发信人: jasper_chen()
整理人: (2000-01-28 17:05:35), 站内信件
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（转自中华读书报） 1900年，英国的开尔文勋爵在皇家学会的新年致辞中自负
地宣称，物理学的大厦已经完成，今后物理学家的任务只是把实验做得更精确些
。但是，他并没有料到，他眼中小小的“两朵乌云”——黑体辐射的理论解释和
迈克尔逊－莫雷实验对以太观念的冲击——引起了现代物理学翻天覆地的变化。
本世纪理论物理学中最伟大的两项成就——相对论与量子力学均与这两朵“小小
的乌云”大有干系。
一个世纪已经过去，当我们回顾物理学的发展历程，不得不为人类在这一百
年里的智慧成就所折服。在微观领域，我们有所谓的标准模型来解释强、弱、电
三种相互作用的本质和各种基本粒子的存在；在宏观上，建立在广义相对论基础
上的大爆炸宇宙学描绘了整个宇宙演化的图景，正在不断改变和深化人类关于整
个世界的看法。而对宇宙创生的研究则使“第一推动”这个本属于宗教神学的问
题变得理性了。
历史总有许多相似之处。当人类站在新世纪的门槛上，思考我们这个时代的
物理学，发现今天的情形竟然和一百年前如此的类似。我们有量子场论，在探索
粒子物理领域取得了巨大的成就，但理论本身并不完美：在一些计算过程中出现
了无穷大。虽然用重整化方案方可消除这些发散，然而这种技术近乎是一种“耍
赖皮”（王竹溪语）的手段，在概念上也存在不自洽之处。虽然这种技术很有效
，但物理学家相信这只是一时的权宜之计。另外，强、弱、电三种相互作用并未
得到真正的统一，标准模型也只是一个唯象的理论，其中含有十几个可调参数、
任意性太大。物理学家希望，真正的统一方案应该用一个单群来描述三种相互作
用的对称性、并且在理论中只出现一个耦合常数来描述相互作用强度，更具体一
些说，三种相互作用具有不同的强度，这只是在低能量情况下的行为、是对称性
发生破缺的结果。而在更高的能量标度上，三种相互作用统一成为一种力，只有
一个作用强度。就像是麦克斯韦方程把电力和磁力统一成为一种电磁相互作用。
物理学中的最大困难恐怕要算是广义相对论中的奇点。霍金和彭若斯早在70年代
就已经证明，经典广义相对论中的奇点是不可避免的。在奇点处，曲率和密度无
限大、一切物理规律都已失效。对于这样一种只在数学定义中出现却威胁到物理
学的东西，是不受物理学家欢迎的。人们普遍相信，考虑到引力场在微观尺度上
的量子效应，奇点应该是可以避免的，就像当年用量子论来解释黑体辐射从而避
免了紫外发散一样。然而，目前基于广义相对论的量子引力理论却是不成功的。
究其原因，在于引力场本质上是弯曲的时空背景，充当供其他物质场?表演?用的
舞台；而当对它进行量子化时，又把它作为演员来看待。同一事物充当两个互为
矛盾的角色，这在哲学概念上可以辩证地理解，但在物理理论的具体操作中却存
在无法克服的困难。这显然是一件非常糟糕的事情。
量子引力的困难，暗示了对通常物质场有效的量子化方案引力场已不再适用
。这就是为什么大统一理论不能纳入引力相互作用的原因，甚至于形式上的统一
也办不到。当然，问题也可能出在我们普遍接受的引力理论——广义相对论本身
。近二十年的研究表明，广义相对论和热力学之间存在密切的联系。举一个例子
，关于黑洞的经典理论中，有一组定理和热力学定律很相似，而发现黑洞有热辐
射则确证这些定理是真正的热力学定律。有的学者甚至从热力学推导出了广义相
对论的场方程！尽管还有争议，但这一切都已经强烈地暗示广义相对论也许只是
一个唯象的理论，相当于热力学的那个层次。场方程则相当于热力学中的态方程
。把这个理论量子化在概念上和方向上都是错误的。因为态方程本身没有可以进
行量子化的动力学变量。举个例子，气体理论的玻义耳－玛略特定律里有两个状
态参量：压强和体积，都不是动力学变量，无法进行量子化。我们用薛定谔方程
而不是玻－玛方程来研究气体分子的量子效应，然而这种效应不会在宏观的状态
参量中表现出来。
理论中出现无穷大总是令物理学家头痛的事情。但是，一些思想开放的人却
欢迎这种无穷大。从历史上看，量子论的诞生正是源于解决黑体辐射的紫外发散
问题。我们不禁要问：历史是否会重演？现今物理学的困难是否预示着一场物理
学革命的到来？
物理学归根结底是一门实验科学。但是，审视一下我们今天的物理学，不难
发现理论已经远远走在了实验的前面。新的理论无法在现有条件下得到证实，有
的预言根本无法在实验室里得到验证，因为需要建造的加速器得有银河系那么大
！缺少实验的推动，理论物理已经走入低谷，进展缓慢。为了解决物理学的困难
，需要有创造性的新的物理思想。站在世纪的交点，隐隐的雷声和片片乌云又喻
示着一场暴风雨的来临。我们期望着理论物理学又一次全新的超越。（李翔）#
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