张朝阳对话物理学家徐一鸿：谈物理学发展史、场论与相对论奥秘

7月16日，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳，和著名物理学家、德国洪堡研究奖获得者、美国艺术与科学院院士徐一鸿展开了一场物理对谈。两人从牛顿力学、量子力学、狭义相对论谈到量子场论，一同回溯了物理学的统一历程，并分享了海森堡、爱因斯坦等众多科学家的故事。

谈物理学统一之路：百年锤炼铸就量子场论

张朝阳提出，2025年是许多重要物理理论的纪念节点，如狭义相对论120周年、广义相对论110周年、海森堡矩阵力学100周年。这些重要理论的诞生，都标志着人类对自然理解的重大革新。

徐一鸿教授对此表示认同，并梳理了物理学史上的统一脉络：牛顿最早统一了天体与地面的力学规律，他率先意识到月球的运行和苹果的下落遵循同一套力学原理。之后，麦克斯韦基于法拉第等人奠定的电磁感应等实验基础，完成了电与磁的经典统一。张朝阳表示，“事实上，电磁学和牛顿时空观是冲突的。”

进入20世纪，爱因斯坦先是以狭义相对论解决了这一矛盾，十年后又通过广义相对论揭示了时空和引力的深刻联系。在量子力学领域，科学家也在不断探索。薛定谔的波动方程与海森堡的矩阵力学虽形式迥异却实质等价，最终共同构成了量子力学的主流理论框架。此后，狄拉克、费曼和施温格等科学家进一步将量子力学和狭义相对论统一，最终构建出迄今为止最为成功的物理理论——量子场论。

徐一鸿教授总结，量子力学能精准计算原子光谱，而量子场论对电子磁矩的计算精度更高。从这一角度来说，量子场论堪称人类有史以来最强大、最成功的理论。在此基础上，粒子物理标准模型进一步总结了基本粒子的性质，并成功将电磁、强、弱相互作用纳入统一框架。而如今，科学家们仍在朝着“大统一理论”的目标持续探索。

谈理论发展偶发性：赫维赛德的忽视与爱因斯坦的幸运

物理学史上不乏引人深思的现象，重要理论的发展契机其实早已蕴含在既有的理论中，却未必能及时引起足够重视。张朝阳提到麦克斯韦方程组暗示了洛伦兹对称性，而徐一鸿教授进一步阐述了规范对称性曲折的发展历程，这些都是典型的例证。

徐一鸿教授指出，如今教科书对麦克斯韦方程组的阐释尚有不足：学生通常只是了解到它分别是——高斯定律、安培定律、电磁感应定律和磁场无源。然而稍加观察就会发现，前两个方程是场和源的关系，后两个方程则暗藏了规范对称性。

要理解这种规范对称性，需要将对电磁场的认知上升到电标势和磁矢势层面。不过，由于势是无法直接测量，很多学者认为它只是数学上的辅助量，赫维赛德甚至直言其为“数学垃圾”。徐一鸿教授调侃道，“如果能在1954年理解这个，你就有可能提出杨-米尔斯规范场论了”。

另一方面，一个新理论的诞生与检验也需要幸运眷顾。在相对论的发展历程中，爱因斯坦的经历就颇为幸运。早在1911年，他就预言质量会弯曲光线，但最初的计算出现了偏差，得出的偏折角和牛顿力学的结论一致。1914年，德国天文学家弗洛恩德里希计划通过观测日全食验证这一结果，却因当年7月一战爆发而搁置。

幸运的是，1915年爱因斯坦及时修正了计算错误，得出偏折角为牛顿力学预测值两倍的结论，这一结果后来得到了爱丁顿观测团队的证实。

谈数学与物理：物理直觉往往比数学工具更重要

物理学家一定要掌握大量高深的数学知识吗？两人的答案都是否定的。徐一鸿教授结合自身经验提出，核心只需要掌握偏微分方程（PDE）、微分几何以及群论这三门数学。更务实一点讲，“其实只需要掌握各领域教材的前三章就够了”。张朝阳则提醒，“如果你一直都在做复杂的数学，你会把自己困在里面，甚至会失去一些简单的直觉”。

回顾物理史上的重要时刻，直觉往往比数学工具更重要。徐一鸿教授认为，盖尔曼（Gell-mann）发现夸克的例子最有说服力——尽管他的数学功底远不如同时期欧洲、亚洲的一些优秀同行，却凭借超凡的物理洞察力率先取得突破。张朝阳也提到，爱因斯坦提出狭义相对论时，既不懂闵可夫斯基时空，更谈不上掌握微分几何。徐一鸿教授总结，懂很多数学，不等于能做出很伟大的物理成就，“否则数学系的每一位数学教授都该是诺贝尔奖得主了。”

但扎实的数学计算仍是理解物理的前提。徐一鸿教授指出，读科普书只能形成模糊零碎的印象，唯有动手推导方程，才能真正走近物理这一“相互交织的整体”。在他们看来，数学是物理学的语言，张朝阳鼓励被数学困扰的网友，“只要一步一步计算，最终总会得到回报”。

谈基础科学：科研出于好奇心 而非功利心

有学生提问：如何看到物理学发展越来越抽象这一趋势？做科研时如何判断一个科学问题重不重要？

对于这些问题，徐一鸿教授表示，问题的解决和学科的推动要取决于年轻人。他以牛顿从被苹果砸中这件小事儿中发现万有引力的故事回应，科学问题重不重要，需要你去决定，科学的发展不能只依靠前辈的经验，也要靠年轻人的思考和推动。

张朝阳补充，他在国际基础科学大会上注意到，许多学生非常关注研究物理的未来出路、就业机会和发展前景。对此，他认为，基础科学研究应是出于对自然界产生的本能好奇。他进一步强调物理学的核心价值在于推动人类对世界的认知，研究者不应过分着眼于短期商业应用，更不能以功利性牟利为导向。“科研在满足人类好奇心的同时，也在为人类进步做贡献。”

此外，针对近期有研究预测“AI未来或能发展出类似人类的物理直觉”，徐一鸿教授指出，当前AI的能力主要体现在快速访问大量数据库上，“目前AI能做到的可能是在牛顿力学的基础上，不断地增加一些变量、参数，但这不是探索物理的方式，我们还是需要一些人类的超级大脑。”张朝阳表示认同，前沿物理研究仍依靠人类思维，AI无法产生类似人类的“直觉”。