張朝陽對話格羅斯：如何獲得諾貝爾物理學獎

2025-07-16 11:47:25 來源：中國科學報

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7月11日，搜狐董事局主席、物理學博士張朝陽和2004年諾貝爾物理學獎獲得者、2025年基礎科學終身成就獎得主、中國科學院外籍院士戴維·格羅斯（David Gross）展開了一場知識對談，共同探討了物質世界最基礎的構成和物理理論的前沿進展。

對話現場。圖源：搜狐

張朝陽與格羅斯從自然界四種基本力的差異切入，其間討論了強相互作用的“漸近自由”特性——這一突破性發現正是格羅斯獲得諾貝爾物理學獎的關鍵。隨著對話向理論前沿延伸，二人又從量子引力談到弦理論，探究時空的本質，同時也直面了暗物質探測領域的當代難題。

從量子場論的“反叛者”到漸近自由的“奠基人”

作為諾獎級成果，漸近自由的發現歷程是張朝陽本次對話最關心的話題之一。

格羅斯教授回憶20世紀60年代末的“泥沼”：加速器每周都能發現新粒子，但沒人理解它們的本質。直至1968年，斯坦福直線加速器中心（SLAC）意外證實質子內部存在自由運動的點狀粒子——“夸克”，一舉逆轉局面。但這又引出了更多的矛盾，如果夸克能夠自由運動，它們為何從未單獨現身？

在張朝陽的追問下，格羅斯承認，他在29歲為此開啟了一場豪賭。在長達五年的持續研究中，格羅斯不斷嘗試證明無法利用量子場論解釋該現象。然而，他在1973年與研究生完成的關鍵計算表明，楊振寧與米爾斯提出的非阿貝爾規范理論展現出驚人的反直覺特性：兩個磁鐵靠近會吸在一起，而當夸克彼此靠近時，強相互作用力反而在減弱。

這個特性完美解釋了夸克禁閉，卻遭受了學界的質疑，另一位諾獎得主維格納（Eugene Wigner）就曾當面駁斥，認為看不見自由運動的粒子就不可能是基本的。

格羅斯的這段回憶，令張朝陽與現場聽眾們都感受到，新發現要獲得廣泛認可絕非易事。格羅斯補充道，量子色動力學（Quantum Chromodynamics，簡稱QCD）建立后，其理論預測得到深度非彈性散射等實驗的驗證，于是這套理論逐漸被學界接受。

時空或許只是人類的“幻覺”

時間是本來就存在的，還是宇宙大爆炸產生的？張朝陽還與格羅斯探討了物理學前沿領域的一個重要課題——時空的本質。

歷史上人類對時空的認知經歷了多次革新，愛因斯坦率先打破絕對時空觀，揭示時空是動態的實體，時空幾何效應即是引力——這也是張朝陽近一兩年直播課程的主要內容。

但現代物理學發現，這套模型在靠近黑洞奇點或追溯宇宙起源等極端條件下存在局限，時空也處于量子的“不確定”中。

格羅斯介紹了一個革命性觀點：時空可能并非宇宙的基本屬性，而是一種源自物質的“涌現現象”（emergent phenomenon），從這個意義上可以說時空只是人類的“幻覺”。

他援引弦論中的對偶性現象來說明，某些物理系統可用兩種完全等效的理論描述，其中一種理論甚至不存在空間概念。這表明空間并非基本要素，而是特定尺度下的有效近似。

他進一步剖析人類時空觀的起源。早在嬰兒時期，人們就會在理解世界的過程中形成“時空”的概念，而這個概念很有可能只是人們理解宇宙的一種近似，追問“時間如何開始”或許是個偽命題。未來物理學的突破很可能誕生于超越時空框架的新范式之中，這也為理解宇宙終極奧秘打開了全新視角。

增加的重量是被“禁錮的能量”

當話題轉向質量的微觀起源時，張朝陽拋出關鍵問題：“夸克的質量僅為幾MeV，而質子的質量卻高達約900MeV，這巨大差異從何而來？”

11年前的粒子物理實驗驗證了希格斯機制，完善了標準模型的“最后一塊拼圖”。然而格羅斯隨即澄清了一個普遍誤解——這塊“拼圖”并非質子質量的主要來源。

那么，質子、中子乃至我們的質量從何而來？

面對張朝陽的追問，格羅斯的答案顛覆直覺：是夸克近光速的運動和強作用力讓質子變“重”。

格羅斯舉了一個生動的例子來說明：“當你站上體重秤發現自己重了1公斤，實際上你增加的是1公斤被‘禁錮的能量’。”

張朝陽也理解了這一點，原來是質能方程在起作用。他進一步總結格羅斯核心觀點：“雖然夸克作為獨立粒子質量很小，但是質子質量的絕大部分，來源于其內部的動能和相互作用能。”

AI僅是工具而非科學

現場學生在互動環節提出“2024年諾獎是否頒給AI領域”的問題，格羅斯明確指出，2024年諾貝爾物理學獎（授予約翰·霍普菲爾德）并非頒給AI：霍普菲爾德的工作是將物理學方法拓展至神經科學領域，構建了Hopfield模型，揭示了大腦神經元網絡存儲記憶的機制。

格羅斯認為，“AI僅是工具而非科學”，霍普菲爾德的研究是運用物理學的思維和方法探索大腦功能，屬于物理學的延伸。他定義“物理學即物理學家所從事的工作”，只要采用物理方法研究自然現象，就屬于物理學范疇。

針對“未來五年AI能否解決黎曼猜想等未決難題”的問題，格羅斯直言“難以想象”。他認為當前AI大模型被嚴重高估，其核心能力是模仿人類，若數據庫無答案，便會編造“聽起來合理”的內容，既不會驗證對錯，更不具備真正的創造力，其實際效果只“會取代那些只會說漂亮話的人”。張朝陽也認為，人們對AI過度興奮。

人工智能的飛速發展離不開算力提升。談及算力的爆炸式增長，張朝陽向格羅斯提問：算力發展是否助力了理論物理研究？

格羅斯回憶，40年前，科學家們只能依賴計算尺進行人工運算。這一局限直接體現在QCD理論的研究中——盡管該理論能夠將強子質量的計算誤差控制在1%以內，但每一次精準運算都需要投入海量人力，研究進程受到嚴重制約。40年后的今天，技術革新改寫了這一局面：芯片算力按摩爾定律翻了十億倍，同時QCD理論算法也有了巨大的進步。算力與算法的雙重革新，讓曾經耗費巨大人力的計算工作，如今能夠被輕松完成。

“算力和算法雙重推動了理論的發展，這背后離不開人類的智力和創造力。”格羅斯感嘆。

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