张朝阳对话诺贝尔奖得主David Gross:解密时空涌现、质量起源与渐近自由
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2025-07-13 19:21:25
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7月11日,搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳和2004年诺贝尔物理学奖获得者、2025年基础科学终身成就奖得主、美国国家科学院院士中国科学院外籍院士、加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校教授戴维·格罗斯David Gross)展开了一场知识对谈,共同探讨了物质世界最基础的构成和物理理论的前沿进展。

张朝阳与格罗斯教授从自然界四种基本力的差异切入,其间讨论了强相互作用的“渐近自由”特性——这一突破性发现正是格罗斯教授获得诺贝尔物理学奖的关键。随着对话向理论前沿延伸,二人又从量子引力谈到弦理论,探究时空的本质,同时也直面了暗物质探测领域的当代难题。

回顾诺奖之路:从量子场论的“反叛者”到渐近自由的“奠基人”

作为诺奖级成果,渐近自由的发现历程是张朝阳本次对话最关心的话题之一。格罗斯教授回忆20世纪60年代末的“泥沼”:加速器每周都能发现新粒子,但没人理解它们的本质。直至1968年,斯坦福直线加速器中心(SLAC)意外证实质子内部存在自由运动的点状粒子——“夸克”,一举逆转局面。但这又引出了更多的矛盾,如果夸克能够自由运动,它们为何从未单独现身?

在张朝阳的追问下,格罗斯教授承认,他在29岁为此开启了一场豪赌。在长达五年的工作中,格罗斯教授不断尝试证明无法利用量子场论解释该现象。然而,他在1973年与研究生完成的关键计算表明,杨振宁与米尔斯提出的非阿贝尔规范理论展现出惊人的反直觉特性:两个磁铁靠近会吸在一起,而当夸克彼此靠近时,强相互作用力反而在减弱。

这个特性完美解释了夸克禁闭,却遭受了学界的质疑,另一位诺奖得主维格纳(Eugene Wigner)就曾当面驳斥,认为看不见自由运动的粒子就不可能是基本的。格罗斯教授的这段回忆,令张朝阳与现场听众们都感受到,新发现要获得广泛认可绝非易事。格罗斯教授补充道,量子色动力学(Quantum Chromodynamics,简称QCD)建立后,其理论预测得到深度非弹性散射等实验的验证,于是这套理论逐渐被学界接受。

探讨前沿科学:时空或许只是人类的“幻觉”

时间是本来就存在的,还是宇宙大爆炸产生的?张朝阳还与格罗斯教授探讨了物理学前沿领域的一个重要课题——时空的本质。历史上人类对时空的认知经历了多次革新,爱因斯坦率先打破绝对时空观,揭示时空是动态的实体,时空几何效应即是引力——这也是张朝阳近一两年直播课程的主要内容。

现代物理学发现,这套模型在靠近黑洞奇点或追溯宇宙起源等极端条件下存在局限,时空也处于量子的“不确定”中。格罗斯教授介绍了一个革命性观点:时空可能并非宇宙的基本属性,而是一种源自物质的“涌现现象”(emergent phenomenon),从这个意义上可以说时空只是人类的“幻觉”。他援引弦论中的对偶性现象来说明,某些物理系统可用两种完全等效的理论描述,其中一种理论甚至不存在空间概念。这表明空间并非基本要素,而是特定尺度下的有效近似。

他进一步剖析人类时空观的起源。早在婴儿时期,人们就会在理解世界的过程中形成“时空”的概念,而这个概念很有可能只是人们理解宇宙的一种近似,追问“时间如何开始”或许是个伪命题。未来物理学的突破很可能诞生于超越时空框架的新范式之中,这也为理解宇宙终极奥秘打开了全新视角。

解密质量起源:夸克近乎光速的运动和强作用力让质子变“重”

当话题转向质量的微观起源时,张朝阳抛出关键问题:“夸克的质量仅为几MeV,而质子的质量却高达约900MeV,这巨大差异从何而来?”11年前的粒子物理实验验证了希格斯机制,完善了标准模型的“最后一块拼图”。然而格罗斯教授随即澄清了一个普遍误解——这块“拼图”并非质子质量的主要来源。

那么,质子、中子乃至我们的质量从何而来?面对张朝阳的追问,格罗斯教授的答案颠覆直觉:是夸克近光速的运动和强作用力让质子变“重”。他举了一个生动的例子来说明:“当你站上体重秤发现自己重了1公斤,实际上你增加的是1公斤被‘禁锢的能量’。”

张朝阳也理解了这一点,原来是质能方程在起作用。他进一步总结格罗斯教授核心观点,“虽然夸克作为独立粒子质量很小,但是质子质量的绝大部分来源于其内部的动能和相互作用能。”

热议AI本质:AI仅是工具而非科学

现场学生在互动环节提出“2024年诺奖是否颁给AI领域”的问题,格罗斯教授明确指出,2024年诺贝尔物理学奖(授予约翰·霍普菲尔德)并非颁给AI。他解释,霍普菲尔德的工作是将物理学方法拓展至神经科学领域,构建了“Hopfield模型”,揭示了大脑神经元网络存储记忆的机制。

张朝阳进一步补充,霍普菲尔德的工作属于“物理学家的神经学研究”,而非AI领域。格罗斯教授则更清晰划分界限,“AI仅是工具而非科学”,霍普菲尔德的研究是运用物理学的思维和方法探索大脑功能,属于物理学的延伸。他定义“物理学即物理学家所从事的工作”,只要采用物理方法研究自然现象,就属于物理学范畴。

针对“未来五年AI能否解决黎曼猜想等未决难题”的问题,格罗斯教授直言“难以想象”。他认为当前AI大模型被严重高估,其核心能力是模仿人类,若数据库无答案,便会编造“听起来合理”的内容,既不会验证对错,更不具备真正的创造力,其实际效果只“会取代那些只会说漂亮话的人”。张朝阳也认同这一观点,人们对AI过度兴奋。

纵览计算发展:从计算尺到超级计算机

人工智能的飞速发展离不开算力提升。谈及算力的爆炸式增长,张朝阳向格罗斯教授提问:算力发展是否助力了理论物理研究?

格罗斯教授回忆,四十年前,科学家们只能依赖计算尺进行人工运算。这一局限直接体现在QCD理论的研究中——尽管该理论能够将强子质量的计算误差控制在1%以内,但每一次精准运算都需要投入海量人力,研究进程受到严重制约。四十年后的今天,技术革新改写了这一局面:芯片算力按摩尔定律翻了十亿倍,同时QCD理论算法也有了巨大的进步。算力与算法的双重革新,让曾经耗费巨大人力的计算工作,如今能够被轻松完成。

“算力和算法双重推动了理论的发展,这背后离不开人类的智力和创造力。”格罗斯教授感叹。展望未来,随着计算机科学在算力、算法乃至人工智能领域的持续深耕,其对理论物理研究的推动作用也将更加显著。

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