孙昌璞院士的一篇评述,作者结合学习杨振宁科学思想的体会,并联系自己在理论物理研究方面的科学实践,对当代理论物理发展趋势提出了一些个人的看法。文章将通过具体实例,阐述为什么要做“美或有用”的理论物理;为什么基本物理的理论在一段时间内可以与直接的实验验证保持距离?对于后者,文章还从科学方法论的角度就理论预言与实验证实的关进行较为深入的讨论。
文章还强调了“有用”的理论物理——应用理论物理,指出国家需求驱动的科学研究与自由探索一样,也会导致基础物理的重要突破。
物理学是研究物质及运动规律的科学。其研究内容可以概括为两大方面:在更高的能量标度和更小的时空尺度上,探索物质世界的深层次结构及其演化规律;面对由大量个体组元构成的复杂体系,探索超越个体的、“演生”出来的有序和合作现象。上述两方面的追求体现了两种基本的科学观——还原论和演生论。
围绕着“还原论”和“演生论”,物理学形成了不同的学科分支。前者有粒子物理、核物理和原子分子物理等,而后者包含凝聚态物理、等离子体物理和激光物理等。
理论物理学价值观多元化困境会直接影响物理学的和谐发展。那么是否存在一种价值选择的共识突破理论物理多元价值冲突的困境呢?我的答案是,杨振宁先生多次强调的“美”的价值判断可以作为统一其多元化价值观更高层次的标准。而爱因斯坦、狄拉克和杨振宁本人的具体科学实践可以佐证“美”的标准的合理性。
实验物理学家对“理论”有时会盲目地深信不疑,从而导致实验数据使用主观倾向错误理论预言的严重科学问题。其实,实验物理学家看到的“理论”预言有可能只是某种“有效理论”的结果,或只是近似简化模型对实际系统的描述,他们有时可能忘记了近似成立的条件有时会十分苛刻。
文章通过理解杨振宁先生对理论物理发展前景的看法,进一步强调,理论物理未来的发展趋势可能是“应用理论物理”:借助理论物理的思想、模型和数学工具,以应用为目的、研究主要包括人工复杂系统在内的客观系统,探索其物质-能量、时间-空间和信息-结构及其相互作用和运动演化规律,从中概括和归纳出具有普遍意义的基本理论,大大拓展传统理论物理只是关于自然物质系统的探究。
最后指出,应用理论物理学在国防安全等国家重大需求上会有更大的用武之地,发挥更大的作用。二战后美欧开启了物理学大科学工程发展的新时代,基于大型加速器的重大科学发现也反过来为理论物理学提供广阔的用武之地。
国防安全方面等国家重大需求往往与大科学工程密切联系,由此会提出自由探索中不易产生的重要基础科学问题,国防和国家安全方面的重大需求在对理论物理不断提出新挑战的同时,也可能为理论物理研究提供了持续源头创新的平台。