对话诺奖得主温伯格:物理学的基本问题和未来
史蒂芬·温伯格
史蒂芬·温伯格被认为是至今仍健在的最杰出的理论物理学家之一。他在基本粒子和宇宙学领域的杰出贡献为他赢得了无数奖项，包括1979年诺贝尔物理学奖、1991年国家科学奖和2004年本杰明·富兰克林物理学奖。除了研究本身，史蒂芬·温伯格还是重大科学研究课题的公共发言人。他经常就公众关心的重大国际科学研究项目和物理学前沿学科发表演讲和评论。近日，赛先生邀请了本报“质量委员会”的八位物理学家向温伯格教授请教，请他就一些基本物理问题和未来方向发表看法。
文小刚先生主编赛
温小刚:目前，量子场论是描述我们世界的标准方法，包括你开发的描述所有基本粒子的标准模型。但是量子场论中有一个众所周知的问题:紫外线发散。你认为量子场论可能会成为自然界的基本理论吗？量子场论会不会在我们寻找自然基本理论的过程中代表一个错误的方向？那么正确的方向是什么？
温伯格:无论量子场论在本质上是否是一个基本理论，它都必须是物理学中的一个重要工具，因为任何满足某些物理要求的理论都被表述为能量足够低的量子场论。紫外线发散不一定是一个严重的问题，因为它总是可以通过重新定义理论的参数来消除。对于一些所谓的“重整化理论”，即使该理论只涉及有限数量的*参数，它也是可以做到的。基本粒子的标准模型属于这一类。其他理论，包括任何涉及重力的量子场论，必须允许无限多的参数。只有当能量与表征这些参数尺度的一些基本能量(如普朗克质量)相比非常小时，这样的理论才能保持其预测能力。在更高的能量下，该理论失去了它的实用性，除非(a)它结合了一些非场论，如弦论；重整化群变换下理论上无限参数的能量依赖性趋向于一个不动点(即渐近安全的可能性)。
齐，斯坦福大学物理系副教授
齐:在不久的将来，用实验方法观察量子引力效应是可能的吗？你认为超对称性怎么样？你认为超对称性很快会被世界上最大、最强大的粒子加速器LHC缩短，加速质子并与之碰撞吗？大型强子对撞机位于日内瓦郊区，在瑞士和法国边界的汝拉山下100米处，在一个总长度为17英里的隧道中(包括一个圆形隧道)。2008年9月10日，对撞机首次开始测试。)确认还是伪造？
温伯格:短期内观察量子重力效应的唯一希望是在宇宙学领域——例如，观察早期宇宙中量子波动的痕迹。谁知道超对称性？可能很快就会被观察到，这也是我的期望。
徐森科:加州大学圣巴巴拉分校物理系副教授
许岑克:弦理论在早期提出时，被认为是物理宇宙的“万物理论”，特别是量子引力的候选理论。但是现在，越来越多的弦论者开始研究凝聚态物理。这是否意味着我们需要重新评估弦理论的意义和未来？
温伯格:我希望我们知道如何评估弦理论的意义和未来。对于基础物理学来说，这可能是一个死胡同，但我还没有听到任何其他更有希望的想法。
翁·于正:清华大学教授
翁·于正:你对还原论和生成论有什么看法，它们代表了基本定律的两种相反观点？多体复杂系统如凝聚态物质和生物的进化规律不能在低能量下进一步简化。从这个意义上说，它也是一部基本法。例如，在凝聚的强关联电子系统中产生的基本激发粒子和规范场对于生活在低能世界中的“外星人”来说是基本的，除非他们有高于1eV的加速器来揭示他们背后的“高能”电子是系统的组成部分。
温伯格:在复杂的宏观系统中发现的任何“定律”都是由更深层次的微观定律建立起来的。否则，我们如何理解这种“法律”适用于什么系统？
赵平:哈佛-史密森尼天体物理中心研究员
赵平:你认为暗物质和暗能量怎么样？他们会是什么？他们会不会以一个新的革命性理论结束，就像100多年前困扰物理学的以太一样，告诉我们，我们可以在没有暗物质和暗能量的情况下解释我们的哈勃体积？如果它们确实存在，你认为它们的发现会创造新的物理学吗？
温伯格:我看不出目前的天文观测如何与任何不包含暗物质和暗能量的理论相匹配。暗物质只是一些有待发现的弱相互作用粒子——也许是一个非常轻的轴子，或者是超对称性预测的重粒子之一。暗能量更神秘。它不存在于粒子中，而是存在于空间本身中。神秘之处不在于暗能量为什么存在，而在于它为什么如此之小，因为对量子波动中能量的粗略估计给出了比观察到的大得多的值。
是的，暗物质粒子的发现，或者可以解释暗能量观测的理论，将是物理学的一大进步。
赵平:斯蒂芬·霍金教授警告我们不要接触外星文明，因为先进的外星文明很容易摧毁人类，就像一个人摧毁一窝蚂蚁一样。你怎么想呢?人类应该积极寻求并努力与外星文明接触吗？
温伯格:如果它就像SETI一样，*平台位于加州萨克拉门托的伯克利空间科学实验室，建于1984年。)倾听外星文明的信号，不会造成任何伤害。至于与外星文明的接触，也许我们已经这样做了。我们使用的电磁波频率足以穿透大气层的电离层并逃逸到太空。
陈:国家天文台研究员
陈:我知道你一直支持多元宇宙理论。我听到一个笑话:2005年，马丁·里斯说他愿意拿他的狗的生命去赌支持多元宇宙的存在，安德烈·林德说他愿意拿自己的生命去赌支持多元宇宙的存在，而你说你愿意拿马丁·里斯的狗的生命和安德烈·林德的生命去赌支持多元宇宙的存在。经过这么多年，你对多元宇宙和人类选择原则的理解是由波罗和提贝拉提出的。这一原则的主要思想是，人类的存在可以解释我们宇宙的各种特征，包括所有基本的自然常数。因为如果宇宙不是这样，就不会有像我们这样的智慧生命来谈论它。你的看法有什么变化吗？
温伯格:从我的小笑话中可以明显看出，我不会拿自己或我的宠物的生命去冒险去支持像里斯或林德这样的多元宇宙。多元宇宙只是一个猜测，但我认为这是一个合理的猜测，应该认真对待。
曹则贤:研究员，中国科学院物理研究所
曹则贤:关于人类选择的原则，海因里希·赫兹曾在他的《力学原理》一书中指出，我们只在一种特殊的意义上谈论适当性，也就是说，我们试图客观地接受我们所有的物理知识，并以一种简单的方式阐述这些知识，而不考虑人类在自然界中的偶然位置。人类选择的原则是把人和理论联系起来。你认为这种理论能给出清晰的数学表达式吗？如果不是，我们还能称之为理论吗？
温伯格:人类选择的原则在多重宇宙理论中是有意义的。这是常识。但是它当然永远不会提供准确的预测。
毛淑德:清华大学/国家天文台教授
毛淑德:意识最终能用物理解释吗？人类大脑中会发生量子纠缠吗？
温伯格:我非常怀疑量子纠缠和意识之间的任何联系。我们也许能够找到意识的客观基础，但我看不出它如何能描述意识。
凌福华翻译，退休物理教授
凌:16到17世纪的科学革命是如何影响18世纪的第一次工业革命的？未来的科学革命或重要的科学进步会对下一次工业革命产生什么影响？
温伯格:根据我从历史著作中收集的数据，第一次工业革命的先驱们没有受到科学革命的太多影响。影响的方向似乎正好相反。蒸汽机的发展导致了热力学的形成，而不是相反。然而，电子、光学和核能的后续工业发展必须以科学发现为基础。
凌华福:你能进一步解释文艺复兴对科学革命的可能影响吗？
温伯格:我只知道我在书里说了些什么。15世纪的文艺复兴重新点燃了人们对自然的兴趣。