如何看待觀點「從經典物理學發展到弦理論物理學不復當初的美感,基礎定理變得複雜且不確定」?


對『美』與『複雜性』等的判斷因人、時而異。對於熟悉物理學的人而言,這幾百年的物理學發展其實是關於美感、複雜性的『判斷對象』和『判斷標準』這兩樣概念的轉移和發展。

以人作比,這類似於判斷一個人美不美時,你是觀察其『內在思想』還是『外貌身材』,這種差異。相比而言,『內在思想』是人的較為抽象的屬性,當你對人的感知是在更高抽象程度的層面發生,那你對人的美感判斷自然會更著眼於抽象的『 內在思想』。

要討論美感和複雜性,首先要明晰是『什麼東西』的美感和複雜性。

  • 幾百年前,美感可能是針對 [公式] 或者以此引申出來的常微分方程而言。
  • 諾特之後,『美感對象』逐漸向『對稱性』這一更為普適的抽象性質轉移:儘管物理對象逐漸變得複雜,但是人們能夠從中提取出高度抽象 (其實也很簡單) 的內核稱為『對稱性』或者『群』。物理學家不是從更加複雜的系統本身感受到美,而是從『複雜物理系統中能提取出如此純凈和精妙的結構』這一事實中感受到了美,類似一種對『出淤泥而不染』的欣賞。
  • 現代物理的『美感對象』更加抽象了。現代物理涉及的基礎對象甚為廣泛,包括表觀上紛繁複雜的數學概念、物理概念。但因此,前文所說的那種美感也更加強烈了。複雜的表象能夠被進一步抽象、概括。量子力學有一大堆『原理和性』,不確定性,不相容原理,波粒二象性,但是量子力學的美在於這些複雜的表象能夠被提煉成線性代數的自然語言。拉氏量很複雜有很多場,但是有了超對稱之後,拉氏量的具體內容不再重要,重要的是裡面場打包組成的 multiplet 類型,以及一些超對稱耦合。最後,現代物理髮展出那麼多分支,看著如此雜亂無章,但是物理學家的注意力又逐漸轉移到更高一層的美學感受對象,那就是『對偶』:多個看起來可能九不搭八的系統,實際上是相同的。

這些東西複雜嗎?如果一個個看它們的展開,具體表達式,是挺複雜的。但是物理學家能從更高的層次去重新考察它們,進行抽象和打包,能夠發現這些複雜構造的『內在自然性』,提煉出表觀複雜而且迥異事物之間的關聯:這能夠產生更深層次的美學感受

如果缺乏對事物的抽象化能力和相關知識,那的確只能停留在最表層,作出『這些東西真丑』的美學判斷了。


謝邀。對於理論物理專業方向的人(也就是我啦)來說,從經典力學到量子力學,再到量子場論和多少涉及一些弦理論,其中的基礎定理看上去變得複雜,但內在卻是在一步步的簡化和統一哦。

其實吧,不客氣地說:很多非物理專業的人或者部分物理專業的人,是根本不理解(狹義)相對論或者量子力學的,或者發現在後來研究工作中壓根兒用不上。儘管這兩個基礎理論構成了現代物理的大廈。對於不了解量子和相對論的人員來說,他們的思考方式總是基於經典力學的,甚至是直觀受力分析的。這大概是為什麼物理學不復當初的美感了吧。

比如,狹義相對論是基於兩個基本的假設,然後可以導出整個理論框架來;這個理論框架在低速條件下可以得到牛頓力學來。我實在想不出還有比這樣更具「美感」的理論啦!

比如,量子力學在Dirac的設計下也是基於五條假設(如果沒記錯的話),然後可以構架整個理論。這個理論幾乎能描述從原子尺度(nm)到人類活動尺度(m)的所有物理(力,熱,光,電,磁學等)甚至化學和生物問題,已經獲得了大量的成功。同時,這個量子力學的理論也可以在經典極限下蛻化成牛頓力學。我也實在想不出還有比這樣更具「美感而且還實用「的理論啦!

後來發展的量子場論,規範場論,標準模型以及弦理論等等,就是因為我們人類可以探索的尺度越來越小,同時我們本身也渴望獲得更統一的理論框架。因此一代人一代人推動著現代物理的步伐!這些理論的提出,本身就是為了處理那些」在經典力學下看起來複雜和不確定」的問題!

其實這些新理論是向下兼容的;換句話說,你是可以把弦理論蛻化成標準模型,近一步慢慢蛻化成牛頓力學和麥克斯韋方程的。

說現代物理不復當初的美感,我是反對的。

可以類比來看:你想想到,在牛頓之前的物理學是什麼樣子嗎?牛頓力學幾百年下來你知道所謂的經典力學發展得多麼龐雜嗎?如果你是生活在牛頓力學統治的年代,你大概會形容牛頓的經典力學不如歐幾里得幾何學和托勒密天文體系那般「真理而具有神性」吧!

我還是希望人們能「專業一點」地看待現代物理的發展,說物理學不復當初美感這件事情,對於現代物理來說是很不厚道。

真的是,因為你沒有好好用心去試著看看現代物理大廈的樣子。在我個人看來,它的樣子是務實又充滿想像力的!

---楓林白印


要讓在頂尖學校學習的學生感到在數學上經常有壓力和挑戰,使得他們刻苦工作,保持一個良好的工作狀態。現在經常有來自中國大陸的學生大談數學的哲學,而不能坐下來做紮實的計算。[1]

--- 丘成桐

[1] http://www.cms.zju.edu.cn/conference/YCMC/rules-c.html



先問是不是,再問如何看待吧。

正如幾位大神在回答里說的,

變得「複雜」和「不確定」只是表象。

事實是,物理理論一直在走向統一和自洽。

舉兩個最老生常談的例子。

在相對論力學中,

牛頓力學看似被改造得更加複雜,

但其實這恰恰是

將牛頓力學和電磁學

統一到一個時空框架下的必經之路,

在這個框架下,一切物理量

都服從同一種參考系變換(洛侖茲變換),

也更能體現物理定律不隨參考系變化

這種優雅對稱的性質。

在量子力學中,

一切都看似變得不確定,

但這些所謂不確定背後,

其實是有一個確定的東西,

就是波函數 [公式]

雖然我們無法觀測它,

但它其實包含了物理系統的一切信息,

我們只需要將相應的算符作用在上面,

就能得到相應的物理量,

這才是一種大道至簡的力量。

只不過要理解這些,

需要學習更多的數學。

不了解坐標變換和張量分析,

你就難以理解到相對論中

物理定律的對稱之美。

不了解特徵值理論,

你就無法體會波函數森羅萬象的奧妙。

所以物理學的美感沒有消失,

反而是越來越讓人著迷,

前提是要有足夠的數學修養來欣賞它,

如果題主執意要認為

物理學已經喪失了美感,

也拒絕通過數學的學習

進一步提高抽象審美能力的話,

那我也無話可說了。


審美是有門檻的,最直接地感受物理學的美的手段,是學數學。。

關於美學,建議讀一讀楊振寧的經典文章《美與物理學》。。

關於複雜,建議讀一讀Anderson的經典文章《more is different》。。

╮(╯_╰)╭


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