凝聚态物理时代将到来？反还原论或是宇宙的另一种真相

在人们传统的认知中，宇宙的真相是还原论，即宏观世界是由微观世界的物理规律叠加而来。

从 20 世纪整个物理学研究中不难发现，该领域试图基于最基本的粒子确定大一统的理论，来解释从微观到宏观的世界。

最近，文津奖得主严伯钧联合张首晟基金会理事余晓帆、谷歌工程师张晨波、美国斯坦福大学终身教授祁晓亮以及美国普林斯顿大学教授廉骉，共同创作了凝聚态物理的首本科普书《宇宙的另一种真相》。

在还原论以外，宇宙是否存在另一种真相呢？

根据该书的内容，宏观规律依然是基础的原理，而宇宙的另一种真相在于，宏观世界和微观世界的规律并不相通，因而不能利用叠加的办法进行推导。

其指出，从夸克原子到宇宙尺度的联系，涌现的物理现象才是宇宙的真相。

“即便是非常微观的夸克原子，我们也不能排除微观的规律是从一些更大尺度的世界涌现而来的。”严伯钧说。

凝聚态物理的时代已然到来？

提到物理学前沿理论，很容易想到量子力学、相对论、宇宙学、引力波黑洞……但需要了解的是，这些已是 100 年前的物理学提出的研究方向。

但是，很多理论预言的粒子至今从未被找到，例如著名的磁单极子（magnetic monopole）。

《宇宙的另一种真相》的核心观点认为，凝聚态物理才是当代最前沿的研究领域，同时其也是物理学和人类发展的未来。

严伯钧表示：“理论预言的粒子是基于宏大的理论，通过一些数学验证进行预言的。我认为，数学未必是我们认知世界、描述世界的终极的真理。”

凝聚态物理是什么？和我们的生活关联密切吗？

说起凝聚态物理，也许你会感觉比较陌生，但是提及它所覆盖的众多领域，你会发现它遍及生活的各处。例如，半导体、芯片、超导体、拓扑材料、量子计算机……

美国物理学家约翰·巴丁（John Bardeen）因发明晶体管和提出超导 BCS 理论，分别获得了 1956 年和 1972 年的诺贝尔物理学奖，其相关理论为后续的拓扑序发展奠定了基础。

拓扑物态的研究从纯理论设想到实现实验，从一种材料到数千种材料，从二维到三维以至任意空间维度，从绝缘体到超导体、半金属，从量子反常霍尔效应到量子计算……

种种出乎意料的发现精彩纷呈，其发展迄今已近二十年，仍是凝聚态物理学中长盛不衰的研究课题。

《宇宙的另一种真相》为人们提供了一个从凝聚态物理来认识和理解世界全新的视角，这可能会颠覆对以往的一些认知。

比如，由于测量或观测黑洞对实验的要求过高，人们无从得知黑洞内部的具体形态，但凝聚态物理提供了一种新的可能性。

严伯钧表示，类似 AI 领域中的数字孪生，如果在凝聚态物理系统中找到与黑洞物理性质类似的系统，将其复刻后能够很好地操作实验和验证，为一窥黑洞内部的奥妙创造了可能性。

再比如，以前人们认为，宇宙实际上由多维空间组成，甚至可以多达二十六维空间。但凝聚态物理的研究推导出，宇宙可能只是四维拓扑绝缘体的三维表面。

创作初衷：纪念并致敬张首晟教授

严伯钧本科和硕士毕业于香港科技大学，博士就读于美国布朗大学。目前，他在美国斯坦福大学做访问学者，研究方向为凝聚态物理。

《宇宙的另一种真相》是他的第四本著作，前三本出版的图书分别是《六极物理》《了不起的物理》以及《对立之美》。

与前三本书“一气呵成”写法不同的是，在《宇宙的另一种真相》中，除了严伯钧，还有其他四位作者。并且，由于书中内容非常前沿，创作过程需要一边学习一边梳理和总结。

这本书的创作初衷是纪念并致敬已故的凝聚态物理学家张首晟教授。他在对拓扑绝缘体的理论建立和实验预测上，做出了卓越的贡献。2005 年凝聚态物理研究取得重大突破，正是以张首晟教授所研究的拓扑绝缘体为契机。

其实，在很早之前严伯钧就产生了出版凝聚态物理方向书籍的想法。在撰写《六极物理》极冷篇时，他发现，凝聚态物理的相关内容写起来充满挑战，并且由于领域较前沿和复杂，市场上缺乏凝聚态物理的科普书籍。

2022 年 4 月，在高山大学张首晟奖学金面试中，张首晟基金会理事、张首晟教授的夫人余晓帆认识了彼时作为奖学金候选人之一的严伯钧。

在余晓帆看来，严伯钧的观点与张首晟一直笃信的简洁且优美的宇宙法则不谋而合。于是，他们共同启动了这本书的撰写。

在纷繁复杂的凝聚态物理理论之上，《宇宙的另一种真相》或为读者呈现宇宙中的另一种普适和美。