1687年,牛顿发表了千年伟著《自然哲学的数学原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, 简称Principia),点燃了人类科学认识宇宙的曙光。Principia奠基了牛顿力学的运动方程,提出了万有引力,发明了微积分。
2016年初,著名物理学家、斯坦福大学物理系终身教授张首晟收到了一份姗姗来迟的、特殊的圣诞礼物——1729年出版的英文首版Principia。这是迄今在古藏书市面上唯见的一本,收藏在英国伦敦的著名古藏书店Peter Harrington。
是夜,张首晟亲手翻开牛顿首版Principia的千年伟著,深感斯人已去,英魂长存,每句每辞,都在唤醒自己少年时代的梦想。他手按Principia庄严立志,一生将为追求大统一的万物理论而贡献。
在牛顿的宇宙观中,天地合一。地上的苹果,天上的行星,都满足简单而普世的科学原理。对宇宙理性的认识,启发了人们对人类社会理性的渴望。
伏尔泰从法国被流放到英国期间,参加了牛顿的葬礼,他首次告诉了世人牛顿苹果的故事。伏尔泰的灵感女神是Emilie du Châtelet侯爵夫人,是启蒙时期的一代才女,天生丽质。她亲笔翻译了Principia的法文首版,直用至今。伏尔泰深受牛顿Principia的启发,从天地合一到天人合一,从自然定律到社会法律,点燃了启蒙运动火种,燃烧着整个欧洲大陆。美国建国的理念,乃是启蒙运动的产物。
所以牛顿的Principia不愧是人类文明的第一书!
Principia中牛顿发现的万有引力,开创了人类科学启蒙的起点。但它至今依然是深藏不测的大谜,引力本质的认识,也许是万物理论(Theory of Everything)的终点。
我们可以将基础科学的三大发现,万有引力、相对论与量子力学用三个宇宙基本常数(Fundamental Constant of Nature)来描写,分别就是:G,牛顿万有引力常数;ħ,量子力学的普朗克常数;与c,爱因斯坦相对论提出永恒不变的光速。
牛顿是剑桥大学的讲座教授,他的讲座席位称为Lucasian Chair。
这著名的讲座席位一脉相承于盛名千秋的理论物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell),狄拉克(Paul Dirac)与霍金(Stephen Hawking)。我是狄拉克的忠实粉丝,他是寻美而求真的风格大师。别的理论物理学家从大量的实验现象中总结出优美的数学方程。而狄拉克却从至美的数学概念出发,大胆地预言新的实验现象。
他为了统一狭义相对论与量子力学(ħ, c),从优美的数学结构出发,引进了著名的狄拉克方程,预言自然界中任何粒子都有反粒子。不久后,正电子就被实验发现。英国伦敦的著名教堂Westminster Abbey埋葬的不仅是列代的帝王将相,还有伟大的科学家牛顿与狄拉克,地碑上铭刻了著名的狄拉克方程。我于2012年荣获了狄拉克奖,以我偶像而命名奖章,是我一生至高的荣誉。
回到(G, ħ, c)组成的神秘魔方,我们可以看到基础科学的空白与目标,正在神秘魔方的顶角。(G, ħ, c)的大统一,将创造人类梦寐以求的万物理论(Theory of Everything)。这万物理论是什么,我们尚不知道,但我们能估计在怎样的长度和能量的量级上才能完成大统一。从以上定义(G, ħ, c)的三个公式出发,我们很容易得到它们的量纲。
根据简单的量纲分析,我们得到唯一可能的普朗克长度与能量,分别是:普朗克长度之短,比原子的尺度还小25个数量级!普朗克能量之高,比现代最高能的加速器还高了15个数量级!由此可见,要寻找大统一(G, ħ, c)的万物理论是多么的困难,用已知的实验方法几乎不可能!
我本科的毕业论文与博士论文都致力于量子引力,追寻大统一(G, ħ, c)的梦想。由于这领域没有实验,所以改方向进入了凝聚态物理的研究。
深受牛顿、爱因斯坦、狄拉克的数学原理启发,寻美而求真,从理论上首先预言了拓扑绝缘体这个神奇的材料,后被实验证实。今夜亲手翻开牛顿首版Principia的千年伟著,深感斯人已去,英魂长存,每句每辞,都在唤醒我少年时代的梦想。今夜手按Principia庄严而立志,为追求大统一(G, ħ, c)的万物理论而贡献。填补先贤们留下的空白,是我们这辈学子们的最神圣使命,也是全人类最崇高的梦想。
为实现这个美丽的梦想,我们必须穿越时空,量子纠缠,潜入普朗克长度的万丈深渊,高攀普朗克能量的奇险顶峰。路漫漫其求修远兮,吾将上下而求索!