2018年理论物理最高奖“狄拉克奖”揭晓，华人科学家文小刚获奖！

远远的云

2016年，《赛先生》在北京专访文小刚教授，畅谈当代物理学研究的重大问题和他在探索解决这些基本问题时，设法彻底改变与宇宙对话的理论范式的研究道路。

本文摘编自2016年2月5日至2月8日发表于《赛先生》的文章《【华人之光Ⅰ】文小刚（上）：物理学新的革命》《【华人之光Ⅰ】文小刚（中）：“新颖”为什么比“正确”更重要？》《【华人之光Ⅰ】文小刚（下）：中国科学家该有“中国style”》，原文作者为时任《赛先生》记者潘颖。标题及部分图片为编者所加。

以下为专访选摘——

关于当代物理

就物理学的基础问题而言，人类一直追求万物起源这一问题，希望了解万物是从哪儿来的，基本规律是什么。直到今天，这个问题都还是物理学的最大梦想。但有人会说，这个问题不是已经解决了吗？我们有基本粒子的“标准模型”，有牛顿的万有引力理论，还有爱因斯坦的广义相对论，这些已经把我们的世界解释得清清楚楚，很让人满意了。但实际上不是这样的。在标准模型提出40年后的今天，没有一个物理学家认为标准模型是基本理论，大家都认为它只是一个近似的有效理论。基本粒子的起源到底是什么，不知道，这就是问题。

爱因斯坦的广义相对论是非常漂亮的，好像这么漂亮的东西应该是个基本理论。但实际上也不是。广义相对论也是一个近似的有效理论。为什么呢？因为爱因斯坦的广义相对论是一个经典理论，和量子力学格格不入，虽然它很漂亮，但它只是一个漂亮的经典近似，它是从什么样的量子的结构中出来的？也不知道。所以，有没有更基本的、更漂亮的量子结构能把广义相对论、引力和基本粒子都搞出来，我觉得这还是基本物理学最大的未决问题。


《尺度、法则和生命》（图源：Sean Lang）

我是做凝聚态物理的，为什么要谈这个高能物理的问题呢？因为在我看来，这个物理学最大梦想的答案可能就在凝聚态物理里面。虽然我们一直想弄清楚基本粒子、时空、引力的真正起源，但长期以来，进展甚微。在山穷水尽时，出路往往在意想不到的方向。1989年以来，我们在凝聚态物理的研究中，发现了新型物质态——拓扑物态。后来我们意识到，拓扑物态起源于复杂体系里的量子纠缠[1]。表面看来，拓扑物态量子纠缠和基本粒子的起源毫无关系，但我现在认为，它们是完完全全联系在一起的。也就是说，复杂体系里的量子纠缠是基本粒子、时空、引力的起源。这种解决问题的思路和以前很不一样。

以前的思路是，你要找一个东西的起源，都是要把它分解，来得到其组成和基本构件，分得越小就越基本。但现在考虑量子纠缠的话，解决问题的思路就变了。我们认为万物（基本粒子及空间）源于量子比特：空间是量子比特的“海洋”，基本粒子是量子比特的波动涡旋，基本粒子的性质和规律则起源于量子比特海中量子比特的组织结构（即量子比特的序）。新思路下，结构是更重要的。考虑结构会使我们对自然界的基本性质有更深刻的理解，这跟老思路考虑物质的构件很不同。二者的区别就好比，观察一根绳子时，是看它由什么分子构成的，还是看这根绳子的扭结结构是什么。老思路看重基本构件是还原论，而新思路看重组织结构（序）是演生论。

所以说，问题还是老问题，但由于最近凝聚态物理带来的一些新思维方式和新思想，也许会使老问题得到解决。

关于第二次“量子革命”

我们现在对复杂体系的量子纠缠的研究（即对拓扑物态的研究），可以说是第二次量子革命。这一研究想要解决很多基本问题：它首先要统一所有基本粒子，把光和电子统一，也要把引力和空间统一进来。就是想统一这些很不同的现象。比如说要统一光子和电子，这好像很困难，因为光子和电子，一个是玻色子，一个是费米子，差太远了。但我们最近就发现，这好像是可能的。因为，量子比特海中的量子比特会有一种叫“长程量子纠缠”的现象，这量子比特海中的波可以是光波，量子比特海中的“涡旋”可以是电子。这说明光子和电子是可以被统一描写的。但我们面临的局面，跟牛顿当时面临的情况一样，长程量子纠缠是个新现象，没有现成可用的数学方法，可能需要我们发明新的数学。

从这个意义上讲，对复杂体系的量子纠缠的研究，就有点“革命”的意味了。第一，我们要统一的各种现象，非常基本的现象，像电子、光子、引力，各种各样的相互作用，都要以同一个框架来理解它。第二，我们要研究探索新的物质态——拓扑物态。拓扑物态有可能成为量子计算的理想媒介。这些都源于一个基本物理现象——长程量子纠缠。

但我们发现长程量子纠缠可以非常复杂和丰富。它也非常新，新到我们现有的数学都无法描写它，可能需要发展新数学。现在很多数学家也在做这个工作。由于这些原因，我认为，我们现在遇到了物理学的一个新的大发展的机遇，这就是量子纠缠。

长程量子纠缠是凝聚态物理里的新的物质态起源。它又可能是基本粒子的起源。这是因为我们可以把真空本身看作一种物质态，一种很特殊的、高度纠缠的物质态。此外，它还和量子计算机有关，因为长程量子纠缠可作为量子计算的理想媒介。最后，它又跟现代数学有关，因为量子纠缠需要新的数学。当物理学需要某种新数学时，这一数学就会蓬勃发展起来。综合考虑下来，我觉得第二次“量子革命”已经来临。这是一个非常激动人心的事情。

但是长程量子纠缠能不能统一粒子物理中的四种相互作用？能不能更进一步统一光和电子？能不能统一所有基本粒子？我认为是可能的。我这么认为，是因为我很熟悉量子纠缠。我明确地感觉到，也深深地相信，长程量子纠缠能统一所有基本粒子。但量子纠缠太新了，一般只有学量子信息和凝聚态物理的人比较熟悉，一般学物理的人都不熟悉量子纠缠，所以他们自然而然也不从这个角度想问题，不见得认同这种观点，或者说他们还没能理解到，反正就是看不出来量子纠缠和基本粒子的统一有什么联系。但这要以后再慢慢看，看看这种观念能不能传播到高能物理的基本粒子理论里头去，我觉得可能需要一些时间。

新路过蜻蜓

华人科学家？又是在国外取得的成绩，期待本土科学家拿大奖。。。

@feiniao007

有可能本来就是错误的方向，就算验证了也不一定是本质，首先得确定我们的世界是真实的，而不是深层的思维假象，可能量子与意识殊途同归那天，就是我们目前所意识到的物理世界的终点。也或许没有意识的错觉，而是物理的错觉，一个病毒无法理解人类所认识的物理世界，对它来说，它经历的漫长的毒生与广阔的世界是真实的物理存在。

杀天

弱弱的问一下，你是怪老牛的小号么····

杀天

新路过蜻蜓 发表于 2018-8-12 13:01
华人科学家？又是在国外取得的成绩，期待本土科学家拿大奖。。。

在天朝，达不到那样的条件···

眼境

@feiniao007 发表于 2018-8-12 13:52
有可能本来就是错误的方向，就算验证了也不一定是本质，首先得确定我们的世界是真实的，而不是深层的思维假 ...

和印   度    教   殊途同归嘛
印   度     教认为我们存在的世界 一切的一切 整个宇宙 只不过是梵天大神的一个梦境
每4万年他就要苏醒一次 苏醒时 梦醒时 世界毁灭 他再次睡觉做梦 又一个世界开始创造
另外 科幻片里的概念 世界不过是一台超级计算机做出来的 我们发生的任何事只是其中的某个程序而已
死机一次 世界末日 电脑重启 世界开始 这个太玄
比较能让人理解的科幻片
第一阶段 科学家提取人类记忆 储存在硬盘里 肉体死亡后 注入克隆人或生化机器人头脑里 此人寿命得以延续
第二阶段 连克   隆  人或机器人这种载体都不要了 直接存在超级计算机里
第三阶段 连超级计算机这种载体都不要了 人的意识记忆能自由穿越空间 时间 载体就是整个宇宙 如电影《超体》
这和古时候说的神  仙有什么区别 和佛  教教导我们的“要抛开这幅臭皮囊”有什么区别
那个谁说的 “当科学家千辛万苦爬到山顶时 佛学大师已经在山顶时恭候多时了”