21世纪物理科学的发展前景

21世纪物理科学的发展前景

　

　　下面我想讲一下21世纪物理科学的前景。我认为物理学的发展前景是很好的。为什么呢？因为目前的处境正像20世纪初出现的情况，20世纪初的两个著名的科学发现，提出了两大科学疑问，即光顺地球转动和逆地球转动时的速度为什么一样？如何理解释热的东西发光的光谱？我们现在同样也有两个疑问：第一，目前我们的物理理论都是对称的，而实验大大地破坏了这些对称性。第二，有一半基本粒子是永远独立不出来的，我们现在知道，所有的中子、质子、原子、分子都是由两类基本粒子组成的，一类是夸克，另一类中轻子。一共有六个夸克，六种经子，可这六种夸克，每一个都不能单独自由行动，从来没有人观察到它们可以自由地存在。

 

　　我们现在认为，理论是对称的而实验上是破坏对称的这个疑问的解答，是因为这个破坏来自于真空。什么是真空？真空是没有物质的态，可它仍有作用，有作用就有能量的涨落。这能量的涨落是可以破坏对称的。为什么夸克走不出来泥？这和超导类似，超过是磁场的，假如有一块材料没变超导前有磁场通过，一变成超导，磁场就被排出来了。假如有一个圆圈，里面有磁场，没变超导前磁场可以任意进出，一旦变成超导，磁场就走不出来了。我们认为，在真空的涨落中，很可能单磁子和反单磁子，它们抗量子色动力学的电场。我们认为真空是物理的相对论性的凝聚态，它虽然是没有物质的态，但是是有作用的，也是可以激发的。

 

　　相对论的重离子碰撞，通过高能量100gev/n的金和金核相碰撞后，金的核可以相互穿过去，在二核中间产生新的真空，这里面夸克就可以自由行动。这个方面正在研究的对撞机在brookbaven1999年就可以造成的，总投资约十亿美元。如果真空是可以被激发的，那么粒子的微观世界和宏观的真空就结合起来了，这将是一个新的发展。

 

　　在我们宇宙中，有一种叫作类星体（quasar）的东西，我们不知道它是什么，它不是普通的星，它的能量来源我们不知道，每个quasar的能量可以是太阳的1015倍，这是很大很大的。估计在我们的宇宙里约在一百万个quasar，其中有一千个我们在仔细研究，这个能量绝对不是核能量，太阳就是核能量，它比太阳的能量大得多。宇宙中还有很大能量的来源我们是不知道的。

 

　　另一个在我们宇宙中的大问题是暗物质。从引力我们知道有暗物质存在，可是用光看不见，红外、紫外、x光都看不见。宇宙里90%以上是暗物质，这些暗物质是什么我们不知道，所以在我们的宇宙中有90%以上的物质我们不知道，有极大的能量来源我们不知道，真空有可能被激发。我们研究这个问题的方法是想制造一个状态，它和当初宇宙开始大爆炸的情景相似，大爆炸开始就是一个激发的真空，制造出这个状态也许可以使我们测量出它的特性。

 

　　整整一百年，姆森发现电子，从那以后影响了我们这世纪的物理思想，即大的是由小的组成的，小的是由更小的组成的，找到最基本的粒子就知道最大的构造，这个思想不仅是物理，还影响到本世纪生物的发展，要知道生命就应研究它的基因，知道基因就可能会知道生命。我们现在发现这并不然，小的粒子是在很广泛的真空里，而真空很复杂，是个凝聚态，是有构造的。也就是微观的粒子和宏观的真空是分不开的，二个必须同时处理。知道基本粒子就知道真空的观念是不对的。从这个简单化的观点出发不会有暗物质，也不会有类星体这类的东西，我觉得基因组也是这样，仅是基因并不能解生命之谜，生命是宏观的。20世纪的文明是微观的，我认为21世纪微观和宏观会结合成一体。就如造计算机，是不是越小的集成电路就越好呢？

 

　　我们可以把集成电路越造越小，小到氢原子，可是我们对氢原子完全懂，这里不可能再有什么信息，可能21世纪的计算机要的是较大的，是个凝聚态的单位，这里的信息才更多，20世纪是越微小越好，我们觉得小的是操纵一切的，而我的猜测是21世纪是要把微观和宏观整体地联系起来。这不光是在物理，也许是影响到生物的发展，微观和宏观必须是结合起来的，这个结合对应用科技可能会有极大的影响，这些科学文化发明在19世纪末都是很难想象的！没有20世纪初基础科学的发展，本世纪的科技应用和开发也没法出来，21世纪也许会有同样的发展。目前微观和宏观的冲突已经非常尖锐，靠一个不能解另一个，它们联起来会有一些突破，这个突破会影响我们的将来。

 

　　让我总结一下21世纪物理的前景。激发真空、微观和宏观的物理的结合，制造像宇宙开始的状态，了解暗物质，了解类星体的能源，了解cp不对称的原理，什么是cp不对称呢？粒子和反粒子，左和右不对称，就是cp不对称。因为cp不对称所以我们存在。我们都是质子和电子的，我们宇宙里没有很多的反质子和正电子，在大爆炸一开始它们应该是一样的，所能cp不对称也是一个很重要的问题。

 

　　（本文是作者在21世纪中国科技战略研讨会上讲演的第三部分）