物理學走到盡頭了嗎?

我的英雄理察·費曼（Richard Feynman）曾開玩笑地說：「愛因斯坦是個巨人。他的頭雖然在雲裡，腳卻踩在地上。而我們這些個子不高的人則必須做出一個選擇！」可我認為今天的我們不需要選擇，因為我們已經站在了百尺竿頭。

撰文 | Frank Wilczek

翻譯 | 胡風、梁丁當

配音 | Betsy Devine（Frank夫人）

有人擔憂物理學的未來，但獲得新發現的機會實際上仍比比皆是。 「物理學家沉迷於追求數學的優美，卻正在喪失解決新問題的能力。」「頂級的物理學家不再關心物理現實——當然他們也不用關心這些。」「科學完了。」 這幾句話簡要但還算準確地概括了近期出版的幾本新書的內容，它們分別是：薩比娜·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）的《迷失在數學裡》（Lost in Math）、理察·達維德（Richard Dawid）的《弦論與科學方法》（String Theory and the Scientific Method）以及約翰·霍根（John Horgan）的《科學的盡頭》（The End of Science）。我常被問起如何評論這些書及書中的悲觀論調。對理論物理學家來說，這樣的言論是一種指責，言下之意是今天的物理學把自己逼進了死胡同。然而，這幾本書對此問題的描述卻各不相同。霍森菲爾德女士認為，物理學家應該多關注物理問題的現實性，達威德先生卻覺得忽略現實無傷大礙，而霍根先生則宣稱物理學家的時代已經過去了，他們應該轉行。這到底是怎麼了？今天的物理學是不是在健康地發展？對此，或許大家有不同的觀點。但任何一個明理的人都不會去質疑物理學已經取得的巨大成功。如果沒有20世紀量子物理和相對論的革命性突破，也就沒有電晶體、雷射器、GPS、核能等等，這些支撐起現代社會的科學技術。我們對物質世界的認知在20世紀後半葉就已經達到了一個非常高的高度。所謂的標準模型提供了一套完整且經過充分驗證的方程，來描述普通物質在普通條件下的行為（在這裡你必須非常寬泛地理解「普通」這個詞）。標準模型的理論框架構建於20世紀70年代。它預測並促成了一系列卓越的新發現與新觀測，其中最典型的例子就是希格斯玻色子和引力波。可以說，標準模型理論代表了人類成就的一個巔峰。然而這個巨大的成果卻是亦苦亦甜。過去，基礎物理的任何進展同時也會帶來相應的實際應用與效益。可今天，基礎物理的發現已經很難對工程、化學或者生物學產生重大影響了。之所以會形成這樣的局面，正是因為我們目前的物理知識儲備已經超越了這些領域發展的需求——畢竟，21世紀技術背後的那些物理原理早在20世紀50年代之前就都被發現了。百尺竿頭更進一步是很困難的。但偉大的機遇依然存在。我們可以利用現有的物理知識來製造新穎又實用的東西，比如利用量子世界的豐富特性更加有效地存儲和操作信息。與此同時，還有許多重要的理論問題等待著我們的回答。比如，我們仍然不清楚宇宙的大部分質量到底從何而來。我的英雄理察·費曼（Richard Feynman）曾開玩笑地說：「愛因斯坦是個巨人。他的頭雖然在雲裡，腳卻踩在地上。而我們這些個子不高的人則必須做出一個選擇！」可我認為今天的我們不需要選擇，因為我們已經站在了百尺竿頭。事實上，當今的物理學可以說尤為激動人心：我們正嘗試著利用對「普通」物質的理解來製造機器助手——比如計算機、傳感器和無人機，它們增強了我們的思維能力，幫助我們完成各種任務，還可以讓我們全方位地勘察周圍的世界。

弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）是麻省理工學院物理學教授、量子色動力學的奠基人之一。因在夸克粒子理論（強作用）方面所取得的成就，他在2004年獲得了諾貝爾物理學獎。

弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）和夫人貝琪·迪瓦恩（Betsy Devine）（圖源：spiritofthesenses.org）

—THE END—