每次交大请我参加校友会,我都没脸回去。理科毕业的我没干过一天理科。所以,我必须写这篇文章,不是为了证明自己多有脸,而是想说说理科有多美。
AI可以模拟出巴赫的音乐,甚至模仿得比巴赫还要巴赫,但却无法创造出一个巴赫,巴赫的音乐与杨振宁的方程一样,是一种浇灌,是对另一个世界的想象。
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杨振宁去世后,想写一篇他对物理学的贡献。但现代理论物理大厦已入云端,非物理教授以上者能窥其全貌。
每次交大请我参加校友会,我都没脸回去。理科毕业的我没干过一天理科。所以,我必须写这篇文章,不是为了证明自己多有脸,而是想说说理科有多美。
理科,或者说自然科学的美,也是从爱因斯坦开始,到杨振宁,再到现代,科学家们反复提及的不是有多真实,而是有多美。探索多有趣。爱因斯坦喜欢拉莫扎特,留下一句名言“世界可以由方程式构成,也可以由音符构成”杨振宁的兴趣也极其广泛,我在参观他老家合肥三合古镇时,看过他的故居,从小喜欢的很多,十五年前他到三星堆博物馆时,不断问讲解员各种问题,站着看了三个小时没有坐下来休息过,那时他快90岁了。也在此时,我对博物馆开始有了浓厚的兴趣。在现代物理学家身上,你能感受到自然科学与艺术、人文是相通的。
回到科学的起点,科学与人文科学也相通,甚至更相通,但远没那么轻松惬意。
牛顿时代,科学家,哦不,那时还不叫科学家或物理学家。一般叫神学家,最多叫哲学家。牛顿以前的探索有些沉重。哥白尼,伽利略的研究冒犯了当时的天主教会。伽利略奠定了用实验的方法去验明真理。这在今天看来天经地义,但在当时石破天惊。真理在主教那里,在经典那里。伽利略提出的理论一直被封杀,他本人也被终身监视。但这个方法论算是给后来的探索者指明了方向。
在伽利略去世后的第二年,牛顿在英国出生了,英国跟欧陆天主教会早就分道扬镳,所以牛顿的研究相对自由。他的三大力学定律,加上万有引力定律基本可以解释宏观世界的所有现象。物理学的大厦地基就夯实在这里。
本文也从这里开始,用人话大白话说说科学理论。万有引力的意思是两个物体肯定存在相互吸引,只是这个引力非常小,要物体达到太阳地球这个级别,才能明显感受到。我站在你面前虽然也有引力,但可以忽略不计。
牛顿的物理学世界是确定的,真实的,他认为空间是不动的,恒定的。就像古典时代的艺术那样追求确定,永恒。
而牛顿只是解释了宏观的现象,但没有说明原因,为什么会有引力?牛顿没有解释。我推一个球,球就会动,这个用牛顿力学可以描述,但为什么推它就会动,牛顿没有解释。
更无法解释的是光,根据牛顿的理论,光是由一粒粒微小粒子射出去的。但从牛顿时代开始,很多实验,光也许不是粒子,也许是一种波,就像水波那种波。由于牛顿那会儿是皇家科学院院长,德高望重,成了又一个天主教会压制着光波理论。但他死了以后,更多实验证明光不是粒子,光既有粒子的特性,又有波的特性,被称为波粒二象性。这是经典物理无法解释的。
这个时候,有一位没钱读书的人发现了一个神奇的现象,电线经过磁铁会产生电流,电流也会产生磁场,这个人叫法拉第。他预感到电和磁是同一个东西。只是他没有数学基础,无法计算证明。法拉第的这个发现吸引到了一个读了很多书的人,麦克斯韦,他用一组漂亮的方程式证明了不仅电磁是同一个东西,连光也是同一个东西,光波。电磁产生的力叫电磁力。物理学开始走向微观,我们中学学的分子由原子构成,原子由原子核和电子构成,原子核由质子与中子构成······就都出来了。
这就从微观层面解释了为什么我推球,球会动。我摩擦桌子会产生摩擦力。这些都属于电磁力。
而此时,重大的危机出现了,原子这么小单位的运动,并不遵循牛顿力学。还有更大的危机,如果一列车以光速行驶,在列车上面如果还有一列车也以光速行驶,按照牛顿经典物理学解释,上面那列车应该是2倍光速。但根据麦克斯韦的电磁学理论,以及实验结果,仍然是它仍然是光速。光速是不可超越的速度。
此时,科学需要新的理论解释。
麦克斯韦去世那年,一个叫爱因斯坦的人出生。他的狭义相对论提出一个至今都惊世骇俗的观点:引力其实是时空弯曲产生的结果。一个有质量有动能的物体就能产生时空弯曲。太阳在那里,把周边的时空弯曲 ,就像一个球在沙发上让沙发陷进去了一块,周边另一个球就会沿着陷进去的方向行驶。
这是一种宏观尺度对引力的解释。
那时,量子力学也产生了,大家熟悉的普朗克,薛定谔,费曼这些人就是量子力学的大牛。简单说,量子力学在微观世界里解释了细小微粒不是运动,而是按照概率变化的点状分布。而且有很多不确定,测不准的存在。爱因斯坦批量子力学的那句“上帝不会掷色子”就是批的概率和其他不确定。但肯定的是,现代物理世界不再是稳定的,永恒的。如同现代艺术也是光怪陆离的。
此时,微观世界又有了两种力:强力和弱力。强力是把质子和中子捆绑在一起的力,四个力中最强的力。弱力关乎粒子衰变,是最弱的力。
爱因斯坦想把引力,电磁力,强力,弱力四种力整合成更本质的一种力,用简洁的方程表达,这是科学家们最享受,也是最高光的时刻,一层层破解造物主的造物密码。
爱因斯坦失败了,这就是杨振宁刚入行时面临的物理世界。和爱因斯坦同在普林斯顿大学任教的杨振宁继续探索。
杨的贡献就是奠定了现代粒子物理学的数学基础,在他基础上,电磁力和弱力融合成了一种力。后来又有了夸克理论,弦理论,都是一次次的尝试。黑洞等天文物理的发现也为理论物理的大一统提供了很多可能。
这个探索将继续下去。
这种对根本的,永恒问题的探索,是一种只属于人类的想象力,对造物的想象。只可能是有位格的造物主浇灌给有位格的人之灵感。AI可以在物理竞赛中秒杀所有选手,但永远无法想象这类根本问题。如同AI可以战胜所有围棋高手,却无法想象出围棋那样的世界。AI可以模拟出巴赫的音乐,甚至模仿得比巴赫还要巴赫,但却无法创造出一个巴赫,巴赫的音乐与杨振宁的方程一样,是一种浇灌,是对另一个世界的想象。
同样,AI可以设计一种精密的社会制度,但按照它设计的制度,只会通往地狱。社会的演化是一种浇灌下来的自发秩序。
对理性,对艺术,对社会的想象力和探索,才是人之为人真正的创新和不可替代的价值。这才是杨振宁留给我们的精神财富。

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