这段历史从它最辉煌的时刻开始。
1927年10月，第五次索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。 29位物理学家讨论了“电子与光子”的主题。 爱因斯坦、普朗克、薛定谔等大师云集于此。 会议期间，他们合影留念，给世人留下了“众神齐聚”般的奢华回忆。
第五届索尔维会议物理大师合影。资料图片
当然，成为经典的还是这次会议上玻尔和爱因斯坦著名的量子辩论。 持续数十年的“玻尔与爱因斯坦之争”成为量子理论发展史上的重要转折点。 自此，量子理论逐渐成长为现代物理学的两大基石之一。
另一个基石是熟悉的相对论。 尤其是1919年英国天文学家爱丁顿完成日全食实验后，爱因斯坦的广义相对论“一战成名”。
与那个辉煌时代相比，今天的理论物理显得有些乏味——大师屈指可数，缺乏颠覆性的理论创新。 人们不禁要问：物理理论的发展完成了吗？ 现代物理学的发展是否正在放缓？
远方大师的时代
20世纪被称为物理学的世纪。 “相对论和量子论是20世纪物理学的两大成就，今天几乎所有的科学技术都是基于这两种理论发展起来的。” 中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员蔡荣根表示，量子理论和技术的出现彻底改变了人类的世界观，极大丰富了我们对宇宙的认识。客观世界。 半导体、激光以及现在的量子计算等尖端技术都是在此基础上发展起来的。 “更不用说相对论了，它改变了我们对时间、空间，甚至整个宇宙的认识。现在的卫星发射，未来的星际旅行，都离不开相对论的指导。”
20世纪初诞生的相对论和量子论给我们带来了极大的震撼，也使物理学家和物理学家倍受关注。
“那张合影反映了一个非常典型的时代。” 蔡荣根说，当时由于相对论、量子论刚刚诞生，还有很多重要问题尚未搞清楚，存在很多空白。 “夸张地说，你只需要解决一个量子力学问题就可以让你成为一名著名的科学家。”
爱因斯坦
随着科学家对理论认识的逐步加深，学科的发展也向纵深发展。 量子场论、杨-米尔斯规范场论、弦理论和超弦理论相继提出，以及霍金评价的“可能是对宇宙本质的解释”。 独创的终极理论“M理论”。这些理论的主要研究者也被学术界公认为旗帜人物。
如果说20世纪50年代、1960年代是杨振宁先生和李政道先生的时代，那么1970年代就是荷兰物理学家特·豪夫特的时代，而20世纪80年代则是美国物理学家爱德华·威滕的时代。 蔡荣根回忆说，年轻时的他和许多从事理论物理研究的同学一样，都把被公认为“世界上最聪明的头脑”的威滕视为偶像。 M理论的提出者。 大师。 无论他当时在做什么，我们都会做同样的事情。”
然而，维滕之后的四十多年里，似乎没有一个名字能够被全民广泛熟知。 在很多人看来，大师的缺席似乎意味着理论物理的发展找不到新的突破方向，趋于停滞。
物理学研究向纵深发展
——任何科学本身都有其客观的发展规律
近年来，公众对这个问题越来越关注，有人感叹“物理学没有突破”。 事实真的如此吗？
“目前，理论物理研究在现有成果的基础上不断向前发展，但确实没有像量子力学、相对论那样彻底改变人们世界观的突破。” 蔡荣根解释说，虽然从人类历史的发展演变来看，科技在过去100到200年里持续加速发展，但这并不需要理论物理的发展跟上。 “任何科学本身都有其客观的发展规律。”
“过去两三十年，从诺贝尔奖的颁发就可以看出，物理学取得了一些巨大的进步。比如一百年前爱因斯坦在广义相对论中的一些预言将无法实现。”直到2016年才探测到引力波。这一发现得到了证实，类似的例子表明物理学仍在向前迈进。” 在中国人民大学科技哲学副教授马剑波看来，“物理学的根本性理论变化往往涉及到人类认识宇宙的方式，越困难的事物不可能一直快速发展。”
对于基础科学来说，如何实现理论突破？ 积累是必要的。 “当旧的理论无法解释新的实验结果时，新的理论就会被提出。” 蔡荣根说道。
19世纪末20世纪初，很多物理学家都觉得以伽利略、牛顿为代表的经典物理大厦已经完美搭建，但天空中仍然飘浮着“两朵乌云”——黑体辐射问题和迈克尔逊-莫雷实验的问题无法用经典物理学来解释。 后来，其中一个发展为相对论，另一个发展为量子力学美国物理学家的，从而动摇了经典物理学的基础。
与一百年前遇到的情况类似，当前的物理学界也面临着旧理论无法解释某些新现象的问题。 马剑波认为，无论是相对论还是量子力学，从理论本身来看，内部还有很多需要完善的地方。
蔡荣根举了个例子：“比如我们常说的‘暗物质’和‘暗能量’，被称为‘21世纪笼罩在物理学上空的两朵乌云’。” 如果这两个问题取得突破，那么将对我们对客观世界和物理定律的认识产生巨大影响，从而带来基础物理学的新突破。”
但这次突破将会比之前更加困难。 “这依赖于我们的实验和观察。物理学是一门实验科学，需要实验和观察来积累越来越多的数据。” 蔡荣根说，“月球为什么绕地球转，飞机如何起飞……这些问题在常规尺度上已经弄清楚了，但在更宏观的宇宙尺度上，在更微观的量子尺度上，而在高温、高密度和强磁场下的物理定律上，这些实验所需的极端条件越来越苛刻，实验很可能跟不上理论研究的步伐，因此。理论物理的发展遇到一些困难是很正常的。”
蔡荣根从能源角度举了一个例子。
目前人类所能达到的最高能量是欧洲粒子物理实验室大型强子对撞机创下的记录——约14 TeV，即14万亿电子伏特。 “人们已经认为这是一个很高的能量了。但粒子物理学所要探索的标准，比如标志着量子引力时代的普朗克能量，是1019吉电子伏，仍然有十多个数量级的差距。”两者之间的大小”。
理论物理有其独特的特点
——我不知道突破口在哪里，甚至不知道朝哪个方向。
除了实验困难之外，理论物理学还有一些根本上的特殊性。
“我们从事理论研究，很大程度上是出于好奇心，希望了解事物的本质和发展规律。比如，月亮为什么绕着地球转？苹果为什么会落到地上而不是飘到天上？这似乎没有什么实际意义。” 蔡荣根表示，理论物理学追求的是对整个学科领域和人类生活产生重大影响的思想理论。
“这意味着我们面临的是一个长期的、根本性的、不确定的问题。” 蔡荣根进一步解释说，理论物理研究与具有非常明确科学目标的大型工程——建设天眼FAST和发射卫星不一样。 这些项目本质上是工程问题。 已经有行之有效的行之有效的路径，问题只是弄清楚我们如何去做。 “但在理论物理领域，你可能不知道突破会在哪里，甚至不知道朝哪个方向发展。”
他举了暗能量的例子。 1998年，科学家发现了宇宙加速膨胀的现象，而推动膨胀的力量被称为“暗能量”。 经过20多年的验证，发现这一研究成果的科学家也荣获2011年诺贝尔物理学奖。
根据最新研究美国物理学家的，当前宇宙中大约只有5%的普通物质和27%的暗物质，剩下的68%的能量成分是由神秘的暗能量提供的。 尽管暗能量的本质尚未被揭示，但天文观测证据表明暗能量充满了宇宙，并且暗能量与除引力之外的其他物质之间不存在已知的相互作用。
“从1998年到现在，20多年过去了，科学家们仍在寻找‘暗能量’，谁也不知道什么时候才能找到。” 蔡荣根认为，“就像我们解决问题时，大多数都会失败。”
理论物理在科研组织模式上也有其独特之处。
“基础科学研究的突破都是由人才驱动的，当这些顶尖人才取得突破时，很多研究人员跟进，他们就能共同推动学科的发展。” 蔡荣根说道。
以尼尔斯玻尔研究所为例。 该研究所以丹麦著名物理学家玻尔的名字命名，以纪念哥本哈根学派的领袖。 在20世纪20年代和1930年代，该研究所成为原子物理和量子力学研究中心。 来自欧洲乃至世界各地的物理学家都会来这里与玻尔讨论，其中包括薛定谔、海森堡、泡利等物理学家。 顶尖学者。 在这里工作的物理学家一半以上获得过诺贝尔奖。
“大家一起讨论问题，看似天马行空的聊天，却碰撞出思想的火花——量子力学的哥本哈根诠释就是在这段时间在这个研究所完成的。” 蔡荣根指出，与大型工程组织相比，该模式通过类似小团体的组织模式，在自由轻松的氛围中进行相互交流和讨论，更符合理论物理研究的特点。
中国的理论物理学应该如何发展？
——只有突破深层次的障碍，才能实现超越。
1883年，美国著名物理学家、美国物理学会首任主席亨利·奥古斯特·罗兰在美国科学促进会年会上发表了题为《呼吁纯科学》的演讲。 他这样说：为了应用科学，科学本身必须存在。 如果我们停止科学进步，只注重科学的应用，我们很快就会像中国人一样堕落。 他们很多代以来都没有取得任何进步，因为他们只满足于科学的应用，而从来没有质疑过他们所做的事情背后的基本原理。 这些原理构成了纯粹的科学。 中国人几个世纪以来就知道火药的用途，如果他们以正确的方式探索其具体应用的原理，他们就会发展出化学甚至物理学及其许多应用。 因为只满足于火药能爆炸的事实而不问根本原因，所以中国人远远落后于世界的进步。
与一百多年前相比，中国发生了巨大的变化。 “十三五”期间，国家高度重视包括理论物理在内的基础科学研究，印发了《关于全面加强基础科学研究的若干意见》，制定了《从‘0到1’加强基础科学研究工作方案》 ”，并落实了《新形势下加强基础研究的若干关键措施》。
五年来，我国基础研究经费增长近一倍，2019年达到1336亿元； 我国基础研究投入年均增长16.9%，远高于全社会研发投入增长。 2019年，基础研究首次占全社会研发投入的6%。
从“中国天眼”底部观看星空。 （中国科学院国家天文台提供，“中国天眼”建设过程中拍摄）
但理论物理学仍然面临一些深层次的障碍。
上海交通大学科学史与科学文化研究院教授、院长李霞认为，从牛顿时代开始，我们物理学整体上落后西方200年，追赶过程还没有完全结束。 我们需要比较西方人这200年的成就。 只有真正学习对物理的意识和认知，才能实现超越。
“不可否认，‘科学’的概念和方法诞生于西方。中国人对科学的理解与西方人并不完全一致。” 蔡荣根表示，纯科学没有功利主义，而中国传统文化中的学以致用、治世哲学等思想深深铭刻在中国人的思维中，影响着一代又一代人的观念。
“我们国家要想把理论物理搞好，首先要培育一种重视基础研究、重视理论物理的文化。我们要打破传统对科学研究的根深蒂固的认识，不要总问‘什么是科学研究’？”研究这个的目的是什么？” 蔡荣根坦言。
因此，他建议，要遵循理论物理学科本身的发展规律，为科研人员营造自由学术讨论的氛围，建立符合理论物理学科特点的新型科研组织模式，进行理论物理研究。
在这种新的组织模式中，研究人员在同行评审的帮助下接受评估。 “科学成果评价本身是一个非常复杂的过程，也是一个全球性问题。毕竟同行评审是国际上通用的方法，我们不妨借鉴一下，实现人才评价和成果评价的科学性、积极引导作用。” ” 蔡荣根说道。
理论物理也需要长期稳定的支撑。 随着国际科技竞争日益激烈，许多国家加大了基础研究的投入。 据媒体报道，俄罗斯最新的2030年科技发展规划提出，确保基础研究投入占社会研发投入总额不低于2015年水平（14.4%）； 英国、美国、法国、日本、韩国等5个国家国家对基础研究的经费占其国内研发投入总额的12%至23%； 与这些国家相比，中国的基础研究经费比例仍然较低。
蔡荣根呼吁基础学科投入更加稳定、持续。 “毕竟每天在压力下做科研不可能产生突破性的成果。”
（本报记者 徐畅）
