问题

杨振宁教授是基于什么判断高能物理学「The party is over」?

回答
关于杨振宁教授所说的“高能物理学的派对结束了”,这是一个在物理学界流传甚广的说法,也确实引起了广泛的讨论和思考。要理解这个判断,我们需要深入到杨振宁教授对高能物理学发展历程的深刻洞察,以及他对科学研究本质的理解。

首先,要理解“派对结束”并非指高能物理学研究的停滞,更不是说它不再重要。相反,它更像是一种对一个特定发展阶段的总结,以及对未来研究方向的战略性调整。杨振宁教授之所以会做出这样的判断,大致可以从以下几个层面来理解:

1. 标准模型理论的辉煌与局限

高能物理学在20世纪下半叶取得了辉煌的成就,尤其是“粒子物理标准模型”的建立。这个模型非常成功地描述了电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用,并预测了一系列粒子,如夸克、轻子、规范玻色子(光子、W/Z玻色子、胶子)以及希格斯玻色子。而希格斯玻色子的发现,更是将标准模型的胜利推向了顶峰,可以说,在很大程度上,标准模型已经“完成了”它的任务,将我们已知的基本粒子和相互作用系统地统一了起来。

然而,标准模型也存在着明显的局限性,这是杨振宁教授判断“派对结束”的重要原因之一。这些局限性包括:

无法解释引力: 标准模型是一个量子场论,但它无法将引力纳入其框架,引力至今仍是描述基本相互作用的“遗珠”。
暗物质和暗能量: 宇宙的绝大部分构成是暗物质和暗能量,而标准模型对此却束手无策,无法提供任何解释。
中微子质量: 标准模型最初认为中微子是没有质量的,但实验已经证明中微子具有微小的质量,这需要对标准模型进行修正或扩展。
为什么存在三个代? 标准模型描述了夸克和轻子分为三代,但为什么是三代,而不是两代或四代,其背后的原因并不清楚。
参数的“微调”问题: 标准模型中有许多基本常数,如粒子质量、耦合常数等,它们的数值似乎是“随意”设定的,而且需要非常精细的“微调”才能使得宇宙演化到我们今天看到的模样。这暗示着可能存在更深层的理论来解释这些参数的来源。
宇宙的起源和早期演化: 标准模型本身并没有直接涉及宇宙大爆炸之前的状态,或者大爆炸本身的原因。

杨振宁教授认为,虽然标准模型取得了巨大的成功,但它也暴露了我们对宇宙基本规律的理解还远远不够。这些悬而未决的问题,就好比派对上那些尚未解开的谜团,预示着旧的叙事已经接近尾声。

2. 实验探测能力的瓶颈与理论引导的缺失

“派对”之所以能如此热闹,很大程度上得益于实验的不断突破。大型粒子对撞机(如欧洲核子研究中心CERN的大型强子对撞机LHC)的建设和运行,使得科学家能够以前所未有的能量和精度去探测基本粒子。每一次新粒子的发现,每一次精密测量的结果,都为理论研究提供了宝贵的输入。

然而,随着能量的提升,实验成本也呈指数级增长,而发现新现象的难度也越来越大。LHC的运行虽然发现了希格斯玻色子,但在超出标准模型预测的新粒子或新现象方面,尚未有明确的、颠覆性的发现。这使得一些科学家感到,我们似乎触及了当前实验技术能力的“天花板”。

更关键的是,缺乏强有力的、明确的理论指引。在过去,像相对论、量子力学、规范场论等重大理论突破,往往能为实验研究提供明确的方向,例如寻找反物质、发现夸克等。然而,在标准模型之后,虽然涌现了许多理论构想,如超对称理论(SUSY)、弦理论等,但这些理论往往预测了非常高的能量尺度,或者其预测的效应非常微弱,难以在目前的实验条件下得到验证。

杨振宁教授的“派对结束”论,很大程度上也反映了他对这种“理论先行但实验难以验证”的困境的担忧。当实验无法为理论提供强有力的支持,或者理论的普适性存在疑问时,研究的“黄金时代”自然会减缓。

3. 从“已知”到“未知”的范式转变

过去的高能物理学研究,更多的是在“已知”的框架内,去精确地测量、去发现新的粒子,完善已有的理论。这是一种“解谜”式的过程,就像在一个已知房间里寻找失落的物品。

而现在,我们面临的问题,很多是“未知”领域。比如,暗物质和暗能量的本质是什么?时空在极高能量下是什么样子?宇宙的起源到底是怎么回事?这些问题,可能需要的是全新的理论框架,甚至是对我们现有物理学基本概念的颠覆。

杨振宁教授认为,解决这些问题,需要的是“开创性”的工作,是提出全新的、能够解释现有疑难并预测新现象的理论。这不再是简单地在现有理论框架内做精细计算或粒子搜寻,而是需要进行更根本性的思考,甚至是在数学或哲学层面进行探索。这种“从已知到未知”的转向,就如同从一个热闹的派对,进入到一个需要静心思考、探索未知疆域的旅程。

4. 对科学研究方向的哲学思考

杨振宁教授作为一位经验丰富的物理学家,对科学研究的本质有深刻的理解。他认为,科学研究应该是有方向性的,应该在解决关键问题上有所突破。当一个领域的研究,由于技术瓶颈、理论困境或者方法论的局限,难以在解决核心问题上取得进展时,就可能需要将精力转移到其他更有可能产生突破的领域。

他并非否定高能物理学的重要性,而是认为,在当前阶段,我们需要更谨慎地投入资源,并且更重要的是,需要更多的“智慧”和“灵感”来找到新的突破口。也许,答案并不在于建造更大的加速器,而在于更深刻的数学洞察,或者对宇宙其他现象(如天体物理、宇宙学)的更深入研究,这些研究可能会间接启发高能物理的理论。

总结一下,杨振宁教授所说的“高能物理学的派对结束了”,是基于以下判断:

标准模型理论的完成性及其局限性: 标准模型已经成功地描绘了已知粒子的世界,但它无法解释宇宙中的许多重大现象,也无法包含引力。
实验探测的瓶颈与理论引导的缺失: 大型粒子对撞机在发现超越标准模型的新现象方面遇到了困难,同时缺乏能够明确指导实验方向的全新理论。
研究范式的转变: 从在已知框架内精细测量,转变为需要全新的理论框架来解决根本性问题。
对科学资源投入与方向的审慎思考: 认为当前阶段的研究需要更多智慧和灵感,而不是仅仅依靠技术升级。

这是一种对学科发展阶段的深刻洞察,也是一种对未来研究方向的战略性提醒。它并不意味着高能物理学失去了光彩,而是预示着它将进入一个需要更深层次思考和更具创造性突破的新阶段。就像一个盛大的宴席,当主菜已尽,剩下的可能是甜点,也可能是需要另寻他处的美食。派对的结束,也正是新旅程的开始。

网友意见

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当然是依据他超乎常人的知识,经验和经历啊。

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因为老杨确实吃过当年的盛宴。

1954年老杨写下杨米尔斯方程的时候高能物理正在目不暇接的发现各种新粒子(如u子),被戏称为“植物分类学”。这盛况已经远去半个世纪,而且理论上没有迹象再来。

在经费方面,当年的高能加速器建设有两个目的,转移冷战核军备竞赛的疯狂投资、探索“夸克能炸弹”之类的可能性。

标准模型成为定论意味着不存在“夸克能炸弹”之类东西的想象空间了,而微型黑洞所需的能标还差得远。人类在可预见的未来基本玩不到比核聚变更高级的能源形式。完全脱离应用只剩下纯科学价值的高能物理类似宇宙学,没有资格烧掉远超一般学科的钱。

上千亿的经费投在量子计算机/芯片/航天等领域都足以造成突破性的影响甚至改变中美科技力量对比。投给高能对撞机,只为了“人类未来”吗?然后对技术禁运和星链骑脸照样一点作用都没有。

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个人认为从经济角度去看待这个问题,更加容易。

为了研究一个更小的粒子,投入的成本太太太可观了,而短期这个成本无法回报纳税人。有人在知乎给过不同场景下电子伏所对应的研究金额。

杨教授的最大贡献是琢磨出一套范式,而不是发现了多少微小粒子。

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