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霍金離開後的物理界,還有他們能照亮我們前行

圖片:《時間簡史》

霍金死了,世界上還有其他同等地位的物理學家么?

知友:李梅亭(1800+ 贊同,知乎編輯推薦,物理學話題優秀回答者)

誠實的說,霍金在當代學術界的影響力是比較有限的。然而,這並不是說霍金的工作不重要,也不是說霍金的地位不高。

相反,霍金是經典廣義相對論的集大成者,也是黑洞熱力學的開山鼻祖——前者繼承愛因斯坦衣缽、可謂名門正統,後者則啟發了近十年高能和凝聚態理論中最炙手可熱的研究課題。

霍金和彭羅斯等人建立的奇點定理,是繼愛因斯坦之後廣義相對論理論層面上最重要的發現之一;而霍金對量子引力的開創性工作,包括霍金輻射、黑洞熵、黑洞信息悖論等等,幾乎定義了現代量子引力論的「問題域」。

如此來說,霍金之於量子引力理論的地位,大概類似於柏拉圖和康德之於西方哲學史。

然而經典廣義相對論,乃至整個「引力」理論的研究領域,在現代物理學中都是比較小眾的。為什麼呢?歸根結底,是因為廣義相對論在數學上太難做,而愛因斯坦在物理層面又已經做得太好,讓後人能做的相對有限。

那麼量子化引力呢?低能標下直接跑動到平直時空,做無可做;而高能標下只能靠猜,於是有了現代超弦理論一脈。

近代影響力最大的工作,基本都集中於量子場論方面,因為量子場論是現代理論物理研究的基本工具。而流傳最廣的工作,大多是數學物理類的工作:這些工作為物理研究提供工具,而不是直接給出物理概念、解釋物理現象。

這也是我對知乎上無限吹捧楊振寧的氛圍較為反感的原因:楊振寧自然是當世頂尖的物理學家,但很多人強調這一點時的套路,是把 Yang-Baxter 方程、Ising 模型精確解和規範結構等數學物理工作一股腦列出來,這會讓大眾對物理學研究的構成產生嚴重誤解。

實際上,上面列出來的大都是數學物理類的工作,並不能直接解釋物理現象、或者預言新的物理現象。最接近「直接解決物理問題」的工作是規範場論,但電弱統一理論和量子色動力學都包括了太多物理思想,不能為規範場論所獨佔。

下面言歸正傳,我來列舉幾個還在世的、最具影響力的物理學家的名字,這樣的物理學家其實很多,而我的知識水平(特別在引力和超弦方面)也極為有限,所以只能想到誰說誰,排名不分先後。

如果這能成為一部分人了解這些巨人們、和他們偉大物理成果的契機,或者拋磚引玉引出真正的行家,那就再好不過了。

Edward Witten:普林斯頓高等研究院的惠愛德博士是典型的圈內不用介紹,圈外不易知道的學術巨星。如果你想在當今物理學界找一個最接近於牛頓級別的物理學家,那就是他了。

他作為超弦領域的領袖最為人所知,曾因為陳 - 賽蒙斯理論相關的工作獲得菲爾茲獎,他所建立的非阿貝爾玻色化理論是研究一維強關聯體系的最重要工具之一。

他的工作奠定了各類拓撲場論的理論基礎。祁曉亮博士等人關於拓撲現象的場論理解,很大程度上要歸功於愛德博士的工作。可惜的是,愛德博士的工作主要限於數學物理方面,而超弦理論要得到驗證更是遙遙無期,因此他雖然榮膺數學界最高獎:菲爾茲獎,享譽數學界,但卻至今無緣諾貝爾物理學獎。

Philip W. Anderson:普林斯頓高等研究院的安菲力博士,從事極為「低能」的凝聚態理論研究。這裡「低能」當然指的是物理系統的能量。他是二十世紀後半葉最偉大的凝聚態理論大師之一。

他最早用 Higgs 機制(標量場規範結構自發對稱破缺)解釋了超導現象中的邁斯納效應,這是 Higgs 機制的第一個物理應用;最早發現了摻雜體系的安氏局域化(Anderson localization),而關於量子體系局域化現象的分類,基本等價於非相互作用拓撲絕緣體的分類。

他在研究近藤效應(Kondo effect)時建立的貧者之標度(Poor man"s scaling),是衛肯尼博士(Kenneth G. Wilson,1982 年諾獎得主,2013 年去世)重整化群理論的先驅性工作之一,而後者則是理解量子場論理論基礎的關鍵。

Steven Weinberg:酒山桂冠博士現任德州大學奧斯丁分校教授,他是一位場論大師和集大成者。學過量子場論的學生,對他的三卷本《場之量子理論》想必都不陌生。他在場論和高能物理方面多有建樹,是最早將規範場論與希格斯機制結合,建立電弱統一理論的三位巨擘之一。

谷歌學術霍金博士的頁面上,引用數最高的文章正是桂冠博士的傑作輕子的模型。2013 年,桂冠博士在萬眾矚目之下出版了《量子力學講義》一書,其資料詳實、眼界高遠、推演詳細,都令學界嘖嘖稱讚。而湖南大學劉全慧博士指出書中幾處錯誤,得到桂冠教授的迅速回應和致謝,也一時傳為美談。

楊振寧:這位不用多介紹了吧。當世最頂尖的物理學家之一,也可能是近現代最偉大的華人物理學家。

Kip Thorne:索吉博士是霍金博士的好友,任教於加州理工學院,也是一位優秀的電影人和出類拔萃的賭徒。他是黑洞熱力學的重要教父,也是首先指出經典蟲洞可以用於時間旅行的先知。

索吉博士在設計引力波探測方案、預言天體過程引力波特徵等方面做出了巨大建樹,榮膺 2017 年諾貝爾物理學獎。他大概和霍金最可比(領域相同),地位也最接近(都是引力界泰斗)。

Gerard "t Hooft:荷蘭烏德勒支大學的霍閣特博士,是一位百科全書式的頂尖學者。他是一位規範場論的大師,提出了天才的「維度正規化」技巧,證明了自發對稱破缺的規範場論可重整,使得楊振寧博士所創立的規範場論得以「完整」。

他研究了 QCD 中的瞬子,得出了以他名字命名的 "t Hooft-Polyakov monopole。他關於 SU(N)規範場論大 N 極限的研究,極大影響了近 20 年來關於 AdS/CFT 和全息原理的前沿研究。

他同時是一位頂尖的量子引力專家,在著力解決黑洞信息悖論的過程中,與史丹佛大學的蘇勒拿博士 (L. Susskind) 一同拉開了全息原理的帷幕。

Murray Gell-Mann:葛牧睿博士早年與費曼博士相識,一同在加州理工學院任教多年。他的得意之作幾乎人盡皆知:那就是預言了夸克的存在,並建立了偉大的量子色動力學。這一工作的完成,宣告了除引力外的三大基本力全部可由量子理論描述,也是規範場論的又一次巨大成功。

同時,牧睿博士與羅孚朗博士(Francis E. Low)敏銳地意識到標度律在量子場論中的重要意義,導出了著名的葛 - 羅方程(Gell-Mann and Low equation),這是在現代物理中意義深遠的重整化群理論的先驅性工作。牧睿博士同時是自洽歷史(退相干歷史)理論的創造者和鼓吹者,也是一位優秀的科普作家。

以上介紹,只是數位物理學界泰斗的簡單縮影,顯然既不可能全面、也不可能精確。但我想說的是:物理學是一門極為廣泛和深刻的學科,在不同領域裡有著無數璀璨的巨星,和更多冉冉升起的新星。

他們做出的偉大工作,正不斷刷新著我們對世界的認知,更改變了我們所身處的世界本身。大家既沒必要強行為他們「論資排輩」,也恐怕沒有能力為他們的智慧排序。那麼不如讓我們在科學上多關注「事」,少關注「人」。

最後,請允許我不自量力地說一句:願霍金博士,乃至每一位為人類科學事業奉獻了才智和生命的先賢們,都能安息。願他們推動人類進步發展的宏願,能如他們的偉大工作一樣,永垂不朽。

附上述各位物理大家的「常見」譯名:

Edward Witten: 愛德華·威騰

Philip W. Anderson: 菲利普·安德森

Steven Weinberg: 史蒂芬·溫伯格

楊振寧:楊振寧

Kip Thorne: 基普·索恩(時間簡史里好像譯為基帕·索恩?)

Gerard "t Hooft: 傑拉德·特胡夫特

Murray Gell-Mann: 穆雷·蓋爾曼

Kenneth G. Wilson: 肯尼斯·威爾遜

Leonard Susskind: 列奧納德·蘇士侃?

Francis Low: 弗朗西斯·羅威?

知友熱評

外行想問一下……霍金的學術成就和楊振寧的學術成就是相當的嗎?還是說霍金的學術成就不太高?

lawliet

這個很難評價。論影響力,楊振寧應該大一些,因為楊振寧的工作深遠影響了基本粒子物理和凝聚態物理的很多後續工作。但他影響力最大的工作:規範場論,更接近一個數學物理工作,類似於惠愛德。

而霍金的工作也是開創性的,但量子引力是一個相對小眾的領域,因此影響力不如楊振寧。

論純粹物理學上的進展(刷新物理學概念、預言或解釋物理學現象),楊老主要的工作還是宇稱不守恆,而霍金則是霍金輻射。如果後者得到證實,那和前者至少是一個級別的。

作者 回復 lawliet

本文內容來自「知乎」

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