谢耳朵为何痴迷“弦”?张朝阳与顶尖科学家共同揭秘

  如果有人告诉你,世间万物皆由看不见、摸不着的“弦”组成,你会怎么想?

  按照经典物理学,物质由原子、质子、电子等基本粒子组成。基于这一理念,科学家们在数百年间构建了粒子模型,并以此为框架,很好地解释了绝大多数自然现象。

  但随着人类对于宏观和微观世界的探究愈发深入,科学界逐渐意识到,粒子模型在不少情形下存在局限,并非一切的答案。于是,上世纪六十年代,神奇的弦论(string theory)横空出世。

  作为理论物理最重要的分支之一,弦论的基本观点是:自然界的基本单元并非点状粒子,而是微小的弦。弦的振动和运动产生了不同的基本粒子,进而构筑整个物理大厦。

  弦论看似反直觉,且尚未得到实验证明,但在数学上存在合理性和生命力。这一理论经过超弦和M理论的发展,如今被视为最有希望实现大一统理论的物理学框架。

  在国内,人们对于弦论的了解,大多来自美剧《生活大爆炸》,男主角之一谢尔顿是M理论的忠实拥趸。而在现实世界,弦论的全球领军人物当属美国科学家库姆伦·瓦法(Cumrun Vafa)。

  目前,瓦法担任美国哈佛大学教授,物理系系主任,是美国国家科学院院士,狄拉克奖与基础物理学突破奖获得者。作为当代理论物理学最负盛名的学者之一,瓦法基于弦论开创性地解析了黑洞的微观结构,并与他人共同推动了对偶理论的发展,这项工作被誉为“第三次弦论革命”。

  最近,这位享誉全球的科学大家来到中国,展开一场极具深度和前瞻性的物理学前沿对话。

  7 月 17 日,搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳在搜狐视频直播间,与瓦法面对面交流,共同探讨物理时空观的变革。

  长达 2 小时的对谈中,两位麻省理工学院物理系的校友从量子力学的历史和困境谈起,聊到当今物理学最前沿的超弦理论及高维时空,并探讨了物理与数学实验如何跨领域交融等话题,与直播间的物理爱好者们分享物理学前沿成果。

  这场围绕物理学的思想碰撞,是张朝阳近期密集行程的一个缩影。

  过去一周,张朝阳在不同场合与科学界人士展开交流。7 月 13 日,张朝阳与著名物理学家、德国洪堡研究奖获得者、美国艺术与科学院院士徐一鸿走进直播间,围绕物理科普和物理直觉展开对谈。

  两天后,第二届国际基础科学大会“物理之夜”在北京召开,丘成桐、瓦法、爱德华·威滕(Edward Witten)、徐一鸿、王贻芳和张新民等全球知名物理学家出席本次活动,张朝阳受邀参加,并与多位科学家展开圆桌对话,探讨物理学的最新成果和未来发展。

  面对面交流中,张朝阳与物理学家们金句频出,迸发科学思想与哲学思辨的火花,为观众带来一场场“硬核”知识盛宴。微博、知乎、今日头条等平台用户的热烈讨论,推动这些对话频频出圈,多次登上各大线上社区的热门话题榜单。

  作为物理学人,张朝阳与瓦法等知名科学家深度互动交流,让整个科学界了解到顶尖学者的最新研究成果,也为搜狐视频的知识内容生态添砖加瓦。张朝阳及其《张朝阳的物理课》IP 在持续吸引物理爱好者的同时,也得到了越来越多科学界人士的认可和赞赏。

  A

  立足物理学前沿、内容富有深度,是张朝阳与顶尖科学家对谈的显著特点。

  在张朝阳与瓦法的直播交流中,两人首先谈论了量子力学的历史沿革和近期发展。瓦法介绍了量子波函数,指出它反映了微观粒子的波粒二象性,以及量子的不确定性,能够较好地描述微观系统状态。

  “波函数意味着什么?如果你谈论粒子,你不能同时精准地说出它在哪里,以及它的速度有多快。”瓦法说,“你需要使用概率来描述粒子的运动路径。”

  张朝阳则谈到量子力学的另一个重要概念——拥有分立能级的束缚态。它指的是在特定条件下,粒子被约束在一定空间内运动的状态。对于束缚态的研究,是当代物理学界的重要课题,比如原子和分子的稳定性、能级跃迁、光谱特性等,都需要以此为根基。

  深奥难懂的量子力学,部分揭示了自然界万事万物的底层运行规律,如今已成为物理大厦的基石之一。张朝阳在直播中感慨,“没有量子力学,世界就是一堆灰。”

  量子力学与广义相对论并称二十世纪物理学的两颗皇冠明珠,前者让人类窥探微观粒子的运动规律和相互作用,后者则专注于宏观,绘制了一幅前所未有的时空图景,让人类对于宇宙的认知迈进了一大步。

  然而,量子力学与广义相对论在许多时候并不兼容,特别是引力子问题,堪称两大理论的核心矛盾。科学界一度为此苦恼不已。

  瓦法等理论物理学者长期研究的弦论,为化解冲突提供了一条颇具潜力的路径。

  通过将物质的基本单位视为微小的弦,弦论除了兼容各种已知粒子,还在数学上将引力也融入进来,从而实现量子力学和广义相对论两大体系的共存和互通。

  更神奇的是,弦论“刚需”多维空间,特别是引入超对称性的超弦论,认为世界有且只有十个维度——三个空间维度、一个时间维度,以及六个卷曲的额外维度。这就打破了人类对于三维宇宙的常规认知,甚至为平行宇宙等近乎科幻的设想留下了空间。

  直播中,瓦法解释道,如果不引入额外维度,超弦论就不自洽了。“这是数学或者几何带给我们的确定性结论,也是弦论的优雅所在。”他说。

  在另一场直播对谈中,著名物理学家徐一鸿与张朝阳围绕量子力学、天体物理等话题深入交流。张朝阳以白矮星为例,在小黑板上即时演算,解释为何研究天体离不开量子力学。

  “白矮星可以看做一团致密的电子气体,在电子低速运动的情况下,泡利不相容原理导致的简并压正比于1/R⁵,而它自身引力产生的压强正比于1/R⁴。”张朝阳说,“但在高速运动情形下,电子质量会显著增大,简并压的增速会相应地放缓,最后无法抵抗引力。所以白矮星的质量存在上限,称为钱德拉塞卡极限。”

  徐一鸿举了一个形象的例子:引力就像体育比赛的进攻方,简并压是防守方。在高速情形下,防守方有时候会招架不住,跑去帮助进攻方,导致白矮星坍缩为中子星。他称赞张朝阳对物理量的幂指数依赖关系有相当敏锐的物理直觉。

  在谈到物理研究方法时,徐一鸿表示,做物理不是讲学问、比谁知道的多,而是比谁更有创意、更有想法,“你在这个世界上第一个去想,才是重要的。”张朝阳对此表示认同,表示“创造性比知识更重要!”

  B

  除了直播间对谈,张朝阳还出席了本月 15 日举行的第二届国际基础科学大会“物理之夜”,与全球顶尖科学家现场交流。专家学者除了分享学界最新成果,也对于未来科学发展表达了关切和期待。

  受邀出席大会的威滕是全球物理学界的领军人物之一,目前担任普林斯顿高等研究院数学物理学教授,美国艺术与科学院院士、美国国家科学院院士、英国皇家学会外籍院士、法国科学院外籍院士,在弦论等理论物理领域成果斐然。

  早在 1984 年,威滕就通过研究重力异常,为第一次弦论革命铺平道路;九十年代中期,威滕又提出了M理论,将弦论推向新的高度。知名英国物理学家霍金曾经公开表示,M理论可能是宇宙的终极理论。2004 年,美国《时代》杂志指出,威滕被广泛认为全球最聪明的理论物理学家,甚至是爱因斯坦的接班人。

  此外,威滕在数学领域同样极有建树,1990 年荣获“数学界的诺贝尔奖”菲尔兹奖,是迄今唯一获得该奖项的物理学家。

  在本届大会上,威滕表示,希望未来十年能够更深入理解量子力学与引力的关系,在弦论方面提出更系统的见解,并讨论下一个激动人心的对撞机计划。

  另一位知名物理学家阿列克谢·基塔耶夫(Alexei Kitaev)则表示,希望量子计算取得突破。

  与经典结构计算机相比,量子计算机的运算速度有望实现指数级提升,但实现难度极大。作为美国麦克阿瑟奖与狄拉克奖得主、美国国家科学院院士,基塔耶夫早在 1997 年就提出了拓扑量子计算的设想,理论上接近完美,受到学界广泛关注。

  基塔耶夫彼时预计,人类将在三十年内建成量子计算机。如今,随着这一节点越来越近,基塔耶夫再度表达了对于量子计算的向往,并期待新的超导材料,以实现对聚变能源的利用。

  本土科学家中,中国科学院高能物理研究所研究员、AliCPT 国际合作组发言人张新民表示,希望物理学家未来十年在暗物质探测上取得突破。

  张新民此前牵头中科院“阿里实验计划”,在青藏高原的阿里地区建成全球海拔最高的引力波探测望远镜。近年来,随着引力波得到证实,这座望远镜的价值愈发凸显,有望在广义相对论等领域发挥重要作用。

  在大会的圆桌论坛环节,张朝阳谈到了眼下火热的生成式人工智能技术。他表示,人类正处于人工智能革命的风暴中心,十年内人工智能会发展到相当先进的阶段,甚至人类大脑也无法理解。他相信,人工智能可以帮助解决凝聚态物理、新材料、新结构等方面的问题。

  此外,科学家们纷纷鼓励年轻人投身科学,探究宇宙终极奥秘。

  威滕认为,年轻人应当从事基础科学工作,特别是粒子物理和宇宙学研究。他鼓励年轻人“学习能学到的一切,并抓住机会,而非对想要解决的问题抱有先入为主的看法”。

  作为“学霸”,张朝阳表达了类似看法。“创新思维不一定要基于大量知识的积累,重要的是先行动起来,积极思考问题、敢于提问,才有机会熟悉知识,并成为这方面的专家。”他说。

  张朝阳还分享了学习物理的个人经验:纯粹出于乐趣,而非为了考试或发表论文,以更轻松的心态进行活跃思考,反而能发现一些更有趣的东西。

  C

  这些科学大咖的巅峰对话,吸引大量物理爱好者的关注,多个话题登上网络平台热门榜单。

  其中,“张朝阳对话世界顶尖物理科学家”登上微博热搜;张朝阳出席国际基础科学大会、与徐一鸿对话谈物理直觉等,也在知乎等平台引发热议。

  不难看出,了解和学习量子物理等硬核知识,已经成为一股新的风尚。除了关注科学家对谈外,许多人也在通过观看知识直播、参加线下活动、阅读科普书籍等形式,获取物理等领域的新知。

  作为物理网红,张朝阳近年来致力于物理科普。2021 年 11 月,第一期《张朝阳的物理课》在搜狐视频开播,受到广泛好评。张朝阳和搜狐视频随即将其作为重点 IP,持续投入资源精心打磨。

  随后近三年里,《张朝阳的物理课》内容矩阵日益完善,形态也更加丰富,除了直播课、线下课、跨年演讲外,还出版了两本同名书籍。如今,《张朝阳的物理课》已成为全网最著名的物理知识 IP 之一,累计开展 200 多期直播课、20 多期线下课,总时长超 2 万分钟。

  既系统性的介绍物理知识,又紧贴热点、回应大众关心的物理问题,是《张朝阳的物理课》的一大特点。

  今年 1 月,长征七号遥八运载火箭搭载天舟七号太空货运飞船,在海南文昌发射升空,顺利完成既定任务。张朝阳将线上课堂搬到了火箭发射现场,实时解答观众问题,包括为何文昌成为“天舟家族”发射场等。观众在聚焦发射任务的同时,也上了一堂形象的天体物理课。

  富含硬核知识,同时又不脱离大众认知水平的《张朝阳的物理课》,受到了外界普遍赞誉。

  著名企业家、万通集团创始人冯仑认为,《张朝阳的物理课》是一种公益,能够激发很多大学生最后成为伟大的物理学家。张朝阳的“研究式学习”是持续学习的好方法,值得推广给更多人。

  在知乎、B站、豆瓣等平台上,《张朝阳的物理课》同样收获赞美。

  知乎用户“一心一意”表示,“大佬”出山做起了课程,给科普领域注入了一剂强心针,有助于打击伪科学;豆瓣用户“领航出书徐徐”认为,传统物理学教材距离实际生活较远,一些复杂的物理公式不好理解和记忆;《张朝阳的物理课》则从日常现象出发,在公式推导中一步步触达本质,解析背后的科学原理。

  此次张朝阳与众多顶级科学家对谈,是《张朝阳的物理课》内容矩阵的最新延展。通过观看这些谈话,物理爱好者可以从大师口中获得国际物理前沿动态,了解物理学界的最新成果,并感受和学习顶级大咖从事科研的方法论。

  《张朝阳的物理课》影响力不断提升,背后是搜狐视频知识直播生态的繁荣发展。

  早在 2019 年,搜狐视频入局知识直播,打造了《张朝阳的物理课》《星空下的对话》《科学演讲局》等一系列精品 IP,以及科学除夕夜系列直播等活动,在聚拢一大批爱好科学的用户的同时,也吸引知识播主纷至沓来,知识内容日渐丰富。

  目前,搜狐视频已经培育了一批具有全网影响力的知识达人,其中全网千万粉丝量级的大V占比 20%,百万量级占比 60%。散布于自然科学、文史法律、医学健康等不同领域的知识播主,以充满创意的优质内容降低了用户获取知识的门槛,并从中获得丰厚回报。

  另一方面,搜狐视频主打社交分发而非算法推荐,用户可以通过“关注流”主动探索感兴趣的内容,并二次转发到私域场景中。这套机制加强了粉丝与播主之间的互动黏性,也让垂直领域的知识达人更容易脱颖而出,从而增强整个知识直播生态的活力。

  张朝阳一直看好知识直播的前景,曾表示“直播的尽头还有知识传播”。以《张朝阳的物理课》为代表的知识 IP 不断生长,给搜狐视频带来更多创作者、用户和内容,帮助整个搜狐走向高质量发展的新阶段。

  正如科学家们所言,年轻人应当学习能够学到的一切。张朝阳及其他知识播主以富有趣味的方式,持续输出垂直领域的专业内容,不仅让公众有了获取更多“硬核”知识的渠道,也激发了更多人持续学习、终身学习的兴趣,从而推动学习型社会的建设。

  另一方面,知识内容备受网民喜爱、用户基数持续扩大,蕴藏着商业化的巨大潜力。知识创作者打造个人 IP 和内容矩阵,并通过知识付费、定制课程、品牌合作等变现方式,为个人和平台带来可观回报。知识传播与商业运作相辅相成、互相拉动的逻辑,已经在搜狐视频等平台上得到验证;随着创作者和用户的不断增多,知识内容商业生态正在愈发繁荣。