信網(wǎng)7月18日訊 7月17日，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官、物理學(xué)博士張朝陽與劍橋大學(xué)教授、英國皇家科學(xué)院院士湯大衛(wèi)（David Tong）展開了一場物理對話。從牛頓力學(xué)的百年秘辛到量子場論的前沿探索，從飛機(jī)飛行原理的認(rèn)知顛覆到黑洞合并的宇宙謎題，二人拆解硬核物理知識，并分享了物理學(xué)發(fā)展中的理論突破與有趣故事。

這場近三小時的對話內(nèi)容橫跨經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)、相對論、量子力學(xué)等領(lǐng)域，既揭秘了物理大廈的根基，也展望了前沿研究的突破。二人一致認(rèn)為基礎(chǔ)科學(xué)的傳播非常重要。張朝陽表示，互聯(lián)網(wǎng)時代對任何領(lǐng)域的人而言都是進(jìn)行知識傳播的絕佳機(jī)會，并建議物理學(xué)家利用互聯(lián)網(wǎng)作為公共教育工具，讓大眾參與討論與交流。

談經(jīng)典物理：從牛頓力學(xué)到流體力學(xué)的認(rèn)知轉(zhuǎn)變

經(jīng)典物理是人類理性認(rèn)識自然的第一次系統(tǒng)性突破與技術(shù)革命的基石。兩人對話從經(jīng)典物理切入，湯大衛(wèi)教授提到，他在劍橋的辦公室就能夠看到牛頓當(dāng)年工作的辦公室，“而牛頓的家門口，那棵400年的蘋果樹還在結(jié)果”。更鮮為人知的是，在這個小屋里，牛頓差點(diǎn)錯失了經(jīng)典力學(xué)創(chuàng)立者的身份。

17世紀(jì)，在倫敦一所咖啡廳里，胡克（Hooke）、雷恩（Wren）和哈雷（Halley）三位天才已經(jīng)得到了引力的平方反比律（1/r²），卻始終無法解釋行星軌道為何是橢圓的。彼時，牛頓早已完成運(yùn)動定律與萬有引力定律的推導(dǎo)，卻決定將成果塵封，二十年未對外透露，直到哈雷登門拜訪，橢圓軌道與引力定律的證明才得以面世，帶來了物理學(xué)史上首次理論統(tǒng)一。“牛頓第二定理是關(guān)鍵”，張朝陽補(bǔ)充，牛頓定律不僅整合了開普勒定律，更通過方程兩邊質(zhì)量相消揭示了引力的普適性。

流體力學(xué)揭示了飛機(jī)起飛的奧秘，這已是當(dāng)今的常識。然而1903年萊特兄弟試飛成功前，“納維-斯托克斯方程曾讓我們誤以為飛機(jī)不能飛。”湯大衛(wèi)教授解釋，忽略方程中的粘性項(xiàng)后，理論上飛機(jī)既無升力也無阻力，完全無法解釋萊特兄弟的成功。直到1905年，普朗特終于發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵。那個看似微小的粘性項(xiàng)其實(shí)并不可忽略，它會導(dǎo)致機(jī)翼附近存在微小的邊界層，其內(nèi)湍流和梯度效應(yīng)的疊加讓升力成為可能。

“很多人認(rèn)為飛機(jī)升力來自機(jī)翼形狀，其實(shí)粘性項(xiàng)才是核心。”張朝陽這一總結(jié)令湯大衛(wèi)教授深表認(rèn)同，他強(qiáng)調(diào)這是流體力學(xué)的迷人之處。他進(jìn)一步提出，除了流水和空氣，“夸克-膠子等離子體的運(yùn)動居然也能用流體力學(xué)來描述，這方程簡直是宇宙的通用語言。”他直言，英國物理系普遍忽視流體力學(xué)教學(xué)，這是巨大的遺憾，它應(yīng)該和量子力學(xué)一樣重要。

談場論革命：從經(jīng)典電磁場到量子場的重大突破

電磁學(xué)的發(fā)展堪稱理論突破的典范。14歲輟學(xué)的裝訂工法拉第首次提出“場”的概念，他沒有接受過基礎(chǔ)教育，卻率先用力線描述了電磁場。而后麥克斯韋在整合電磁場方程時意識到，“光就從里面跑出來了”。光速恒定的預(yù)言直接挑戰(zhàn)了伽利略相對論，為愛因斯坦提出相對論鋪平了道路。

湯大衛(wèi)談到，“麥克斯韋方程組歷經(jīng)百年未變，至今仍是電磁學(xué)的基石，這種理論的穩(wěn)定性太罕見了。”他補(bǔ)充，麥克斯韋方程組的4條方程，加上1條洛倫茲力的方程，就能夠描述電磁場和電荷之間所有的相互作用，相對論進(jìn)一步闡述洛倫茲力中電荷乘電場的一項(xiàng)，與速度叉乘磁場的一項(xiàng)是可以相互轉(zhuǎn)換的。

量子力學(xué)的建立則是物理學(xué)史上另一場顛覆性革命。1925年，海森堡在花粉熱隔離期間開創(chuàng)了量子力學(xué)框架。當(dāng)時他還不懂矩陣的運(yùn)算，就寫出了矩陣力學(xué)，這在后來成為量子力學(xué)的主流表述形式之一。湯大衛(wèi)教授說道，今年7月29日是海森堡發(fā)表論文的百年紀(jì)念日，雖然后面還有薛定諤的波動力學(xué)，但海森堡的這篇論文更具有奠基意義。張朝陽也認(rèn)為，“量子力學(xué)的精髓正是離散性，也就是束縛態(tài)的分立能級，而不在于那些出圈的詞匯，比如‘薛定諤的貓’”。

與此同時，量子場論的發(fā)展歷程也令人驚嘆。湯大衛(wèi)教授介紹，該領(lǐng)域曾面臨兩大難題：其一，如何處理場之間存在的無窮大相互作用。這一困境曾讓玻爾設(shè)想推翻能量守恒定律，海森堡也考慮過打破空間連續(xù)性，直到二戰(zhàn)后，新一代理論學(xué)家通過扎實(shí)工作才逐步攻克這一難關(guān)；其二是繆子的反常磁矩問題，而就在去年，這一謎題也取得重大進(jìn)展。科學(xué)家借助大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行格點(diǎn)量子色動力學(xué)（QCD）計(jì)算，得出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值在小數(shù)點(diǎn)后第9位仍能完美吻合。

談宇宙之謎：從黑洞密碼到地外生命的存在性

當(dāng)聊到廣義相對論時，湯大衛(wèi)教授表示，任一個時空點(diǎn)的小鄰域上都可以近似為平直時空。針對這一點(diǎn)，張朝陽做了補(bǔ)充，這些小鄰域也能近似為勻加速時空。兩人的觀點(diǎn)都源自等效原理，不過湯大衛(wèi)教授強(qiáng)調(diào)，廣義相對論創(chuàng)新之處在于，兩個相鄰的朋友可能會感受到不同的加速度，這意味著我們無法通過全局的調(diào)整將引力變成加速度。

2015年引力波的發(fā)現(xiàn)，被湯大衛(wèi)教授視作本世紀(jì)迄今為止最偉大的科學(xué)突破。他解釋道，首次探測到的引力波源于兩個約30倍太陽質(zhì)量黑洞的合并。他指出，黑洞需繞行數(shù)十億年、靠引力波消耗能量才可合并，該過程雖能解釋部分黑洞成因，但若發(fā)現(xiàn)數(shù)百倍太陽質(zhì)量的黑洞則遠(yuǎn)超當(dāng)前宇宙年齡下的合并能力極限，預(yù)示新物理規(guī)律的存在。而若發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)小于太陽質(zhì)量的黑洞，則必源于宇宙大爆炸而非恒星坍縮。

地外行星上存在生命嗎？關(guān)于此問題的爭議同樣引人深思。湯大衛(wèi)教授談到，多數(shù)物理學(xué)家從概率角度認(rèn)為，宇宙中應(yīng)當(dāng)存在外星生命，畢竟銀河系有百億顆恒星，全宇宙有千億個星系，且類太陽系的結(jié)構(gòu)普遍存在。但生物學(xué)家往往持反對意見，他們認(rèn)為生命形成需要一連串極低概率的巧合事件。

張朝陽補(bǔ)充，計(jì)算生命存在的概率時，需假定宇宙在大尺度上是均勻的，就像“流體”般連貫。地球存在生命，意味著其他星球也可能有生命，但這種均勻性只體現(xiàn)在百萬光年的尺度上，因此外星生命與我們的距離必然極其遙遠(yuǎn)。二人一致認(rèn)為，外星人或UFO抵達(dá)地球的可能性微乎其微，時空尺度的限制讓這種星際造訪幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

談科學(xué)推廣：科學(xué)教育必須注入嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)思維

基礎(chǔ)科學(xué)推廣的意義是什么？做科普的動機(jī)是什么？湯大衛(wèi)教授的講義因清晰易懂在個人網(wǎng)站上收獲百萬點(diǎn)擊量，對此他笑稱自己沒特意運(yùn)營，“我整理講義20年，只是想讓學(xué)生有更多免費(fèi)資源，沒想到成了科普內(nèi)容。”但他強(qiáng)調(diào)，分享講義與教學(xué)物理存在本質(zhì)區(qū)別，科普比教學(xué)更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榭破毡仨毷褂帽扔?，有的比喻很?zhǔn)確，有的不盡如人意，而物理是數(shù)學(xué)的語言。

同時，湯大衛(wèi)教授還以霍金為例進(jìn)一步闡述，物理需要用硬核方程式解釋。他指出，“霍金在《時間簡史》里放了一個公式E=MC²，有人警告這會讓銷量減半，但他堅(jiān)持了，結(jié)果成了暢銷書。”

“科普不必回避公式和深度。” 張朝陽的觀點(diǎn)直指核心，他主張科學(xué)的本質(zhì)是數(shù)學(xué)與計(jì)算的結(jié)合，而非 “薛定諤的貓” 式的玄學(xué)解讀，科學(xué)教育必須注入嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)思維。這一理念也在他的實(shí)踐中得到了充分體現(xiàn)：近四年來，《張朝陽的物理課》始終以硬核推導(dǎo)為特色，用數(shù)理公式研算萬物規(guī)律，不僅成為火爆全網(wǎng)獨(dú)樹一幟的知識 IP，也讓大眾了解到物理學(xué)習(xí)和研究的意義與價(jià)值。

在社交媒體時代，硬核科普的可能性被進(jìn)一步放大。張朝陽認(rèn)為，未來物理學(xué)家們或許會選擇在個人社交平臺發(fā)布自己的研究成果，利用互聯(lián)網(wǎng)作為公共教育工具，讓大眾參與討論與交流，“互聯(lián)網(wǎng)讓知識傳播更平等，建議年輕人更多參與社交，成為關(guān)鍵意見領(lǐng)袖。”（信網(wǎng)記者）