瓦法教授是当代理论物理学界最负盛名的学者之一，他在弦理论方面的开创性工作举世闻名。他与合作者一起推动了“对偶理论”的发展，重塑了我们对宇宙基本规律的理解。作为弦理论“F理论”和“沼泽地计划”的创始人，瓦法教授在与张朝阳的对谈中分享了自己在量子引力方面的最新研究成果，带领观众直面最前沿的科学思想和科学成果。

谈空间和时间的变换：相对论在物理学上迈出了一大步

对话伊始，瓦法教授提到，“伽利略是一位天才，他通过直觉和实验的结合，提出了惯性定律，这被认为是物理学的开端。”此后，牛顿力学三定律、麦克斯韦电磁方程等都是通过经验、观察、总结2023的澳门开奖结果查询，去认识自然、认识空间和时间的。

转折点是麦克斯韦发现这些方程不自洽。为了解决这个问题，他加入了一个项，现在被称为“麦克斯韦项”。张朝阳说，正是这个项带来了从绝对时空观到相对时空观的转变。麦克斯韦在这个项中引入了一个常数，这个常数刚好就是测量到的光速，它是速度的极限，也是宇宙中最快的速度。

由于经典波动力学需要通过介质传播，麦克斯韦以及之后的几代物理学家都陷入了以太的迷雾之中。到了19世纪末，洛伦兹发现伽利略的物理原理不适用于电磁理论，并提出了相应的修正。随后，爱因斯坦意识到光速对所有匀速运动的人来说都是相同的，时间和空间可以相互转化，于是我们进入了狭义相对论时代。

“为什么一定要匀速运动？”“当然要有加速度。”瓦法教授和张朝阳说2024年新奥门免费资料，爱因斯坦又向前迈了一步，带来了广义相对论管家婆2024精准资料大全，他想到了有加速度的参考系，想到了等效原理（描述力的作用的惯性质量等于决定引力作用于物体的强度的引力质量）。张朝阳补充道，“这两个方向指向了同一个结论，让爱因斯坦看到了引力的本质——时空的曲率。”

瓦法教授认为，广义相对论不仅彻底改变了空间和时间的概念，也彻底改变了物理学的方法论。自广义相对论问世以来，物理学家们意识到物理理论可以是几何理论。过去，物理学主要是力的分析和解方程。谁能想到，数学教科书上的全等、相似、旋转等几何概念也是物理学的重要基础？“这是爱因斯坦对物理学最伟大的贡献，使物理学向前迈了一大步。”瓦法教授总结道。

谈量子特性：现在是所有可能性的总和

20世纪最令人震惊的物理学理论是量子力学。如果说相对论告诉我们，我们生活在一个弯曲的“蹦床上”，那么量子力学则解释了我们为什么是稳定的，为什么今天和明天的我是同一个人。张朝阳说，没有量子力学，世界就是一堆灰烬。

那么，量子力学到底是什么？张朝阳解释说，当你有束缚态时，你就有了一个整数能量级，这个能量级就是量子。量子力学的另一个特点是叠加原理。正如双缝干涉实验所揭示的，微观粒子的运动是它所能走的所有路径的总和。

量子力学分析过氢原子，也分析过化学键。交谈中，张朝阳说，化学键是奥本海默的杰作，他把重的质子和轻的电子分成两部分计算，对于质子来说，快速移动的电子提供了凝聚作用。

这种方法就叫有效理论。观测设备总有一个最大分辨率，比如飞驰的汽车在长快门相机里只是模糊的影子，肉眼看得见手掌却看不见细胞。分辨率受限后，只有相应尺度的物体才是重要的。小尺度部分在叠加时会被平滑平均，只在大尺度部分表现出一些影响。张朝阳形象地称之为“变焦效应”，而瓦法教授则更喜欢用“背景”来形容被平均的小尺度部分，这是物理学的基本原理之一。

谈超弦理论：当量子遇见引力，时空有了更多可能

有疑问时，请转向量子力学。量子力学在引力和时空面前真的无能为力吗？瓦法教授认为弦理论是可靠的量子引力理论。

弦理论最早因为美剧《生活大爆炸》中谢尔顿被无尽赞誉而广为人知。瓦法教授是当代顶尖的弦理论物理学家。他介绍，弦理论的核心思想是点粒子不只是点状物体，可能是一维的弦，甚至是膜，或者是更高维度的物体。这些物体的振动模式对应着电子、光子、引力子等不同的微观粒子。

正如瓦法教授和其他弦理论家所认为的，世界不仅仅只有四个维度（时间和空间），空间的维度可能超过三个。额外的维度可以通过几何方法表达其他相互作用。例如，电力和磁力可以通过引入一个额外的圆（第五维度）与引力统一起来2024年新奥门管家婆资料，此时电荷变成动量，这就是卡鲁扎-克莱因理论。

在超对称的弦理论中，世界被确定只有十个维度——一个时间维度、三个可见的空间维度，以及六个隐藏的额外维度。如果不引入这些额外维度新澳门正版资料免费看，理论就无法自洽。瓦法教授解释道，这是数学或几何学带给我们的确定性结论，也是弦理论的优雅之处。

谈物理学习：数学是一门世界语言

在学生提问环节，当被问及好奇心和想象力在学术研究中的重要性时，瓦法教授表示，科学的核心在于对好奇心的追求。他回忆起自己七八岁时，曾仰望天空，疑惑“月亮为什么没有落到地上”。这种对答案的渴望驱使他去探索物理。他认为，想象力比知识更重要，因为知识可以从书本上获得，但想象力可以推动你迈出下一步。

张朝阳补充道，有些知识是没有经过思考就吸收的，随着好奇心的减少，兴奋感和创造力也会消失。他与瓦法教授分享了自己一年来学习广义相对论的经历。在他看来，虽然广义相对论的数学相当复杂，但经过黑板上的反复计算，你会得到一个相当准确可靠的光偏转的角度和语言。瓦法教授对此表示认同，称数学会引导你，告诉你物理的结果是什么，数学在某种程度上比我们聪明。

张朝阳进一步提到，薛定谔方程就是一个很好的例子，复数原本只是一个数学结果，但薛定谔接受并运用它，得到了量子力学的基本方程。瓦法教授以狄拉克方程对正电子的预言及其对自旋的解释为例，认为数学的一致性推动了物理学的发展。简单的数学可能是极其深奥的物理学，很多物理概念都是从简单的数学思想中理解出来的。在瓦法教授的科普书《揭开宇宙的奥秘》中，他也遵循了这一理念，用几个简单的数学谜题揭示了“对称性破缺”、“最小作用量原理”等物理原理。

交谈结束后张朝阳与物理学界巨擘对谈，揭示宇宙奥秘，两人互换了书籍。张朝阳向瓦法教授赠送了张朝阳的《物理课》第一册和第二册。他表示，“虽然这两本书是中文物理书，但数学是世界语言，我相信你们能看懂里面的表达。”