孙昌璞：“美”也是物理“求真”之路的至高标准|快资讯

“理论物理学的不同领域有不同的价值观，而‘美’是能够统一这种多元价值观的。”5月10日，在云南大学举办的第十八届“彭桓武理论物理论坛”，中国科学院院士、中国工程物理研究院研究生院教授孙昌璞在报告《理论物理研究的唯美与求真》中说。

物理学不同的学科分支有各自的物理理论，为什么还需要有理论物理这样一门独立的学科？

(资料图片仅供参考)

孙昌璞引用1977年王竹溪和郝柏林的一段解释说，“理论物理是把物理学的各个学科对物质运动规律的研究成果，作出高度概括，表述为基本的定量关系，建立起统一深刻的理论体系，说明和预见新的物理现象。”

“理论物理是研究共性问题的，而不是只针对一事一时的具体情况。”孙昌璞表示，理论物理在沟通各个分支学科中起到桥梁作用。

然而，理论物理作为物理分支学科理论高度的综合交叉，判断一个理论好坏的价值观自然就是多元化的，价值观意义上的冲突也随之产生。

虽然物理学是实验科学，实验是检验理论的标准，但物理不同分支领域实验标准是有时间尺度差别的，这便是多元价值观导致的主要困境。

以上帝粒子的发现之路为例。1954年杨-米尔斯理论提出，后来经过对称性破缺、希格斯机制的发展，到1967年以标准模型为标志的电弱统一理论建立。最终，在2012年，欧洲核子研究组织正式宣布，探测到的新粒子被暂时确认为希格斯玻色子。经过了近60年，理论得到了实验验证。

“一个好的理论需要多长时间得到实验验证，没有一个统一标准。”孙昌璞认为，比如，高能粒子物理需要昂贵的大型科学装置，其成功需要更长的时间，如证实Higgs机制用了50 多年；凝聚态物理等演生论领域贴近日常生活，大多采用相对经济、易实现的桌面实验系统，能否有即时的证实有时就成为一个可操作的价值判断标准。

在孙昌璞看来，无论何种，这都需要一条唯美的求真之路。他呼吁，作为科学管理者、顶尖科学家，都应该充分认识到不能简单地拿一把尺子、用一个标准对待理论物理上的发现和创造。

当今物理学理论与实验更加密不可分。然而，事实却不尽人意，如杨振宁在2018年为他自己“物理学的未来（1961年）”写的后记中提到：“一方面，现代物理学的实验越来越复杂，费用越来越高，其中每一项实验都需要好几年去准备和执行。现在高能物理实验需要周期很长，而不幸的是，以后会变得越来越长。另一方面，高能物理理论也越来越复杂，理论物理学家之间、理论物理学家和实验物理学家之间，越来越充满隔阂”。

理论与实验结合在基本物理上作出重大贡献的“出路”在何方？爱因斯坦们的“大一统”梦想还能实现吗？没有既时的实验，理论物理“求真”的标准是什么？

“‘美’是统一理论物理多元价值观的一个标准。”孙昌璞说。爱因斯坦、麦克斯韦、狄拉克和杨振宁的具体科学实践都佐证了“唯美”的标准的合理性。

爱因斯坦说，“如果一个理论的基本概念和假设接近于经验，它就具有一种重要的优越性，人们对这样的一种理论自然就有更大的信心，被完全引入歧途的危险性就比较小。然而，随着认识的深入，我们要寻求物理理论基础的逻辑简单性和一致性，因而我们要放弃上述的这种优越性。”

杨振宁的感受是，“以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构，可以说它们是造物者的诗篇。”这就是理论物理之美！

为什么理论物理学“唯美”能统一不同领域存在的多元价值观？孙昌璞总结到，物理理论之美在于自然物质有结构之美，而描述它的理论框架必有数学之美，其逻辑之真是客观存在的。因此，“美”能够统一理论物理多元价值观的基本理由，包含在数学的价值观当中，“大道至简，‘理当则简，品贵则简’。这种美不是人造的，是天道自然的基本属性，亘古有之。”（陈省身语）

孙昌璞说，很多伟大的物理学家在美的追求过程中，有“得”也有“失”。

孙昌璞曾问杨振宁，“您在学术上最大的失去是什么？”杨振宁回答道，“我不喜欢也没有发明对称性自发破缺机制，这个不够漂亮。虽有所失，但品味使然。”在那个时代，物理学家利用对称性自发破缺机制研究其它理论，得到了许多重大发现，而杨振宁花了大量时间给出这类机制一个严格的数学描述——非对角长程序。

“理论物理学家在求真过程中常常唯美至上，事实上也推动了数学的发展，导致了现代数学的新领域。”孙昌璞说。

有时，实验物理学家对已知的“理论”会盲目地深信不疑，因而主观地选择实验数据以“验证”不怎么正确的“理论”，从而声明有重大发现，致使问题十分严重，如最近“天使粒子”的“发现”。

孙昌璞表示，一个好的理论与实验相结合工作，必须是双盲的、背靠背的，否则就会出现互相人为拟合趋同的科学诚信问题。一个好的理论物理成果，要独立放在那里，实验物理学家背靠背独立地验证它的预言。一个好的实验，要开放所有认真测量得到的数据，最好让不同理论组背靠背地解释数据，获得新发现。

在孙昌璞看来，涉及理论预言的实验验证，我们必须追问，到底实验“验证”了什么? 

“基本物理的理论在一段时间内可以与直接的实验验证保持距离。事实上，当代物理学的重大发现几乎没有几个是理论和实验直接合作在一起发表的。”孙昌璞说。

最后，孙昌璞还认为，理论物理未来的发展趋势可能是“应用理论物理”，倡导理论物理学家走向“美而有用”的科学研究。他强调：“国家需求驱动的科学研究与自由探索一样，也会导致基础物理的重要突破。”

本次论坛由中国科学院院士蔡荣根主持。彭桓武理论物理论坛是国家自然科学基金“理论物理专款”支持的主要项目之一，是中国理论物理学界缅怀彭桓武先生、学习彭桓武先生学术思想和科学精神的重要学术活动。中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员向涛介绍了彭桓武的学术思想，中国科学院院士、中国科学院云南天文台研究员韩占文作了《恒星演化》的主题报告，云南大学教授郑波作了《统计物理学前沿研究进展》报告。此外，5月11日还举办了第三届“彭桓武理论物理青年科学家论坛”。