8月10-12日，世界科技創(chuàng)新論壇在北京會(huì)議中心舉辦，包括Kip Thorne、Thomas J.Sargent、Michael Levitt、朱棣文在內(nèi)的20余位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，以及中科院院士曹春曉、美國(guó)國(guó)家工程院院士陳剛等諸多中外頂級(jí)學(xué)者專家應(yīng)邀出席。
David Gross教授一直是立足物理學(xué)和弦理論的領(lǐng)導(dǎo)者，他和他的學(xué)生維爾切發(fā)現(xiàn)了漸近自由，一種測(cè)量理論，導(dǎo)致了David Gross和維爾切的QCD的形成。這是屬于原子核的強(qiáng)作用理論。QCD完成了標(biāo)準(zhǔn)模型，統(tǒng)一了粒子物理三種基本作用力，電磁力、弱力和強(qiáng)強(qiáng)作用，因此David Gross教授跟波利特和維爾切教授一起分享了2014年諾貝爾諾貝爾物理獎(jiǎng)。
另外David Gross教授也對(duì)弦理論、超弦理論獲得了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，他也獲得了很多的獎(jiǎng)項(xiàng)，在2014年諾貝爾物理獎(jiǎng)，以及聯(lián)合研究所的榮譽(yù)獎(jiǎng)?wù)隆Ａ硗馑€擁有美國(guó)、英國(guó)等等大學(xué)的，包括中國(guó)的榮譽(yù)博士學(xué)位。另外還擁有美國(guó)、英國(guó)等等大學(xué)的榮譽(yù)博士學(xué)位。
以下是演講全文：
我非常高興來(lái)到這里，并且在聽(tīng)兩位優(yōu)秀的專家進(jìn)行了精彩的演講之后，上臺(tái)為大家進(jìn)行介紹。剛才我們已經(jīng)講到了基本粒子的理論，還有分子的理論。那我的研究和他們的內(nèi)容有一些重疊，但是我這邊主要專注的是基礎(chǔ)粒子的理論，特別是物理學(xué)的前沿研究。
那我們說(shuō)物理學(xué)有很多前沿，我會(huì)和大家進(jìn)行分享。其實(shí)，如果我們回顧過(guò)去的50年，我們所學(xué)到的新的知識(shí)和發(fā)現(xiàn)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)非常的震驚，科學(xué)的發(fā)展日新月異，而且我們對(duì)科學(xué)的理解也越來(lái)越深入。如果我們回望過(guò)去50年的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)我們完成了對(duì)于所有的物質(zhì)，以及我們能夠直接觀察到的這些物質(zhì)，還有它們之間互動(dòng)力量的最基本的元素，都有了全新的了解和發(fā)現(xiàn)。
同時(shí)，我們也把整個(gè)宇宙進(jìn)行了成功的映射，也對(duì)過(guò)去135億年的宇宙歷史進(jìn)行了重建。而且對(duì)于我們周?chē)话阄镔|(zhì)的物理學(xué)，我們現(xiàn)在已經(jīng)是了解了這些物質(zhì)，能夠控制這些物質(zhì)，而且能夠達(dá)到原子的一個(gè)尺度，甚至納米的尺度。但是，我想說(shuō)科學(xué)還有知識(shí)的最大的成果就是無(wú)知，無(wú)知是什么意思呢？這里面就表示，我們因?yàn)橛辛饲懊媪私獾闹R(shí)才能夠問(wèn)出一些新的問(wèn)題。而這些問(wèn)題現(xiàn)在可以提出，并且進(jìn)行解決，甚至有可能通過(guò)我們的觀察，通過(guò)我們的實(shí)踐和理論來(lái)進(jìn)行回答，這就是我說(shuō)的科學(xué)前沿，也就是我們現(xiàn)在所布置的，還有我們現(xiàn)在所提出的問(wèn)題。
好，我們從最初開(kāi)始，這是一張圖，給大家展示知識(shí)，實(shí)際上是在無(wú)知的海洋中不斷的擴(kuò)散，我們講的物理學(xué)前沿就是這個(gè)知識(shí)圖的邊界，和所有我們不知道的世界的交界。物理學(xué)的前沿有非常多的領(lǐng)域，我會(huì)討論其中的一部分。首先是有宇宙學(xué)，剛才介紹到宇宙的演變，同時(shí)我們也有黑洞，也有所謂的行星，現(xiàn)在我們可以直接觀察到黑洞，并且學(xué)習(xí)研究理論，了解黑洞的特性。而在一般的物質(zhì)方面，我們可以有量子級(jí)的物質(zhì)，我們能夠了解它們的分子結(jié)構(gòu)以及它們的核結(jié)構(gòu)，這里面從納米級(jí)別或者是到現(xiàn)在在LC研究的次納米級(jí)別，而且我們可以進(jìn)到最短的距離，也就是理論家可以預(yù)測(cè)整個(gè)時(shí)空的特點(diǎn)，以及所有力量的來(lái)源。物質(zhì)的組成，這就是我們說(shuō)的10的負(fù)35米的尺度。所以，我說(shuō)的物理學(xué)的前沿包括剛才講的所有的課題。那它們之間也有一些直接和間接的聯(lián)系。
先來(lái)看一下宇宙的初始，宇宙的起源。前面Arthur McDonald解釋到現(xiàn)在我們已經(jīng)了解到宇宙整個(gè)的演變進(jìn)程，我們說(shuō)在300億年前，發(fā)生了一件事情，這些事情其實(shí)我們并不一定真正了解。我們認(rèn)為在宇宙的開(kāi)始后的很短時(shí)間里，宇宙快速的膨脹。膨脹時(shí)期過(guò)后宇宙就進(jìn)入到一個(gè)穩(wěn)定的膨脹期，前面是快速膨脹期，現(xiàn)在的膨脹就比較穩(wěn)定了。這給大家看的是在宇宙誕生30萬(wàn)年之后的一個(gè)期間，你可以看到這上面有很多巨量的熱氣，當(dāng)然有一些更熱的團(tuán)區(qū)或者是更冷的團(tuán)區(qū)。天文學(xué)家和天體物理學(xué)一直都在測(cè)量宇宙早期的光線的特性和輻射狀況，這樣才能讓我們更好的了解宇宙的初期。而因?yàn)榈匦囊?，我們看到有些氣體就形成了恒星和行星，多數(shù)的物質(zhì)我們都認(rèn)為是暗物質(zhì)，McDonald教授前面也給大家解釋了，我們現(xiàn)在還在探索它具體的特性有哪些。但是天文學(xué)家已經(jīng)向我們展示了，有這樣一個(gè)假設(shè)前提，那就是暗物質(zhì)它們實(shí)際上是屬于重物質(zhì)，它們能夠在宇宙早期就存在，并且一直伴隨宇宙不斷地演變、成長(zhǎng)。最后，我們可以看到暗物質(zhì)集合在一起，看起來(lái)和我們?cè)谟钪嬷苯佑^察到的一模一樣。所以我們通過(guò)這些觀察就能夠了解星系，恒星結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程，同時(shí)我們也可以對(duì)未來(lái)進(jìn)行推斷。采用的方法就是測(cè)量，宇宙的加速測(cè)量。
而這樣的測(cè)量可以告訴我們未來(lái)。比如說(shuō)1000億年、1萬(wàn)億年之后，地球會(huì)如何發(fā)展，還有宇宙會(huì)如何發(fā)展。但是最開(kāi)始的時(shí)候所有的方程式，包括萬(wàn)有引力和物質(zhì)的理論都不成立了，我們就把它稱作為大爆炸，因?yàn)槲覀兏静恢腊l(fā)生了什么事情。而這樣的一個(gè)現(xiàn)象也是我們物理學(xué)最基本，也是最激動(dòng)人心的挑戰(zhàn)。我們一直都在試圖回答什么是大爆炸，所以這是我們說(shuō)的第一個(gè)物理學(xué)的前沿，宇宙如何開(kāi)始。
其實(shí)很了不起的就是我們能問(wèn)這個(gè)問(wèn)題，而且試圖回答。如果大家今天早上聽(tīng)了Aaron教授的演講，他們說(shuō)了lago的成功，他能監(jiān)測(cè)到宇宙非常早期的引力波，所以我們是有機(jī)會(huì)能夠探測(cè)宇宙的早期情況，并且通過(guò)觀察直接學(xué)習(xí)大家大爆炸是什么樣的現(xiàn)象。但是要回答宇宙早期的狀況的問(wèn)題，它怎么開(kāi)始，以及何時(shí)開(kāi)始，這也是物理學(xué)家以前沒(méi)有涉及到的問(wèn)題。使得這個(gè)問(wèn)題變得特別有挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兌疾磺宄欠衲芑卮疬@兩個(gè)問(wèn)題，但是我的經(jīng)驗(yàn)告訴我，一旦一個(gè)問(wèn)題成為科學(xué)問(wèn)題，并且可以通過(guò)測(cè)量、通過(guò)觀察，還有理論建模學(xué)習(xí)來(lái)進(jìn)行解決的話，我們是能夠找到這個(gè)問(wèn)題的答案的。這個(gè)問(wèn)題非常的艱巨，到底宇宙大爆炸之前發(fā)生了什么？宇宙開(kāi)始是沒(méi)有時(shí)間的嗎？或者說(shuō)宇宙是周期性的，要進(jìn)行收縮或者是膨脹，這些都是不同的問(wèn)題。
然后我們要回答的問(wèn)題就是宇宙的組成，Arthur McDonald已經(jīng)給大家很多的證據(jù)，因?yàn)樘煳膶W(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了很多間接的測(cè)量，測(cè)量的對(duì)象就是恒星行星的運(yùn)動(dòng)，星系的運(yùn)動(dòng)，還有物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)這些宇宙中我們沒(méi)有直接觀察，或者直接快速生成的物質(zhì)，我們都不知道這些物質(zhì)是什么。這些物質(zhì)很有可能是硬粒子或重粒子，和其他的恒星進(jìn)行弱互動(dòng)，但是我們現(xiàn)在對(duì)它們一無(wú)所知，因?yàn)槲覀儧](méi)辦法直接觀察或者直接生成。
能源又是另外一個(gè)主題，它實(shí)際上是屬于愛(ài)因斯坦的萬(wàn)有引力的定律，也就是說(shuō)有一個(gè)真空，說(shuō)不定實(shí)際上是有一個(gè)能量和壓力，就好像有一個(gè)材料把這樣一個(gè)真空給充滿，而充滿真空的材料，并且賦予力量和壓力的材料，必須要是一個(gè)非常奇怪的一種物質(zhì)。為什么這么說(shuō)呢？因?yàn)樗鼈円雌饋?lái)對(duì)所有的觀察原來(lái)就是一樣的，愛(ài)因斯坦理論的關(guān)鍵就是任何的觀察與看到的都是一樣的，沒(méi)有一個(gè)觀察員是有優(yōu)勢(shì)的。但是這個(gè)真空到底是不是有質(zhì)量或者物質(zhì)的，也就是說(shuō)它具體這個(gè)暗物質(zhì)，或者是真空它的能量取決于觀察員，那我是一個(gè)質(zhì)量，我的能量就是MC平方，但是如果我動(dòng)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)我的能量又會(huì)加強(qiáng)。這時(shí)候有一個(gè)優(yōu)勢(shì)性的框架，除非你的真空有流體，它有正能量也有負(fù)能量。這就是能量和壓力的框架，也就是愛(ài)因斯坦的理論所提到的，曾經(jīng)他在自己的方程當(dāng)中也提到過(guò)這一點(diǎn)。但是這種能量是有的，有的人是暗能量，聽(tīng)起來(lái)很神秘，它并不是能量，而是負(fù)壓力，是因?yàn)橛胸?fù)壓力才導(dǎo)致宇宙的膨脹。當(dāng)天文學(xué)家測(cè)量宇宙的膨脹的時(shí)候，很自然會(huì)覺(jué)得是因?yàn)檫@種壓力的真空而導(dǎo)致的，然后又進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。因?yàn)橐屗腥擞^察到這種壓力是一樣的，那這些壓力它必須要確實(shí)是一樣的。
現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)測(cè)量，就是1%-2%之間的。所以在我看來(lái)這個(gè)暗能量實(shí)際上對(duì)愛(ài)因斯坦的萬(wàn)有引力的一個(gè)確定。但是神秘的不是說(shuō)它是否存在，它其實(shí)是非常小的。宇宙是非常大的，但是宇宙當(dāng)中的物質(zhì)是非常少的，恒星之間的距離是用光年來(lái)測(cè)的，所以說(shuō)這個(gè)物質(zhì)是非常分散的。而這個(gè)暗能量占到整個(gè)宇宙能量的75%。所以這個(gè)話題本身在我看來(lái)也不神秘，但是為什么它這么小呢？這個(gè)是一個(gè)從理論上來(lái)講，是非常神秘的的一個(gè)問(wèn)題。
但是有可能愛(ài)因斯坦錯(cuò)了，有可能我也錯(cuò)了，誰(shuí)知道呢？如果說(shuō)我們能夠計(jì)算一下，計(jì)算一下這個(gè)能量的大小，那就可以解密這樣的話題了。但是不管這是否是愛(ài)因斯坦的宇宙闡述，實(shí)際上它對(duì)于未來(lái)都是很有影響的，如果說(shuō)宇宙還會(huì)不斷的膨脹，星系還會(huì)不斷的去擴(kuò)散，那有可能將來(lái)這些東西的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)大于光年，那到時(shí)候整個(gè)宇宙將會(huì)變成一個(gè)非常孤單的地方，所以問(wèn)題不在于宇宙如何結(jié)束，我認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題實(shí)際上也是同樣重要和同樣有意思的問(wèn)題，它和宇宙如何開(kāi)始是一樣重要和有意義的。
接下來(lái)再看另外一個(gè)話題，就是黑洞。黑洞它是我們理論研究和觀測(cè)研究的核心，這是非常有意思的一個(gè)話題，在宇宙當(dāng)中有很多的黑洞，每一個(gè)星系都有黑洞在它的中心，這個(gè)是恒星圍繞著黑洞的一個(gè)軌道，這個(gè)是銀河系的。黑洞是伽瑪射線，甚至中微子的一個(gè)基礎(chǔ)，然后今早上我們也詳細(xì)的聽(tīng)到了這樣的信息，激光干涉引力波天文臺(tái)觀測(cè)到了，天文臺(tái)3年前看到了第一個(gè)引力波的信號(hào)，然后就由此發(fā)現(xiàn)了黑洞。對(duì)于天文物理學(xué)家和天文學(xué)家來(lái)講，這是一個(gè)非常重要的事件，它是打開(kāi)了我們觀察宇宙、觀察黑洞的一個(gè)新的篇章。
另外還有中子星也被發(fā)現(xiàn)，對(duì)于天文學(xué)家來(lái)講這個(gè)是更有意思的，因?yàn)檫@樣子中子星的碰撞不僅產(chǎn)生引力波，同時(shí)也能產(chǎn)生電磁波，這將是一個(gè)非常熱門(mén)的觀測(cè)天文學(xué)的領(lǐng)域，甚至也可以告訴我們一些關(guān)于黑洞的一些神秘的信息。
接下來(lái)我來(lái)介紹一下原子層級(jí)，也就是納米層級(jí)。有一個(gè)理論基本上一百多年來(lái)非常的成功，那就是分子、原子的理論，但是在過(guò)去的一二十年發(fā)生的一個(gè)變化，就是理論上的和實(shí)驗(yàn)性的對(duì)于原子層級(jí)物質(zhì)的控制，量子力學(xué)改變了我們看這個(gè)世界的方法，也改變了我們對(duì)普通的物質(zhì)的理解，并由此產(chǎn)生重大技術(shù)的進(jìn)步。但是在我看來(lái)，這才是剛剛開(kāi)始。將來(lái)還會(huì)有更多的、更好的成果。我們現(xiàn)在可以創(chuàng)造新的形態(tài)的物質(zhì)，就是基于我們對(duì)于我們所想要的物質(zhì)的理解以及我們對(duì)原子操控的能力，我們能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的目標(biāo)。
材料科學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)真正的科學(xué)，從理論的角度還有計(jì)算，還有仿真的角度來(lái)講，還有運(yùn)行的角度來(lái)講，都可以來(lái)構(gòu)建材料，這樣的能力，這樣對(duì)原子層級(jí)的控制，可以給我們帶來(lái)很多的能力，很多的可能性。但是比較有意思的是，希望我們能夠創(chuàng)造出新的電腦，也就是量子力學(xué)，它的核心就是量子力學(xué)為核心的，保持摩爾定律的計(jì)算能力。量子計(jì)算機(jī)比我們傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)要好多了，普通的這種計(jì)算機(jī)它可以操縱比特信息0、1，然后加在一起，大部分現(xiàn)在的技術(shù)都是基于這種對(duì)于比特信息的操控能力，而量子計(jì)算機(jī)它不一樣，它是對(duì)COMPUTER的操控，它是旋轉(zhuǎn)的原子，有可能是向上或者向下的運(yùn)轉(zhuǎn)，你可以對(duì)它朝一個(gè)方向的運(yùn)轉(zhuǎn)，比如說(shuō)向上或者向下一個(gè)階度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，它實(shí)際上和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一樣，但是差別在于量子的是可以疊加，不是傳統(tǒng)的那種只可以向上或者向下，在量子的計(jì)算當(dāng)中，它可以有上下的重疊，實(shí)現(xiàn)比特的重疊。這個(gè)上下的重疊不管是什么方向，又意味著我們對(duì)于信息的存儲(chǔ)和操控的可能性增加了很多，而且這個(gè)增加是指數(shù)性的增加，比原來(lái)的那種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)是指數(shù)性的增加。從原則上來(lái)講，如果我們要構(gòu)造這樣一種量子為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)，那我們可以對(duì)實(shí)際的這種量子系統(tǒng)進(jìn)行模仿，而原來(lái)的那種計(jì)算機(jī)是不可能做到的，而有一些是有實(shí)際的應(yīng)用的，它可以用于不同的目的，從物理學(xué)的角度來(lái)講，最有意思的就是幫助我們了解普通的這種材料，比如說(shuō)設(shè)計(jì)出更好的材料等等。但是問(wèn)題是像這樣子的電腦和環(huán)境發(fā)生作用的時(shí)候，其實(shí)在一定程度上肯定會(huì)有這樣子的發(fā)生，受到環(huán)境的影響，他么就會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，然后它也會(huì)轉(zhuǎn)變的像原來(lái)的那種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)那樣。環(huán)境會(huì)破壞它的特性，也就影響到它存儲(chǔ)大量信息的能力，或者是操控處理大量信息的能力。
所以要構(gòu)建一個(gè)量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)巨大的任務(wù)，我們現(xiàn)在已經(jīng)在有不同的戰(zhàn)略，現(xiàn)在涉及到一些私有的企業(yè)，比如微軟、谷歌、IBM這些公司已經(jīng)投資幾千億美元來(lái)研發(fā)，或者至少能夠有一絲絲的，將來(lái)能夠研發(fā)出這種量子計(jì)算機(jī)的希望，我相信將來(lái)一定能夠構(gòu)造出這樣的計(jì)算機(jī)，但是有可能是二十年，有可能是三十年，才能夠構(gòu)造出一臺(tái)真正解決問(wèn)題的，完全超過(guò)目前的計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)。微軟認(rèn)為只需要五年，也許他們是對(duì)的。
接下來(lái)我們?cè)倏匆幌录{米級(jí)，也就是更加的原子級(jí)別的，在過(guò)去的50年或者說(shuō)40年前，我們完成了一個(gè)非常全面的基本粒子的理論，也就是三個(gè)足的夸克，還有電子，還有中子。特別是我們了解施加在這些粒子作用上的力量，然后還包括粒子。比如說(shuō)電池主要是對(duì)電極施加力量的一個(gè)長(zhǎng)，同時(shí)他們也負(fù)責(zé)所謂量子還有分子的結(jié)構(gòu)，另外我們還有弱力和強(qiáng)力，它能夠分裂我們的電力。而這些研究都屬于我們基礎(chǔ)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中的內(nèi)容，這是一個(gè)很偉大的理論，因?yàn)槲仪懊嬷v了，所有我們直接生產(chǎn)并且直接觀察的這些物質(zhì)，都在我們這理論中包含，但是暗物質(zhì)不包括在里面，這主要是因?yàn)榘滴镔|(zhì)我們從來(lái)沒(méi)有直接看到過(guò)，但是其他我們周?chē)奈镔|(zhì)，所有開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)所關(guān)注的物質(zhì)都是得到了非常精確的解釋，它背后的支撐就是我這邊講的標(biāo)準(zhǔn)的模型的理論。我們直接就可以在一張衛(wèi)生紙上寫(xiě)下它的原理，然后進(jìn)行計(jì)算，并且告訴大家我們可以進(jìn)行什么樣的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是我的朋友所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。
在過(guò)去的30年，我們發(fā)現(xiàn)這方面的實(shí)驗(yàn)實(shí)際上只是發(fā)現(xiàn)了中微子的質(zhì)量，這相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以這些實(shí)驗(yàn)是非常的成功，理論非常的全面，包括了所有的力量、所有的物質(zhì)。當(dāng)然除萬(wàn)物引力之外，當(dāng)然這從物理學(xué)角度來(lái)說(shuō)并不相關(guān)，這里面也不包括暗物質(zhì)，前面說(shuō)了暗物質(zhì)到目前還沒(méi)有辦法直接觀察到。而對(duì)這個(gè)理論我最喜歡的一點(diǎn)就是前面我所講到的，核力量它和電子力非常的相似，它的名字就是量子色動(dòng)力學(xué)，夸克有三個(gè)顏色，這是向上的夸克，每個(gè)夸克都有三種電極，有三種顏色，這些電極可以產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)，就像你給電子充電它的負(fù)電荷就能產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)一樣，這樣的場(chǎng)使得夸克和反夸克相互吸引，這就是我們說(shuō)的量子色動(dòng)的一個(gè)場(chǎng)，然后就可以拉動(dòng)夸克或者對(duì)某個(gè)中子進(jìn)行離子化，就是前面講的量子色動(dòng)力學(xué)的。但是夸克和真空中所有的事物，在量子力學(xué)中，真空是一個(gè)起伏場(chǎng)，并不是空白的地區(qū)，所以在不斷的起伏和波動(dòng)的。電池場(chǎng)也是一樣，只是電池場(chǎng)的作用力非常弱，幾乎無(wú)法察覺(jué)。而如果是強(qiáng)力的話，真空的特性如果受到起伏場(chǎng)的影響，它對(duì)于夸克之間的力量產(chǎn)生的影響也更大，這里面給大家介紹的是在量子色動(dòng)場(chǎng)中會(huì)存在的起伏線，所以你可以看到它會(huì)讓粒子之間的力量和距離縮短，如果把夸克分開(kāi)的話，就可以達(dá)到我們說(shuō)的漸近自由的狀態(tài)，你讓夸克相互之間分開(kāi)，然后你獲得一個(gè)恒定的力量，而這個(gè)能量能夠線性增加，這也是為什么我們能夠把夸克從核中拿出來(lái)，因?yàn)槲覀儽仨氁a(chǎn)生一定的力量，這個(gè)力量會(huì)對(duì)夸克進(jìn)行限制，我們把它稱之為“限制”。
原子核是由中子和質(zhì)子組成，而每個(gè)都是由三個(gè)夸克組成，而夸克之所以組合在一起，就是因?yàn)樗麄冊(cè)陂L(zhǎng)距離中間有很多的力量存在，你沒(méi)辦法把夸克拉出來(lái)，這也是為什么我們很難發(fā)現(xiàn)夸克并且了解夸克相互作用的力量。但是現(xiàn)在我們卻能做到了，就是因?yàn)槲覀兦懊嬷v的這個(gè)量子色動(dòng)力學(xué)，通過(guò)這個(gè)力學(xué)我們就知道夸克如何受到限制，我們也可以進(jìn)行計(jì)算。理論學(xué)家最喜歡的就是計(jì)算，坐下來(lái)找到基本的原理，比如說(shuō)前面說(shuō)的基本元素的標(biāo)準(zhǔn)模型，然后沒(méi)有任何的闡述，你不需要任何的闡述，你可以假設(shè)夸克是沒(méi)有質(zhì)量的，然后再來(lái)看一下這個(gè)電子上面粒子它的質(zhì)量是多少，特別是在加速器能夠生產(chǎn)出來(lái)的所有粒子，它們的質(zhì)量是多少。更讓我們覺(jué)得興奮的，比獲得諾貝爾獎(jiǎng)更興奮的是計(jì)算，并且發(fā)現(xiàn)這個(gè)計(jì)算的結(jié)果是成立的。
一開(kāi)始我有說(shuō)科學(xué)的前沿問(wèn)題都是我們沒(méi)有回答的問(wèn)題，當(dāng)然我們?nèi)绻軌蜃屑?xì)的了解世界運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律是多么的美好，如果能夠計(jì)算所有特性的情況，當(dāng)然也是非常美好的。但是我想說(shuō)的是還有很多未答的問(wèn)題，除了暗物質(zhì)之外，那我們現(xiàn)在也有一個(gè)問(wèn)題是關(guān)于統(tǒng)一力量，我們現(xiàn)在來(lái)推斷力量怎么樣統(tǒng)一在一起，他們是按照對(duì)稱的原則來(lái)統(tǒng)一在一起，而這些力量對(duì)強(qiáng)度實(shí)際上是在非常高的能量水平上進(jìn)行統(tǒng)一的，這樣的一個(gè)現(xiàn)象，我們實(shí)際上是了解多年了，特別是在我們有了標(biāo)準(zhǔn)模型之后，很多理論學(xué)家也因此受到激勵(lì)來(lái)進(jìn)行研究，這樣的力量在能夠測(cè)量范圍之外的空間能夠進(jìn)行統(tǒng)一。更了不起的一點(diǎn)，我們說(shuō)的能量的尺度或者是距離的尺度，在這里面力量是施加在原子之上，那這個(gè)尺度是和地心引力成為非常偉大的量子力量的尺度一樣，所以有跡象顯明下一個(gè)門(mén)檻，我們說(shuō)基礎(chǔ)物理理論的門(mén)檻就是愛(ài)因斯坦的目標(biāo)，把所有自然的力量進(jìn)行統(tǒng)一，這里面包括萬(wàn)有引力，包括了解萬(wàn)有引力也是屬于量子理論。而這個(gè)問(wèn)題一直都存在，特別是我們看到愛(ài)因斯坦形成了它的量子力學(xué)的理論之后，愛(ài)因斯坦也因此發(fā)現(xiàn)了量子力學(xué)的理論。
我們這里面講的20世紀(jì)最偉大的物理發(fā)現(xiàn)，之所以能夠成功，是多年專家觀察的結(jié)果。現(xiàn)在達(dá)到頂峰，這個(gè)頂峰就是在日內(nèi)瓦超Star強(qiáng)子碰撞器，他們實(shí)際上是發(fā)現(xiàn)了Higgs的粒子，而且這個(gè)準(zhǔn)確度是非常的高，但是需要進(jìn)一步的發(fā)展，如果要回答前面未達(dá)的問(wèn)題的話，我們必須要找到更高的能量。至少是我這么認(rèn)為的。它的特性，也就影響到它存儲(chǔ)大量信息的能力，或者是操控處理大量信息的能力。
幸運(yùn)的是，現(xiàn)在有很多相關(guān)的提案供我們選擇。特別是歐洲國(guó)家，我們說(shuō)歐洲的核子中心，CORN，現(xiàn)在就正在進(jìn)化打造全新未來(lái)的碰撞性。在日內(nèi)瓦打造更大的隧道，大家也聽(tīng)過(guò)另外的一個(gè)消息，就是在中國(guó)也希望打造一個(gè)大規(guī)模的對(duì)撞性，我把它稱之為偉大對(duì)撞性，我成為為T(mén)he Great Collider，是和北京的高能量研究院合作的，我覺(jué)得這些項(xiàng)目對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是絕佳的機(jī)會(huì)。讓中國(guó)能夠在基礎(chǔ)物理學(xué)研究中發(fā)揮引領(lǐng)作用。當(dāng)然這個(gè)挑戰(zhàn)是巨大的，也是非常艱難的。但是我們前面就挑戰(zhàn)能推動(dòng)現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)的發(fā)展，所以我覺(jué)得這樣的項(xiàng)目對(duì)中國(guó)是很好的機(jī)會(huì)，而且我也深信中國(guó)一定能應(yīng)對(duì)這一巨大的挑戰(zhàn)，而且并且在這一世紀(jì)研究的全球的領(lǐng)先者，特別是在粒子物理學(xué)的研究方面，全球領(lǐng)先。
而現(xiàn)在我們也是采用了更多的能量來(lái)進(jìn)行更多的研究，特別是一些理論家。一開(kāi)始的時(shí)候我們看的是標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子，可能都是不同的單個(gè)物體，比如說(shuō)是一個(gè)帶弦的物體，而這樣的方法也教會(huì)了我們很多新的知識(shí)，這里面包括弦理論，還有量子引力，還有我們前面說(shuō)到的標(biāo)準(zhǔn)模型。我實(shí)際上沒(méi)時(shí)間講這些細(xì)節(jié)了，但是我想和大家分享最激動(dòng)的一些新的想法?？赡芎臀仪懊嬲f(shuō)的粒子物理學(xué)相關(guān)性并不是很大，主要是量子重力這塊。在量子程度的重力對(duì)我們來(lái)說(shuō)一直都是謎，部分原因是因?yàn)榱孔恿W(xué)當(dāng)中一切事物都是在動(dòng)蕩的，或者是波動(dòng)的。愛(ài)因斯坦就說(shuō)，空間的尺度是動(dòng)態(tài)的，而在整個(gè)的量子的環(huán)境中，我們說(shuō)時(shí)空是波動(dòng)的，而這種波動(dòng)是會(huì)越來(lái)越強(qiáng)烈的，使得我們沒(méi)辦法能夠在空間時(shí)間上移動(dòng)的物理來(lái)進(jìn)行定義，這也是我們對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行物理定性的基礎(chǔ)。所以我們長(zhǎng)期以來(lái)都認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象所謂的時(shí)空泡沫，我們必須要再找到一個(gè)新的尺度，這個(gè)尺度里面所有的力量得到統(tǒng)一，而量子重量也成為一個(gè)主要的力量，我們需要超越愛(ài)因斯坦的理論，這也是為什么弦理論變得如此重要，因?yàn)檎脧浹a(bǔ)了這個(gè)空白，超越了愛(ài)因斯坦的理論，但是它是否正確實(shí)際上也有待進(jìn)一步驗(yàn)證和考察?，F(xiàn)在的尺度很難進(jìn)行相關(guān)的研究，但是我們已經(jīng)有工具了，來(lái)進(jìn)一步探討。
對(duì)于量子重力的情況，它的一些相關(guān)悖論進(jìn)行驗(yàn)證。這就導(dǎo)致了關(guān)于我們最根本的一個(gè)概念，物理學(xué)當(dāng)中的概念，也就是時(shí)空的一些新的進(jìn)展。比如說(shuō)弦理論，在一開(kāi)始的時(shí)候他問(wèn)的問(wèn)題，就是說(shuō)是否是有三維之外，就是超過(guò)三維的，是不是除了三維之外的空間還有另外一個(gè)維度是我們目前看不見(jiàn)的，可能要通過(guò)顯微鏡才能看見(jiàn)的。這個(gè)問(wèn)題是由弦理論來(lái)推動(dòng)的，因?yàn)槠胀ǖ哪Ｐ头从车氖?，或者說(shuō)試圖想了解的是，弦理論之下我們要想理解的話是要超越三維的。實(shí)際上一切都是根據(jù)弦理論，是超過(guò)三維之外的。這個(gè)實(shí)際上和我們目前的觀測(cè)相一致的。
然后最簡(jiǎn)單的弦理論，就是說(shuō)你需要三維之外的一些維度，那么這些額外維度的構(gòu)造，它是愛(ài)因斯坦的方程所決定的。很多的一些關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的模型，它是沒(méi)有辦法去解釋的。比如說(shuō)各種作用力的本質(zhì)，還有物質(zhì)的形態(tài)，還有中子、中微子等等這些，其實(shí)所有的這些東西都是由幾何形狀來(lái)決定的。實(shí)際上有很多很多的說(shuō)法，但是我們沒(méi)有辦法選出一個(gè)正確的解決方案，所以說(shuō)還需要再做更多的實(shí)驗(yàn)。目前，我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何新的理論，所以說(shuō)這個(gè)方向很明顯，還需要更多的實(shí)驗(yàn)和理論方面的答案。
但是量子重力它有很多的悖論，霍金認(rèn)為當(dāng)你把一個(gè)東西扔到黑洞當(dāng)中，會(huì)失去一些信息。因?yàn)楹诙磿?huì)蒸發(fā)，它會(huì)帶去這些纏繞的信息。他的結(jié)論是，如果說(shuō)把量子力學(xué)和萬(wàn)有引力結(jié)合在一塊，那你就要改變量子力學(xué)的規(guī)則，在量子力學(xué)的理論之下是不會(huì)失去信息的，這些時(shí)空的信息是存儲(chǔ)好的。
弦理論可以幫助進(jìn)一步的解答這樣的問(wèn)題，因?yàn)樵谙依碚摰目蚣苤?，我們可以把這個(gè)問(wèn)題放到量子力學(xué)，也就是我們非常理解的量子力學(xué)的框架之下來(lái)解釋，所以現(xiàn)在弦理論可以幫助我們開(kāi)始了解量子引力當(dāng)中的一個(gè)悖論，希望最終也能夠幫助我們解答其他的一些悖論，比如說(shuō)宇宙的開(kāi)始，宇宙的唯一性等等。在過(guò)去的十年左右，越來(lái)越明顯，最好的思考物理的方式不是從時(shí)空的角度，還有普通的特性的角度來(lái)理解，似乎在弦理論之下一切都會(huì)消失。換個(gè)角度，應(yīng)該說(shuō)時(shí)空它給我們帶來(lái)更加貼近事實(shí)的一些新的可能性，我們要調(diào)整愛(ài)因斯坦之前的相對(duì)論的一些理論，因?yàn)楝F(xiàn)在我們才剛剛開(kāi)始有一些更多的了解。這是現(xiàn)在研究的關(guān)注焦點(diǎn)，也就是了解一下把時(shí)空本身作為一個(gè)新產(chǎn)生的現(xiàn)象。
另外，關(guān)于這個(gè)有什么好處。其實(shí)我覺(jué)得Arthur McDonald教授說(shuō)得很好，因?yàn)槲覜](méi)時(shí)間了，所以我非常快速講完。法拉第回答維多利亞女皇的問(wèn)題非常大，當(dāng)時(shí)維多利亞女皇去了他的實(shí)驗(yàn)室，他說(shuō)很好，但是這個(gè)東西有什么好處呢？科學(xué)家的回答是“我也不知道，但是當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)它的好處的時(shí)候你就會(huì)對(duì)此增加稅收”，我們后來(lái)就發(fā)現(xiàn)了電到底有什么好處，磁有什么好處。法拉第他的回答我覺(jué)得是個(gè)很好的例子，其實(shí)量子力學(xué)也就不到一百年的歷史，我們才剛剛開(kāi)始要準(zhǔn)備量子力學(xué)一百年的誕辰。量子力學(xué)的發(fā)明者，當(dāng)然他們知道量子力學(xué)可以幫助我們了解原子結(jié)構(gòu)，但是他們完全不知道之后量子力學(xué)能夠有什么樣的應(yīng)用，而量子力學(xué)之后在現(xiàn)代技術(shù)當(dāng)中起的重要的作用，將來(lái)尤其是在這個(gè)世紀(jì)還會(huì)起到更大的作用。包括晶體管、激光、集成電路，還有遠(yuǎn)程搖控器。
我經(jīng)常會(huì)被問(wèn)，你的研究就什么好處？其實(shí)我很難想象，我們對(duì)核力的理解到底有什么好處，人們建造這些核反應(yīng)堆、炸彈，但是對(duì)那之前要先了解一些基礎(chǔ)科學(xué)的理論。關(guān)于QCD，量子色動(dòng)力學(xué)有什么好處，我有一些大概的想法。我想最終它會(huì)帶來(lái)一些好處，毫無(wú)疑問(wèn)，肯定是有應(yīng)用的，就像量子力學(xué)它的發(fā)明者一開(kāi)始想都沒(méi)有想到，最后能夠通過(guò)量子力學(xué)的規(guī)則和理論帶來(lái)什么樣子的好處。我相信我們對(duì)這個(gè)理論的研究和了解肯定是會(huì)有好處的。
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