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２１世纪物理科学的发展前景
李政道
下面我想讲一下２１世纪物理科学的前景.我认为物理我党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,有一半基本粒子是望远独立不出来的,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.一共有门个夸克,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Brook baven １９９９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）
２１世纪物理科学的发展前景
李政道
下面我想讲一下２１世纪物理科学的前景.我认为物理我党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,有一半基本粒子是望远独立不出来的,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.一共有门个夸克,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Brook baven １９９９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）