張朝陽對話物理學家徐一鴻：談物理學發展史、場論與相對論奧秘

7月16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，和著名物理學家、德國洪堡研究獎獲得者、美國藝術與科學院院士徐一鴻展開了一場物理對談。兩人從牛頓力學、量子力學、狹義相對論談到量子場論，一同回溯了物理學的統一歷程，並分享了海森堡、愛因斯坦等眾多科學家的故事。

談物理學統一之路：百年錘鍊鑄就量子場論

張朝陽提出，2025年是許多重要物理理論的紀念節點，如狹義相對論120週年、廣義相對論110週年、海森堡矩陣力學100週年。這些重要理論的誕生，都標誌着人類對自然理解的重大革新。

徐一鴻教授對此表示認同，並梳理了物理學史上的統一脈絡：牛頓最早統一了天體與地面的力學規律，他率先意識到月球的運行和蘋果的下落遵循同一套力學原理。之後，麥克斯韋基於法拉第等人奠定的電磁感應等實驗基礎，完成了電與磁的經典統一。張朝陽表示，“事實上，電磁學和牛頓時空觀是衝突的。”

進入20世紀，愛因斯坦先是以狹義相對論解決了這一矛盾，十年後又通過廣義相對論揭示了時空和引力的深刻聯繫。在量子力學領域，科學家也在不斷探索。薛定諤的波動方程與海森堡的矩陣力學雖形式迥異卻實質等價，最終共同構成了量子力學的主流理論框架。此後，狄拉克、費曼和施温格等科學家進一步將量子力學和狹義相對論統一，最終構建出迄今為止最為成功的物理理論——量子場論。

徐一鴻教授總結，量子力學能精準計算原子光譜，而量子場論對電子磁矩的計算精度更高。從這一角度來説，量子場論堪稱人類有史以來最強大、最成功的理論。在此基礎上，粒子物理標準模型進一步總結了基本粒子的性質，併成功將電磁、強、弱相互作用納入統一框架。而如今，科學家們仍在朝着“大統一理論”的目標持續探索。

談理論發展偶發性：赫維賽德的忽視與愛因斯坦的幸運

物理學史上不乏引人深思的現象，重要理論的發展契機其實早已藴含在既有的理論中，卻未必能及時引起足夠重視。張朝陽提到麥克斯韋方程組暗示了洛倫茲對稱性，而徐一鴻教授進一步闡述了規範對稱性曲折的發展歷程，這些都是典型的例證。

徐一鴻教授指出，如今教科書對麥克斯韋方程組的闡釋尚有不足：學生通常只是瞭解到它分別是——高斯定律、安培定律、電磁感應定律和磁場無源。然而稍加觀察就會發現，前兩個方程是場和源的關係，後兩個方程則暗藏了規範對稱性。

要理解這種規範對稱性，需要將對電磁場的認知上升到電標勢和磁矢勢層面。不過，由於勢是無法直接測量，很多學者認為它只是數學上的輔助量，赫維賽德甚至直言其為“數學垃圾”。徐一鴻教授調侃道，“如果能在1954年理解這個，你就有可能提出楊-米爾斯規範場論了”。

另一方面，一個新理論的誕生與檢驗也需要幸運眷顧。在相對論的發展歷程中，愛因斯坦的經歷就頗為幸運。早在1911年，他就預言質量會彎曲光線，但最初的計算出現了偏差，得出的偏折角和牛頓力學的結論一致。1914年，德國天文學家弗洛恩德里希計劃通過觀測日全食驗證這一結果，卻因當年7月一戰爆發而擱置。

幸運的是，1915年愛因斯坦及時修正了計算錯誤，得出偏折角為牛頓力學預測值兩倍的結論，這一結果後來得到了愛丁頓觀測團隊的證實。

談數學與物理：物理直覺往往比數學工具更重要

物理學家一定要掌握大量高深的數學知識嗎？兩人的答案都是否定的。徐一鴻教授結合自身經驗提出，核心只需要掌握偏微分方程（PDE）、微分幾何以及羣論這三門數學。更務實一點講，“其實只需要掌握各領域教材的前三章就夠了”。張朝陽則提醒，“如果你一直都在做複雜的數學，你會把自己困在裏面，甚至會失去一些簡單的直覺”。

回顧物理史上的重要時刻，直覺往往比數學工具更重要。徐一鴻教授認為，蓋爾曼（Gell-mann）發現夸克的例子最有説服力——儘管他的數學功底遠不如同時期歐洲、亞洲的一些優秀同行，卻憑藉超凡的物理洞察力率先取得突破。張朝陽也提到，愛因斯坦提出狹義相對論時，既不懂閔可夫斯基時空，更談不上掌握微分幾何。徐一鴻教授總結，懂很多數學，不等於能做出很偉大的物理成就，“否則數學系的每一位數學教授都該是諾貝爾獎得主了。”

但紮實的數學計算仍是理解物理的前提。徐一鴻教授指出，讀科普書只能形成模糊零碎的印象，唯有動手推導方程，才能真正走近物理這一“相互交織的整體”。在他們看來，數學是物理學的語言，張朝陽鼓勵被數學困擾的網友，“只要一步一步計算，最終總會得到回報”。

談基礎科學：科研出於好奇心 而非功利心

有學生提問：如何看到物理學發展越來越抽象這一趨勢？做科研時如何判斷一個科學問題重不重要？

對於這些問題，徐一鴻教授表示，問題的解決和學科的推動要取決於年輕人。他以牛頓從被蘋果砸中這件小事兒中發現萬有引力的故事回應，科學問題重不重要，需要你去決定，科學的發展不能只依靠前輩的經驗，也要靠年輕人的思考和推動。

張朝陽補充，他在國際基礎科學大會上注意到，許多學生非常關注研究物理的未來出路、就業機會和發展前景。對此，他認為，基礎科學研究應是出於對自然界產生的本能好奇。他進一步強調物理學的核心價值在於推動人類對世界的認知，研究者不應過分着眼於短期商業應用，更不能以功利性牟利為導向。“科研在滿足人類好奇心的同時，也在為人類進步做貢獻。”

此外，針對近期有研究預測“AI未來或能發展出類似人類的物理直覺”，徐一鴻教授指出，當前AI的能力主要體現在快速訪問大量數據庫上，“目前AI能做到的可能是在牛頓力學的基礎上，不斷地增加一些變量、參數，但這不是探索物理的方式，我們還是需要一些人類的超級大腦。”張朝陽表示認同，前沿物理研究仍依靠人類思維，AI無法產生類似人類的“直覺”。