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2014年6月25日，华裔物理学家，美国艺术与科学院院士徐一鸿教授发表了“可畏的对称：探寻现代物理学的美丽！”主题演讲。凤凰网大学问独家发表演讲内容，与广大读者分享。 到底什么是理论物理的美？理论物理学家说美，最基本的层次上，是几何的朴素美丽，一种非常严格的对称。 千万年来，我们都是说东西上上下下，牛顿就说，苹果从树上掉下来是错的，因为苹果从树上掉落的方向是到地球的中心去。所以那个苹果不是fall down（掉下来），是fall towards the center of the earth（落向地心）。如果我们用爱因斯坦的说法，创世者的思想里面，它根本没有上下这个概念，这个就是所谓轴向对称（或旋转对称）的概念。 19世纪的物理是从做试验开始，比如在电磁学的试验中，发现了Maxell理论，再从Maxell理论里面发现有一个对称。但到了20世纪，爱因斯坦就把这个逻辑翻过来，开始是一个对称，根据这个对称就能得到什么理论，从理论再讲到什么试验。Yang-Mills（杨振宁和米尔斯）就是用这个方法得了诺奖。 物理的定律可以完全对称，但定律的表现就不完全对称，这是一个很奇怪的现象：定律是对称的，但是表现结果是不对称的。 作者简介： 徐一鸿：华裔美籍物理学，目前任职于凯维里理论物理研究所和加州大学圣塔芭芭拉分校。著有《可畏的对称》、《Quantum Field Theory in a Nutshell》、《Swallowing Clouds》等书。 以下为演讲内容精编： 物理学的基本问题是了解创世者的想法 今天晚上的讲题就是我书的名字《可畏的对称》。爱因斯坦有一句名言，“I want to know how God created this world，I am not interested in this or that phenomenon。I want to know His thoughts。The rest are details。” （我想要知道的是上帝如何创造这个世界。我对于“这个”或者“那个”现象并不感兴趣。我想要知道上帝的想法。其他的都是细节。） 当然，理论物理里面很少人可以做到爱因斯坦那个水平。所以，爱因斯坦这句话也不是很多人都喜欢，其实很多人都不喜欢。因为那些人都是一生一世做这个，虽然看这句话讲的很大、很重，但只是鼓励一下我们。 所以特别是在应用物理跟科学技术方面，绝大部分的物理学家都没有这个能力和机会，像爱因斯坦这样来解决最基本的问题。我们都知道爱因斯坦对时间和空间都有很重要的贡献。 爱因斯坦标准这么高，我们这一门物理可以叫什么名字呢？这门物理就是要了解这个造物主的思想。这么高标准的物理，我们没有一门课教这样的物理那就不行，所以我们不妨就说叫基础物理学。但这门基础物理学有另外一个意思，它不是入门的物理，不是说刚刚进门的物理，很容易、很浅的物理。而是，我们世界怎么创造的？最基本的概念，比如时间、空间是什么？然后我们怎么去找到它们？怎么了解这个创世者？ 我特别强调，我今天要讲的就是这个基本物理学。今天我坐在这里，告诉你为什么有些物理学家（可以说爱因斯坦跟他的传人吧），这些人研究物理不是要做一个什么机器，做一个什么新的技术，而是要了解世界。 物理的美是几何朴素的美，比如中国文化里的对称美 爱因斯坦有一个朋友，他的书里面写了一大堆关于爱因斯坦的事情。他说爱因斯坦考虑一个理论的时候，会问他自己，如果他是上帝，是天主，他会把宇宙做成这个样子吗？爱因斯坦的信心到最终点是宇宙，所以爱因斯坦问他自己，他会怎么样创造这个世界。他觉得理论物理到最基本的时候，是最简单跟最美丽的。 我们现在知道牛顿力学只是爱因斯坦力学的一个近似，并没有理由说牛顿的近似方程式要特别美丽，大自然何必要管我们为了方便做了哪些近似呢？ 牛顿力学不是一个基本的东西，我们也没有觉得它有什么特别的美。然后这个美，讲到物理上边的美，每一个文化的审美观都不一样，从古代到现在也不一样。我写过一本书叫《Swallowing Clouds》，里面就讲到中国文化。 那中国文化里面，何谓美呢？我们的研究一下，从“羊”跟“大”这两个字合起来看，中国人觉得什么是美？就是看那个很大的羊，但这种审美观从不同文化里面是不一样的。所以，到底什么是理论物理的美？理论物理学家说美，在最基本的层次上，是讲几何的朴素美丽，一种非常严格的对称。 这种严格的美是诗人能领会的。一位有名的女诗人讲过，我在翻译这些文学的书的时候，只有欧几里得一个人，可以看到真正的美。那个诗人也觉得真正的美是一种严格的几何对称的美。 现在我们大家来看一下日常生活中对称的例子，多的不得了。我特别觉得在中国文化里面，对称的概念是非常浓厚的。中国文化里面有一个非常特别的，就是对偶，这是中国文化特有。在中国很多地方大家都知道，两面都有这个对称的，每个字要对应什么字这样的概念，所以我们刚才讲的就是很简单的对称，就是左右对称。 物理里面没有上下的概念，苹果不是掉下来，是掉向地心去 从左右对称，我们就要讲到旋转的对称，物理基本定律里面的一个旋转的对称什么呢，就是那个基本的物理定律里面，都可能有一个特别的方向，所以应该是每个旋转度是一样的，比如客家的圆形房子。 我们大家都知道，千万年下来，大家都知道有一个特别的方向，就是上下，上下跟别的方向不一样。我们物理上面怎么能说没有上下呢？这难道不是乱讲吗？没有上下，这个绝对是物理上面最伟大的发现之一。这是牛顿发现的，这个发现是非常深奥的，如果你仔细去想一想，这个牛顿真的不得了，因为千万年来我们都是说东西上上下下，那牛顿就说，苹果不是丢下来的，说苹果从树上掉下来是错的，因为苹果从树上掉落的方向是到地球的中心去。所以那个苹果不是fall down（掉下来），是fall towards the center of the earth（落向地心）。 这个上上下下只是一个幻想，我们平常生活上，因为我们跟地球的大小相比，实在太渺小了，我们人很小，地球很大。所以跟地球比较，我们看起来是上下，其实是没有上下的。 所以就可以这样说，如果我们用爱因斯坦的说法，创世者的思想里面，它根本没有上下这个概念，所以你可以想象，比如说真的死了之后，你会看到创世者。有一天你就看到上帝，跟上帝说，我念了什么，我学了什么东西，然后你就开始解释，你就说什么东西上下。 上帝就会跟你说，对不起，我听不懂，对不起，什么是上下？所以创世者的思想里面没有上下这个概念。所以物理里面没有上下，这个就是所谓轴向对称（或旋转对称）的概念。这些都是蛮简单的。 对称改变了我们对很多现象的误解 我要跟你强调一个事情，就是Extrinsic symmetry和Intrinsic symmetry在物理上面，一个是外在对称，一个是内在对称。我们讲物理上面讲的对称是内在的对称，我们觉得很重要的是那个物理的定律的对称，不是外面的表现的对称。 那些古代的希腊人真的了不起，真的很聪明。但是他们犯了一个很重要的错误，就是他们没有把内在对称（Extrinsic symmetry）跟外在对称（Intrinsic symmetry）搞清楚。这个就是说物理定律与物理现象的对立和不同，一个是物理的定律，一个是现象。 古代的希腊人，觉得因为有反转对称，所以就觉得那个行星在太阳上面走，轨道应该是一个圆形。因为圆是比较完美的，应该不是那个椭圆形。但是我们现在知道，行星在太阳上面走，就是一个椭圆，就不是正圆。 我只想说，The laws of physics may be rotationally invariant, but that does not mean that the orbits have to be circles（物理定律可能是旋转不变，但这并不意味着轨道必须是圆的），可以这样说，我在哈佛念博士生念四年，这个是其中我学到最重要一个事情。所以这个错误可以这样说，在物理的进展上面可能真的是退后两千年，这是非常非常重要的错误，这个是天大的错误。天大的错误只是从概念上看好像很小的事情，其实是很重要的事情，就是对内在、外在没有搞清楚，没有在Extrinsic symmetry和Intrinsic symmetry之间搞清楚。 |
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