2021年9月,在清华大学举行的“庆祝杨振宁先生百年华诞思想研讨会”圆桌论坛环节上,香港中文大学杨纲凯教授对未来二三十年的物理学做了一番展望。他认为,在理论物理学发展的主旋律外,还有很多其他机会可以发展,将会出现很多意料之外的事情。
对物理学的未来发展做展望,其实是不容易的。下面我抛砖引玉提出自己的观点以及猜想。今天台上几位先生的看法必然在多方面一致,重复的观点不拟重复,更多强调一些较少提及的角度。
第一,物理发展的一个主线是各个作用力进一步的大统一,包括万有引力。借用杨振宁先生关于另一个议题时的话语,“这个统一大业已露曙光,初现晨曦,我们可以期盼天之大亮”。而且,在未来几十年内,“天大亮”的进展肯定是要建立在Yang—Mills的框架上,这可能是送给杨振宁先生百年华诞一件很好的礼物。
第二,虽然未来的发展很难预料,但我大胆做出预言:未来几十年的物理学发展,将会出现很多我们意料之外的事情。
为什么这么说?回想50年前大家关心的物理问题,从现在来看,很多问题都没有问对,更不必说答对。在我读研究生的时候,老师常问,宇宙膨胀加速度是多少?没有人质问它的符号,原来想当然的符号是错的。那时候大家思考太阳中微子“丢失”的2/3,都一头栽到核物理或者星体模型去找答案,没有人提到中微子的振荡。这在当时绝对意想不到。还有很多的例子。
所以我相信在未来几十年的发展中,会有很多现在想不到的事情发生,这和陈和生先生说的有点相关。
我想年轻朋友值得注意的是,意想不到的事情包括从小问题引出的大突破。众所周知,“θ-τ之谜”带来宇称不守恒,在具体粒子的特性上引出大突破。今天,我们不妨仍以杨—米尔斯规范场为例。理论自1954年提出以后,多年不受重视,直至发现电子深度非弹性散射呈现渐近自由。这也是一个具体实验引发大道理的例子。
第三,杨振宁先生提出二十世纪理论物理学发展的“主旋律”,今天好几位先生也有所论述。然而,物理学作为一门学问已经非常成熟,广泛应用于不同领域,比如生物物理、材料等,让年轻的物理学家有更多的机会在不同的方向发展。主旋律固然重要,可是在主旋律以外,我想还有很多的机会可以发展。
第四点,不是任何预言或展望,而是我自己感觉的困惑。随着物理学分支增加,应用更广,引申出物理学在某个意义上是分化的现象。
几十年前,看《物理学报》和Physical Review等期刊至少知道文章的主旨,现在完全看不懂的文章有很多,因为物理分化成许多关系不是那么密切的分支。这个趋势有利有弊,好处是年轻人有可能更早参与比较窄的研究方向,更快走到前沿。如今优秀的大学中,本科二年级学生起步参与研究工作并不稀奇。反过来是学生可能基础还未学透,就参与比较窄的研究项目。作为一个教育工作者,我常在思考如何取得平衡?
这不是杞人忧天,而是值得各个物理系深入思考的问题。