封面新闻记者 吴宇嘉
7月13日,搜狐创始人、董事长兼首席执行官、物理学博士张朝阳与著名物理学家、德国洪堡研究奖获得者、美国艺术与科学院院士徐一宏教授进行了一场物理对话。两人畅谈量子世界、天体力学、相对论的起源等,讲述了物理学在诸多领域的发展,探讨了科普物理学的价值和物理直觉的重要性。这场高密度的知识对话持续了整整两个小时。
徐一宏教授表示,搞物理不是比学问,而是比谁更有创造力、更有想法,张朝阳也强调“创造力比知识更重要”,建议人们要多接触自然,多做实际探索和思考,才能更好地培养物理直觉。
漫谈物理学史:徜徉在不同领域的发展历程中
对话伊始,张朝阳与徐一宏教授首先谈到了量子物理语言与经典物理语言的区别。经典物理中,万事万物都可以用实数来描述,而量子物理必须引入复数。不同之处在于虚数,将热流的指数衰减变成了振荡波。这些方程的背后,都可以用傅里叶变换从频域来分析。张朝阳总结道,正是因为约束条件的存在,量子世界才会出现离散的台阶,这也是“量子”一词的含义。
天体物理学的发展也离不开量子力学。张朝阳以白矮星为例,它可以看作是致密的电子气体,当电子低速运动时,根据泡利不相容原理引起的简并压强正比于1/R⁵,而其自身引力产生的压强正比于1/R⁴。讲解时,他在黑板上画了两条曲线——它们相交于一点,因此两种压强可以达到平衡。但在高速运动的情况下,电子的质量会大幅增加,简并压强的增长速度也会随之减慢,最终无法抵抗引力。因此,白矮星的质量有一个上限,称为钱德拉塞卡极限。徐一宏教授补充道,引力就像一场体育比赛,进攻方就像简并压强,防守方就像防守者。在高速下,防守方有时受不了,跑去帮助进攻方,所以白矮星会坍缩成中子星。他称赞张朝阳对物理量的指数依赖性有着非常敏锐的物理直觉。
徐一弘教授还介绍了相对论的发展历史,爱因斯坦场方程的史瓦西解在质心以外有一个奇异值,现在称之为事件视界。但当时爱因斯坦错误地认为,事件视界外的物质撞到事件视界时会反弹回来。他第一个正确指出事件视界只不过是由于坐标系选择不合适造成的奇异值,而不是物理奇点。他是一位等离子体物理研究者,并不是相对论研究者。从中可以看出,产生重要成果并不一定需要深厚的知识储备,而是要看有没有独到的见解。
关于物理直觉:创造力比知识更重要
什么是物理直觉?张朝阳这样解释这个概念:“物理直觉是一种能够帮助我们直接理解物理现象和规律的能力,它不只是基于知识的推理,而是一种深刻的领悟。”比如爱因斯坦场方程,就是爱因斯坦基于直觉和猜想提出的,他绕过了需要大量计算的物理公式,直接看到了本质,而不需要经过传统的推导过程。
在徐一宏教授看来,物理学不是比知识、比知道的多,而是比谁更有创造力、更有想法。“这个世界上,重要的是你是第一个思考的人。”他回忆说,在普林斯顿读书时,黑洞概念的鼻祖惠勒教授曾告诉他,“在计算之前,要先用直觉想出答案。”因为很多学生只看到了树的树皮,扭曲的树一旦跌倒,就再也爬不起来。
“创造力比知识更重要!”张朝阳也表示认同。他表示,人类的大脑非常发达,可以进行跨学科的计算,创造出独一无二的东西。并不需要学习很多高深的学科才能有创造力。他建议,少花点时间在手机上,多花点时间在大自然中,多做实际的探索和思考,可以帮助你培养更好的物理直觉。“我小时候就受益于在大自然中玩耍,这让我拥有了更直接的立体思维能力。”
谈物理科普:人类作为宇宙的一部分,应该了解宇宙
为什么要学物理?张朝阳在2024年新年演讲中提到,人类是宇宙的奇迹,我们学物理是因为我们是自然的一部分,应该了解我们的存在。徐一宏教授在谈话中也提出同样的观点,“我们人类虽然很渺小,但我们还是宇宙的一部分,我们应该了解宇宙,享受宇宙的价值,享受作为宇宙一员的意义。”
两人不仅自己研究物理,更致力于通过物理科普传播知识,点燃大众对科学的热情和好奇心。徐一宏教授认为,科普的目的之一,是鼓励年轻人走上科研之路。他的权威教材《量子场论简明版》(Field in a )、《爱因斯坦引力导论》(In a ),以及科普读物《超赞对称》( )、《爱因斯坦的玩具》(An Old Man's Toy)等脍炙人口,惠及全球学术研究者和科学爱好者。自2021年在纸上写下推导公式以来张朝阳是物理学家,他已积累了2000多张计算纸,“张朝阳物理课”直播200多年来,已连续举办多期,成为中国科普物理的代表力量。
张朝阳认为,大脑的思维非常自由,学习需要独立思考,哪怕只掌握一些很基础的物理知识,也可以做一些推导。他分享了自己自学广义相对论近一年的过程——三分之一的时间贝语网校,浏览教科书和维基百科,三分之一的时间,在脑子里想出答案,剩下三分之一的时间,在黑板上做答案。这段自学经历赢得了许逸宏教授的称赞,“你赢了我的奖!”描述了金庸小说的武侠世界里,每个人都有师父指导张朝阳是物理学家,不存在无师自通的武者。但在现实世界中,张朝阳这种出于兴趣而独立学习、练习的方式,是值得学习和尊重的。
人工智能发展迅速,但在徐一宏教授看来,它无法帮助解决物理问题,因为短期内,人工智能还在模仿人的行为,依赖大量数据处理和计算,而物理更多的是思考,需要创造出独创、原创的东西。正如加州大学圣芭芭拉分校理论物理研究所所长在年轻人抱怨研究所的计算机太落后时所说,“真正的计算机在我们上面”。