封面新聞記者 吳雨佳
7月17日，搜狐創始人、董事局主席兼行政總裁、物理學博士張朝陽和美國哈佛大學教授、物理系系主任，美國國家科學院院士，狄拉克獎與基礎物理學突破獎獲得者Cumrun Vafa（庫姆倫·瓦法）展開了一場長達2小時的高精尖物理知識對談。兩位麻省理工學院物理系校友從量子力學的歷史與困境，聊到當今物理學最前沿的超弦理論和神秘的高維時空，還探討了物理與數學實驗如何跨領域交融等話題。
瓦法教授是當代理論物理學界最享有盛譽的學者之一，其在弦理論方面的開創性工作聞名世界。他與合作者共同推動了「對偶理論」的發展，重塑了我們對宇宙基本定律的理解。作為弦理論中「F理論」和「沼澤地綱領」的創始人，瓦法教授在對談中與張朝陽分享了關於量子重力的最新研究，帶領觀眾一起直面前沿科學思想與科學成果。
談時空變革：相對論讓物理學邁出了一大步
對談一開始，瓦法教授提到，「伽利略是一個天才，他透過直覺與實驗的結合，提出了慣性定律，被認為是物理學的開端。」自此之後，牛頓力學的三大定律和麥克斯韋電磁效應方程式組都是透過經驗、觀測和總結來理解自然與時空的。
轉折點出現在麥克斯韋發現這些方程式之間並不自洽時。為了解決問題，他添加了現在稱之為「麥克斯韋項」的一項。張朝陽表示，正是這一項帶來了從絕對時空觀到相對時空觀的轉變，麥克斯韋在這一項中引入了一個常數，恰好是測量到的光速，而光速是速度的極限，是宇宙中最快的速度。
由於經典波動力學需要透過介質傳播，麥克斯韋及其後數代物理學家深陷於以太的迷霧中。到19世紀末，勞侖茲發現伽利略的物理原理並不適用於電磁理論，並提出了恰當的修正。隨後，愛因斯坦意識到光速對所有勻速運動的人來說都是一樣的，時間和空間是可以相互轉換的，於是我們進入了狹義相對論的時代。
「為什麽我們非得是勻速運動呢？」「當然還得有加速度。」瓦法教授和張朝陽表示，愛因斯坦往前多邁了一步，帶來了廣義相對論。他想到了有加速度的參考系，想到了等效原理（描述力作用效果的慣性質素等於決定物體受重力強弱的重力質素），張朝陽補充道，「這兩個方向殊途同歸，讓愛因斯坦洞察到了重力的本質——時空的彎曲。」
瓦法教授認為，廣義相對論不僅革新了時空觀，還革新了物理學的方法論。自廣義相對論問世以來，物理學家們意識到物理理論可以是幾何理論。以前，物理學主要是受力分析和解方程式，誰能想到數學課本上的全等、相似、旋轉等幾何概念也是物理學的重要基礎呢？「這是愛因斯坦對物理學最大的貢獻，使物理學邁出了一大步。」瓦法教授總結道。
談量子特性：當下是所有可能的總和
20世紀最震撼人心的物理學理論莫過於量子力學。如果相對論告訴我們生活在一個被壓彎的「彈簧床」上，量子力學則解釋了為什麽我們是穩定的，為什麽今天的我和明天的我是同一個人。張朝陽說，沒有量子力學，世界就是一堆灰。
那麽，量子力學究竟是什麽？張朝陽解釋，當你有一個束縛態時，你有整數級別的能量級別，這就是量子。量子力學的另一個特征是疊加原理，正如雙縫幹涉實驗所揭示的，一個微觀粒子的運動是它所有可能走過的路徑的總和。
量子力學解析了氫原子，也解析了化學鍵。對話中，張朝陽稱化學鍵是歐本海默的傑作，他將重的質子和輕的電子分成兩部份來計算，對質子來說，快速運動的電子提供了一個黏合作用。
這種方法被稱為有效理論。觀察器材總有最大分辨率，比如飛馳的汽車在長快門相機中只是一片模糊的陰影，肉眼能看見手掌卻看不見細胞。在限定分辨率後，只有相應尺度的物件是重要的，小尺度部份會在疊加時被抹勻平均，僅表現為對大尺度部份的某種影響。張朝陽形象地稱其為「放縮效應」，而瓦法教授更喜歡用「背景」來形容被平均的小尺度部份，這是物理學的基本原理之一。
談超弦理論：當量子遇上重力時空有了更多可能
遇事不決，量子力學。面對重力和時空，量子力學真的無計可施了嗎？瓦法教授認為，弦理論是一種可靠的量子重力理論。
弦理論第一次廣為人知，是因為美劇【生活大爆炸】中主人公謝耳朵（Sheldon）對其無休止的誇贊，現實中的瓦法教授便是當代首屈一指的弦理論物理學家。他介紹，弦理論的核心觀點是點粒子不僅僅是點狀物體，而可能是一維的弦，甚至是膜，或者更高維度的物體。這些物體的振動模式，對應了電子、光子、重力子等不同的微觀粒子。
正如瓦法教授等弦理論學者的觀念，世界不僅只有四個維度（時間和空間），空間的維度可能超過三維。額外的維度透過幾何方法表達其他相互作用。例如，可以透過引入一個額外的圓（第五維）來統一電力和磁力與重力，此時電荷變成了動量，這便是卡魯紮-基利因理論。
在具有超對稱性的弦論中，世界被確認是有且只有十維的——一個時間的維度，三個可見的空間維度，和六個藏起來的額外維。如果不引入這些個額外維，理論就不自洽了，瓦法教授解釋，這是數學或者幾何帶給我們的確定性結論，也是弦理論的優雅所在。
談物理學習：數學是一種通用的語言
在學生提問環節，被問到好奇心和想象力在學術研究領域的重要性，瓦法教授表示，科學的核心在於追求好奇心。他回憶起自己七八歲時，擡頭看天空時會思考「為什麽月亮沒有掉到地上」，這種對答案的渴望驅使他開始探索物理學。他認為，想象力比知識更重要，因為知識可以從書本中獲取，但想象力能夠推動你邁出下一步。
張朝陽補充道，有些知識是不加思考地吸收了，隨著好奇心減少，興奮度和創造力也會消失。他與瓦法教授分享了自己過去一年研習廣義相對論的心得，在他看來，雖然廣義相對論的數學相當繁雜，但經過在黑板上反復計算，你會得到相當準確可靠的光線偏轉角度和語言。瓦法教授對此表示認同，數學會引導你並告訴你什麽是物理的結果，而且數學在某種程度上比我們更聰明。
張朝陽進一步提到，薛定諤方程式是一個非常好的例子，復數本來只是一個數學結果，但薛定諤接受並運用了它，得到了量子力學的基本方程式。瓦法教授則以狄拉克方程式對正電子的預言和對自旋的解釋為例，認為數學的一致性推動了物理學，簡單的數學可能是極其深刻的物理學，很多物理學概念是從數學的簡單想法中理解的。
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