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弦理論到底在說啥?

 大白2l76jzgvhs 2021-01-12
量子力學(xué)和相對論是20世紀(jì)物理學(xué)的兩大突破,但是兩者之間卻存在矛盾,始終無法很好的結(jié)合起來。在這樣的背景下,有物理學(xué)家提出了弦理論,認(rèn)為它是能夠統(tǒng)一這兩大學(xué)說的“萬有理論”。你聽說過弦理論嗎?它真的能解答宇宙的終極問題嗎?為什么要用弦來代替粒子作為萬物基元,而不是其他東西?弦理論所提出的高維空間真的存在嗎?它可以被證實(shí)嗎?關(guān)于弦理論,你不知道、想知道的,都在這里!
(文字根據(jù)嘉賓聊天內(nèi)容整理,為了更好地理解弦理論,建議配合視頻一起使用)
(左)夏笳
西安交通大學(xué)副教授 科幻作家
(中)周哲
科普博主媽咪說 西瓜視頻創(chuàng)作者
(右)黃慶國
中國科學(xué)院理論物理所研究員
No.1
神秘的弦理論,究竟是什么?
夏笳:今天我們要聊一個非常高能的題目:弦理論。喜歡科幻的朋友可能會看一些科幻小說,比如劉慈欣的《三體》,里面有非常玄妙的、前沿的理論物理,這些東西對于很多人來說非常燒腦。
今年,理論物理的最高獎叫“狄拉克獎”,三位獲獎?wù)叨际亲鱿依碚撓嚓P(guān)研究的。很多媒體報道了這件事情,但是很多人不知道什么是弦理論。兩位老師能不能先簡單講一下什么是弦理論?它是怎么來的?它是為了解決一些什么問題?
周哲:簡單來說,弦理論相當(dāng)于我們認(rèn)識世界的一種方式。這個世界是由什么構(gòu)成的?最小的單元是原子,更小的是電子、夸克,但是,夸克往下還有沒有更加基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)?
弦理論認(rèn)為,世界最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)是由“弦”構(gòu)成的,“弦”就類似于橡皮筋,這就是世界最基本的單元。
夏笳:就是把“弦”作為世界最基本結(jié)構(gòu)的一個基礎(chǔ)單元,在此基礎(chǔ)上解釋很多物理現(xiàn)象、物理原理。
黃慶國:構(gòu)成世界的最基本的單元是原子,它的中間有一個原子核,電子圍繞著原子核轉(zhuǎn),原子核里面有質(zhì)子和中子,而質(zhì)子和中子又是由更基本的粒子,也就是夸克組成的。我們把電子、夸克都看作是點(diǎn)粒子,是沒有結(jié)構(gòu)的。
在數(shù)學(xué)上,它們就是一個點(diǎn)。但是會有一個問題,為什么同樣是點(diǎn)的一個粒子,它有時表現(xiàn)為電子,有時表現(xiàn)為夸克?為什么這個點(diǎn)有這么豐富的物理信息?
我們描述自然界的相互作用時,最簡單的電磁相互作用力就是庫侖力,它的大小與距離的平方成反比。想象一下,如果一個電子是一個點(diǎn),它自身也會產(chǎn)生電場,它又受電場的影響,因?yàn)樗拇笮∈橇悖木嚯x就是零,力的大小又與距離的平方成反比,那就會出現(xiàn)無窮大。當(dāng)出現(xiàn)無窮大時,研究科學(xué)或研究物理的人就手足無措了,因?yàn)槲覀儧]有辦法通過任何實(shí)驗(yàn)去看一個無窮大的東西。
為了解決這些問題,人們在上世紀(jì)70年代萌發(fā)了一種想法:構(gòu)成世界的最基本的單元,它不是像電子、夸克這樣的點(diǎn)粒子,而是一維的、像弦一樣的東西。
這些粒子,為什么又表現(xiàn)出電子和夸克?因?yàn)檫@根弦可以振動,不同的振動模式對應(yīng)不同的粒子,而且弦是有限大的,所以它也避免了無窮大的問題。
這就是為什么弦理論的思想一提出來,就吸引了很多物理學(xué)家,特別是理論物理學(xué)家感興趣的原因。就像琴弦一樣,它有兩種狀態(tài),一種狀態(tài)是兩個端點(diǎn)是自由的,不連在一起,我們稱為開弦。
電子、夸克這些基本粒子就對應(yīng)弦的某種振動狀態(tài),而我們發(fā)現(xiàn)有一件很有趣的事情:只要有開放的弦,就一定有閉合的弦。因?yàn)橐桓_放的弦在演化運(yùn)動的過程中,一定可以在某個地方結(jié)成一個圈。這就告訴我們一個很簡單的道理,弦理論由開弦和閉弦構(gòu)成,并且有開弦一定有閉弦,有閉弦不一定有開弦。一個圓圈再怎么扭,再怎么重新粘貼,它還是一個圈。所以弦理論有兩種,一種是只有閉弦的弦理論,一種是既有開弦又有閉弦的弦理論。
No.2
解答宇宙終極問題?弦理論的誕生
夏笳:弦理論是在解釋的過程中發(fā)明出來的一個想象的產(chǎn)物,并且產(chǎn)生了關(guān)于開弦和閉弦的系統(tǒng)。
弦理論發(fā)展的歷程是什么樣的?最初是誰想出來的?
周哲:物理學(xué)家一直希望找到一個統(tǒng)一的理論,能夠描述四種基本作用力,但是當(dāng)時的問題是引力還放在一邊,比較困難。需要先把弱力和電磁力統(tǒng)一起來,強(qiáng)力也就是原子核內(nèi)部的力已經(jīng)有希望統(tǒng)一了。當(dāng)時,意大利物理學(xué)家韋內(nèi)齊亞諾在研究強(qiáng)力時,發(fā)現(xiàn)了一個公式(歐拉積分中的β函數(shù)),用這個函數(shù)可以處理強(qiáng)力中4個粒子的散射模型。但是,韋內(nèi)齊亞諾的公式提出來后,并沒有太多人重視,因?yàn)槟菚r有一個理論學(xué):量子色動力學(xué),簡稱QCD。
QCD直接解決了強(qiáng)力的問題,所以在比較長的一段時間內(nèi),韋內(nèi)齊亞諾的公式被人們拋棄了。后來其他物理學(xué)家,南部陽一郎等人把公式撿了起來,發(fā)現(xiàn)β函數(shù)之所以可以描述具有4個粒子的散射模型,是因?yàn)樵讦潞瘮?shù)中可以把粒子當(dāng)做某種空間延伸量,即一根弦。這樣,弦理論才有了一個開端。也就是弦的不同振動模式,就對應(yīng)了不同種類的粒子。
夏笳:這些基本粒子的不同特性,是怎么通過弦不同的振動來表現(xiàn)的呢?
黃慶國:一個粒子的基本性質(zhì)主要包括質(zhì)量和內(nèi)部轉(zhuǎn)動,也就是自旋,通過一些參數(shù)或量子數(shù)來描述,人們發(fā)現(xiàn)振動的弦具有與這些基本粒子一樣的性質(zhì),所以我們就發(fā)現(xiàn)弦是可以用來解釋這些基本粒子的。
弦理論起源于韋內(nèi)齊亞諾猜的一個函數(shù),但是它只能描述基本粒子物理里的強(qiáng)相互作用力,但是自然界中還存在另一種基本的相互作用力,也就是引力相互作用力,而之前很多理論學(xué)家試圖把引力也納入到這個理論框架中,愛因斯坦晚年也在這上面花費(fèi)了很多時間,始終沒有取得成功。
上世紀(jì)70年代,南部陽一郎和當(dāng)時還是學(xué)生的米谷明民發(fā)現(xiàn)了一件非常有趣的事情,閉弦所傳遞的相互作用力,恰好就是我們想要去解釋的引力這一基本相互作用力。但是他很快又發(fā)現(xiàn)一個很嚴(yán)重的問題,一根普通的弦在時空中振動,它只能夠解釋玻色子,但是構(gòu)成這個世界的最基本的物質(zhì)實(shí)際上是一種叫“費(fèi)米子”的東西。
“費(fèi)米子”是什么?比如,我在這里轉(zhuǎn)一個圈,轉(zhuǎn)360度就轉(zhuǎn)回來了,而費(fèi)米子不是,得轉(zhuǎn)兩圈才能轉(zhuǎn)回來。電子、質(zhì)子、夸克都是費(fèi)米子,為什么構(gòu)成這個世界的基本粒子必須是費(fèi)米子?因?yàn)橘M(fèi)米子有一個非常特殊的性質(zhì),叫做泡利不相容原理。泡利不相容原理是指任何兩個相同的費(fèi)米子,比如兩個電子,不能同時占據(jù)同樣的軌道,如果沒有這樣的性質(zhì),所有的電子都待在離原子核最近地方,就沒有元素周期表了。正是由于這個原理,才有了元素周期表,使得有豐富化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)構(gòu)成了絢麗多彩的世界。但是,一根弦在時空里運(yùn)動、振動時不能產(chǎn)生費(fèi)米子。為了解決這個問題,人們就需要引進(jìn)超對稱。
超對稱是什么?我們通常描述普通的時空坐標(biāo),就是X軸、Y軸,還有另一個軸,它的坐標(biāo)可以用一個數(shù)字表示,比如這個數(shù)字是位置距離原點(diǎn)一厘米或一分米,我們可以拿這個數(shù)字來做乘法,1×1等于1,但是為了得到一個費(fèi)米子,人們發(fā)明了另一種奇怪的數(shù)字,叫做格拉斯曼數(shù),它自己和自己相乘等于0。泡利不相容原理告訴我們,兩個相同的費(fèi)米子是不能處于同樣的狀態(tài)的,所以引入一個超空間后,原來的弦理論就變成了超弦理論,于是就可以實(shí)現(xiàn)費(fèi)米子。
No.3
從弦理論到超弦理論
夏笳:用這樣一套數(shù)學(xué)的方式來計(jì)算費(fèi)米子,它的自旋、質(zhì)量與觀測到的電子、夸克是一樣的,這樣就誕生了超弦理論,超弦就是因?yàn)橐肓顺瑢ΨQ。
黃慶國:是的,它與我們通常接觸到的時空結(jié)構(gòu)不一樣,我們將它稱為超空間。
夏笳:很多時候,我們談到弦理論就會談到多維空間,其實(shí)它們不是一回事,這個空間是一個數(shù)學(xué)空間的概念,不是現(xiàn)實(shí)的物理空間,它只能用數(shù)學(xué)的方式去表達(dá),至少目前為止,我們感受不到這個超空間的存在,它是不是真實(shí)存在的,我們還不知道。
周哲:剛才黃老師說,構(gòu)成世界的粒子都是費(fèi)米子,除此之外,還有與之相伴的玻色子,實(shí)際上就是傳遞四種基本作用力的基本粒子,比如電子和電子之間傳達(dá)作用力,是通過不停發(fā)射光子的方式。
費(fèi)米子有一個特點(diǎn):它們滿足泡利不相容原理。即兩個全同的費(fèi)米子不能處于相同的能量態(tài),但是玻色子不一樣,不管空間多么小,有多少個玻色子都沒關(guān)系。
比如說引力無窮大,這對于費(fèi)米子來說就無法做到,但對于玻色子來說,它就可以做到,這就是它們最大的不同。這也是引入以格拉斯曼數(shù)為坐標(biāo)數(shù)的超空間的原因,這方面確實(shí)有些抽象。
夏笳:在那之后又出現(xiàn)了哪些新的猜想?
黃慶國:有了超弦理論后,人們就開始構(gòu)造有開弦的弦理論,但是他們發(fā)現(xiàn)這個理論是病態(tài)的。上世紀(jì)70年代,溫伯格、格拉肖和薩拉姆提出了一個非常成功的粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型,使很多人都離開了弦理論的研究,去研究量子場論。
而當(dāng)時只有一位非常孤獨(dú)的研究者,美國加州理工大學(xué)的施瓦茨,他花了十年時間,終于想到了一個辦法,他引入了一個32維空間的轉(zhuǎn)動的對稱性,解決了有開弦的超弦理論中的這種異常現(xiàn)象,從而得到了一個有可能描述現(xiàn)實(shí)世界的自洽的弦理論,這個發(fā)現(xiàn)震撼了整個學(xué)術(shù)界,從此開啟了弦理論的第一次革命。
No.4
弦理論之王:M理論的提出
夏笳:雖然有很多地方我們可能不是很明白,但是聽上去非常激動人心,之前的理論有一個致命的缺陷,最后一個像獨(dú)孤求敗的人,拿出了一個完全超出人類正常想象的奇怪模型。
黃慶國:超弦第一次革命開端后,很多人又重新回到弦理論的研究中。這些非常聰明的人又發(fā)明了另外四個弦理論,這四個弦理論也都是自洽的。這時就出現(xiàn)一個問題,描述我們所看到的自然界的正確理論應(yīng)該是唯一的,但現(xiàn)在弦理論有五個,我們不清楚它們是否都是對的,但是它們看上去都是自洽的。
經(jīng)過大概十年的研究,另一個非常著名的學(xué)者登場了,這個人就是愛德華威騰,在一次會議上,他提出了一個新的理論:M理論。這個理論統(tǒng)一了前面所有的弦理論,但是他并沒有解釋這個M的意思,大家眾說紛紜。
有人猜M可能是Mystery,有人猜是魔術(shù)Magic,也有人說是Mother,還有人說是Master。有人說這些都不對。M是什么?把威騰的第一個字母W反過來寫就是M,但是威騰從來沒有解釋這個M到底是什么意思。
夏笳:在M理論之前,所謂的五套弦理論都是根據(jù)第一個施瓦茨的理論,引入了32維空間的轉(zhuǎn)動對稱性,剩下四套理論是不是也都引入了這樣一個多維空間的概念?
黃慶國:超弦理論只能生活在九維空間加一維時間的時空當(dāng)中,如果不是這樣的時空維度,這個理論是不自洽的,會出現(xiàn)一些病態(tài)。我們是怎么計(jì)算出時空維度的?之前的所有理論,比如愛因斯坦的廣義相對論,還有量子場理論,都可以在任何的時空維數(shù)上去寫,都是可以成立的。唯獨(dú)弦理論,它限定了時空的維度,必須是十維,只有在十維時空里去計(jì)算它對應(yīng)的光子的狀態(tài),光子才是零質(zhì)量的,才跟我們觀測到的光子的質(zhì)量是一致的。但是在威騰的提出的M理論中,還有一個觸角,這個觸角并不是十維,而是十一維,也就是超引力理論,這是引入超對稱之后的一個引力理論所能生存的最高的空間維度。
大家會問,超弦理論是十維的,你怎么又說到一個十一維的理論呢?在這個十一維的引力理論里,它存在一個非?;镜慕?,這個解不是一維的弦,而是一個二維的膜,就像一張紙一樣。
這樣的一個理論,為什么與十維一個弦理論有關(guān)系?這有一個很簡單的道理,比如我們把一張紙卷起來,卷得很小,它就變成了一根絲,這就是十維的弦。
而二維的膜,它的英文單詞是Membrane,所以有人說也許M理論中的M指的是Membrane。
威騰提出的M理論開啟了弦理論的第二次革命,而第二次革命后一個很重要的發(fā)現(xiàn),就是也許弦也不是最基本的東西,膜才是更基本的東西。
周哲:一維的弦,二維的膜,三維的方塊,這些都有可能成為宇宙中最基本的結(jié)構(gòu)。
No.5
什么是十一維空間?
被藏起來的高維空間
夏笳:說到高維的空間,大家一般接觸到的可能就是四維空間,還有《星際穿越》里說到的五維空間。
弦理論里有九維、十維甚至十一維,包括剛才說到的三十二維空間,為什么我們?nèi)粘o法感受到這些高維空間?多出來的維度是以什么樣的形式存在的?
黃慶國:它被藏起來了。比如一根繩子,在我們看來是一個一維的東西,如果上面爬著一只螞蟻,它就能感覺到這根繩的粗細(xì),這就是一個新的維度。在我們看來是一維的東西,螞蟻看到的就是二維的。
這些多余的維度,我們讓它變得很小,使得我們感覺不到它,還有另一種可能性,超弦理論是在九維空間加一維時間的時空中存在的理論,而現(xiàn)實(shí)生活中我們能感受到的時空維度有多少?是一個時間的維度,加上三個空間的維度,我們還多了六個空間的維度。當(dāng)物理學(xué)家試圖尋找這樣的時空結(jié)構(gòu)時,他們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)家在幾年前已經(jīng)找到了,這個時空就是卡拉比-丘流形。我們無法把它畫出來,因?yàn)樗且粋€六維的空間,我們不能把它展現(xiàn)在二維的平面上。
夏笳:關(guān)于M理論有一個梗,美劇《生活大爆炸》的主人公謝爾頓,說他研究的就是M理論,外行才叫弦理論。實(shí)際上,謝爾頓的意思是說他做的是升級版的,或者是經(jīng)過威騰統(tǒng)一之后的弦理論。
黃慶國:盡管我們?nèi)匀环Q之為弦理論,但弦可能并不是最基本的東西,里面已經(jīng)引入了一個膜的概念,也可以理解為弦起源于膜。所以從這個意義上來說,經(jīng)過弦理論幾十年的發(fā)展,到今天,我們認(rèn)為膜可能才是更基本的東西。
周哲:弦理論只是個開端,將來還可能會走得很遠(yuǎn)。弦理論最早是玻色弦理論,或者它只能描述玻色子,第一次超弦革命,弦理論看起來是可以描述玻色子的,但是不能把費(fèi)米子包括進(jìn)來。用三十二維的方式,還有引入格拉斯曼數(shù),就是要它的“反對易性”,實(shí)際上就是超對稱性,只有通過超對稱性才能把費(fèi)米子引入到弦理論中。
夏笳:這是在第一次革命的過程中所解決的問題嗎?
周哲:這是在第一次革命之前,超弦理論誕生出了五個版本,后來威騰的工作就是發(fā)現(xiàn)背后有一個理論能夠把它們統(tǒng)一。但是弦理論之后的走向,就有點(diǎn)像科幻中經(jīng)常有的橋段,比如看到一頭大象,就會想到它會不會是動物園里的一部分。
夏笳:在大眾的科普里,經(jīng)常會講到大統(tǒng)一理論,或者叫萬物理論,就是用一套具有最強(qiáng)闡釋力的理論,解釋所有粒子的相互作用力、物理結(jié)構(gòu)、物理模型等。在這個過程中,弦理論數(shù)次扮演了非常重要的角色。
黃慶國:至少目前為止,我們發(fā)現(xiàn)弦理論是最有希望成功的萬物至理,我們稱之為TOE(Theory of Everything)。
No.6
弦理論可以被驗(yàn)證嗎?
驗(yàn)證方法有哪些?
夏笳:我們剛才大概回顧了一下弦理論發(fā)展的歷程,它經(jīng)歷數(shù)次理論革命后變成了現(xiàn)在的狀態(tài)。但是在這個過程中,理論物理學(xué)家的工作是在數(shù)學(xué)模型或一種猜想的工作里。所以目前為止,弦理論是可以被驗(yàn)證的嗎?在驗(yàn)證上有什么樣的難點(diǎn)?
周哲:當(dāng)然可以驗(yàn)證,不過確實(shí)很難,弦的尺度太小了,但是可以通過其他途徑驗(yàn)證,比如弦理論預(yù)言了一些粒子的存在,弦理論中有超空間,超空間具有超對稱性,超對稱性的一個直接結(jié)論就是相現(xiàn)有的所有費(fèi)米子和玻色子,它們都要有一個和自己對稱出來的伴子。比如現(xiàn)在所有費(fèi)米子都要有自己的玻色伴子,玻色子要有自己的費(fèi)米子伴子。
按照現(xiàn)在的基本模型,基本粒子一共是61個,到2012年,CERN的LHC大型強(qiáng)子對撞機(jī),發(fā)現(xiàn)了最后一個就是希格斯玻色子,標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)很完善了,所有的粒子都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了,LHC的能量也已經(jīng)是現(xiàn)在人類能夠達(dá)到的最高量級了??墒乾F(xiàn)在所有粒子的數(shù)量相當(dāng)于要翻一倍,它們都要有自己的超對稱伴子,但目前為止,這些粒子都沒有被發(fā)現(xiàn)。
如果發(fā)現(xiàn)了,至少能證明超對稱理論是正確的,我們就有理由相信超弦理論也是正確的,所以這相當(dāng)于是一個間接的證明。最直接的就是要看弦,但弦是看不到的。當(dāng)然還有別的辦法,現(xiàn)在一些宇宙學(xué)家打算通過21厘米氫線去找宇宙初期的宇宙弦,如果能夠找到宇宙弦,也相當(dāng)于是一個證明。
黃慶國:大家都認(rèn)為弦理論沒有什么實(shí)驗(yàn)的證據(jù),但是換一個角度來說,自然界中應(yīng)該存在費(fèi)米子,我們在超弦理論中一定要引入超對稱,那么超對稱就意味著我們除了這些基本粒子以外,還應(yīng)該有這么多超對稱伴子。盡管這些超對稱伴子都還沒有被發(fā)現(xiàn),但是我們不是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它一半的粒子了嗎?
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一半,只是想去找另外一半而已。那么我們怎么去找弦呢?弦可能很小,我們可以建造一個顯微鏡,而現(xiàn)在能夠建造的最好的顯微鏡是大型的粒子物理加速器。
但是目前為止,我們用最好的加速器還沒有找到這樣的弦。另一個就是我們可以在天上找這根弦,我們可以從微波背景輻射來看弦移動,它的左邊和右邊看到的現(xiàn)象是不一樣的,但現(xiàn)在我們還沒有找到這樣的現(xiàn)象。
還有一個辦法,宇宙弦會振動,振動時就會發(fā)出引力波,它發(fā)出來的引力波和黑洞碰撞出來的引力波是不一樣的。所以我們還可以利用引力波去找這根弦。
大家總是在說沒有找到弦理論的證據(jù),其實(shí)在我看來,我們已經(jīng)有很多證據(jù)了,這個證據(jù)是什么?就是萬有引力。為什么弦理論和萬有引力有關(guān)系?因?yàn)橄矣虚_弦,有閉弦。開弦對應(yīng)的是物質(zhì),一個只有開弦的理論不是自洽的弦理論,因?yàn)殚_弦總可以打個結(jié),變成一個閉弦,而閉弦傳遞的前后作用就是萬有引力。它跟我們的邏輯是一樣的,只要有物質(zhì)、有開弦,就一定有閉弦,有閉弦就一定產(chǎn)生引力,而萬有引力已經(jīng)被我們證明存在了。
實(shí)際上,為了描述基本粒子之間的相互作用力,我們原則上都可以不要弦理論,有量子場論就足夠了。為什么我們要弦理論?因?yàn)橄依碚撝凶匀坏陌谒姆N基本相互作用力,也就是引力相互作用力。
這也是為什么上個世紀(jì)70年代弦理論被提出來以后,大家對弦理論產(chǎn)生很濃厚的興趣的一個重要原因,它可以把自然界中最弱的一種相互作用都包含進(jìn)來。所以,在弦理論中就包含有目前為止我們所了解到的所有要素,這就是我們把它稱為TOE的原因。
夏笳:驗(yàn)證弦理論,有一個方法就是用大型的粒子對撞機(jī),可以在這里面捕捉到它的結(jié)構(gòu)。大家比較常聽說的就是關(guān)于LHC大型強(qiáng)子對撞機(jī),實(shí)際上這個對撞機(jī)目前還沒有做出能夠驗(yàn)證弦理論的發(fā)現(xiàn)。
我聽說美國有一個SSC計(jì)劃(超導(dǎo)超級對稱對撞機(jī)),是要建一個更大的對撞機(jī),它大概是多大的規(guī)模?
黃慶國:它的規(guī)模應(yīng)該跟LHC差不多。
周哲:其實(shí)他們最早也是奔著希格斯玻色子去的,因?yàn)橛肿芳恿撕芏囝A(yù)算,在已經(jīng)花了20億美元的基礎(chǔ)上,又要增加100多億美元,預(yù)算扛不起了,整個項(xiàng)目就放棄了。
夏笳:驗(yàn)證理論物理時需要建實(shí)驗(yàn)儀器,這可能是一個巨額投入,運(yùn)行一次要花很多錢,但是,最后能夠得到的結(jié)論是否可以有實(shí)際的應(yīng)用?有人會質(zhì)疑,花了這么多錢建儀器,到底為了什么?這個問題在科普的過程中,應(yīng)該也有人問。
周哲:每個人的角度不同,比如建對撞機(jī),投進(jìn)去的是真金白銀,產(chǎn)出的是知識成果,是一種價值,對撞機(jī)不可能撞出現(xiàn)金。
怎樣衡量產(chǎn)出的東西值多大的價值,每個人的感受是不一樣的。
夏笳:比如在《三體》中,他認(rèn)為這種基礎(chǔ)理論研究投入非常大,但是它是整個科學(xué)研究最底層的,或者說最后、最核心的推動力,如果不去研究和投入,可能其他研究無法取得決定性的進(jìn)展。
周哲:比如我們真的碰撞出超對稱的粒子,這當(dāng)然是無價的,無法用金錢去衡量。問題是,我們不知道哪一次,什么樣的能級能把它碰出來,所以衡量起來比較復(fù)雜。
黃慶國:我們做研究的,不僅局限于對撞機(jī)。做科學(xué)研究不是開公司,所以不會去算性價比,就像當(dāng)年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象時,有人問他這東西有什么用,法拉第的回答是沒有什么用。但是,如果我們對電磁理論沒有了解,就無法想象我們現(xiàn)在的生活是什么樣子。
所以,我認(rèn)為科學(xué)并不是簡單用金錢來衡量的。
周哲:科學(xué)家本身的想法肯定是這樣的,但是終歸要有一些部門考慮錢的問題。
No.7
什么樣的人在做弦理論研究?
夏笳:了解到這些進(jìn)展后,我們現(xiàn)在也無法保障在20年、30年之后,它就一定能夠給我們帶來一個實(shí)際的產(chǎn)品,但是至少我們會看到,它的前景是非常令人期待的。
聽說研究學(xué)理論的人數(shù)在全國乃至全世界都非常少,大概是多少量級的人?
黃慶國:目前,全世界比較活躍的可能有幾百人。其實(shí)這不少了,想當(dāng)年,施瓦茨一個人就帶來了弦理論的第一次革命。所以,人在精而不在多。
夏笳:我之前在網(wǎng)上看到一個國外的大學(xué)教授,他寫了一篇文章,解釋讀PHD的意義。他畫了一個圖說,如果把人類所有的知識都放在一個圈里,我們?nèi)粘I钚枰玫降闹R在這個圈很核心的部位,都是無數(shù)代人積淀下來的很穩(wěn)固的知識。
但是當(dāng)你再去讀書,讀碩士、博士時,你是為了通過知識的積累逐漸朝圓圈的邊緣挺進(jìn),最后抵達(dá)了圓圈的邊緣,你要做的是跟邊界死磕,通過非常孤獨(dú)、艱難的努力,把圈的邊緣磕出一個很小的坑。在外界看來,坑可能在圓圈的圓周上只占了微不足道的面積,但它對于人類的知識來說,就是一小步,也是一大步。理論物理特別能夠體現(xiàn)這種所謂的跨越邊疆邊緣性,因?yàn)樗鶈柕暮芏鄦栴}都是之前沒有人能夠去問的,或者說沒有人能夠回答的。
周哲:終究還是為了傳承某種東西。
黃慶國:做科研的,面對的永遠(yuǎn)是黑暗,我們把光明留給了別人。因?yàn)槲覀兛偸侨グl(fā)現(xiàn)新的東西,我們面對的都是未知和黑暗。

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