获奖后这20年

2018-10-23 03:24苗千
三联生活周刊 2018年41期
关键词:胡夫对撞机诺贝尔奖

苗千

杰拉德·特·胡夫特(Gerard't Hooft)出生在荷兰的一个学者家庭。他的舅舅在荷兰乌特勒支大学担任物理学教授,这位物理学家也成为了特·胡夫特的人生榜样。在舅舅的影响下,特·胡夫特进入乌特勒支大学学习物理学,他在硕士期间就与导师马丁纽斯·韦尔特曼(Martinus Veltman)进行基本粒子物理学的研究,并且发表了一系列重要的研究论文。

特·胡夫特在物理学领域的天才逐渐得到了学术界的认可,他在1981年获得沃尔夫奖,在1986年获得洛伦兹奖章,在1995年获得斯宾诺莎奖和富兰克林奖章。到了1999年,特·胡夫特终于和自己的导师共同获得了物理学领域的最高荣誉——诺贝尔物理学奖。

杰拉德·特·胡夫特

这位已经70多岁的物理学家如何展望物理学的发展?在获得了诺贝尔奖这样的至高荣誉之后,这20年,他个人的研究和生活都受到了怎样的影响?“你可以选择在荣誉中生活,但是请有尊严地去面对这样的荣誉。”胡夫特在接受《三联生活周刊》采访时说到他的态度。

发现自然力的秘密

三联生活周刊:是从什么时候起,又是出于什么原因,你決定当一个物理学家?

特·胡夫特:奇怪的是,关于这方面我自己也记不清了。我只能回忆起,在我4岁或5岁的时候,我就开始觉得我周围的一切东西都远远比人更有意思,我想知道它们是怎么运作的,又是出于什么样的原因。比如说,轮子就让我着迷,在有轮子的情况下运输重物,要比没有轮子容易得多。而且轮子都是由人制造出来的,也就是说,最初一定是有人做出了非常了不起的发明。我非常想做出类似的发明,当然在当时我还不知道,还将有像宇宙飞船这样的东西可以把我送上月球。我的家庭里有人是物理学教授,我也想成为他那样的人,去发现自然力的秘密。

三联生活周刊:你在1999年因为“解释了关于电弱相互作用的量子结构”而和你的导师韦尔特曼共同获得了诺贝尔物理学奖。你是否期待人类还能够发现自然界中更多的基本相互作用,甚至是更多的基本粒子?

特·胡夫特:这看上去不大可能了。在今天人们更加关注的是如何理解这些已知相互作用之间的关系,它们之间有什么联系,是否有共同的起源?我们怎样才能够对它们有更深的理解?比如它们之间强弱的对比,对于粒子质量的影响,等等类似的问题。

三联生活周刊:多年来,你一直在研究量子引力理论以及黑洞的性质,目前你的研究兴趣主要在哪些方面?现在量子引力领域已经有了一些理论,比如弦论(String Theory),圈量子引力(Loop Quantum Gravity)以及你自己所研究的全息原理(Holographic Principle)。你认为人类是否能够很快就发现可以囊括所有物理现象的“大统一理论”(Theory of Everything)?

特·胡夫特:我对于量子力学在黑洞上的应用非常感兴趣。黑洞涉及了在量子力学中通常不那么活跃的部分。黑洞造成了时空的扭曲,通过这样,它们又产生出了新的宇宙——而这在量子力学中又是不被允许的,所以一定存在着一些(目前我们还不理解的)细节,使黑洞必须遵守量子力学的规则。

我发现很多研究者对于我所发现的问题都没有发觉,比如说因为量子力学的原因,黑洞对于时空拓扑的改变,但这一点是非常重要的,时间和空间并不是它们所看上去的样子。我想在这个领域还有很多东西需要发现。

量子引力的理论会变得可以被验证。很有可能引力作用与其他我们知道如何量子化的相互作用是相互联系的。我想,解决量子引力问题,起码是在这个领域做出一些新的发现,会对我们理解其他的相互作用有很大帮助。目前,引力之外的其他相互作用都是通过标准模型进行描述的,但是在标准模型里我们有超过了20个无法计算的常数。量子引力理论可能可以解释这个问题:这些常数是从何而来,我们又该怎样去计算它们?对于这些常数进行的一些预测是可以通过实验来验证的。量子效应在其他一些物理现象中可能也会被观测到,比如说激光干涉引力波天文台(LIGO)观测到黑洞相互碰撞合并所释放的引力波。所谓的“大统一理论”是人们的追求,但它很有可能与我们现在所想象的并不一样。

黑洞战争

三联生活周刊:尽管量子力学的数学形式已经非常清晰,但是它仍然显得非常神秘。目前关于量子力学有各种各样的“诠释”,例如“哥本哈根诠释”(Copenhagen Interpretation),“多重宇宙理论”(Multiverse Theory),“量子达尔文主义”(Quantum Darwinism),“量子贝叶斯主义”(Quantum Bayesianism)等等。你认为对于量子力学的诠释是一个重要的物理学问题,或只是一个哲学层面的问题?

特·胡夫特:对于量子力学的诠释是一个非常重要的问题,我们不能把它只留给哲学家,因为哲学家可能并没有足够的数学工具去进行研究。“哥本哈根诠释”本身很好,因为它是由物理学家而非哲学家提供了一个很好的框架。但在20世纪上半叶的哥本哈根,这些物理学家们有一句话我无法赞同:“关于真实,你不应该去追问什么是真实,因为答案可能没有办法通过实验去验证。”其中有道理的地方在于,关于真实的答案可能确实没有办法通过实验来直接验证,但是实验会带给你一些线索,帮助你构造一个新的量子理论去描述目前人们还无法解释的现象(比如说黑洞)。因此在这方面我不同意哥本哈根学派。我会去问这些问题。

我对量子力学的理解是:如果我们使用了正确的物理学变量,就不会引起任何干涉效应。产生干涉效应是因为我们使用了与我们这个世界的终极理论并不直接相关的变量——例如原子或是电子的位置和动量等等。但那些“真正的”变量是什么,我并不知道。因为我无法解释这些现象,也就让我非常难以解释我的理论,但我相信我对于量子力学的想法基本上是正确的。

三联生活周刊:在莱纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)的《黑洞战争》(The Black Hole Wars)一书中,你是其中的三个主角之一。萨斯坎德、霍金和你,三个人关于黑洞信息悖论进行了很多的争论。那么你是否同意萨斯坎德在书中所做的结论?关于黑洞信息悖论你又有了什么新的思考?

特·胡夫特:我并没有看那本书,我不喜欢看任何写到了我的书。我通常会部分地同意莱尼(萨斯坎德),而并不会完全同意他的观点。在关于黑洞信息悖论方面的争论,我和他站在了同一条战线,与霍金争论。但是现在莱尼走在了一个我并不赞同的方向上,他对于弦论过于热衷了。现在他关于黑洞信息的言论我并不同意。

实际上,对于人们所说的关于黑洞的“信息悖论”,我有自己的看法。这个信息悖论很容易解决,但是你需要理解引力对于“进”和“出”黑洞的粒子有什么样的影响,这对于时空的拓扑又有什么样的影响,我们又怎样才能进行精确的计算。有人认为弦论可以提供所有的答案,但实际上弦论只会带来混淆。我们并不需要弦论来解释这个悖论,人们需要的是进行非常细致、谨慎的物理学分析。

三联生活周刊:关于中国是否应该建造更大的粒子对撞机以寻找新的粒子,在中国社会产生了激烈的讨论。你是否认为中国应该建造一个比大型强子对撞机(LHC)更大的粒子对撞机?这样的设备对于高能物理学的发展和量子引力研究会有怎样的影响?

特·胡夫特:我当然希望中国能够建造这样的一个超级对撞机。但是另一方面,如果由我来决定中国是否建造这样的机器,我又会有很多疑虑。因为存在很大的可能,就是新的粒子对撞机并不能做出重要发现,从这一点上来说,建造超级对撞机的资金完全可以被用在其他一些更有希望的研究项目上。我希望一个超级对撞机可以为这个问题给出答案:到底还有没有新粒子?一个否定的答案可能和一个肯定的答案同样有价值。但我也不想因此就让中国人去做一个非常不确定的探险。

有些科学家对于诺贝尔奖过于执迷了

三联生活周刊:你是否认为获得诺贝尔奖是对一位科学家最高的荣誉和认可?

特·胡夫特:有点奇怪的是,看起来确实是这样的。(在我获得诺贝尔奖之后)从公众,包括我的朋友和同事们的反应来看,好像真的是这样的。

三联生活周刊:有很多科学家进行研究工作,实际上是被一种想要赢得诺贝尔奖的雄心壮志所驱动,你认为对于科学研究来说,这是否算是一种合理的、积极的态度?

特·胡夫特:并不是。每一年都有一些科學家对于诺贝尔奖过于执迷了。有一些科学家认为他们应该获得诺贝尔奖,但是实际上并没有,这种情况就会让他们非常易怒,并且成为非常差的人。他们应该明白,每一年在诺贝尔委员会进行选择和决定的时候,都会有很多偶然的影响因素,而且没有任何人应当声称自己有“资格”,“理应”获得诺贝尔奖。对于研究者来说,诺贝尔奖本来应该是一个激励和灵感的来源,鼓励人们做出更好的研究工作。这个奖项把科学研究与瑞典王室联系在一起,如果能够让研究者们受到鼓舞,会是一件非常好的事情,但是不应该为此执迷。大多数科学家进行科学研究的原因都是想要做出无论大小的发现,这才应该是激励所有科学家进行研究的动力所在。

三联生活周刊:获得诺贝尔奖让你成为了一个世界名人,这对你的个人生活和研究工作有什么影响?比如让你的研究更容易获得更多的资源,或是分散了你的精力,还是两者都有?

特·胡夫特:毫无疑问,获得诺贝尔奖确实对一个人的生活有很大影响。我收到了太多太多进行演讲的邀请,我根本不可能做得到。我的研究工作并不需要投入很多资金,但是我估计,假如需要的话,(相比于其他人,作为一个诺贝尔奖得主)我应该可以更容易获得更多的资金支持。这意味着如果我成了一个实验室的主任,我将成为一个职业的资金申请人,而这并不是我想做的。我希望能够自己做科学研究,因为我不可能告诉任何人如何去进行我的研究。在这方面,也可能我是一个例外吧。

三联生活周刊:你对于今年新的诺贝尔奖得主有什么建议?

特·胡夫特:尽情享受。你可以选择在荣誉中生活,但是请有尊严地去面对这样的荣誉。

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