物理学走到尽头了吗 | 维尔切克专栏


第十九回 | 物理学走到尽头了吗



撰文 | 弗兰克·维尔切克(Frank Wilczek)

翻译 | 胡风 梁丁当



“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,宇宙的大部分质量从何而来?我们迄今都没有一个清晰的理解。我们知道在普通物质之外还有暗物质和暗能量,但不知道它们具体是什么。


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。



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