李政道:21世纪物理学的前景

选择字号:   本文共阅读 4699 次 更新时间:2024-09-30 00:32

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李政道  

 

在103年前,就是公元1905年,爱因斯坦写了五篇论文。这五篇论文影响了全球人类文化的发展,因此三年前联合国决定1905年为世界物理年。爱因斯坦的第一篇文章是测量分子大小的新方法。第二篇提出了光量子。第三篇是讲布朗运动。第四篇是狭义相对论。第五篇提出了著名的质能方程式E=mc2。今天我想讲的是,爱因斯坦的科学成就,对21世纪的影响可能会与上世纪相同,甚至更大。

现在我们知道,在我们“大爆炸”(big bang)宇宙中像我们这样的已知物质的能量只占总能量的5%,此外暗物质的能量占25%,暗能量则占70%。这是很奇怪的。什么是暗物质,我们不清楚,什么是暗能量,我们也不清楚。像我们这样的物质也就是已知物质,是由电子、质子、中子和极少量的正电子、反质子构成的。暗物质不是我们这样的物质。通过天体间引力场的测量,可以推理算出,暗物质的能量约是我们已知物质能量的5倍。

不仅如此,最近几年通过哈勃望远镜发现我们的宇宙不仅在膨胀,而且是加速地膨胀。膨胀的原因是因为有负压力。这个负的压力,就是由于有暗能量的缘故,而这负压力是爱因斯坦较早提出来的。这个负压力就是暗能量,它占我们已知的物质能量的14倍。2004年我发表了一篇论文,探讨暗能量的来源,观念是“天外有天”。什么是天外有天呢?我认为,暗能量的存在,很可能说明在我们的大爆炸宇宙之外,会有更多、更多的宇宙。

2005年我另有一篇论文,是探讨一种强相作用夸克-胶子等离子体的产生和结构。它的观念是“核天相连”。我认为在暗能量的负压力下会产生新的物质。这新物质可能和核能相连。最近在美国布鲁克黑文实验室,用高能量的金核离子相撞,试图发现这种新物质的存在。美国布鲁克黑文国家实验室已经有了许多结果,产生了新的核物质,我们称它sQGP,就是Strong Interacting Quark-Gluon Plasma(强相互作用夸克-胶子等离子体)。因为夸克模型的核子中也含有负压力,核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连。

爱因斯坦最早提出的负压力——暗能量在我们宇宙中占据了如此重要的地位,所以说爱因斯坦对21世纪科学发展的影响也可能比20世纪更大。了解暗物质,了解暗能量是21世纪物理学面临的很大挑战,我相信我们会成功的。

1952年我和杨振宁合写了两篇统计力学论文。爱因斯坦看过我们的论文后,请他的助手考夫曼(Bruria Kaufman)来问我们,是否可以和他一起讨论。我们到了爱因斯坦的办公室,看到在他的桌子上放着我们的论文。他说,这两篇论文很有意思并询问了“格气”的细节。他的问题都着重于物理的基本观念。我的回答使他很满意。他说的英语带有很浓厚的德国口音,讲得较慢。我们讨论的范围很广泛,进行了大约有一个多小时。最后,他站起来和我握手说:“祝你未来在物理学中获得成功。”我记得,他的手大、厚而温暖。对我来说,这实在是一次难忘的经历。他的祝福使我深深感动。

今天,我们要纪念400年前望远镜的发明,我们也纪念100多年前爱因斯坦对物理的贡献,和他五十多年前的过世,我们更要纪念伽利略和爱因斯坦一生对人类的贡献,为科学的献身。我们的地球在太阳系是一个不大的行星,我们的太阳在整个银河系四千亿颗恒星中也不怎么出奇。我们整个银河系在整个宇宙里面也相当渺小。

可是因为我们有炎黄文化,有400年前望远镜的发明,因为爱因斯坦和伽利略在我们小小的地球上生活过,我们这个黄土蓝水的地球,就比宇宙其他部分有特色,有智慧,有人的道德。

(本文发表于2008年《物理》杂志,节选了第四部分)

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