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物理学走到尽头了吗？

百家作者：人工智能学家 2021-02-18 19:45:07

撰文 | Frank Wilczek

翻译 | 胡风、梁丁当

配音 | Betsy Devine（Frank夫人）

文章头图及封面图片来源：pixabay.com

本文经授权转载自“蔻享学术”

有人担忧物理学的未来，但获得新发现的机会实际上仍比比皆是。

“物理学家沉迷于追求数学的优美，却正在丧失解决新问题的能力。”“顶级的物理学家不再关心物理现实——当然他们也不用关心这些。”“科学完了。”

这几句话简要但还算准确地概括了近期出版的几本新书的内容，它们分别是：萨比娜·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）的《迷失在数学里》（Lost in Math）、理查德·达维德（Richard Dawid）的《弦论与科学方法》（String Theory and the Scientific Method）以及约翰·霍根（John Horgan）的《科学的尽头》（The End of Science）。我常被问起如何评论这些书及书中的悲观论调。对理论物理学家来说，这样的言论是一种指责，言下之意是今天的物理学把自己逼进了死胡同。

然而，这几本书对此问题的描述却各不相同。霍森菲尔德女士认为，物理学家应该多关注物理问题的现实性，达威德先生却觉得忽略现实无伤大碍，而霍根先生则宣称物理学家的时代已经过去了，他们应该转行。这到底是怎么了？

今天的物理学是不是在健康地发展？对此，或许大家有不同的观点。但任何一个明理的人都不会去质疑物理学已经取得的巨大成功。如果没有20世纪量子物理和相对论的革命性突破，也就没有晶体管、激光器、GPS、核能等等，这些支撑起现代社会的科学技术。

我们对物质世界的认知在20世纪后半叶就已经达到了一个非常高的高度。所谓的标准模型提供了一套完整且经过充分验证的方程，来描述普通物质在普通条件下的行为（在这里你必须非常宽泛地理解“普通”这个词）。

标准模型的理论框架构建于20世纪70年代。它预测并促成了一系列卓越的新发现与新观测，其中最典型的例子就是希格斯玻色子和引力波。可以说，标准模型理论代表了人类成就的一个巅峰。

然而这个巨大的成果却是亦苦亦甜。过去，基础物理的任何进展同时也会带来相应的实际应用与效益。可今天，基础物理的发现已经很难对工程、化学或者生物学产生重大影响了。之所以会形成这样的局面，正是因为我们目前的物理知识储备已经超越了这些领域发展的需求——毕竟，21世纪技术背后的那些物理原理早在20世纪50年代之前就都被发现了。

百尺竿头更进一步是很困难的。但伟大的机遇依然存在。我们可以利用现有的物理知识来制造新颖又实用的东西，比如利用量子世界的丰富特性更加有效地存储和操作信息。与此同时，还有许多重要的理论问题等待着我们的回答。比如，我们仍然不清楚宇宙的大部分质量到底从何而来。

我的英雄理查德·费曼（Richard Feynman）曾开玩笑地说：“爱因斯坦是个巨人。他的头虽然在云里，脚却踩在地上。而我们这些个子不高的人则必须做出一个选择！”可我认为今天的我们不需要选择，因为我们已经站在了百尺竿头。事实上，当今的物理学可以说尤为激动人心：我们正尝试着利用对“普通”物质的理解来制造机器助手——比如计算机、传感器和无人机，它们增强了我们的思维能力，帮助我们完成各种任务，还可以让我们全方位地勘察周围的世界。

弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）是麻省理工学院物理学教授、量子色动力学的奠基人之一。因在夸克粒子理论（强作用）方面所取得的成就，他在2004年获得了诺贝尔物理学奖。