B、新时代任正非到张天蓉论凝聚态换新天 正统的方法,理论物理学家显然是应该让实验发现,指引他们前行的道路──因为这在发展亚原子层面的现代理论时,已立下了汗马功劳,并在后来成为粒子物理学的标准模型:标准模型以寥寥数条简单的原理为基础,很快就取代了此前所有想要描述亚原子粒子行为的尝试,漂亮地解释了每个原子的内在运作机制。 但20世纪80年代初,随着关于亚原子粒子之间作用力的实验所带来的新信息逐渐减少,更多的理论物理学家转向了以数学为辅助工具的纯推理式研究。这给基础物理学带来了一个新方法──弦论。这个理论假设宇宙的基本要素并非粒子,而是极小的弦,企图以此在最精细的层面上对大自然进行统一的描述。 理论物理学家在这个理论上取得了一些进展,但仍没能给出实验物理学家能够检验的预测。然而,不仅物理学离不开数学,数学也离不开物理学。早在20世纪30年代狄拉克就认为,基础物理学是通过越来越能体现数学之美的理论取得进展的。这不难看出这对于弦论学家来说,有着特殊的吸引力。弦论的盛行,给现代基础物理学添上了浓厚的数学色彩。这正确吗?正确的道理在哪里?谁能说了算。 说出这个道理的第一个能人就是华为总裁任正非。他说的道理就是自己及其团队的实践证明;不相信的中国人,你去和他比试吧,这里还有“等文化”,允许你“等着瞧”;还有“进攻性马”──华为任正非总裁把“进攻性马”,总结为“自己图强,也让别人图强;别人先要争强,就让其实践”的战略。2021年1月22日“观察者”网发表的《任正非:敢于将鸿蒙推入竞争,鲲鹏和昇腾软件开发决不停步》一文中,任正非总裁说的先人指路物理学和科技应用的道理有五点: 1)过去几百年来,西方科技像灯塔一样照亮了人类追赶的道路,不仅仅是飞机、火车、汽车、轮船、收音机、卡拉OK……;也不仅仅是欧拉公式、拉格朗日方程、傅里叶变换、门捷列夫元素周期表……他们对人类文明进步的贡献,是我们敬仰的。在美欧日俄……等国的灯塔照耀下,整个世界都加快了追赶步伐。今天的人类繁荣与英欧美日的“灯塔”是分不开的。我们要尊重这些文明国家、尊重先作出贡献的先辈。孔子都二千多年,我们还不是在尊孔吗?今天我们已积累到一定程度了,也想要学习在无人区点亮5G的灯塔,作出我们应有的贡献,回报世界给我们的引导,让我们的光辉也照亮大家共同前行。 2)我不赞成片面地提自主创新,“只有在那些非引领性、非前沿领域中,自力更生才是可能的;在前沿领域的引领性尖端技术上,是没有被人验证的领域,根本不知道努力的方向,没有全球共同的努力是不行的”。”我们不仅要搞好“1-10”的工程设计,而且要坚定不移地挺进“0-1”的科学研究,不全球化是不行的。 3)当前科技的进步已超过人类的迫切需求,一项科技发明并不能创造一个大产业、创造超额利润──像蒸汽机、电动机的出现那样,就改变了一个世界。现在需要全世界的合力,才能完成一个产品、一个产业。科技发展正处在一个饱和曲线的平顶端,付出巨大的努力,并不能有对等的收益,反而给追赶者减少了追赶的困难。例如,我们每年投入研发经费是200亿美元,但收益只有研发投入的40%,60%的蜡烛在黑暗的探索之路燃尽了。我们仍无怨无悔的努力攀登,也像欧、美、日、俄等国领先公司一样,像蜡烛燃烧自己,也照亮别人。 4)我们正处在一个伟大的时代,同时又遭遇百年闻所未闻的风暴打击。什么叫战略?就是能力要与目标匹配。现在必须全面靠自己打造产品,这是我们的能力与战略极大的不匹配,是我们最薄弱的环节,逼着我们从小学生做起,而且要快速跳级再跳级到博士,我们哪有这么大的弹跳能力。我们既不是巧媳妇,也没有米。我们是从九十年代搭上了数字化的列车,主要是依靠数学在电子技术上构建了优势,获得了产品与服务的成功,这只是信息领域的很小一部分。二十多年来我们聚集了全世界大量的数学家、天才、电子工程师……,加强与全世界顶尖的大学合作,仅仅在电子通信联接技术领域刚刚有点突破,就像一块大石板下面的小草,石板刚扳开一小会还没有喘过气来,又压上了,现实给了我们的压强是很大的。我们不要因美国一时打压我们而沮丧,放弃全球化的战略。 5)沉默不是懦弱,忍耐不是麻木,善败者不亡。青春泣血,生命绽放光芒。AI的数据是本地化的,是可以大有作为的;冯诺依曼架构、反冯诺依曼架构,都是冯诺依曼思想的胜利。对未来科学的探索不停步,研发不停步,继续勇往直前。不能以后生存下来了,却看不见未来了。没有明天了,这样的生存是没有意义的。 当然任正非总裁以上说的先人指路,五点道理只能作参考。因为任正非总裁说的是从飞机、火车、汽车、轮船、收音机、卡拉OK等实践、实用看的理论,仅是众所周知的牛顿力学、热力学、电动力学、量子力学、相对论等物质层次的基础理论。说弦理论无法获得实验验证,实际是不知道它对称破缺发生的地方在哪儿去看?因为这要具体到凝聚态弦物理学,才是弦理论换新天的道理。这只能像张天蓉教授这样学贯中西的专业物理学家,说的才是内行。2021年1月12日“科学网”个人博客专栏,张天蓉教授发表的《量子英雄传-26-凝聚态中的对称破缺》一文,她对实验能看到理论预测的样子,讲了三条原则很精辟、有深度,联系弦理论就知道未来凝聚态及科学发展的方向。 即凝聚态物理和粒子物理,初看似乎是两个风马牛不相干的两个领域,在研究时所涉及的能量级别上也相差几百亿倍,但它们在本质上却有一个共同之处:研究的都是维数巨大的系统,粒子物理基于量子场论,凝聚态物理研究的是连续多粒子体系。对此张天蓉教授说的三条原则,是联系对称、对称破缺和自发对称破缺的。即弦论在深度空间对称的,现在能进行的实验都属于它的凝聚态。要能看见,只能是对称破缺和自发对称破缺的情况。就是说它的方程的某一个解,也就是物理系统实际上所处的某个状态,却不具有这种对称性。因此我们看到的世界中的一切现实情况,都是“自发对称破缺”后的某种特别情形。这样它只能反映物理规律的一小部分侧面,因此理论上是: 第一条原则是坐标方向不对称原则。张天蓉教授说,例如一个在山坡上的石头,山坡造成重力势能的不对称性,使得石头往右边滚动,这是一种明显对称性破缺。我们认为这条原则涉及场的拉格朗日形式。坐标与作用方向的矢量、张量以及线度的标量等有关。实际弦论技巧如中学数学课上讲的抽象技巧最深的是:部分包含未知量x和y的数学公式,能用来描述对真实世界的观测。这时x和y代表的则是实验人员可以测量出来的量。一些刚学的数学技巧,可化为基础的简单原理,用来准确预测各种大小的物体的轨迹。再到大学,包含基础数学的物理学理论能够描述从载流导线附近磁场的形状,到原子内部粒子的运动。物理学绝对离不开数学,这似乎成了某种意义上的科学事实。不过数学也离不开物理学。爱因斯坦场方程,可以从弦论一圈阶的共形对称性导出。自洽的量子理论能够解释实验已经观测到的广义相对论效应。说弦论没有实验支持那是错的。因为没有其他任何理论,能更好地同时解释广义相对论和量子物理两个方面的实验并且自洽。 当然坐标原则也有现时理论上的困难。2021年1月26日“科学网”肖建华个人博客专栏,发表的《20世纪基础科学理论的尴尬》一文中,肖建华教授说:目前的科技研究现状普遍性的工程上使用的坐标系是:把传统的直角坐标系的3个空间坐标轴的直线变为任意曲线,在这个全局的曲线坐标系下,任意点的位置依旧可以用3个全局坐标来表示。即在数学上3个微元直线正交轴的交点形成一个局部的坐标原点,这样就形成局部的直角坐标系;但是在全局看,这个局部系的坐标原点是沿曲线运动的,从而全局坐标系是曲线系。全局的曲线系,局部的直角系,这对于一般的任意曲线坐标系却是未知的,从而在实际的工程应用中,在没有开发一般的测量技术之前是无法实现工程应用的。后果就是由于这个脱节,工程界对于的张量理论和群理论描述也就根本上谈不上应用。这是各国科技界面对的现实性的尴尬。所以这个问题要不尴尬,就是要学会凝聚态弦物理数学。 第二条原则是自旋自发对称破缺原则。张天蓉教授说,如一支铅笔竖立在桌子上,它所受的力是四面八方都对称的,它朝任何一个方向倒下的几率都相等。但是,铅笔最终只会倒向一个方向,这就破坏了它原有的旋转对称性。这种破坏不是由于物理规律或周围环境的不对称造成的,而是铅笔自身不稳定因素诱发的,所以叫自发对称破缺。
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