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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家之一。 1978年他才來到中國。近日，隱居的溫伯格教授首次通過網(wǎng)絡向中國觀眾進行公開講座。 本次活動的科學顧問是“知識分子”顧問、復旦大學教授石宇。 他邀請了溫伯格，并當場為溫伯格翻譯。 在這篇文章中，石宇教授詳細介紹了溫伯格和這一事件，包括演講大綱，以及演講后精彩對話的書面譯文。
作者：石宇（復旦大學物理系教授）
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為什么邀請溫伯格？
最近讓物理學家，中國科技館委托我作為科學顧問，邀請諾貝爾獎得主做線上聯(lián)誼活動。
我想到了1979年諾貝爾物理學獎獲得者、美國德克薩斯大學教授溫伯格。 2004年，溫伯格獲得富蘭克林獎章。 頒獎詞稱他“被許多人認為是當今世界上最杰出的物理學家之一”。 溫伯格還是一位科學傳播大師。 作為科學的代言人和現(xiàn)實主義的代表，他參與了反對后現(xiàn)代主義的辯論。
2010年至2011年我訪問德克薩斯大學，期間聽了溫伯格教授關于量子場論和量子力學的兩門課程，并與他討論了幾個問題。 他主動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年才訪問過中國，從未向中國聽眾做過公開演講。
因此，請溫伯格教授為中國觀眾做一次公開講座意義非凡，將是一次很好的科學交流。
科學研究和科學傳播的最佳范例
史蒂文·溫伯格 ( ) 出生于 1933 年，是粒子物理標準模型的創(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，后來成為粒子物理標準模型的一部分。 他因此分享了1979年諾貝爾物理學獎。
溫伯格早年畢業(yè)于紐約布朗克斯科學高中，1954年獲得康奈爾大學學士學位，1957年獲得普林斯頓大學博士學位，1972年成為哈佛大學講座教授。 自 1982 年以來，他一直擔任德克薩斯大學奧斯汀分校的 Jack S. Josey-Welch 講座教授。
教授一直活躍在科學研究第一線，不斷發(fā)表研究論文。 他也一直工作在教學第一線，出版了多本不同領域的教材，從最初的《引力與宇宙學》到后來的《量子場論》（3卷）、《量子力學講義》、《宇宙學》 ，以及最近的天體物理學講義。
溫伯格教授還熱衷于科學傳播。 他發(fā)表了許多公開講座，撰寫了許多科普文章和論文，并出版了許多涵蓋廣泛主題的書籍。 他1977年的暢銷書《前三分鐘》（中文譯名：《前三分鐘》）對于在科學家和公眾中傳播大爆炸宇宙論發(fā)揮了歷史性作用。 他編寫了三本公開講座和報紙文章集：《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》（《第三個思考》） ”，意思是第三個集合）。 這三本書收錄的文章分別寫于2000年之前、2000-2008年和2009-2018年。 這些文章涵蓋物理學和天文學、科學史和科學人物、公共事務、政治、宗教、個人經(jīng)歷等，清晰地展示了他的理性、還原論、現(xiàn)實主義和非宗教思想。
溫伯格欣然接受了邀請
9月4日，我向教授發(fā)出邀請，20小時后收到他的回復，說他接受了邀請，并詢問我是否可以使用zoom網(wǎng)絡會議系統(tǒng)。 在得到肯定答復后，他們與我確認了日期和時間。 活動將于北京時間10月24日上午9點30分結(jié)束。
7號，溫伯格教授給我發(fā)來了他演講的標題和摘要。 標題：“非常大和非常小”。 摘要：“今天研究的人，不僅是一個，而且是在規(guī)模上，整體上。這兩種人的目的是學習最終的法則。”
我把標題翻譯成“The Very Large and the Very Small”，摘要翻譯成：“物理學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，整個宇宙。這兩種類型的研究相輔相成，支持物理學家理解終極自然法則的最終目標。”
應科技館攝制組的要求，我根據(jù)自己的理解寫了一篇解讀：“溫伯格教授給大家介紹宇宙學（研究整個宇宙的誕生和演化）與粒子物理學的關系（對物質(zhì)最基本組成的研究）交叉。現(xiàn)代宇宙學發(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。宇宙中只有場和基本粒子，后來形成了原子。更大的物質(zhì)形成了星系。所以宇宙學和粒子物理自然地交叉。”
不過，這段話后來流傳開來，據(jù)說是出自溫伯格之手。 其實這段話并不是對溫伯格演講的總結(jié)，而只是我應攝制組的要求提前做出的預解讀。
9號，我把我寫的關于溫伯格的介紹發(fā)給他，請他核實一下，特別向他確認他是否唯一一次訪華是在1978年，以及他是否從未向中國公眾發(fā)表過演講。 。
特別突破獎
10日傳來好消息。 世界上有很多諾貝爾獎獲得者，但只有溫伯格在獲得諾貝爾獎后成為基礎物理學突破獎的獲得者。
特別突破獎的頒獎詞是：“為了更廣泛的領域（獎勵他在基礎物理領域的持續(xù)領導地位，對粒子物理、引力和宇宙學的廣泛影響，以及更廣泛的受眾）傳播科學）”。
我向溫伯格教授表示祝賀讓物理學家，并收到了他的答復，包括確認他唯一一次訪華是在1978年，而且他確實從未向中國公眾發(fā)表過演講。
特別突破獎的頒獎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，在訪華42年來首次為中國聽眾做公開講座。 講座內(nèi)容涉及從最小的基本粒子到宇宙的一切。
我為活動預告寫了一篇介紹：“ 教授是當今最偉大的理論物理學家之一，對粒子物理和宇宙學做出了許多貢獻。他是粒子物理標準模型的創(chuàng)始人之一。1，因此分享溫伯格教授獲得了1979年諾貝爾物理學獎。他還獲得了許多其他獎項，包括剛剛獲得的基礎物理學特別突破獎。溫伯格教授也是一位杰出的科學傳播大師，為公眾發(fā)表了許多文章和書籍。 ” 以下是上述就業(yè)和訪華的情況。
溫伯格致辭
演講開始前，溫伯格教授表示，他很高興回到中國，即使是通過zoom。
教授演講的很多具體內(nèi)容超出了我的預期。 他講了很多現(xiàn)代科學之前人類對更大和更小尺度的探索，特別是許多古希臘人的成就，以及當前物理學中最大和最小研究的融合，主要集中在暗能量問題。 我現(xiàn)場翻譯了溫伯格教授的演講。 下面介紹一下內(nèi)容概要。
溫伯格從古代中國人對一千英里的認識出發(fā)，談到了古希臘人對地球周長的更精確的測量。 他說，直到1662年，人們才測量出太陽與地球之間的距離，而到了1838年，直到1838年，才測量到某顆恒星的距離為10光年。 1923年，哈勃測量到仙女座星云距離我們100萬光年，證實它是銀河系外的一個星系。 在此之前，人們認為銀河系就是整個宇宙。 之后，人們逐漸認識到，宇宙中存在著無數(shù)的星系，達到10億光年甚至更遠，但遠不到100億光年，因為100億年前，星系還沒有形成。
溫伯格告訴我們，小規(guī)模的進展更大，但更困難、更慢。 德謨克利特的原子是一個點。 1900 年之前，原子尺寸測量為 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，能量越來越高的加速器探測越來越小的尺度，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不斷增加的基本粒子。 現(xiàn)在有一個描述所有這些基本粒子的理論，稱為標準模型。
溫伯格表示，我們現(xiàn)在對從 10-16 厘米到 100 億光年的尺度有了合理的了解。 標準模型是一種場論。 由于不確定性原理，場發(fā)生波動，導致真空具有與其體積成比例的能量。 這會影響星系的引力。 真空能量抵消了廣義相對論中的宇宙學常數(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，對非常小的加速器和非常大的望遠鏡的研究非常昂貴。
溫伯格最后表示，這次活動是激發(fā)公眾對科學面臨的深刻問題的興趣的好方法，這些問題增進了我們對極大和極小的理解。
對話
溫伯格教授的演講之后是一段簡短的對話，翻譯如下。
石宇
我有一個與你所說的內(nèi)容相關的問題。 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的例子是宇宙常數(shù)和不同種類基本粒子的數(shù)量。 我們不知道它們是根本性的還是偶然的。 您能評論一下這個問題嗎？
溫伯格
是的，你是對的，在科學史上，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·開普勒認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，雖然軌道的形狀可以根據(jù)基本定律計算出來，但軌道的大小是偶然的。
我對暗能量大小的解釋可以用一個問題來表達：“這是一個很小的偶然事件，但卻是有人研究這個問題的必然偶然，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)的總暗能量嚴格為零。 但現(xiàn)在我們知道這不是真的。
有許多謎團都在問同樣的問題。 有一個叫做層次問題的謎：為什么標準模型中的質(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，而這次意外對于生命的出現(xiàn)和測量這些東西的科學家的出現(xiàn)是必要的。 但我們不知道。
石宇
我的第二個問題是關于量子力學的。 我們在量子力學中存在一些困惑和困難，比如像貓這樣的宏觀系統(tǒng)是否可以處于疊加態(tài)。 愛因斯坦說，量子力學的困難可以在未來的某些理論中自然地解決或自然地推導。 你怎么認為？ 你同意？
溫伯格
這是非常有爭議的。 有許多科學家對量子力學進行了深入思考，并對它目前的形式感到滿意。 讓我困惑的不是遠距離作用，這是20世紀30年代愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的著名論文中困擾愛因斯坦的問題。 令我困惑的是，當我們陳述量子力學的基本假設時，我們必須提到觀察者，即進行測量的人。 我希望在一個非常基本的層面上，我們有一個客觀的理論，就像艾薩克·牛頓的引力理論一樣，我們可以從中推理人類的行為，但人類本身并不出現(xiàn)在法律中。
石宇
我們討論了很多基本法則。 在遙遠的未來，有兩種可能性。 第一種可能性是，在遙遠的未來，但在有限的幾年之后，我們發(fā)現(xiàn)了真正的基本定律，之后就再也沒有發(fā)現(xiàn)過新的基本定律。 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出來或分層，如此循環(huán)下去。 您認為哪種情況更有可能發(fā)生？
溫伯格
顯然我不知道答案，沒有人知道。 但最好假設我們能夠找到一套最終的基本法則，因為如果我們不這樣做，我們就不會采取行動。 我有點累。
隨后，作為我邀請的實驗室嘉賓，中國科學院高能物理研究所高杰研究員也向溫伯格提出了一個問題。
高杰
在您的報告中，您多次談到加速器在粒子物理中的重要性。 它變得越來越大。 標準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？ 您對此有何評論？
溫伯格
我不嘗試回答這個問題。 有很多充分的理由可以使用質(zhì)子加速器達到盡可能高的能量，或者使用電子-正電子對撞機（例如歐洲核子研究中心大型強子對撞機）來高精度研究希格斯粒子。 我認為答案取決于實驗的可能性，我不是這方面的專家。 我拒絕對此提供意見。
我只是希望我們最終能獲得高精度和高能量。 我不得不說，而且我想補充一點，我認為在安靜模式下繼續(xù)實驗物理學也很重要，我們可以在其中尋找像質(zhì)子衰變這樣的罕見情況，因為我認為質(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驗中，人們可以在一罐液體中耐心等待罕見的情況。 我希望這種實驗也能繼續(xù)下去。
最后，主持人請溫伯格教授給中國年輕觀眾一些寄語。 “因為我們在中國科技館，還有另外五個博物館，人們都在觀看。大多數(shù)觀眾都是年輕人、青少年。也許他們將來可以成為偉大的科學家。”
溫伯格
我很高興能夠與正在收聽這次活動的中國年輕人交談。 經(jīng)過多年的工作，作為一名物理學家，回顧 20 世紀 50 年代開始的數(shù)十年工作是一件非常愉快的事情。 時不時地發(fā)現(xiàn)一個理論想法，通過實驗來證實這個想法，或者解釋一些已知但看起來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，這在科學工作中很常見。 但你成功的幾次可以彌補其他失敗的次數(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
