Physics 版 (精华区)

发信人: hbg (炳哥), 信区: Physics
标  题: 物理学思想能否实现新的超越zz
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Dec 11 15:19:08 2001) , 转信



发信人: story (鲁迅), 信区: physics
标  题: 物理学思想能否实现新的超越
发信站: 饮水思源 (2001年12月09日18:47:13 星期天), 站内信件


　　1900年，英国的开尔文勋爵在皇家学会的新年致辞中自负地宣称，物理学
的大厦已经完成，今后物理学家的任务只是把实验做得更精确些。但是，他并
没有料到，他眼中小小的“两朵乌云”——黑体辐射的理论解释和迈克尔逊－
莫雷实验对以太观念的冲击——引起了现代物理学翻天覆地的变化。本世纪理
论物理学中最伟大的两项成就——相对论与量子力学均与这两朵“小小的乌云”
大有干系。
　　一个世纪已经过去，当我们回顾物理学的发展历程，不得不为人类在这一
百年里的智慧成就所折服。在微观领域，我们有所谓的标准模型来解释强、弱、
电三种相互作用的本质和各种基本粒子的存在；在宏观上，建立在广义相对论
基础上的大爆炸宇宙学描绘了整个宇宙演化的图景，正在不断改变和深化人类
关于整个世界的看法。而对宇宙创生的研究则使“第一推动”这个本属于宗教
神学的问题变得理性了。
　　历史总有许多相似之处。当人类站在新世纪的门槛上，思考我们这个时代
的物理学，发现今天的情形竟然和一百年前如此的类似。我们有量子场论，在
探索粒子物理领域取得了巨大的成就，但理论本身并不完美：在一些计算过程
中出现了无穷大。虽然用重整化方案方可消除这些发散，然而这种技术近乎是
一种“耍赖皮”（王竹溪语）的手段，在概念上也存在不自洽之处。虽然这种技
术很有效，但物理学家相信这只是一时的权宜之计。另外，强、弱、电三种相
互作用并未得到真正的统一，标准模型也只是一个唯象的理论，其中含有十几
个可调参数、任意性太大。物理学家希望，真正的统一方案应该用一个单群来
描述三种相互作用的对称性、并且在理论中只出现一个耦合常数来描述相互作
用强度，更具体一些说，三种相互作用具有不同的强度，这只是在低能量情况
下的行为、是对称性发生破缺的结果。而在更高的能量标度上，三种相互作用
统一成为一种力，只有一个作用强度。就像是麦克斯韦方程把电力和磁力统一
成为一种电磁相互作用。物理学中的最大困难恐怕要算是广义相对论中的奇点。
霍金和彭若斯早在70年代就已经证明，经典广义相对论中的奇点是不可避免
的。在奇点处，曲率和密度无限大、一切物理规律都已失效。对于这样一种只
在数学定义中出现却威胁到物理学的东西，是不受物理学家欢迎的。人们普遍
相信，考虑到引力场在微观尺度上的量子效应，奇点应该是可以避免的，就像
当年用量子论来解释黑体辐射从而避免了紫外发散一样。然而，目前基于广义
相对论的量子引力理论却是不成功的。究其原因，在于引力场本质上是弯曲的
时空背景，充当供其他物质场?表演?用的舞台；而当对它进行量子化时，又把
它作为演员来看待。同一事物充当两个互为矛盾的角色，这在哲学概念上可以
辩证地理解，但在物理理论的具体操作中却存在无法克服的困难。这显然是一
件非常糟糕的事情。
　　量子引力的困难，暗示了对通常物质场有效的量子化方案引力场已不再适
用。这就是为什么大统一理论不能纳入引力相互作用的原因，甚至于形式上的
统一也办不到。当然，问题也可能出在我们普遍接受的引力理论——广义相对
论本身。近二十年的研究表明，广义相对论和热力学之间存在密切的联系。举
一个例子，关于黑洞的经典理论中，有一组定理和热力学定律很相似，而发现
黑洞有热辐射则确证这些定理是真正的热力学定律。有的学者甚至从热力学推
导出了广义相对论的场方程！尽管还有争议，但这一切都已经强烈地暗示广义
相对论也许只是一个唯象的理论，相当于热力学的那个层次。场方程则相当于
热力学中的态方程。把这个理论量子化在概念上和方向上都是错误的。因为态
方程本身没有可以进行量子化的动力学变量。举个例子，气体理论的玻义耳－
玛略特定律里有两个状态参量：压强和体积，都不是动力学变量，无法进行量
子化。我们用薛定谔方程而不是玻－玛方程来研究气体分子的量子效应，然而
这种效应不会在宏观的状态参量中表现出来。
　　理论中出现无穷大总是令物理学家头痛的事情。但是，一些思想开放的人
却欢迎这种无穷大。从历史上看，量子论的诞生正是源于解决黑体辐射的紫外
发散问题。我们不禁要问：历史是否会重演？现今物理学的困难是否预示着一
场物理学革命的到来？
　　物理学归根结底是一门实验科学。但是，审视一下我们今天的物理学，不
难发现理论已经远远走在了实验的前面。新的理论无法在现有条件下得到证实，
有的预言根本无法在实验室里得到验证，因为需要建造的加速器得有银河系那
么大！缺少实验的推动，理论物理已经走入低谷，进展缓慢。为了解决物理学
的困难，需要有创造性的新的物理思想。站在世纪的交点，隐隐的雷声和片片
乌云又喻示着一场暴风雨的来临。我们期望着理论物理学又一次全新的超越。
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不主动、不拒绝、不负责，
这是台湾哪个坐了十几年牢的官员说的，
李敖的解释是：
不主动，你就爬不到美女身上；
不拒绝，丑女就会爬到你身上；
不负责？不可能，给我做DNA检测去！
※ 来源:·饮水思源 bbs.sjtu.edu.cn·[FROM: 202.120.52.11]



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