 AdS 时 马 尔 达 塞 纳 发 现 在 AdS5×S 时 空 的关系，经典的引力理论可以反映 空中的引力理论能够描述强相互作 中的 Ⅱ B 型超弦理论与 5 维反德 共形场论的量子性质。 用 的 CFT。 这 样 人 们 自 然 希 望 用 自由度由其面积测度。 5 西特（AdS5）时空边界上的最大超 ３． 引力全息性的应用 AdS/CFT 对 偶 性 来 研 究 低 能 QCD 对称杨 - 米尔斯（Yang-Mills）理 AdS/CFT 对偶性不仅揭示了 的 性 质。 确 实， 人 们 已 经 构 造 了 论等价。这里 S 表示一个五维的球。 引力的全息性质，而且为研究强耦 一些类 QCD 模型， 利用这些全息 这一例子很快被人们推广到更一般 合体系提供了一个强有力的方法： QCD 模型可以研究 QCD 强耦合区 的情况：在反德西特时空中的超弦 通过研究在 AdS 时空中的引力理 域的许多性质，如手征相变，禁闭 理论或 M 理论与反德西特时空边 论性质可以揭示对偶强耦合量子场 相变，介子谱，色超导和 QCD 真 界上的某个共形场论（CFT）等价。 论的许多性质，而后者无法用微扰 空等。特别有意思的是利用 AdS/ 这 一 等 价 性 现 被 统 称 为 AdS/CFT 方法获得。如 AdS 黑洞热力学的 CFT 对偶性来研究夸克胶子等离子 对偶性。它的严格数学对应关系已 Hawking-Page 相 变 能 被 理 解 为 规 体（QGP）的性质。实验数据显示， 经被泊里雅科夫（A. Polyakov）等 范场的禁闭 / 退禁闭相变。确实， 美国布鲁克海文国家实验室相对 和威滕（E. Witten）建立起来了。 在过去十几年，AdS/CFT 对偶性及 论重离子对撞机（RHIC）产生的 尽管到目前为止，人们仍无法严 其在许多领域的应用成为了国际上 QGP 是强耦合的近理想流体，所 格地证明这一对应关系，但绝大多 超弦理论及其相关领域的研究热点 测得的剪切黏滞系数与熵密度之比 数弦理论家及其他相关领域的物理 之一。 特别是 AdS/CFT 对偶性在 在 1/(3p) 到 1/(2p) 之间。这一数值 学家相信这一对应关系是严格成立 低能量子色动力学 (QCD) 和凝聚 无法用微扰理论来解释。利用 AdS/ 的。这个对偶性有如下几个特点： 态物理中的应用是目前人们非常感 CFT 对偶性，规范场所对应的值为 （1）一个引力理论和一个非引力 兴趣的课题，获得了许多进展。 1/(4p)，非常接近于实验值。利用 5 理论的对偶性；（2）这二个理论 QCD 是一个规范相互作用的 Gauss-Bonnet 黑洞解，可以得到更 在不同的时空维度上。如果引力理 理论，它具有渐进自由的特点。如 接近于实验值的剪切黏滞系数与熵 • 16 • 现代物理知识 图 4 夸克胶子等离子体 密度之比。 最 近 AdS/CFT 在 凝 聚 态 物 理 预言超导的能隙与临界 论和流体力学中的一些问题提供 温度比为 8 左右，明显 了思路。如引力理论中的宇宙监督 比 BCS 理论预言的 3.5 定 律 和 Navier-Stokes 方 程 正 则 初 大，而最近某些高温超 值条件之间的关系；利用引力理论 导实验给出的值确实非 来研究流体力学中如湍流、激波等 常接近于这个全息超导 一些难题；利用非平衡流体力学来 预言的值。全息超导模 研究引力理论中动力学时空的性质 型 仅 仅 是 AdS/CFT 在 等。这是一个正在快速发展的研究 凝聚态物理中应用的一 领域，有许多重要的课题等待着人 个方面，利用这一对偶 们去研究。 性，还可以研究霍尔效 应、Kosterlitz-Thouless ４． 热力学、时空动力学 和引力的呈展性 （KT）相变、奇异金属、 黑洞热力学深刻揭示了热力 费米液体、非费米液体、冷原子体 学和引力理论存在某种联系。那 系，以及拓扑绝缘体等。 么这一联系是本质的吗？注意到 中的应用引起了人们广泛的关注， 引力理论是描述时空动力学 表面引力、视界面积等为纯几何 特别是在超流，超导，非费米液体 的理论，而流体力学是微观粒子粗 量，人们会问为何广义相对论（引 和费米液体等方面。这是一个非常 粒化后物质运动的唯象描述，他们 力）知道黑洞的温度和熵等热力学 激动人心的新领域，为理解高温超 属于不同的领域。AdS/CFT 对偶性 量： 时 空 动 力 学（ 引 力） 和 热 力 导物理可能会提供有用的帮助。对 及其推广将这两个看起来毫不相干 学定律存在本质的联系吗？ 1995 于传统的金属超导现象，唯象上可 的领域联系了起来。早在 20 世纪 年，雅各布森（T. Jacobson）认真 以 利 用 金 茨 堡 - 朗 道（Ginzburg- 70 年代初，法国物理学家达穆尔 地思考了这一问题，他假定熵正比 Landau）理论进行描述，微观上可 （T. Damour）就证明了黑洞视界 于视界面积，应用热力学第一定 以利用 BCS 理论进行描述。但是， 附近的几何涨落可以用流体力学的 律，dE=TdS， 于 时 空 中 局 域 伦 德 BCS 理论是一种弱耦合理论，库珀 Navier-Stokes 方程描述，这建立了 勒（Rindler）因果视界，确实“推 （Cooper）对之间的束缚能很小。 引力和流体力学的关系。另外，在 导”出了描述引力动力学的爱因斯 对 于 强 耦 合 的 超 导 现 象，BCS 理 低能长波近似下任何场论都可以用 坦 场 方 程， 这 里 dE 是 能 量 流；T 论 是 失 效 的。 利 用 Einstein-Able- 唯象的流体力学描述。这样 AdS/ 是刚好在伦德勒视界内的加速观测 Higgs 模型所构造的超导模型称之 CFT 对偶及其推广为这二个领域构 者的昂如（Unruh）温度。尽管雅 为 s- 波全息超导模型，因为提供 架了一个相互联系的桥梁。最近施 各布森的引力场方程推导还不是十 凝聚的是一个复标量场，它在各个 特罗明格等在一般的引力框架内将 分完美，但这一结果是十分有趣的， 方向是一样的。通过研究 Einstein- 引力的爱因斯坦场方程与流体力学 引起了广泛的兴趣和大量的后续研 Yang-Mills 模型，人们实现了全息 的 Navier-Stokes 方程建立了联系： 究。在弗里德曼 - 罗伯森孙 - 沃克 p- 波超导。因为引入的矢量场会 他们发现在时空的某个类时超曲面 （Friedmann-Robertson-Walker） 有一个优先的方向，超导电性不再 上引力自由度数完全与这一曲面上 宇宙时空中，应用 dE=TdS 于表观 是 各 向 同 性 的。 利 用 AdS/CFT 对 流体的自由度数相等，并且这些自 视界，不仅在爱因斯坦引力理论中， 偶性来研究超导现象已产生了一 由度满足流体力学的 Navier-Stokes 而 且 在 Lovelock 引 力 理 论 里， 我 些有趣的结论，如全息超导模型 方程。这些联系为我们研究引力理 们导出了描述时空动力学的弗里德 25 卷第 4 期 ( 总 148 期 ) • 17 • 曼方程。进一步研究表明，在表观 功地推导出了牛顿第二定律；结合 Sakharov）就提出引力是一种诱导 视界上弗里德曼方程可以表述为一 全息原理，他得到了牛顿万有引力 现象，引力理论非常类似于物质的 个类似于热力学第一定律的形式： 定律，进一步他导出了爱因斯坦引 弹性力学，是时空微观自由度粗 dE=TdS+WdV。此外 , 我们还证明 力场方程。根据韦尔兰德的观点， 粒化的宏观表现 , 引力是一种呈展 了宇宙时空中的表观视界，类似于 引力就是时空粗粒化的描述，惯性 （emergent）现象。最近，利用宇 黑洞的事件视界，也具有霍金辐射， 定律也是熵力的某种结果。 韦尔兰德的论文引起了世界 1 其温度为 T = ，这里 R 为表观 理论物理学界的极大反响，包括诺 宙空间膨胀是由于已经呈展的空间 2pR 视界的半径，据此建立了宇宙学表 观视界的热力学。这些研究成果毫 贝尔物理学奖获得者如特胡夫特、 格 罗 斯（D. Gross）、 斯 穆 特（G. 无疑问地暗示了引力理论和热力学 Smoot）等在内的一批世界著名物 理论存在深刻的内在联系。这一联 理学家对韦尔兰德的工作表现出了 系肯定与引力的本质——它的全息 极大兴趣，并给出了高度评价，认 性质有关系。 为它是对引力本质的深刻认识。与 2010 年初，荷兰理论物理学 家韦尔兰德（E. Verlinde）提出引 力不是一种基本相互作用，而是一 此同时，也有 一 些 物 理 学 家 认 为 韦尔兰德的工作存在逻辑循环， 没有给出新的思想。 自由度与全息屏上的自由度差而引 起的观点，我们得到了描述宇宙动 力学的弗里德曼方程。引力的本质 属性，为何它具有全息性质，以及 引力全息性质在其他物理领域的应 用，是近年来国际上引力理论及其 相关领域极其活跃的研究课题。这 些课题不仅吸引了引力领域中的学 者的极大关注和投入，而且吸引了 弦理论家、粒子物理学家、核物理 种熵力的观点。所谓熵力，是指一 注意到引力、热力学和流体力 学家和凝聚态物理学家的研究，并 种由于体系熵的改变而引起的一种 学都是物质运动的宏观普适描写， 产生了激动人心的研究成果。这些 宏观力，它的基本特点是这种宏观 所以到目前为止所揭示的引力与热 研究必定会带来人们对引力本质的 力与体系的微观动力学没有直接的 力学、引力和流体力学的关系肯定 深刻认识，引力全息性质在其他领 关 系。 结 合 20 世 纪 70 年 代 昂 如 暗含了引力的某些本质属性。这些 域的应用也为检验引力理论提供了 （Unruh）的发现：一个匀加速直 关系也使得人们思考引力到底是否 新的方法。 线运动的观测者会看到一个与他的 是 一 种 基 本 相 互 作 用。 确 实， 早 加速度成正比的温度，韦尔兰德成 在 20 世纪 60 年代，萨哈罗夫（A. 100190） 封面照片说明： 种观点则认为这是一个真正的四夸 的地面战斗将使用机器人士兵，并 2013 年 6 月 18 日，《自然》 杂 志 发 表 了 题 为 Quark quartet opens fresh vista on matter（《夸克 克态粒子——由四个夸克紧密构成 为此投入 1270 亿美元研究经费， “四重奏”开启物质世界新视野》） 的文 章， 报 道 了 BES Ⅲ 实验 发 现 的 Zc（3900）粒子。《自然》杂志 的记者德温（Devin Powell）认为， 找到一个四夸克构成的粒子将意味 着宇宙中存在奇特态物质。人们对 于新发现的 Zc（3900）粒子中包含 四个夸克没有太多异议，主要的争 议是四个夸克如何构成这个粒子。 一种观点认为，这是由两个普通介 子构成的类似于分子的结构；另一 • 18 • （中国科学院理论物理研究所 的统一体。为了尽快结束这个争论， 以完成未来战场上士兵必须完成的 BESⅢ合作组的研究人员将进一步 一切战斗任务，包括进攻、防护、 发掘他们所积累的实验数据。 寻找目标。无疑自动机器人士兵将 （唢绊 / 供稿） 封底照片说明： 近日，一款以希腊神话大力神 “阿特拉斯”命名的机器人在美亮 成为未来战场的绝对主力，但对此 科学家们也有隐忧，2008 年在伊 拉克就曾发生 3 台带有武器的“剑” 式美军地面作战机器人突发故障， 相，这是由美国波士顿公司研制的。 将枪口瞄向它们人类指挥官的事 这款机器人身高 1.90 m，体重 150 kg，“阿特拉斯”的能力超强，能 件。有专家提出警告，建议为军事 像人类一样用双腿直立行走，能在 行进中躲避障碍。美国国会曾通过 法案规定：到 2015 年前，美军 1/3 机器人提前设定“紧箍咒”，来有 效限制机器人。 （李之 / 供稿） 现代物理知识