经典回顾:【华人之光Ⅰ】文小刚(中):“新颖”为什么比“正确”更重要?

作者: 潘颖

来源: 赛先生

发布日期: 2016-02-07 07:20:56

文小刚教授探讨了新颖的思考方式在物理学中的重要性,特别是用代数眼光看世界,而不是传统的几何眼光。他强调了创新和提出新问题的重要性,以及科学政策中区分科学和技术目标的必要性。

我想用量子纠缠来统一基本粒子和引力,用的是一个全新的思路,一个代数的思路,和几何纤维丛的思路完全不同。也可以说是想用代数的办法来看几何,用代数的东西来看纤维丛。过去爱因斯坦把我们引入了用几何眼光看世界的思路,它主导了物理学一百多年的发展。但我觉得这个方向有点不对,应该用代数眼光看世界,理解世界。

文小刚:这样说吧,他的数学非常的好!他的物理也非常的好!他把自己称作数学物理学家。

可以说,他能同时拥有物理学的思考和数学的思考。一般来说,用物理的想法看数学会很不自然,用数学的想法思考物理也很不自然,别别扭扭的。但正因为数学和物理思考方法不同,所以当两样东西凑到一起的时候,就能互相启发。比如说,有些东西在物理上很容易解释,用数学就怎么都看不清楚,这样就可以用物理的思路来诱导数学的发展。因为当用数学把物理上容易解释的东西严格做出来的时候,对数学就是一个很大的发展。

有些数学上看得很清楚的东西,物理学家以前则没想到,也想不到,那你可以把数学引入到物理中去,对物理产生一个很大推动。

文小刚:也许我们可以详细讲讲这个问题。广义相对论和(规范)量子场论是同一类型的东西,它们的缺陷在哪儿呢?在于广义相对论和量子力学的基本观念有不可调协的冲突。

杨振宁先生最近在《Physics Today》上发表了一篇文章(编者注:《赛先生》已于2014年12月4日刊出此文的中译版),他回忆了有关规范理论的一些历史。规范场的思路是爱因斯坦首先提出来的。最简单的规范场是电磁学,麦克斯韦方程就是规范场的方程,不过那时大家不那么想。是爱因斯坦的广义相对论,首先用那种局部相对的观点来看问题,把规范概念、相对论的概念提出来。

数学家外尔(Hermann Weyl)非常欣赏爱因斯坦的思路,他说既然在相对论中,你的(局域)方向可以是相对的,那我的(局域)单位也可以是相对的。比如说两个地方有两个局域的方向,它们一样不一样,你要比。但要比较不同的地方的两个方向,你要把一个地方的方向,变换到另一个地方,才能比。这就是相对论中方向的相对性。外尔说,每个地方也都有局域的单位(就像每个国家都有自己的货币)。

两个地方的量一样不一样(如在两个国家的存款一样不一样),你要把一个地方的量,通过比较单位,变换到另一个地方,才能比(你要把一个国家的存款值,通过汇率,变换到另一个国家的,才能比)。所有不同地方的单位比值,可以用一个场来描写,这个场就是规范场(所有不同国家间的汇率就是规范场)。所以规范(gauge)的意思就是单位(unit)的意思。外尔觉得电磁场应该就是这种规范场,但发现不行,不成功。

后来发现外尔的想法大方向还是对的:电磁场实际上不是源于局域单位的相对性,而是源于量子力学中局域相位的相对性。这样,电磁场就跟数学里的纤维丛完全联系起来了。这种关于电磁力和引力起源的观念,很几何也很漂亮。方向的相对性给出引力,相位的相对性给出电磁力。这样一来,从某种程度上讲,一个物理的新时代就开创出来了,就是用几何纤维丛的思路来描写物理、研究物理。用几何的眼光看世界。

文小刚:我想用量子纠缠来统一基本粒子和引力,用的是一个全新的思路,一个代数的思路,和几何纤维丛的思路完全不同。也可以说是想用代数的办法来看几何,用代数的东西来看纤维丛。过去爱因斯坦把我们引入了用几何眼光看世界的思路,它主导了物理学一百多年的发展。但我觉得这个方向有点不对,应该用代数眼光看世界,理解世界。所以我觉得,这看上去就好像是爱因斯坦误导了物理一百多年。

当然,不能说是误导,那些几何方法是很漂亮的,而且在历史上,它们很大程度地促进了物理学的发展。但现在,到了用新眼光看世界的时候了。

文小刚:对,是这样。不过这其实是科学政策的问题。中国有一个很不好的情况,就是把科学和技术混起来,很多所谓的科学政策和技术政策都是不分的,结果相当于政策都是技术政策而不是科学政策。

技术问题或工程问题是以目标为导向的,就是说我有一个很明确的目标,我要达到我的目标,这是很有用的思路,但这是技术或工程上的思路。但科学目标是迥然不同的,它不是解决问题,是开拓知识的疆界。我们除了知道的东西,还有很多不知道的东西,甚至我们不知道还有哪些是我们不知道的东西。对知道我们不知道的东西,我们还可以去攻关,但还有我们不知道我们不知道的问题呢。

所以,科学更重要的创新就在于提出问题,要开拓新知识就要能够提出新问题,但这也不是那么简单的。这就是说,如果你有问题的话,说明你已经是在以前知识的范畴内了;而有的时候,你问题都提不出来,因为你都不知道那是什么东西,连提问题的语言都没有。这跟我之前讲的很有关系。在这个状态下,我们怎么继续往前发展,怎么继续做工作。

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