基礎物理停滯近100年,難道真被三體文明鎖死?楊振寧指出新方向

劉慈欣的科幻小說《三體》中,三體人用智子鎖死了地球文明的科技發展,然後率艦隊直撲太陽系,人類陷入滅亡危機。

小說的背景設定,源於作者劉慈欣本人對人類物理學發展的迷思。自上世紀初愛因斯坦提出相對論至今,百餘年時間,人類物理學研究幾乎陷入停滯,既沒有重大物理公式被發現,也沒有形成任何突破性物理學理論。

人類社會的發展,難道真的已被三體文明鎖死?

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三體艦隊向太陽系進發

歐洲的強子對撞機曾被寄予厚望,但是,一個又一個實驗,返回的都是無意義的結果,沒有新的粒子和新的維度被發現。

蒸汽機的發明,推動了第一次工業革命,人類進入工業社會;1931年,法拉第發現電磁現象,電動機、發電機相繼問世,極大推動了社會生產力的發展。

上世紀末,摩爾定律失效,美日歐等世界最大經濟體增長失速,幸而有互聯網帶來的信息技術革命接棒,世界經濟才沒有陷入大蕭條。

而當下,互聯網紅利已盡,世界各國經濟顯露疲態。

新的驅動引擎在哪裡?

人們再次把目光投入基礎物理學。

或許,我們需要一個更大的強子對撞機。多撞幾次,或許就能撞出一些新的東西來,然後引爆一場新的技術革命?

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強子對撞機

2012年,中國高能物理界開始討論環形正負電子對撞機(CEPC)的建設。

CEPC是一個基於100公里環形的電子對撞機,比歐洲強子對撞機大很多倍,能產生更多希格斯粒子,因此被稱為“希格斯粒子工廠”。當然,耗資也更巨大,僅一期工程,預計就要投入400億人民幣。

方案提出來以後,一直飽受爭議。

贊同者認為,人類需要更強大的設備,去打開一個新的發現物理規律的窗口。現在我們能確信,那裡面有東西,為什麼不去看一看呢?

反對者則認為,應該做出改變的是理論物理學家,他們總在嘗試解決並不存在的問題。

對此,已經97歲高齡的諾貝爾物理學獎得主楊振寧,堅定地表明瞭他的態度:不贊成!

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楊振寧

上世紀八十年代,楊振寧就曾在一個IPV會議上說過:高能物理學的狂歡時代結束了!

意思是,循著現在的路徑往前走,已經很難找到突破口。

三十多年後的今天,楊振寧這個看法仍沒有變。

他給出兩點理由:

第一,美國曾在高能對撞機項目上投入了20億美元,挖了一個很深的隧洞。但最後國會投票否掉了這個方案,隧洞又被填埋了。為什麼?因為這個項目看不到希望,巨大的投資收不回來。

我國雖然是世界第二大經濟體,但人均GDP比巴西、馬來西亞等國家還要低。高能對撞機項目是個無底洞,整個項目可能需要200億美金,會影響到我國國民經濟發展。

第二,搞高能對撞機主要是希望找到超對稱粒子,但這只是一個猜想,花這麼大精力去驗證一個可能錯誤的猜想沒有意義。

楊振寧還指出,不搞超級對撞機,高能物理研究也有其他方向。一是尋找新加速器原理,二是尋找美妙的幾何結構。這兩方面的研究都不太費錢。

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超對稱粒子真的存在嗎?

為什麼“美妙的幾何結構”可能是高能物理研究的突破方向?

科幻小說《三體》中,神級文明普遍把宇宙規律作為戰爭武器,比如用降維進行攻擊、用降低光速製造黑域隱藏自己。而更高級的歌者文明,還能動用數學規律作為星際戰爭的武器,甚至讓宇宙重啟。

數學規律才是宇宙的終極規律,所謂“美妙的幾何結構”,就是指的數學規律。一旦發現新的數學規律,就可能在高能物理研究方面取得重大突破。

我們需要的,並不是一個耗資巨大的強子對撞機,而是更好的數學教育。

著名數學家丘成桐說過:中國培養數學人才的方法侷限性很大,只讓孩子學習數學方面的知識,其他方面的知識很少學。“奧數”不考微積分,很多學生就不學微積分。微積分是現代數學的基礎,不學怎麼行呢?

丘成桐還講過一個故事:陳省身在南開大學任教的時候,有學生拿“奧數”的題目向他請教,陳省身竟然不會做。

丘成桐說,這些奧數題都很偏,只能為難學生,根本無助於培養他們的創新能力。學習數學,最重要的是培養數學思維,而不是做怪題、偏題,以及大量刷題。

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數學家丘成桐

那麼,如何挑選合適的數學書籍,幫助孩子建立數學思維呢?

中國著名數學科普教育家劉燻宇,是楊振寧非常推崇的數學家。他編寫的《原來數學可以這樣學》三冊,語言典雅、圖文結合,把枯燥的數學知識講解得充滿趣味,非常適合於培養孩子的數學思維。

第一冊:《馬先生談算學》

本書以“馬先生”的口吻,採用對話的形式,圖解了100多道算術四則問題,直觀生動,好懂易學。

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馬先生談算學

第二冊:《數學趣味》

事例皆從日常生活中來,枯燥繁難的數學問題,在作者筆下變得妙趣橫生,文筆生動,學習數學時,語文能力也得到了提高。

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數學趣味

第三冊:《數學的園地》

這本書講了函數、連續、誘導函數、微分、積分和總集等概念,及運算法的基本原理,有一定難度。不過,作者的講解方法很巧妙,數學有一定基礎的孩子,完全可以掌握,自學起來並不困難。

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數學的園地

兩斤豬肉的價錢,培訓班一節課的費用,給孩子買一套能培養數學思維的正版圖書,很值得。

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