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物理学家展望未来

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“预测很难,尤其是关于未来的预测,” 诺贝尔物理学奖得主尼尔斯·玻尔在瑜伽贝拉之前很多年就说过。但在10月7日至9日,150多位顶尖物理学家聚集在加州大学圣巴巴拉分校,从事这项艰巨的任务。为了纪念该校卡弗里理论物理研究所成立 25 周年,他们回顾了过去四分之一个世纪的物理学发展,并展望了未来会发生什么。演讲者主要倾向于理论方面,但一种实验装置在几次演讲中占据了重要地位:位于日内瓦附近的欧洲粒子物理中心 CERN 的大型强子对撞机 (LHC)。它将在 2007 年左右开始科学运行。一些演讲者期待着 LHC 回答与粒子物理学标准模型及其之外的问题。

哈佛大学的尼玛·阿卡尼-哈米德认为,LHC 可能会揭示出更奇怪的物理学证据,例如弦理论“景观”的物理学,在这个景观中,我们的宇宙是更大的多元宇宙中的一小块,每个小块都有不同的物理常数在起作用[参见拉斐尔·布索和约瑟夫·波尔钦斯基的《弦理论景观》;《大众科学》,9 月]。阿卡尼-哈米德描述了一种关于希格斯粒子的新理论模型,该模型被认为负责其他基本粒子的质量,也是 LHC 实验的主要目标。该模型表明,希格斯质量在我们多元宇宙的区域内得到了强烈的微调,这将使超对称的预测效应在比目前预期高得多的能量下发生。他声称,这种变化消除了传统超对称模型的所有现象学问题,并对 LHC 将看到的内容做出了详细的预测。

德克萨斯大学奥斯汀分校的史蒂文·温伯格分享了他所拥有的“噩梦”:LHC 将发现希格斯粒子的最简单变体,并且没有任何与标准模型不符的东西。这将留下许多未解答的问题,并且为如何扩展标准模型提供很少的线索。在物理学的较低能量方面,加州大学洛杉矶分校的史蒂文·基维尔森等人讨论了凝聚态物理学,这主要是物质中电子的科学。他说,最紧迫的问题是理解所谓的坏金属。这些材料表现出现象,这些现象很容易描述,但无法用任何已知的金属物理学来解释。普林斯顿大学的菲利普·安德森专注于掺杂中等杂质且温度高于其转变温度的高温超导体。他说,“我们应该感到非常羞愧”,因为这种状态背后的理论仍然完全没有解决。


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会议涵盖了许多其他领域,例如纳米物理学、天体物理学(特别是引力波)以及量子计算和引力。它也成为了诺贝尔奖颁奖典礼的临时庆祝活动,今年的获奖者之一是该研究所的主任大卫·格罗斯。在总结时,格罗斯提出了 25 个前瞻性问题,这些问题涵盖了从会议与会者建议中收集来的各种主题。其中一些问题涉及物理学在生命科学中的应用。如何通过观察生物体的基因组来判断其形状?进化论能否定量且具有预测性?为了理解生物学,是否需要新的数学方法,就像弦理论需要新的数学方法一样?

这些问题反映了普林斯顿大学生物物理学家威廉·比亚莱克在会议早些时候指出的一个趋势。比亚莱克认为,25 年前,生物物理学涉及将物理学方法应用于生物学家提出的问题,而今天,它的特点是物理学家提出关于生命物质的新的、不同的研究问题。也许在该研究所成立 50 周年之际,会议将涵盖一种以理论物理学为模型的新型理论生物学。

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