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前言
史蒂文·溫伯格是世界上在世的最偉大的物理學(xué)家之一。 1978年他才來(lái)到中國(guó)。近日，隱居的溫伯格教授首次通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向中國(guó)觀(guān)眾進(jìn)行公開(kāi)講座。 本次活動(dòng)的科學(xué)顧問(wèn)是“知識(shí)分子”顧問(wèn)、復(fù)旦大學(xué)教授石宇。 他邀請(qǐng)了溫伯格，并當(dāng)場(chǎng)為溫伯格翻譯。 在這篇文章中，石宇教授詳細(xì)介紹了溫伯格和這一事件，包括演講大綱，以及演講后精彩對(duì)話(huà)的書(shū)面譯文。
作者：石宇（復(fù)旦大學(xué)物理系教授）
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為什么邀請(qǐng)溫伯格？
最近讓物理學(xué)家，中國(guó)科技館委托我作為科學(xué)顧問(wèn)，邀請(qǐng)諾貝爾獎(jiǎng)得主做線(xiàn)上聯(lián)誼活動(dòng)。
我想到了1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)德克薩斯大學(xué)教授溫伯格。 2004年，溫伯格獲得富蘭克林獎(jiǎng)?wù)隆?頒獎(jiǎng)詞稱(chēng)他“被許多人認(rèn)為是當(dāng)今世界上最杰出的物理學(xué)家之一”。 溫伯格還是一位科學(xué)傳播大師。 作為科學(xué)的代言人和現(xiàn)實(shí)主義的代表，他參與了反對(duì)后現(xiàn)代主義的辯論。
2010年至2011年我訪(fǎng)問(wèn)德克薩斯大學(xué)，期間聽(tīng)了溫伯格教授關(guān)于量子場(chǎng)論和量子力學(xué)的兩門(mén)課程，并與他討論了幾個(gè)問(wèn)題。 他主動(dòng)送給我最近出版的散文集《湖景》（后譯為中文《湖畔遐想》）。 他告訴我，他1978年才訪(fǎng)問(wèn)過(guò)中國(guó)，從未向中國(guó)聽(tīng)眾做過(guò)公開(kāi)演講。
因此，請(qǐng)溫伯格教授為中國(guó)觀(guān)眾做一次公開(kāi)講座意義非凡，將是一次很好的科學(xué)交流。
科學(xué)研究和科學(xué)傳播的最佳范例
史蒂文·溫伯格 ( ) 出生于 1933 年，是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的創(chuàng)始人之一。 1967年，溫伯格提出了弱相互作用和電磁相互作用的統(tǒng)一理論，后來(lái)成為粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。 他因此分享了1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
溫伯格早年畢業(yè)于紐約布朗克斯科學(xué)高中，1954年獲得康奈爾大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1957年獲得普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位，1972年成為哈佛大學(xué)講座教授。 自 1982 年以來(lái)，他一直擔(dān)任德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的 Jack S. Josey-Welch 講座教授。
教授一直活躍在科學(xué)研究第一線(xiàn)，不斷發(fā)表研究論文。 他也一直工作在教學(xué)第一線(xiàn)，出版了多本不同領(lǐng)域的教材，從最初的《引力與宇宙學(xué)》到后來(lái)的《量子場(chǎng)論》（3卷）、《量子力學(xué)講義》、《宇宙學(xué)》 ，以及最近的天體物理學(xué)講義。
溫伯格教授還熱衷于科學(xué)傳播。 他發(fā)表了許多公開(kāi)講座，撰寫(xiě)了許多科普文章和論文，并出版了許多涵蓋廣泛主題的書(shū)籍。 他1977年的暢銷(xiāo)書(shū)《前三分鐘》（中文譯名：《前三分鐘》）對(duì)于在科學(xué)家和公眾中傳播大爆炸宇宙論發(fā)揮了歷史性作用。 他編寫(xiě)了三本公開(kāi)講座和報(bào)紙文章集：《向上》（中文譯名：《仰望天空》）、《湖景》（中文譯名：《湖畔遐想》）以及最近出版的《第三》（《第三個(gè)思考》） ”，意思是第三個(gè)集合）。 這三本書(shū)收錄的文章分別寫(xiě)于2000年之前、2000-2008年和2009-2018年。 這些文章涵蓋物理學(xué)和天文學(xué)、科學(xué)史和科學(xué)人物、公共事務(wù)、政治、宗教、個(gè)人經(jīng)歷等，清晰地展示了他的理性、還原論、現(xiàn)實(shí)主義和非宗教思想。
溫伯格欣然接受了邀請(qǐng)
9月4日，我向教授發(fā)出邀請(qǐng)，20小時(shí)后收到他的回復(fù)，說(shuō)他接受了邀請(qǐng)，并詢(xún)問(wèn)我是否可以使用zoom網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)。 在得到肯定答復(fù)后，他們與我確認(rèn)了日期和時(shí)間。 活動(dòng)將于北京時(shí)間10月24日上午9點(diǎn)30分結(jié)束。
7號(hào)，溫伯格教授給我發(fā)來(lái)了他演講的標(biāo)題和摘要。 標(biāo)題：“非常大和非常小”。 摘要：“今天研究的人，不僅是一個(gè)，而且是在規(guī)模上，整體上。這兩種人的目的是學(xué)習(xí)最終的法則。”
我把標(biāo)題翻譯成“The Very Large and the Very Small”，摘要翻譯成：“物理學(xué)家研究自然界最小的尺度，比原子核小得多，以及自然界最大的尺度，整個(gè)宇宙。這兩種類(lèi)型的研究相輔相成，支持物理學(xué)家理解終極自然法則的最終目標(biāo)。”
應(yīng)科技館攝制組的要求，我根據(jù)自己的理解寫(xiě)了一篇解讀：“溫伯格教授給大家介紹宇宙學(xué)（研究整個(gè)宇宙的誕生和演化）與粒子物理學(xué)的關(guān)系（對(duì)物質(zhì)最基本組成的研究）交叉。現(xiàn)代宇宙學(xué)發(fā)現(xiàn)，宇宙誕生于137億年前的大爆炸，并且經(jīng)歷了一個(gè)非常快的爆炸階段。在誕生和非常早期的階段。宇宙中只有場(chǎng)和基本粒子，后來(lái)形成了原子。更大的物質(zhì)形成了星系。所以宇宙學(xué)和粒子物理自然地交叉。”
不過(guò)，這段話(huà)后來(lái)流傳開(kāi)來(lái)，據(jù)說(shuō)是出自溫伯格之手。 其實(shí)這段話(huà)并不是對(duì)溫伯格演講的總結(jié)，而只是我應(yīng)攝制組的要求提前做出的預(yù)解讀。
9號(hào)，我把我寫(xiě)的關(guān)于溫伯格的介紹發(fā)給他，請(qǐng)他核實(shí)一下，特別向他確認(rèn)他是否唯一一次訪(fǎng)華是在1978年，以及他是否從未向中國(guó)公眾發(fā)表過(guò)演講。 。
特別突破獎(jiǎng)
10日傳來(lái)好消息。 世界上有很多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，但只有溫伯格在獲得諾貝爾獎(jiǎng)后成為基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)的獲得者。
特別突破獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)詞是：“為了更廣泛的領(lǐng)域（獎(jiǎng)勵(lì)他在基礎(chǔ)物理領(lǐng)域的持續(xù)領(lǐng)導(dǎo)地位，對(duì)粒子物理、引力和宇宙學(xué)的廣泛影響，以及更廣泛的受眾）傳播科學(xué)）”。
我向溫伯格教授表示祝賀讓物理學(xué)家，并收到了他的答復(fù)，包括確認(rèn)他唯一一次訪(fǎng)華是在1978年，而且他確實(shí)從未向中國(guó)公眾發(fā)表過(guò)演講。
特別突破獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)辭與教授的演講非常一致。 我很榮幸也很感激溫伯格教授接受我的邀請(qǐng)，在訪(fǎng)華42年來(lái)首次為中國(guó)聽(tīng)眾做公開(kāi)講座。 講座內(nèi)容涉及從最小的基本粒子到宇宙的一切。
我為活動(dòng)預(yù)告寫(xiě)了一篇介紹：“ 教授是當(dāng)今最偉大的理論物理學(xué)家之一，對(duì)粒子物理和宇宙學(xué)做出了許多貢獻(xiàn)。他是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的創(chuàng)始人之一。1，因此分享溫伯格教授獲得了1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他還獲得了許多其他獎(jiǎng)項(xiàng)，包括剛剛獲得的基礎(chǔ)物理學(xué)特別突破獎(jiǎng)。溫伯格教授也是一位杰出的科學(xué)傳播大師，為公眾發(fā)表了許多文章和書(shū)籍。 ” 以下是上述就業(yè)和訪(fǎng)華的情況。
溫伯格致辭
演講開(kāi)始前，溫伯格教授表示，他很高興回到中國(guó)，即使是通過(guò)zoom。
教授演講的很多具體內(nèi)容超出了我的預(yù)期。 他講了很多現(xiàn)代科學(xué)之前人類(lèi)對(duì)更大和更小尺度的探索，特別是許多古希臘人的成就，以及當(dāng)前物理學(xué)中最大和最小研究的融合，主要集中在暗能量問(wèn)題。 我現(xiàn)場(chǎng)翻譯了溫伯格教授的演講。 下面介紹一下內(nèi)容概要。
溫伯格從古代中國(guó)人對(duì)一千英里的認(rèn)識(shí)出發(fā)，談到了古希臘人對(duì)地球周長(zhǎng)的更精確的測(cè)量。 他說(shuō)，直到1662年，人們才測(cè)量出太陽(yáng)與地球之間的距離，而到了1838年，直到1838年，才測(cè)量到某顆恒星的距離為10光年。 1923年，哈勃測(cè)量到仙女座星云距離我們100萬(wàn)光年，證實(shí)它是銀河系外的一個(gè)星系。 在此之前，人們認(rèn)為銀河系就是整個(gè)宇宙。 之后，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，宇宙中存在著無(wú)數(shù)的星系，達(dá)到10億光年甚至更遠(yuǎn)，但遠(yuǎn)不到100億光年，因?yàn)?00億年前，星系還沒(méi)有形成。
溫伯格告訴我們，小規(guī)模的進(jìn)展更大，但更困難、更慢。 德謨克利特的原子是一個(gè)點(diǎn)。 1900 年之前，原子尺寸測(cè)量為 10-8 厘米。1911 年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了原子核，其尺寸為 10-12 厘米。 第二次世界大戰(zhàn)后，能量越來(lái)越高的加速器探測(cè)越來(lái)越小的尺度，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不斷增加的基本粒子。 現(xiàn)在有一個(gè)描述所有這些基本粒子的理論，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)模型。
溫伯格表示，我們現(xiàn)在對(duì)從 10-16 厘米到 100 億光年的尺度有了合理的了解。 標(biāo)準(zhǔn)模型是一種場(chǎng)論。 由于不確定性原理，場(chǎng)發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致真空具有與其體積成比例的能量。 這會(huì)影響星系的引力。 真空能量抵消了廣義相對(duì)論中的宇宙學(xué)常數(shù)，但宇宙的加速膨脹要求抵消后必須留下正的總能量。 非常大的和非常小的聚集在一起。 目前，對(duì)非常小的加速器和非常大的望遠(yuǎn)鏡的研究非常昂貴。
溫伯格最后表示，這次活動(dòng)是激發(fā)公眾對(duì)科學(xué)面臨的深刻問(wèn)題的興趣的好方法，這些問(wèn)題增進(jìn)了我們對(duì)極大和極小的理解。
對(duì)話(huà)
溫伯格教授的演講之后是一段簡(jiǎn)短的對(duì)話(huà)，翻譯如下。
石宇
我有一個(gè)與你所說(shuō)的內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題。 有些現(xiàn)象是物理定律的直接結(jié)果，例如行星軌道的形狀。 有些現(xiàn)象是偶然的，例如行星軌道的大小。 在我們發(fā)現(xiàn)直接支配某種現(xiàn)象的基本規(guī)律之前，我們不知道該現(xiàn)象是基本規(guī)律的直接結(jié)果還是偶然。 與你的演講直接相關(guān)的例子是宇宙常數(shù)和不同種類(lèi)基本粒子的數(shù)量。 我們不知道它們是根本性的還是偶然的。 您能評(píng)論一下這個(gè)問(wèn)題嗎？
溫伯格
是的，你是對(duì)的，在科學(xué)史上，區(qū)分基本定律的后果和偶然性是非常重要的。 約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒認(rèn)為行星軌道的大小是基本幾何原理的結(jié)果。 只有艾薩克·牛頓的工作表明，正如你所說(shuō)，雖然軌道的形狀可以根據(jù)基本定律計(jì)算出來(lái)，但軌道的大小是偶然的。
我對(duì)暗能量大小的解釋可以用一個(gè)問(wèn)題來(lái)表達(dá)：“這是一個(gè)很小的偶然事件，但卻是有人研究這個(gè)問(wèn)題的必然偶然，還是某種基本原理的后果？”
在發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹之前，許多物理學(xué)家相信有一些基本原理可以解釋為什么包括宇宙常數(shù)在內(nèi)的總暗能量嚴(yán)格為零。 但現(xiàn)在我們知道這不是真的。
有許多謎團(tuán)都在問(wèn)同樣的問(wèn)題。 有一個(gè)叫做層次問(wèn)題的謎：為什么標(biāo)準(zhǔn)模型中的質(zhì)量尺度與重力理論中的質(zhì)量尺度相比如此之小。
有人，我想是尼瑪-哈米德，提出這也是偶然的，而這次意外對(duì)于生命的出現(xiàn)和測(cè)量這些東西的科學(xué)家的出現(xiàn)是必要的。 但我們不知道。
石宇
我的第二個(gè)問(wèn)題是關(guān)于量子力學(xué)的。 我們?cè)诹孔恿W(xué)中存在一些困惑和困難，比如像貓這樣的宏觀(guān)系統(tǒng)是否可以處于疊加態(tài)。 愛(ài)因斯坦說(shuō)，量子力學(xué)的困難可以在未來(lái)的某些理論中自然地解決或自然地推導(dǎo)。 你怎么認(rèn)為？ 你同意？
溫伯格
這是非常有爭(zhēng)議的。 有許多科學(xué)家對(duì)量子力學(xué)進(jìn)行了深入思考，并對(duì)它目前的形式感到滿(mǎn)意。 讓我困惑的不是遠(yuǎn)距離作用，這是20世紀(jì)30年代愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森的著名論文中困擾愛(ài)因斯坦的問(wèn)題。 令我困惑的是，當(dāng)我們陳述量子力學(xué)的基本假設(shè)時(shí)，我們必須提到觀(guān)察者，即進(jìn)行測(cè)量的人。 我希望在一個(gè)非常基本的層面上，我們有一個(gè)客觀(guān)的理論，就像艾薩克·牛頓的引力理論一樣，我們可以從中推理人類(lèi)的行為，但人類(lèi)本身并不出現(xiàn)在法律中。
石宇
我們討論了很多基本法則。 在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，有兩種可能性。 第一種可能性是，在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，但在有限的幾年之后，我們發(fā)現(xiàn)了真正的基本定律，之后就再也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)新的基本定律。 第二種可能性是，幾年后，我們發(fā)現(xiàn)這些基本定律并不是真正的基本定律，而是可以從更基本的定律中推導(dǎo)出來(lái)或分層，如此循環(huán)下去。 您認(rèn)為哪種情況更有可能發(fā)生？
溫伯格
顯然我不知道答案，沒(méi)有人知道。 但最好假設(shè)我們能夠找到一套最終的基本法則，因?yàn)槿绻覀儾贿@樣做，我們就不會(huì)采取行動(dòng)。 我有點(diǎn)累。
隨后，作為我邀請(qǐng)的實(shí)驗(yàn)室嘉賓，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所高杰研究員也向溫伯格提出了一個(gè)問(wèn)題。
高杰
在您的報(bào)告中，您多次談到加速器在粒子物理中的重要性。 它變得越來(lái)越大。 標(biāo)準(zhǔn)模型中最重要的粒子希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)后，從研究自然規(guī)律的角度，您期待什么樣的加速器？ 您對(duì)此有何評(píng)論？
溫伯格
我不嘗試回答這個(gè)問(wèn)題。 有很多充分的理由可以使用質(zhì)子加速器達(dá)到盡可能高的能量，或者使用電子-正電子對(duì)撞機(jī)（例如歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）來(lái)高精度研究希格斯粒子。 我認(rèn)為答案取決于實(shí)驗(yàn)的可能性，我不是這方面的專(zhuān)家。 我拒絕對(duì)此提供意見(jiàn)。
我只是希望我們最終能獲得高精度和高能量。 我不得不說(shuō)，而且我想補(bǔ)充一點(diǎn)，我認(rèn)為在安靜模式下繼續(xù)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)也很重要，我們可以在其中尋找像質(zhì)子衰變這樣的罕見(jiàn)情況，因?yàn)槲艺J(rèn)為質(zhì)子衰變甚至有可能在我的有生之年被發(fā)現(xiàn)，我希望在地下深處的那種實(shí)驗(yàn)中，人們可以在一罐液體中耐心等待罕見(jiàn)的情況。 我希望這種實(shí)驗(yàn)也能繼續(xù)下去。
最后，主持人請(qǐng)溫伯格教授給中國(guó)年輕觀(guān)眾一些寄語(yǔ)。 “因?yàn)槲覀冊(cè)谥袊?guó)科技館，還有另外五個(gè)博物館，人們都在觀(guān)看。大多數(shù)觀(guān)眾都是年輕人、青少年。也許他們將來(lái)可以成為偉大的科學(xué)家。”
溫伯格
我很高興能夠與正在收聽(tīng)這次活動(dòng)的中國(guó)年輕人交談。 經(jīng)過(guò)多年的工作，作為一名物理學(xué)家，回顧 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始的數(shù)十年工作是一件非常愉快的事情。 時(shí)不時(shí)地發(fā)現(xiàn)一個(gè)理論想法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)這個(gè)想法，或者解釋一些已知但看起來(lái)很奇怪的東西是多么令人興奮。 事情并不總是那么令人愉快。 很多時(shí)間都花在了行不通的想法上。 我經(jīng)歷的失敗多于成功，這在科學(xué)工作中很常見(jiàn)。 但你成功的幾次可以彌補(bǔ)其他失敗的次數(shù)。 所以繼續(xù)工作吧。
溫伯格教授再次告別。 我向溫伯格教授道了晚安，他歡迎我回到德克薩斯州。
制作編輯|盧卡斯
結(jié)尾
