财新传媒
位置:博客 > 返朴 > 杨纲凯:未来几十年的物理学,将会出现很多意料之外的事

杨纲凯:未来几十年的物理学,将会出现很多意料之外的事

2021年9月,在清华大学举行“庆祝杨振宁先生百年华诞思想研讨会”圆桌论坛环节上,香港中文大学杨纲凯教授对未来二三十年的物理学做了一番展望。他认为,在理论物理学发展的的主旋律外,还有很多其他机会可以发展,将会出现很多意料之外的事情。

 

演讲 | 杨纲凯(香港中文大学)

对物理学的未来发展做展望,其实是不容易的。下面我抛砖引玉提出自己的观点以及猜想。今天台上几位先生的看法必然在多方面一致,重复的观点不拟重复,更多强调一些较少提及的角度。

第一,物理发展的一个主线是各个作用力进一步的大统一,包括万有引力。借用杨振宁先生关于另一个议题时的话语,“这个统一大业已露曙光,初现晨曦,我们可以期盼天之大亮”。而且,在未来几十年内,“天大亮”的进展肯定是要建立在Yang—Mills的框架上,这可能是送给杨振宁先生百年华诞一件很好的礼物。

第二,虽然未来的发展很难预料,但我大胆做出预言:未来几十年的物理学发展,将会出现很多我们意料之外的事情。为什么这么说?回想50年前大家关心的物理问题,从现在来看,很多问题都没有问对,更不必说答对。在我读研究生的时候,老师常问,宇宙膨胀加速度是多少?没有人质问它的符号,原来想当然的符号是错的。那时候大家思考太阳中微子“丢失”的2/3,都一头栽到核物理或者星体模型去找答案,没有人提到中微子的振荡。这在当时绝对意想不到。还有很多其他的例子。所以我相信在未来几十年的发展中,会有很多现在想不到的事情发生,这和陈和生先生说的有点相关。我想年轻朋友值得注意的是,意想不到的事情包括从小问题引出的大突破。众所周知,“θ-τ之谜”带来宇称不守恒,在具体粒子的特性上引出大突破。

今天,我们不妨仍以杨—米尔斯规范场为例。理论自1954年提出以后,多年不受重视,直至发现电子深度非弹性散射呈现渐近自由。这也是一个具体实验引发大道理的例子。

第三,杨振宁先生提出二十世纪理论物理学发展的“主旋律”,今天好几位先生也有所论述。然而,物理学作为一门学问已经非常成熟,广泛应用于不同领域,比如生物物理、材料等,让年轻的物理学家有更多的机会在不同的方向发展。主旋律固然重要,可是在主旋律以外,我想还有很多的机会可以发展。

第四点,不是任何预言或展望,而是我自己感觉的困惑。随着物理学分支增加,应用更广,引申出物理学在某个意义上是分化的现象。几十年前,看《物理学报》和Physical Review等期刊至少知道文章的主旨,现在完全看不懂的文章有很多,因为物理分化成许多关系不是那么密切的分支。这个趋势有利有弊,好处是年轻人有可能更早参与比较窄的研究方向,更快走到前沿。如今优秀的大学中,本科二年级学生起步参与研究工作并不稀奇。反过来是学生可能基础还未学透,就参与比较窄的研究项目。作为一个教育工作者,我常在思考如何取得平衡?这不是杞人忧天,而是值得各个物理系深入思考的问题。

 

点评 | 张杰(中国物理学会理事长)

 

杨纲凯先生从他的角度讲了21世纪物理学发展的趋势,他谈到的第一个方面是“大统一理论”。这是20世纪物理学没有解决的问题,因为自然界中的四种相互作用力在20世纪有三种已经得到统一,但是引力到现在还没有能够与另外三种相互作用相统一,所以这是20世纪留下来的一个大问题,因此杨纲凯先生讲到的“大统一”,或许是我们这个世纪主要的一个研究方向。

第二个方面,杨纲凯先生讲到物理学的发展有很多是意料之外的。在上个世纪,确实有很多科学发现都与意料之外是相关的。杨纲凯先生特别强调,意料之外的研究一定要见微知著。就是说一个小的细节性的问题,不要觉得它是个小问题,或许它隐含的是一个大的科学问题。

第三个方面,杨纲凯先生讲到对我们目前物理学教育的一点思考,同时也寄托了一些希望。这不单是杨纲凯先生的希望,也是我们大家的期望,希望我们大家在给学生讲授或传授物理学之道的时候,能够让学生在关注大问题的同时,还要打下非常坚实的基础。只有这样,我们下一代的物理学家,才可能会有更大的建树。

 

本文节选自《物理》2022年第5期《圆桌论坛:对21世纪物理学的愿景展望》。

 



推荐 2