物理學發(fā)展前景怎樣？

【專家解說】：２１世紀物理科學的發(fā)展前景 李政道 　　下面我想講一下２１世紀物理科學的前景。我認為物理我黨的發(fā)展前景是很好的。為什么呢？因為目前的處境正像２０世紀初出現的情況，２０世紀初的兩個著名的科學發(fā)現，提出了兩大科學疑問，即光順地球轉動和逆地球轉動時的速度為什么一樣？如何理解釋熱的東西發(fā)光的光譜？我們現在同樣也有兩個疑問：第一，目前我們的物理理論都是對稱的，而實驗大大地破壞了這些對稱性．第二，有一半基本粒子是望遠獨立不出來的，我們現在知道，所有的中子、質子、原子、分子都是由兩類基本粒子組成的，一類是夸克，另一類中輕子。一共有門個夸克，六種經子，可這六種夸克，每一個都不能單獨自由行動，從來沒有人觀察到它們可以自由地存在。我們現在認為，理論是對稱的而實驗上是破壞對稱的這個疑問的解答，是因為這個破壞來自于真空。什么是真空？真空是沒有物質的態(tài)，可它仍有作用，有作用就有能量的漲落。這能量的漲落是可以破壞對稱的。為什么夸克走不出來泥？這和超導類似，超過是磁場的，假如有一塊材料沒變超導前有磁場通過，一變成超導，磁場就被排出來了。假如有一個圓圈，里面有磁場，沒變超導前磁場可以任意進出，一旦變成超導，磁場就走不出來了。我們認為，在真空的漲落中，很可能單磁子和反單磁子，它們抗量子色動力學的電場。我們認為真空是物理的相對論性的凝聚態(tài)，它雖然是沒有物質的態(tài)，但是是有作用的，也是可以激發(fā)的。 　　相對論的重離子碰撞，通過高能量１００ＧeＶ／Ｎ的金和金核相碰撞后，金的核可以相互穿過去，在二核中間產生新的真空，這里面夸克就可以自由行動。這個方面正在研究的對撞機在Brook baven １９９９年就可以造成的，總投資約十億美元。如果真空是可以被激發(fā)的，那么粒子的微觀世界和宏觀的真空就結合起來了，這將是一個新的發(fā)展。 　　在我們宇宙中，有一種叫作類星體（quasar）的東西，我們不知道它是什么，它不是普通的星，它的能量來源我們不知道，每個 quasar 的能量可以是太陽的１０15倍，這是很大很大的。估計在我們的宇宙里約在一百萬個 quasar ，其中有一千個我們在仔細研究，這個能量絕對不是核能量，太陽就是核能量，它比太陽的能量大得多。宇宙中還有很大能量的來源我們是不知道的。 　　另一個在我們宇宙中的大問題是暗物質。從引力我們知道有暗物質存在，可是用光看不見，紅外、紫外、Ｘ光都看不見。宇宙里９０％以上是暗物質，這些暗物質是什么我們不知道，所以在我們的宇宙中有９０％以上的物質我們不知道，有極大的能量來源我們不知道，真空有可能被激發(fā)。我們研究這個問題的方法是想制造一個狀態(tài)，它和當初宇宙開始大爆炸的情景相似，大爆炸開始就是一個激發(fā)的真空，制造出這個狀態(tài)也許可以使我們測量出它的特性。 　　整整一百年，姆森發(fā)現電子，從那以后影響了我們這世紀的物理思想，即大的是由小的組成的，小的是由更小的組成的，找到最基本的粒子就知道最大的構造，這個思想不僅是物理，還影響到本世紀生物的發(fā)展，要知道生命就應研究它的基因，知道基因就可能會知道生命。我們現在發(fā)現這并不然，小的粒子是在很廣泛的真空里，而真空很復雜，是個凝聚態(tài)，是有構造的。也就是微觀的粒子和宏觀的真空是分不開的，二個必須同時處理。知道基本粒子就知道真空的觀念是不對的。從這個簡單化的觀點出發(fā)不會有暗物質，也不會有類星體這類的東西，我覺得基因組也是這樣，僅是基因并不能解生命之謎，生命是宏觀的。２０世紀的文明是微觀的，我認為２１世紀微觀和宏觀會結合成一體。就如造計算機，是不是越小的集成電路就越好呢？我們可以把集成電路越造越小，小到氫原子，可是我們對氫原子完全懂，這里不可能再有什么信息，可能２１世紀的計算機要的是較大的，是個凝聚態(tài)的單位，這里的信息才更多，２０世紀是越微小越好，我們覺得小的是操縱一切的，而我的猜測是２１世紀是要把微觀和宏觀整體地聯系起來。這不光是在物理，也許是影響到生物的發(fā)展，微觀和宏觀必須是結合起來的，這個結合對應用科技可能會有極大的影響，這些科學文化發(fā)明在１９世紀末都是很難想象的！沒有２０世紀初基礎科學的發(fā)展，本世紀的科技應用和開發(fā)也沒法出來，２１世紀也許會有同樣的發(fā)展。目前微觀和宏觀的沖突已經非常尖銳，靠一個不能解另一個，它們聯起來會有一些突破，這個突破會影響我們的將來。 　　讓我總結一下２１世紀物理的前景。激發(fā)真空、微觀和宏觀的物理的結合，制造像宇宙開始的狀態(tài)，了解暗物質，了解類星體的能源，了解ＣＰ不對稱的原理，什么是ＣＰ不對稱呢？粒子和反粒子，左和右不對稱，就是ＣＰ不對稱。因為ＣＰ不對稱所以我們存在。我們都是質子和電子的，我們宇宙里沒有很多的反質子和正電子，在大爆炸一開始它們應該是一樣的，所能ＣＰ不對稱也是一個很重要的問題。 （本文是作者在２１世紀中國科技戰(zhàn)略研討會上講演的第三部分）