·李政道·　展望21世紀物理學的發(fā)展⁽⁶⁾

在19世紀末至20世紀初，物理科學中有兩個相當重大的科學發(fā)現(xiàn)：一個是邁克爾孫-莫雷實驗，表明光順著地球轉動和逆著地球轉動的速度是完全一樣的；另外一個是普朗克提出的黑體輻射實驗，表明熱的東西放光時，會有不同的波長，普朗克對波長的分布公式提出了一個猜想，這與實驗符合得很好，這個問題用經(jīng)典方法是無法解決的。這兩個發(fā)現(xiàn)，即光順著地球轉動和逆著地球轉動的速度一樣以及熱的東西發(fā)光的光譜，都很稀奇，當時它們同日常生活并沒有什么關系。可是，從第一個發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了狹義相對論，從第二個發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了量子力學。到1925年，對這兩個重大科學領域完全了解了，并且由此發(fā)展了原子構造、分子構造、核能、激光、半導體、超導體、X光、超級計算機等。假如沒有狹義相對論和量子力學，這些都不會有。從1925年之后，幾乎所有20世紀的物質(zhì)文明都是從這兩個物理基礎科學的發(fā)展衍生的，而且現(xiàn)在還在繼續(xù)更廣泛地開發(fā)出新的科學及應用的領域。

美籍華裔物理學家李政道

關于21世紀的科學發(fā)展，我想對物理科學的前景談點我個人的看法。我認為，物理科學的發(fā)展前景是很好的。為什么呢？因為目前的情況正像20世紀初出現(xiàn)的情況一樣，也提出了兩個科學疑難，那就是對稱性破壞和夸克禁閉。我們現(xiàn)在認為，這兩個疑難可能都來自于真空。什么是真空？真空是沒有物質(zhì)的態(tài)，可它仍有作用，有作用就有能量的漲落。這能量的漲落是可以破壞對稱的。為什么夸克走不出來呢？前面我們已經(jīng)談到過，這和超導類似。超導是抗磁場的，假如有一塊材料沒有變成超導前有磁場通過，一變成超導，磁場就被排出來了。假如有一個圓圈，里面有磁場，沒變成超導前磁場可以任意進出，一旦變成超導，磁場就出不來了。我們認為，在真空的漲落中，很可能有磁單極子和反磁單極子，它們抗量子色動力學的場。真空是物理的相對論性的凝聚態(tài)，它雖然是沒有物質(zhì)的態(tài)，卻是有作用的，也是可以激發(fā)的。

相對論性的重離子碰撞，用每核子100兆電子伏的高能量金核和金核相碰撞，金核相互穿過去，在兩核中間產(chǎn)生了新的真空，這里面夸克就可以自由行動。為了開展這方面的研究，美國布魯克海文的相對論性重離子對撞機（RHIC）已于1999年建成。如果實驗證實真空是可以被激發(fā)的，那么粒子的微觀世界和宏觀的真空就結合起來了。這將是一個重要的新發(fā)展。

在宇宙中，有一種叫做類星體（quasar）的東西，我們不知道它是什么，它不是普通的星，它的能量來源我們不知道，每個類星體的能量可以是太陽的10¹⁵倍，這是很大很大的。估計在宇宙里約有100萬個類星體，其中有1000個我們在仔細研究。這個能量絕對不是核能量，太陽的能量來自核能量，類星體的能量比太陽的能量大得多。類星體是在1961年首先發(fā)現(xiàn)的，那年發(fā)現(xiàn)了兩個。其中一個是3C273。3C是英國劍橋目錄的第三本，273是其中第273星。這個類星體在1982年2月，一天之內(nèi)能量增加了一倍，這是非常稀奇的，不僅能量大，而且可以在一天之內(nèi)增加一倍。這說明，在宇宙中還有很大能量的來源是我們不知道的。

另一個在宇宙中的大問題是暗物質(zhì)。從引力我們知道有暗物質(zhì)存在，可是用光看不見，用紅外、紫外、X光也都看不見。宇宙里90%以上是暗物質(zhì)。這些暗物質(zhì)是什么我們不知道。所以，在宇宙中有90%以上的物質(zhì)我們不知道，有極大的能量來源我們不知道。真空中可能被激發(fā)。我們研究這個問題的方法是想制造一個狀態(tài)，它和當初宇宙開始大爆炸的情況相似。大爆炸開始就是一個激發(fā)的真空，制造出這個狀態(tài)也許可以使我們能夠測量出它的特性。

在大約100年前，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，從那以后影響了我們這個世紀的物理思想，即大的是由小的組成的，小的是由更小的組成的，找到了最基本的粒子就知道最大的構造。這個思想不僅影響到物理，還影響到本世紀生物學的發(fā)展，要知道生命，就應研究它的基因，知道基因就可能會知道生命?，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)事情并非如此簡單。小的粒子，是在很廣泛的真空里，而真空很復雜，是個凝聚態(tài)，是有構造的。也就是微觀的粒子和宏觀的真空是分不開的，這兩個必須同時處理。知道了基本粒子就知道真空的觀念是不對的。從這個簡單化的觀點出發(fā)就不會有暗物質(zhì)，也不會有類星體這類東西。我覺得，基因組（genome）也是這樣，僅是基因并不能解開生命之謎，生命是宏觀的。

20世紀的文明是追蹤微觀的（reductionism）。我認為，在21世紀，微觀和宏觀應結合成一體。例如造計算機，是不是越小的集成電路就越好呢？我們可以把集成電路越造越小，小到氫原子，可是我們對氫原子完全懂，這里不可能再有什么更多的信息。可能21世紀的計算機要的是較大的，是個凝聚態(tài)的單位，這里的信息才更多。20世紀是越微小越好，我們覺得小的是操縱一切的，而我猜測，21世紀將要把微觀和宏觀整體地聯(lián)系起來（holism），這不僅是影響物理，也許會影響到生物學的發(fā)展。微觀和宏觀必須要結合起來，這個結合對應用科技也可能會有極大的影響。目前，微觀和宏觀的沖突已經(jīng)非常尖銳，靠一個不能解決另一個，把它們聯(lián)系起來一定會有一些突破。這個突破將會影響到科學的未來。

總之，據(jù)我看，21世紀物理學還將有重大的發(fā)展：激發(fā)真空，制造像宇宙開始的狀態(tài)，了解暗物質(zhì)，了解類星體的能源，了解CP不對稱的根源，微觀和宏觀物理的結合……20世紀的科學文化發(fā)明在19世紀末是很難想像的！沒有20世紀初基礎科學的發(fā)展，本世紀的科技應用和開發(fā)就沒法產(chǎn)生出來。我相信，21世紀物理學的這些重大問題的解決也同樣會對21世紀的科技應用和開發(fā)產(chǎn)生重大的影響。

當然，精確預告未來是不可能的，粒子物理發(fā)展的歷史曾經(jīng)充滿出乎意料的發(fā)現(xiàn)，它們轉而導致了出乎意料的新方向，有很多例子顯示這一點，這里面有物理學家的智慧，有時也會有錯誤。很可能，我們目前的了解也是暫時的，我們的基本概念和理論在21世紀中還會經(jīng)受重大的改變。正如中國古代哲人老子所說：

被表達的原則不可能是絕對的原則，

被命名的名字不可能是永恒的名字。

未來的世界將是一場要求更高的斗爭，以對抗我們智力的極限，而并非一張舒適的軟吊床，我們能愜意地躺在那里等候我們的機器人奴仆的伺候。

——維納