張朝陽對話諾貝爾獎得主David Gross:解密時空湧現、質量起源與漸近自由

2025年07月13日18:13:07 科學 1913

7月11日,搜狐創始人、董事局主席兼首席執行官、物理學博士張朝陽和2004年諾貝爾物理學獎獲得者、2025年基礎科學終身成就獎得主、美國國家科學院院士中國科學院外籍院士、加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校教授戴維·格羅斯David Gross)展開了一場知識對談,共同探討了物質世界最基礎的構成和物理理論的前沿進展。

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張朝陽與格羅斯教授從自然界四種基本力的差異切入,其間討論了強相互作用的「漸近自由」特性——這一突破性發現正是格羅斯教授獲得諾貝爾物理學獎的關鍵。隨著對話向理論前沿延伸,二人又從量子引力談到弦理論,探究時空的本質,同時也直面了暗物質探測領域的當代難題。

回顧諾獎之路:從量子場論的「反叛者」到漸近自由的「奠基人」

作為諾獎級成果,漸近自由的發現歷程是張朝陽本次對話最關心的話題之一。格羅斯教授回憶20世紀60年代末的「泥沼」:加速器每周都能發現新粒子,但沒人理解它們的本質。直至1968年,斯坦福直線加速器中心(SLAC)意外證實質子內部存在自由運動的點狀粒子——「夸克」,一舉逆轉局面。但這又引出了更多的矛盾,如果夸克能夠自由運動,它們為何從未單獨現身?

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在張朝陽的追問下,格羅斯教授承認,他在29歲為此開啟了一場豪賭。在長達五年的工作中,格羅斯教授不斷嘗試證明無法利用量子場論解釋該現象。然而,他在1973年與研究生完成的關鍵計算表明,楊振寧與米爾斯提出的非阿貝爾規範理論展現出驚人的反直覺特性:兩個磁鐵靠近會吸在一起,而當夸克彼此靠近時,強相互作用力反而在減弱。

這個特性完美解釋了夸克禁閉,卻遭受了學界的質疑,另一位諾獎得主維格納(Eugene Wigner)就曾當面駁斥,認為看不見自由運動的粒子就不可能是基本的。格羅斯教授的這段回憶,令張朝陽與現場聽眾們都感受到,新發現要獲得廣泛認可絕非易事。格羅斯教授補充道,量子色動力學(Quantum Chromodynamics,簡稱QCD)建立後,其理論預測得到深度非彈性散射等實驗的驗證,於是這套理論逐漸被學界接受。

探討前沿科學:時空或許只是人類的「幻覺」

時間是本來就存在的,還是宇宙大爆炸產生的?張朝陽還與格羅斯教授探討了物理學前沿領域的一個重要課題——時空的本質。歷史上人類對時空的認知經歷了多次革新,愛因斯坦率先打破絕對時空觀,揭示時空是動態的實體,時空幾何效應即是引力——這也是張朝陽近一兩年直播課程的主要內容。

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現代物理學發現,這套模型在靠近黑洞奇點或追溯宇宙起源等極端條件下存在局限,時空也處於量子的「不確定」中。格羅斯教授介紹了一個革命性觀點:時空可能並非宇宙的基本屬性,而是一種源自物質的「湧現現象」(emergent phenomenon),從這個意義上可以說時空只是人類的「幻覺」。他援引弦論中的對偶性現象來說明,某些物理系統可用兩種完全等效的理論描述,其中一種理論甚至不存在空間概念。這表明空間並非基本要素,而是特定尺度下的有效近似。

他進一步剖析人類時空觀的起源。早在嬰兒時期,人們就會在理解世界的過程中形成「時空」的概念,而這個概念很有可能只是人們理解宇宙的一種近似,追問「時間如何開始」或許是個偽命題。未來物理學的突破很可能誕生於超越時空框架的新範式之中,這也為理解宇宙終極奧秘打開了全新視角。

解密質量起源:夸克近乎光速的運動和強作用力讓質子變「重」

當話題轉向質量的微觀起源時,張朝陽拋出關鍵問題:「夸克的質量僅為幾MeV,而質子的質量卻高達約900MeV,這巨大差異從何而來?」11年前的粒子物理實驗驗證了希格斯機制,完善了標準模型的「最後一塊拼圖」。然而格羅斯教授隨即澄清了一個普遍誤解——這塊「拼圖」並非質子質量的主要來源。

那麼,質子、中子乃至我們的質量從何而來?面對張朝陽的追問,格羅斯教授的答案顛覆直覺:是夸克近光速的運動和強作用力讓質子變「重」。他舉了一個生動的例子來說明:「當你站上體重秤發現自己重了1公斤,實際上你增加的是1公斤被『禁錮的能量』。」

張朝陽也理解了這一點,原來是質能方程在起作用。他進一步總結格羅斯教授核心觀點,「雖然夸克作為獨立粒子質量很小,但是質子質量的絕大部分來源於其內部的動能和相互作用能。」

熱議AI本質:AI僅是工具而非科學

現場學生在互動環節提出「2024年諾獎是否頒給AI領域」的問題,格羅斯教授明確指出,2024年諾貝爾物理學獎(授予約翰·霍普菲爾德)並非頒給AI。他解釋,霍普菲爾德的工作是將物理學方法拓展至神經科學領域,構建了「Hopfield模型」,揭示了大腦神經元網路存儲記憶的機制。

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張朝陽進一步補充,霍普菲爾德的工作屬於「物理學家的神經學研究」,而非AI領域。格羅斯教授則更清晰劃分界限,「AI僅是工具而非科學」,霍普菲爾德的研究是運用物理學的思維和方法探索大腦功能,屬於物理學的延伸。他定義「物理學即物理學家所從事的工作」,只要採用物理方法研究自然現象,就屬於物理學範疇。

針對「未來五年AI能否解決黎曼猜想等未決難題」的問題,格羅斯教授直言「難以想像」。他認為當前AI大模型被嚴重高估,其核心能力是模仿人類,若資料庫無答案,便會編造「聽起來合理」的內容,既不會驗證對錯,更不具備真正的創造力,其實際效果只「會取代那些只會說漂亮話的人」。張朝陽也認同這一觀點,人們對AI過度興奮。

縱覽計算髮展:從計算尺到超級計算機

人工智慧的飛速發展離不開算力提升。談及算力的爆炸式增長,張朝陽向格羅斯教授提問:算力發展是否助力了理論物理研究?

格羅斯教授回憶,四十年前,科學家們只能依賴計算尺進行人工運算。這一局限直接體現在QCD理論的研究中——儘管該理論能夠將強子質量的計算誤差控制在1%以內,但每一次精準運算都需要投入海量人力,研究進程受到嚴重製約。四十年後的今天,技術革新改寫了這一局面:晶元算力按摩爾定律翻了十億倍,同時QCD理論演算法也有了巨大的進步。算力與演算法的雙重革新,讓曾經耗費巨大人力的計算工作,如今能夠被輕鬆完成。

「算力和演算法雙重推動了理論的發展,這背後離不開人類的智力和創造力。」格羅斯教授感嘆。展望未來,隨著計算機科學在算力、演算法乃至人工智慧領域的持續深耕,其對理論物理研究的推動作用也將更加顯著。

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