對話諾獎得主溫伯格：物理學的基本問題和未來

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Steven Weinberg

史蒂芬·溫伯格被認為是當今世界仍然健在的最傑出的理論物理學家之一。他在基本粒子和宇宙學研究領域的卓越貢獻曾為他贏得無數獎項，包括1979年的諾貝爾物理學獎、1991年的國家科學獎章和2004年的本傑明·富蘭克林物理學獎章。除了研究本身，史蒂芬·溫伯格同時還是科學研究領域重大課題的公共代言人，時常對公眾關心的國際重大科研項目和物理學前沿學科等問題發表演講和評論。近日，賽先生邀請本刊「品質委員會」的8位物理學家提問溫伯格教授，請他分享了自己對一些物理學基本問題和未來方向的看法。

採訪 賽先生品質委員會特邀物理學家

翻譯 凌復華（旅美退休物理學教授）

文小剛 賽先生主編

麻省理工學院格林講席教授

文小剛：目前量子場論是描寫我們世界的一個標準方法，包括您所發展的描寫所有基本粒子的標準模型。但量子場論中有一個眾所周知的問題：紫外發散。您認為量子場論有可能成為自然界的一個基本理論嗎？在我們尋求自然界基本理論的過程中，量子場論會不會代表一個錯誤的方向？那什麼是正確的方向？

溫伯格：無論量子場論會不會是自然界的一個基本理論，它肯定是物理學的一個重要工具，因為任何滿足一定物理要求的理論，在足夠低的能量下都表現為量子場論。紫外發散未必是一個嚴重問題，因為總可以通過重新定義該理論的參數而予以消除。對一些所謂的「可重整理論」，即便當該理論只涉及有限個自由參數時也可以做到。基本粒子的標準模型就屬於這一類。其他理論，包括任何涉及重力的量子場論，必須容許無限個參數。僅當能量與表徵這些參數尺度的某種基本能量（如普朗克質量）相比很小時，這樣的理論才保留其預測能力。在較高能量下，該理論便失去效用，除非（a）它併入某種非場論的理論，如弦理論；（b）理論中的無限多個參數在重整化群變換下獲得的能量依賴關係趨於一個固定點（即漸近安全性的可能性）。

祁曉亮 斯坦福大學物理系副教授

祁曉亮：有無可能在不久的將來實驗觀測量子引力效應？對超對稱性您怎麼看？您是否認為超對稱性將很快被LHC（譯註：大型強子對撞機（Large Hadron Collider）的縮寫，它是現在世界上最大、能量最高的粒子加速器，將質子加速後對撞。大型強子對撞機坐落在日內瓦近郊，位於瑞士和法國的交界侏羅山地下100米深處，總長17英里（含環形隧道）的隧道內。2008年9月10日，對撞機初次啟動進行測試。）證實或證偽？

溫伯格：短期內觀測到量子引力效應的唯一希望在宇宙學中——例如，觀測極早期宇宙中量子漲落的遺迹。關於超對稱性，誰知道呢？可能很快就會被觀測到，這也是我的期望。

許岑珂

加州大學聖塔芭芭拉分校物理系副教授

許岑珂：弦理論早先提出時被認為是物理宇宙的「萬有理論」，特別是量子引力的候選理論。但現在，越來越多的弦理論學者開始研究凝聚態物理學。這是否意味著我們需要重新評估弦理論的意義和未來？

溫伯格：但願我們能知道如何評估弦理論的意義和未來。它對基礎物理而言或許是一條死胡同，但我不曾聽說任何其他更有前景的想法。

翁征宇 清華大學教授

翁征宇：您對代表基本定律兩個相反觀點的還原論和演生論怎麼看？多體複雜系統如凝聚態和生物學中的演生規律在低能量無法進一步簡化，從這個意義上看，它也是一條基本定律。例如，凝聚態強關聯電子系統中演生出的基本元激發粒子和規範場，對生活於其低能世界的「外星人」來說，就是基本的，除非它們有高於1eV的加速器來揭示出背後的「高能」電子才是系統的構造磚塊。

溫伯格：複雜宏觀系統中發現的任何「定律」，其成立都是由於更深層的微觀定律。否則我們如何能理解這樣的「定律」適用於什麼系統呢？

趙平 哈佛－史密森天體物理中心研究員

趙平：您怎樣看待暗物質和暗能量？它們可能是什麼？它們會不會就像100多年前迷惑物理學的以太那樣，到頭來一個嶄新的革命性理論告訴我們，其實無須暗物質和暗能量就能解釋我們的可觀測宇宙？如果它們確實存在，您認為其發現是否會創建新的物理學？

溫伯格：我看不出如何能夠使目前的天文觀測結果與任何不包含暗物質和暗能量的理論相契合。暗物質只是某種有待發現的弱相互作用粒子——也許是很輕的軸子，或者是根據超對稱理論預測的重粒子之一。暗能量則更神秘一些，它並不存在於粒子之中，而是存在於空間本身。其神秘性並不在於暗能量為何存在，而在於它為何如此之少，因為量子漲落中能量的粗略估計給出的數值遠大於所觀測到的數值。

是的，暗物質粒子的發現，或者能夠解釋暗能量觀測值的理論，將是物理學向前邁進的一大步。

趙平：斯蒂芬·霍金教授警告我們不要接觸外星文明，因為先進的外星文明可以輕鬆地毀滅人類，就像一個人毀滅一窩螞蟻。您怎麼看？人類是否應該積極地尋找並努力接觸外星文明？

溫伯格：如果只是像SETI(譯註：是一項利用全球聯網的計算機共同搜尋地外文明（Searchfor Extraterrestrial Intelligence）的縮寫，中心平台位於加州薩克拉門托伯克利空間科學實驗室，於1984年創立。)所做的那樣聽取地外文明信號，並不會造成什麼危害。至於接觸外星文明，或許我們已經在這樣做了，我們所使用的電磁波，其頻率足以穿透大氣電離層，逸入太空。

陳學雷 國家天文台研究員

陳學雷：我知道您向來支持多重宇宙理論。我聽說過一則玩笑：2005年，馬丁·里斯說他願意賭上他自家狗的性命來支持多元宇宙的存在，安德烈·林德說他願意堵上他自己的性命來支持多元宇宙的存在，而您說您願意賭上馬丁·里斯的狗和安德烈·林德的性命來支持多重宇宙的存在。經過這麼多年，您對多重宇宙和人擇原理（譯註：人擇宇宙學原理由鮑羅和泰伯拉提出。這條原理的大意為：正因為人類的存在，才能解釋我們這個宇宙的種種特性，包括各個基本自然常數。因為宇宙若不是這個樣子，就不會有我們這樣的智慧生命來談論它。）的觀點是否有任何改變？

溫伯格：從我開的小玩笑可以很明顯看出，我不至於像里斯或林德那樣，賭上我自己或者寵物的性命來支持多元宇宙。多重宇宙只是一種猜測，但我想這是一種合理的猜測，應當認真對待。

曹則賢 中國科學院物理研究所研究員

曹則賢：關於人擇原理，海因里希·赫茲曾在他的著作《力學原理》中指出，我們只在特殊意義上談論合適性，也就是在不考慮人在自然界中的偶然位置的前提下，嘗試客觀地接受我們的全部物理知識，並以簡單方式闡述這種知識。人擇原理是為了把人與理論聯繫起來。您認為這種類型的理論可以給出一種清晰的數學表達式嗎？如果不能，我們還能稱其為理論嗎？

溫伯格：人擇原理在多重宇宙理論中是說得通的，它在其中是一種常識。但它當然永遠不能提供精確的預測。

毛淑德 清華大學/國家天文台教授

毛淑德：意識能否最終用物理學來解釋？人腦中會發生量子糾纏嗎？

溫伯格：我對量子糾纏與意識之間的任何聯繫都深感懷疑。我們也許能發現意識的客觀基礎，但我看不出它究竟能如何描述意識感覺。

凌復華 譯者，退休物理學教授

凌復華：16~17世紀科學革命對18世紀第一次工業革命產生了怎樣的影響？未來的科學革命或重要科學進展對下一步工業革命將可能造成何種影響？

溫伯格：根據我從歷史著作中所搜集的資料看來，第一次工業革命的先驅們並未過多受到科學革命的影響。影響的方向似乎恰恰相反，蒸汽機的發展導致了熱力學的形成，而非相反的情況。但之後的電子、光學、核能等方面的工業發展，肯定是建立在科學發現的基礎上的。

凌復華：您能否進一步說明文藝復興可能對科學革命造成的影響？

溫伯格：我所知道的就是我在書中所說的，15世紀的文藝復興使人們重新燃起了對自然界的興趣