物理是什么?这大概是每个学物理的人都思考过的问题,物理是一门可以把你的境界提升到别人无法理解的水平的科学,看似高深的背后,蕴含的思想却更加深奥。
“其实,世界上80%的物理学家根本就不懂物理。”近日物理学家的研究对象,在北京电影学院与中国科学院大学联合举办的以“开拓与启蒙”为主题的艺术与科学论坛上,中国科学院物理研究所研究员曹泽先给大家泼了一桶冷水。走进物理,结识一些真正的物理学家,或许能让我们把眼界放高一点,看得更远一点。
蛇探索宇宙
物理学是一份什么样的职业?唐代诗人杜甫早就给出了答案。有诗云:“物是自然”——物理学讲的是自然。巧合的是,在西方,英文单词“”也用来描述事物的本质。源于希腊文φυσικ?ς,也有“自然”的意思。
“物理学是一门自然科学物理学家的研究对象,主要研究物质、能量、空间、时间,特别是它们各自的性质及其相互关系。物理学是关于自然规律的学问。更宽泛地说,物理学就是要探索、分析自然界中的现象,认识它们的规律。”曹泽贤说。
他介绍说,物理学作为一门自然科学,本质就是用思维去认识世界、认识世界、创造生命。但相比其他学科,这家伙似乎胃口很大,他的研究对象包括一切存在。
不仅研究对象广泛,若从空间尺度来看,不难察觉物理学的“野心”。其研究范围从整个宇宙,到世间最微小的存在——中子、质子中的夸克。至今物理学家触及的尺度,从近年来“引力波探测”的分辨率约为10-21米的小尺度,到人们宣称能够观测到的65亿光波的大尺度,无所不包。
从时间尺度上看,物理学不仅研究从宇宙诞生到现在,共约137亿年的历史,也研究在极短的时间内发生的时间,现在科学家已经把时间的最小尺度扩展到10-15秒。
“我们研究微观世界的时候,可能需要关于整个宇宙最宏观的知识。因此,西方物理学界给物理学赋予了一个形象——贪吃蛇。”曹泽贤介绍,贪吃蛇的头是宇宙层面的宇宙,蛇尾的物理是关于基本粒子物理的,最宏观的头抱着它最微观的尾巴。
物理学对于物理学家来说太难了
物理学的一个重要功能就是描述,而描述需要语言,数学是物理学最基本的语言。
曹泽先说,物理学中很多计算都离不开数学公式,数学公式既是物理学的表达语言,也是物理学发展的结果。“我发现,真正的数学家非常有能力,可以轻易地通过简单地玩弄数学公式,推导出诸如希尔伯特和贝尔等对量子力学和相对论的辨识做出最深远贡献的数学公式。”
不过曹泽先认为,要求物理学家像数学家那样学好数学并不容易,“据说希尔伯特曾说过一句名言:‘物理学对物理学家来说太难了!’因为他知道网校头条,物理学需要大量的数学知识,这对物理学家来说很难掌握。”
“但真正美丽的数学必须反映我们真实的物理世界。数学之美也许只有从物理的角度来看才能看到,”他说。
穿透迷雾的思想者
那么,如何成为一名物理学家?曹泽贤认为,一个真正的物理学家,离不开“思考”二字。
首先,真正的物理学家必须养成思考的习惯。
“薛定谔曾经写过一本书,叫《生命是什么》,书中思考了生命与无生命物体的区别,他认为根本的区别就是生命有东西可以储存和传递信息,后来人们证实生命确实有DNA,他进一步分析,如果真的有东西传递生命信息,那应该是准周期结构。果然,后人在铝锰合金中发现了准晶结构,这就是物理学家的思维方式,他们可以对其他学科、对世界产生影响。”
第二,真正的物理学家不仅要能解决问题,还要能发现问题,甚至创造问题。
“1988年诺贝尔物理学奖得主莱昂就是其中一位,他曾质疑:‘如果宇宙是答案,那么问题是什么?’如此深刻的问题,不对宇宙进行深入思考是无法回答的,想不出来。”曹泽贤说。
但能达到如此境界的物理学家还是少数,曹泽先评价说,他个人认为“物理学是一条思想的河流”,真正的物理学家也一定是一个深刻的思考者。
“真正的物理学家的思想,能够穿透存在的迷雾,猜测自然的秘密。他们的成果,共同构成了人类知识中最厚重、最珍贵的部分,镌刻在他们创造者的墓碑上,也镌刻在他们崇拜者的心里。”曹泽先说,它的深刻,或许正如德国马克斯·普朗克研究所的一位物理学家所说:“其实,世界上80%的物理学家,根本就不懂物理。”