张朝阳、Cumrun Vafa谈时空观:相对论让物理学迈出了一大步

张朝阳、Cumrun Vafa谈时空观:相对论让物理学迈出了一大步

来源:中国日报网 2024-07-19 19:44
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7月17日,搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳和美国哈佛大学教授、物理系系主任,美国国家科学院院士,狄拉克奖与基础物理学突破奖获得者Cumrun Vafa(库姆伦·瓦法)展开了一场长达2小时的高精尖物理知识对谈。两位麻省理工学院物理系校友从量子力学的历史与困境,聊到当今物理学最前沿的超弦理论和神秘的高维时空,还探讨了物理与数学实验如何跨领域交融等话题。

瓦法教授是当代理论物理学界最享有盛誉的学者之一,其在弦理论方面的开创性工作闻名世界。他与合作者共同推动了“对偶理论”的发展,重塑了我们对宇宙基本定律的理解。

遇事不决,量子力学。面对引力和时空,量子力学真的无计可施了吗?瓦法教授认为,弦理论是一种可靠的量子引力理论。

弦理论第一次广为人知,是因为美剧《生活大爆炸》中主人公谢耳朵(Sheldon)对其无休止的夸赞,现实中的瓦法教授便是当代首屈一指的弦理论物理学家。他介绍,弦理论的核心观点是点粒子不仅仅是点状物体,而可能是一维的弦,甚至是膜,或者更高维度的物体。这些物体的振动模式,对应了电子、光子、引力子等不同的微观粒子。

正如瓦法教授等弦理论学者的观念,世界不仅只有四个维度(时间和空间),空间的维度可能超过三维。额外的维度通过几何方法表达其他相互作用。例如,可以通过引入一个额外的圆(第五维)来统一电力和磁力与引力,此时电荷变成了动量,这便是卡鲁扎-克莱因理论。

在具有超对称性的弦论中,世界被确认是有且只有十维的——一个时间的维度,三个可见的空间维度,和六个藏起来的额外维。如果不引入这些个额外维,理论就不自洽了,瓦法教授解释,这是数学或者几何带给我们的确定性结论,也是弦理论的优雅所在。

在学生提问环节,被问到好奇心和想象力在学术研究领域的重要性,瓦法教授表示,科学的核心在于追求好奇心。他回忆起自己七八岁时,抬头看天空时会思考“为什么月亮没有掉到地上”,这种对答案的渴望驱使他开始探索物理学。他认为,想象力比知识更重要,因为知识可以从书本中获取,但想象力能够推动你迈出下一步。

张朝阳补充道,有些知识是不加思考地吸收了,随着好奇心减少,兴奋度和创造力也会消失。他与瓦法教授分享了自己过去一年研习广义相对论的心得,在他看来,虽然广义相对论的数学相当繁杂,但经过在黑板上反复计算,你会得到相当准确可靠的光线偏转角度和语言。瓦法教授对此表示认同,数学会引导你并告诉你什么是物理的结果,而且数学在某种程度上比我们更聪明。

张朝阳进一步提到,薛定谔方程是一个非常好的例子,复数本来只是一个数学结果,但薛定谔接受并运用了它,得到了量子力学的基本方程。瓦法教授则以狄拉克方程对正电子的预言和对自旋的解释为例,认为数学的一致性推动了物理学,简单的数学可能是极其深刻的物理学,很多物理学概念是从数学的简单想法中理解的。在瓦法教授的科普书《解开宇宙之谜》中,他也遵循了这一理念,用几个简单的数学谜题,揭示了诸如“对称性破缺”、“最小作用量原理”等物理原则。

对谈结束后,二人互赠书籍。张朝阳将《张朝阳的物理课》第一、二卷赠予了瓦法教授,他表示,“虽然这两本是中文物理书,但数学是一种通用语言,相信您也能看懂其中表达。”

【责任编辑:曹静】
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