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在之前的文章《徐一红：如何获得物理直觉？》 《》中，我们整理了在线直播《身体直觉是如何培养的？》 著名美籍华裔物理学家、美国国家科学院院士 Zee教授主讲。 ”，由普林斯顿大学出版社主办的活动。 讲座中，徐教授分享了他近年来出版的新书《Fly by Night》（《物理夜间飞行》）的主要思想。 演讲结束后，徐义红教授与上海交通大学李政道研究院物理与天文学院何洪建教授、清华大学物理系楼玉清教授展开对话。 三位教授在对话和观众提问环节中，用丰富而具体的科学史实为青年学者提供了很多宝贵的研究经验和建议，尽管他们的观点并不完全相同。 在这里，我们将直播内容和补充问题整理成文字，并由小编添加了字幕。
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主持人| 楼玉清
对话|徐伊红 x 何鸿渐
组织| 叶凌远
物理学家的个性和物理学的发现
楼玉清：我想先问一下徐教授，您当时的学生是谁。 何教授之前也提到过David Gross和Frank。 他们和大卫共同获得了2004年诺贝尔物理学奖。 很多人认为，自己因为没有以共同作者身份在获奖文章上署名而错过了获得诺贝尔奖的机会。 从你的年龄来看，你恰好是那个时代的物理学家。 你能告诉我们这个故事吗？
徐义红：这是一个非常复杂的事情，因为每个物理学家都有不同的性格。 这是一个很好的例子。 有人说那是“'”（物理学家中的物理学家）。 当时有人说他是当今世界上最聪明的物理学家。 这些并不是虚假的赞扬，因为他总能指出别人工作中最重要的见解。 但另一方面，他也是一个非常“消极”的人。 如果你给他看一篇论文，他要做的第一件事就是查找错误。 对于他同时代的人来说，情况恰恰相反。 当我还是学生的时候，我见过他一次，他告诉我他早上想出了十个想法！ 他很兴奋能和我分享这十个想法，但同时他说这十个想法中的九个可能没有意义，只有一个有一定意义。 他会想出很多“奇怪的招数”和“奇怪的想法”。 这些想法很多都是错误的，但他获得了诺贝尔物理学奖，他“从来没有错”。
让我们回到南部洋一郎的例子。 今天的物理学家使用“玻色子”，但在我的书中，我使用“南部玻色子”一词，因为南部阳一郎的文章确实包含了这个想法。 但如果你仔细读，你会发现他的文章很“东方”，讲了很多不同的东西，用了很多模型，但某种意义上他没有指明最重要的想法。 不过，文章很短，只有三页左右，用最简单的方法表达了最深刻的见解。
楼宇清：在之前的讲座和讨论中，您提到了很多例子，比如玻尔。 包括泡利在内，他在研究β衰变时提出的中微子也是一个非常大胆的想法。 而且，据说玻尔在解决不了β衰变问题的时候，甚至想过能量会不会不守恒。 这也说明玻尔的风格比较“疯狂”。 当然，他的想法后来被证明是错误的。 和德一样，他将量子化光波产生光子的想法延伸到粒子也可以描述为物质波的想法。 这也是一个比较大胆的物理推测，但最终还是被实验所证实。 包括并提出电子自旋为二分之一也遭到泡利当时的强烈反对。 有时，一个突破性的想法在提出时并不会完全完整，但一个好的想法总会揭示一些有关物理学的基本信息。
徐一红：我想指出的是，现在物理学界的环境已经发生了很大的变化。 以前世界很保守，但现在很多年轻的物理学家都太大胆了，发明了很多新粒子，提出了很多新猜想，完全走向了另一个极端。 但他们并没有弄清楚这些猜想能解决什么问题。
何鸿渐：楼教授提出的问题非常好，我想补充一下。 之前两人的讨论提到了很多例子，第一个就是关于β衰变的。 玻尔当时确实非常大胆，假设能量守恒定律在量子力学中并不需要成立，而只需在统计意义上成立。 基于这些想法，玻尔也做了很多报告，写了很多文章。 另一方面，泡利则更加“保守”。 他认为能量守恒定律是一个比较基本的物理原理，不应该被违反，因此他假设了中微子的存在。 他当时感到非常内疚，因为这个新粒子不带电，几乎不可能被检测到，所以他只把这个猜想写在一张明信片上并发送给与会者。 我之前写过一篇科普文章分析泡利为何如此“胆怯”。 我认为他没有意识到能量守恒背后更基本的对称原理是时间平移不变性。 如果他意识到这一点，我想他会大胆地写一篇文章来解释为什么能量必须守恒。 因此，β衰变的连续电子能谱正好预示着一种全新的中性粒子的存在，其质量几乎为零。 在之前的讲座中，徐教授也反复强调精确计算与物理直觉的结合。 我认为泡利关于中微子的猜想就是一个很好的例子。
另外，楼教授之前也提到过“德关系”。 我认为这种关系的发现既有物理直觉的因素，也有数学理论框架的因素。 我在讲座中经常强调，这不应该称为“de关系”，而是“-de关系”，因为这种关系与光子（光量子）的情况完全相同。 唯一的概括是将这种关系转换为适用于质量不等于零的情况。 20世纪20年代，狭义相对论的Min空间概念大家应该都很熟悉了。 如果把能量和动量看成Min空间中的4向量，那么这种去相关性完全是狭义相对论的时空洛伦兹变换协方差。 性别改变的必然结果。 我仍然认为德的博士论文是有史以来最伟大的博士论文，但其关键内容的基础是狭义相对论。 不过，爱因斯坦未能直接发现这种关系也与他的一个“过失”有关。 爱因斯坦没有意识到狭义相对论背后的数学基础（即洛伦兹群）的重要性。 他充分认识到黎曼几何对于制定广义相对论的重要性，但他没有认识到，或者至少大大低估了狭义相对论背后的时空变换对称性（对称群）的重要性。
徐一红：刚才两位老师也谈到了spin half背后的故事。 很多人都知道这最早是从哪里来的。 他告诉泡利，但泡利驳回了这个想法。 当时，另外两位青年男女也有同样的想法，写了一篇文章发表。 后来，当他们见面时，他告诉他们泡利说这是错误的。 两个年轻人急忙过来请求拒绝，但已经来不及了。 他们的老师告诉他们，你还年轻，犯一些错误也没关系。
从这个故事中，我们也可以看出保利和保利对待年轻人态度的差异。 我还想强调的是，这也与东方人几千年的文化有关。 当你有一个好主意时，不要先与老师或所谓的权威交谈。 先写一篇文章发表。 即使你错了，也没关系，否则你的结果可能会被盗。
关于旋转半的观点也让我想起了一个与玻尔有关的故事。 也许是因为生日的缘故，玻尔不得不从哥本哈根坐火车到莱顿。 著名物理学家沿途赶到火车站询问玻尔对旋转半体的看法。 直到火车停下来，他才说旋转一半的想法毫无意义。 然而，到达莱顿后物理学家 年轻，他又问了同样的问题，并表示这是一个伟大的、革命性的想法。 此后，当有人再次问玻尔时，他改变了原来的说法，说这是一个伟大的革命性想法，而且他还到处宣传这项工作。 因此，我对玻尔的评价并不是最高的。
楼宇清：徐义红教授刚才提到了获得黑体辐射公式的例子。 我过去有一个模糊的印象，它是获得实验数据后通过经验拟合得到的黑体辐射公式，但你强调它是通过某种量纲分析得到的。 我还想问，得到黑体辐射公式的具体过程是怎样的，特别是他是如何确定需要引入一个常数的？
徐一红：我的《夜行》一书中有一整章讲黑体辐射公式。 在我刚才提到的幻灯片中，我确实提到对实验数据有一个非常清晰的理解是非常重要的。 但他不想尝试拟合实验数据，而是想写下他对黑体辐射的物理理解。 但这是不可能的，因为缺乏某个维度的常数，所以他被迫引入这样一个常数。 这一步确实是伟大的、非常了不起的。 事实上，我还没有完全理解黑体辐射的重要性，但我向他解释说，他的工作对物理学非常重要。
物理学家的自我评价和他人评价
徐一红：我还想讲一个相关的故事，也许对现在的年轻人有一些参考。 当他寻找教职时，他没有申请任何职位，因为每个学校都将他排名第二，而第一名给了赫兹，因为他实验发现了电磁波。 因此，他当时非常郁闷，认为自己在物理学领域没有前途。 因此，对于正在寻找教师职位的年轻人来说，如果别人得到了这个职位而你没有得到这个职位，也不要太难过。
何鸿渐：徐教授讲的很有趣。 我也想问一个问题。 我最近读了一本书，讲述了他在哥伦比亚大学的时光。 他最终没能留在哥伦比亚大学，因为哥伦比亚大学给了他教职。 他回忆说，是因为当时他写了一篇更好的文章，但当时没有相应的成果，所以他就离开了。
徐一红：可能不同的人有不同的看法，但他们曾经对我说过这样的话。 当时两人都是助理教授，李政道最终决定授予他终身教授职位。 美国物理学界通常说这是李政道最大的错误，因为他后来没有做出任何贡献。 我书里有一章也提到了我当时写的那篇文章。 这篇文章也完全是物理猜想。 当时他们几乎没有数学手段来进行量子场论计算，最终只是维度分析加上大量的猜测。 但由此猜测，必定存在两种不同的中微子，不可能只有一种中微子。
但如果我事后看他的论文，我觉得他的论文并不像后来人说的那么伟大，而且还包含许多不清楚甚至令人困惑的观点。
何鸿渐：这篇文章和他的其他文章引用率都比较低。 当然，无论引用率有多高，都不应该成为判断一部理论著作真正价值的唯一标准。
徐一红：我最近为了写书，看了一些贝尔不等式相关的内容。 2022年诺贝尔物理学奖也将颁发给通过实验验证贝尔不等式的物理学家。 不幸的是，贝尔已经去世了。 贝尔最初发表这篇文章两三年后，没有一次被引用，发表十年后物理学家 年轻，只有大约六七次引用。 因此，青年学生也要知道，如果你认为自己写了一篇重要的文章，即使暂时没有人看到或认可你的作品，你也要有信心。 当然，做到这一点是困难的。
楼宇清：说到贝尔不等式，2022年诺贝尔物理学奖的获得者之一是约翰。 他是哥伦比亚大学的博士生。 他的导师是天体物理学界非常有声望的物理学家。 因此，最初的博士论文是关于天体物理学的。 但后来我对贝尔不等式的实验验证特别感兴趣，并强烈反对，认为他在胡闹。 他甚至在推荐信中写道，他要做的事情是无望的。 当然，后来我也道歉了。 他们也是非常优秀的物理学家，但有时他们的判断是非常有偏见的。 因此，他还能继续追求自己的兴趣，这是很了不起的。
徐一红：我本来不知道这个故事，这个例子也很好。 我通常对学生说，你还在等什么？ 你在等文凭吗？ 只有拿到那篇论文，你才能发表论文。 牛顿也没有博士学位。 无论你是本科生还是研究生，如果你有好的想法，就尽快写文章发表。 不要先征求老师的同意。 还有一个笑话。 中国大陆一位著名物理学家去请教一位美国学者，直接将“我向你请教”翻译成“教教我”。 美国学者认为他不懂这些知识，就借给他一本课本，让他自己看。 但事实上，他已经做了很多研究。
数学、理论物理和实验物理
楼宇清：令人惊奇的是，用Schrö方程中的算子代替经典物理的物理量后，它几乎可以完全对应于量子物理。 我还想问一下徐教授，您研究理论物理这么多年了。 例如，施罗发明了施罗方程，或者狄拉克写下了狄拉克方程。 这些过程是可追溯的，还是真的是“神来之笔”？
徐义红：对于这个问题我有不同的看法。 Schrö原本想写出相对论意义上的波动方程，但后来觉得考虑经典极限就足够了。 那个时代很多人都写过类似的方程，所以实际上并没有那么令人兴奋。 狄拉克方程则不同。 从某种意义上说，这确实是“神来之笔”。 我们理论家对狄拉克的认可可能比施罗更高，尽管施罗方程对于整个物理世界来说更重要。
事实上，狄拉克方程也是一个很好的例子。 尽管狄拉克在写下这个方程时并不只是猜测，但他写下这个方程的出发点几乎完全错误。 当时几乎所有的动力学方程都是时空二阶微分方程； 如果你读过狄拉克的论文，他对为什么应该将其转化为一阶方程有一个论证，但他的论证是完全错误的。 但他错误的出发点却导致了正确的结果。
因此，我经常告诉学生，物理和数学是不同的。 物理发现并不是基于严格逻辑系统的逐步推理。 何教授在之前的评论中提到，有些人既会数学又会物理。 我完全不同意。 当我教量子物理时，如果有人问我希尔伯特空间，我总是说我不知道：希尔伯特空间与我无关，但我知道量子物理。 如果你问施罗或同样的问题，他们可能不会在公开场合承认，但私下里他们可能会对我说同样的话。
楼宇清：给我印象比较深的是，狄拉克大概在1928年就发表了关于狄拉克方程的文章。几乎在同一年，拉比将狄拉克方程应用到了磁场下电子的运动中。 1932年，写了一篇关于我们现在通常所说的能量水平的文章。 我觉得拉比很棒。 尽管他更喜欢实验物理学，但他仍然非常关注理论物理学。 赵忠尧先生当时也在做实验物理，当时他可能对狄拉克的工作了解不多。 当他在实验中发现射线吸收异常后，也曾与他讨论寻找解释这种异常现象的方法，但没有更进一步。 我认为如果他们在理论上走得更远一点，反物质的想法可能会非常清晰地出现。 所以理论素养对于很多做实验的人来说也是非常重要的。
观众提问
香港科技大学副教授王毅：徐教授的书我读过很多，是徐教授的粉丝。 我非常同意应该强调物理直觉，但是我遇到过很多学生，发现他们想得太多，计算太少，思维不可靠，越来越错，最后无法进行物理直觉。研究。 如何才能让学生清楚地认识到自己缺乏的是对技术细节的掌握，还是缺乏思维？
徐义红：这是一个很好的问题。 如果我真的想给学生任何建议，我仍然认为我们应该回到古希腊，苏格拉底所说的：认识你自己。 不仅在国际上，在理论物理界，也有很多风格各异的人。 你需要认清自己的风格。 这对于研究领域的选择也非常重要。 理论物理学有粒子物理学、天体物理学、凝聚态物理学、等离子体物理学等等，你必须自己认识到哪个方向最能释放你的潜力。 我想这是给学生最重要的建议。
观众2：徐教授，您提到课堂上获得A+是没有意义的。 那么您认为本科物理课程的作用是什么？ 你有什么建议吗？
徐义红：这也是一个好问题。 我以前也想过。 在学习数学证明时，我们知道定理成立的充分必要条件是什么。 我相信在课堂上取得好成绩是进行物理研究的必要条件。 如果课堂上没有学过知识，怎么能做好研究呢？ 但这还不是充分条件，这也是我想强调的。 拥有好的成绩是你进入好的大学、进入好的研究生院、或者进入好的研究小组做博士后的必要条件。 但一旦跨过博士后阶段，做研究有时就像“买彩票”。 好的分数可以让你获得一张彩票，但运气将决定谁赢得大奖。
一位有成就的物理学家可能会以两种方式之一回应采访。 一个认识到自己天才并认为自己比其他人都优秀的人。 另一种人的回答就像实验物理学家一样。 别人以为他想回答是因为智商、勤奋等等，但他却说自己获得诺贝尔物理学奖的原因有三个。 首先是运气； 第二是运气。 ，第三就是运气。 这是一位真正诚实的物理学家的回答。 我想，到了一定程度之后，所有的理论物理学家都是相似的，剩下的就看天时地利人和了。 比如我们刚才提到的德，天时地利人和。 何教授只是说他很伟大，但从那以后他并没有做出多大的贡献。 他也相当奇怪，甚至对法国理论物理学的发展产生了非常负面的影响。 我在法国待过几年，一位比我年长的物理学家告诉我，他曾经禁止别人学习量子物理。 总而言之，运气确实是一个非常重要的因素。
观众3：徐老师说，在讲授量子力学时，没有关注希尔伯特空间的概念； 但何老师说爱因斯坦的错误是因为他没有注意到狭义相对论背后的数学结构。 作为学生，当你第一次学习一门课程时，你应该关注它背后的数学结构吗？ 我目前的经验是，我的一些同学学了很多数学，所以他们对一个问题的理解比我更深。 这让我很迷茫，不知道如何学习一门课程。 希望老师能给我一些建议。 建议和指导。
徐一红：我觉得这个问题比较难回答。 这取决于您的具体专业和许多其他因素。 比如现在应用数学中有很多计算机辅助计算技术，我根本看不懂，但是有些领域，比如流体力学、天体力学等，它们的题目可能是这样的计算机计算所必需的。 但其他领域，例如弦理论或粒子物理学，几乎不需要数值计算。 然而，研究粒子物理当然需要研究群论。 因此，这个问题的答案取决于您的研究领域。
何鸿渐：我再补充一点。 徐教授刚才提到，研究领域有两个，一个是纯理论物理，一个是应用物理，甚至包括应用理论物理。 一旦我们离开纯理论物理学的范围，实验和理论通常就会结合在一起。 比如我有很多光学同事，既做实验又做理论计算，并没有把理论物理单独作为一个专业。 徐教授是一位理论物理学家，所以我觉得徐老师今天讲的更多是从纯理论物理研究的角度出发。 以爱因斯坦为例，他无疑是最伟大的理论物理学家之一，但是他忽视了狭义相对论的数学基础而过分强调了广义相对论的数学基础，所以如果你能在两者之间找到一个平衡点的话，你一定会更成功。
而且，尤其是在进行研究时，很多事情都没有单一的答案。 你依靠的是你的天赋、努力、运气还是机会？ 这是非常复杂的。 我还问过一位非常著名的菲尔兹奖获得者，他说他不是天才，只是勤奋。 他可能强调的是，努力到一定程度，就会有灵感。 但从另一个角度来看，如果没有一定的天赋，是不可能做出一流的工作的。 另外，徐老师之前提到的运气因素也和很多事情有关。 除了时间和地点之外，还与你的思维方式有关。 同样的机会下，为什么不同的人会想到不同的方面，这与每个人的教育背景和思维习惯有关。 比如前面提到的盖尔曼和南部阳一郎就是一个很好的例子。 但从另一方面来说，这两个人也有不错的运气，因为他们恰好处于夸克被提出的时代。 我唯一想强调的是，只有不断尝试（）才能最终取得好的结果。 为了支持你不断的尝试，你必须有强烈的兴趣或动力，这样你才能坚持下去。 要想获得强烈的兴趣或动力，除了好奇心之外，一个很重要的因素是，如果你有深厚的物理直觉，它会帮助你选择并坚持正确的想法和探索方向。
观众4：我有一个问题想问徐教授。 艺术或文学如何帮助身体思维？
徐伊红：我觉得艺术和文学可以让你成为一个更完整的人，从这个角度来说是有帮助的。 我认为，说它们对物理学思考有任何直接影响是夸张的。
观众5：我对物理很感兴趣，但我本科专业是数学。 我应该怎么办？
徐义红：每个人都有不同的兴趣。 当我还是本科生时，在别人的影响下，我计划第二年学习数学而不是物理。 然而，学了一年数学后，我发现自己不适合数学。 让我再举一个例子。 我的朋友弗兰克，当他在普林斯顿读研究生时，他主修数学，而不是物理。 他从数学转到物理。 有一天他告诉我，每天晚上祈祷时，他都会感谢上帝让他从数学转向物理学。 最后我还是觉得苏格拉底的话最重要，你要认识你自己。
观众6：教授们是否遇到过没有数学就很难解释的概念？
何洪建：理解很多物理概念需要物理直觉，但只有用数学才能将物理概念定量表达并赋予准确的含义，以便可以计算和测量。 例如，加速度的概念是这样的，如果不使用微积分（导数）就无法准确定义和计算它。 我对徐教授之前演讲中讲的很多内容也有同样的感觉。 理解许多概念需要你的直觉。 如果你能在没有哈密顿量的情况下弄清楚这个概念，这才是真正的突破。 前面提到的例子也表明，这样的突破与大量的计算和尝试密切相关。 他之所以有动力去做这么复杂的计算，首先是因为他知道问题的重要性，而且他必须对问题有足够的直觉，再加上他必须有足够的决心。
楼宇清：我也呼应徐教授之前提到的例子。 李政道先生曾经讲过一个故事。 当他们提出宇称不守恒的想法时，引起了很大的轰动。 1957年的一次统计物理会议上，当他做报告时，没有人关心统计物理的内容。 每个人都关心它。 所有这些都是与宇称不守恒相关的物理学。 而坐在最底层的还有一位非常虔诚的观众，那就是鲍勃。 他可能是受到了李政道讲授的统计物理的启发，立刻编出了波函数。 一周后他们发表了经典的 BCS 理论。 文章。 所以，有时候听一个报告或者其他经历可以给人一些启发。
观众7：我是非物理专业的，但我对物理感兴趣。 我应该如何学习物理？
徐伊红：这个问题可能不太好——。 例如，我的专业是物理，但我对历史感兴趣。 我应该怎么办？ 我只是希望我能读更多的历史书。 如果你对物理感兴趣，就多读一些物理书籍。 我不知道如何回答其他问题。
楼宇清：作为一个补充，我本科是学历史的，也想学新闻学。 我什至帮助人们竞选总统，但最终我转向了理论物理的研究，这需要很高的数学能力。
观众8：我读过徐教授写的三个系列书籍，对理论物理很感兴趣。 徐教授将来还会出版另一本关于统计物理的书吗？
徐一红：我写了三本教材之后，写了《夜行》。 我不太可能再写一本统计物理教科书。 但我认为统计物理应该有一本很薄的教科书，因为我发现统计物理教科书有很多复杂的内容，尽管这些内容对于应用可能很重要。 我记得费米好像写过一本很薄的统计物理教科书，施罗好像也写过。 我认为统计物理学是一个美丽的领域。
结论
楼宇清：很高兴今天大家能聚在一起，听徐教授讲他的《夜行》一书的核心内容和大家最关心的问题。 徐教授之前也提到，我们希望今天的观众，特别是学生，能够明白，在课堂上取得好成绩是做研究的必要条件，但不是充分条件。 你需要好好读书，会计算，但是在学习物理的过程中，你需要培养你对物理的直觉。 这也是徐教授写这本书的动机。 此外，徐教授还强调了解物理学史和不同物理学家的研究风格。 如果我们能够了解实验和物理概念背后的演变和发展过程，我们在从事前沿物理研究时可能会有更多灵感。 另外，今天我们还提到了东西方文化的差异。 关键时刻能否足够“大胆”也很重要。 在面对荣誉时，有时西方人比东方人更“有攻击性”，更渴望得到别人的认可。 不过话说回来，就像足球运动员一样，为了赢球也会有很多犯规，但最终我们还是尊重那些技术好、球技好的球员。 希望大家能够对这些有一个整体的认识，营造一个良好的学术环境。
出品：科普中国