7月17日，搜狐创始人、董事局主(zhu)席兼首席执行官、物理学博士张(zhang)朝(chao)阳(yang)和(he)美(mei)国哈佛大学教授、物理系系主(zhu)任，美(mei)国国家科学院院士，狄拉(la)克奖与基础物理学突破奖获得者Cumrun Vafa（库姆(mu)伦(lun)·瓦法）展开(kai)了一场长达(da)2小时的高精尖(jian)物理知识对谈(tan)。两位麻省理工学院物理系校友从量子力学的历史与困境，聊到当今物理学最前沿的超弦理论和(he)神秘的高维时空，还探讨了物理与数学实验如(ru)何跨领域交融等话(hua)题。
瓦法教授是当代(dai)理论物理学界最享有盛誉(yu)的学者之一，其在弦理论方面的开(kai)创性工作闻名世界。他与合(he)作者共同(tong)推动了“对偶理论”的发展，重塑(su)了我们对宇宙基本(ben)定律的理解。作为(wei)弦理论中(zhong)“F理论”和(he)“沼泽地(di)纲领”的创始人，瓦法教授在对谈(tan)中(zhong)与张(zhang)朝(chao)阳(yang)分享了关于量子引力的最新研究，带(dai)领观众一起(qi)直(zhi)面前沿科学思想与科学成果。
谈(tan)时空变革：相(xiang)对论让物理学迈出了一大步
对谈(tan)一开(kai)始，瓦法教授提到，“伽利略是一个(ge)天才，他通过直(zhi)觉与实验的结合(he)，提出了惯性定律，被(bei)认为(wei)是物理学的开(kai)端。”自此(ci)之后，牛顿力学的三大定律和(he)麦克斯韦电磁效应方程组都是通过经(jing)验、观测和(he)总结来(lai)理解自然与时空的。
转折点出现在麦克斯韦发现这些方程之间并不自洽时。为(wei)了解决(jue)问题，他添(tian)加了现在称之为(wei)“麦克斯韦项”的一项。张(zhang)朝(chao)阳(yang)表(biao)示，正是这一项带(dai)来(lai)了从绝对时空观到相(xiang)对时空观的转变，麦克斯韦在这一项中(zhong)引入(ru)了一个(ge)常数，恰好是测量到的光速，而(er)光速是速度的极限(xian)，是宇宙中(zhong)最快(kuai)的速度。
由于经(jing)典波动力学需(xu)要通过介质传播，麦克斯韦及其后数代(dai)物理学家深(shen)陷于以太的迷雾中(zhong)。到19世纪末，洛伦(lun)兹发现伽利略的物理原理并不适(shi)用于电磁理论，并提出了恰当的修正。随后，爱因(yin)斯坦意识到光速对所有匀速运动的人来(lai)说都是一样的，时间和(he)空间是可以相(xiang)互转换的，于是我们进入(ru)了狭(xia)义相(xiang)对论的时代(dai)。
“为(wei)什么我们非得是匀速运动呢？”“当然还得有加速度。”瓦法教授和(he)张(zhang)朝(chao)阳(yang)表(biao)示，爱因(yin)斯坦往前多迈了一步，带(dai)来(lai)了广义相(xiang)对论。他想到了有加速度的参考系，想到了等效原理（描(miao)述力作用效果的惯性质量等于决(jue)定物体受(shou)引力强弱的引力质量），张(zhang)朝(chao)阳(yang)补充道，“这两个(ge)方向殊途同(tong)归，让爱因(yin)斯坦洞察到了引力的本(ben)质——时空的弯曲。”
瓦法教授认为(wei)，广义相(xiang)对论不仅革新了时空观，还革新了物理学的方法论。自广义相(xiang)对论问世以来(lai)，物理学家们意识到物理理论可以是几何理论。以前，物理学主(zhu)要是受(shou)力分析和(he)解方程，谁能想到数学课本(ben)上的全等、相(xiang)似、旋转等几何概念(nian)也(ye)是物理学的重要基础呢？“这是爱因(yin)斯坦对物理学最大的贡(gong)献，使物理学迈出了一大步。”瓦法教授总结道。
谈(tan)量子特性：当下是所有可能的总和(he)
20世纪最震撼人心的物理学理论莫过于量子力学。如(ru)果相(xiang)对论告诉我们生(sheng)活在一个(ge)被(bei)压弯的“弹簧床”上，量子力学则解释(shi)了为(wei)什么我们是稳定的，为(wei)什么今天的我和(he)明天的我是同(tong)一个(ge)人。张(zhang)朝(chao)阳(yang)说，没(mei)有量子力学，世界就是一堆灰。
那么，量子力学究竟是什么？张(zhang)朝(chao)阳(yang)解释(shi)，当你有一个(ge)束缚态时，你有整数级别的能量级别，这就是量子。量子力学的另一个(ge)特征是叠加原理，正如(ru)双缝干(gan)涉实验所揭(jie)示的，一个(ge)微观粒子的运动是它所有可能走过的路径的总和(he)。
量子力学解析了氢原子，也(ye)解析了化学键。对话(hua)中(zhong)，张(zhang)朝(chao)阳(yang)称化学键是奥本(ben)海默的杰作，他将重的质子和(he)轻的电子分成两部分来(lai)计算，对质子来(lai)说，快(kuai)速运动的电子提供了一个(ge)黏合(he)作用。
这种方法被(bei)称为(wei)有效理论。观察设备(bei)总有最大分辨率，比如(ru)飞驰的汽车在长快(kuai)门(men)相(xiang)机中(zhong)只是一片模糊的阴影，肉眼能看见手(shou)掌却看不见细胞。在限(xian)定分辨率后，只有相(xiang)应尺度的对象是重要的，小尺度部分会(hui)在叠加时被(bei)抹(mo)匀平均，仅表(biao)现为(wei)对大尺度部分的某种影响。张(zhang)朝(chao)阳(yang)形象地(di)称其为(wei)“放缩效应”，而(er)瓦法教授更喜(xi)欢用“背景”来(lai)形容被(bei)平均的小尺度部分，这是物理学的基本(ben)原理之一。
谈(tan)超弦理论：当量子遇上引力时空有了更多可能
遇事不决(jue)，量子力学。面对引力和(he)时空，量子力学真的无计可施了吗？瓦法教授认为(wei)，弦理论是一种可靠的量子引力理论。
弦理论第一次(ci)广为(wei)人知，是因(yin)为(wei)美(mei)剧《生(sheng)活大爆炸(zha)》中(zhong)主(zhu)人公谢耳朵（Sheldon）对其无休止(zhi)的夸(kua)赞，现实中(zhong)的瓦法教授便是当代(dai)首屈(qu)一指的弦理论物理学家。他介绍，弦理论的核(he)心观点是点粒子不仅仅是点状(zhuang)物体，而(er)可能是一维的弦，甚至是膜(mo)，或者更高维度的物体。这些物体的振动模式，对应了电子、光子、引力子等不同(tong)的微观粒子。
正如(ru)瓦法教授等弦理论学者的观念(nian)，世界不仅只有四个(ge)维度（时间和(he)空间），空间的维度可能超过三维。额(e)外的维度通过几何方法表(biao)达(da)其他相(xiang)互作用。例如(ru)，可以通过引入(ru)一个(ge)额(e)外的圆（第五维）来(lai)统(tong)一电力和(he)磁力与引力，此(ci)时电荷变成了动量，这便是卡鲁(lu)扎-克莱因(yin)理论。
在具有超对称性的弦论中(zhong)，世界被(bei)确认是有且(qie)只有十维的——一个(ge)时间的维度，三个(ge)可见的空间维度，和(he)六个(ge)藏起(qi)来(lai)的额(e)外维。如(ru)果不引入(ru)这些个(ge)额(e)外维，理论就不自洽了，瓦法教授解释(shi)，这是数学或者几何带(dai)给我们的确定性结论，也(ye)是弦理论的优雅所在。
谈(tan)物理学习：数学是一种通用的语言
在学生(sheng)提问环节，被(bei)问到好奇心和(he)想象力在学术(shu)研究领域的重要性，瓦法教授表(biao)示，科学的核(he)心在于追求好奇心。他回忆起(qi)自己七八岁时，抬头看天空时会(hui)思考“为(wei)什么月亮没(mei)有掉到地(di)上”，这种对答(da)案的渴望驱使他开(kai)始探索物理学。他认为(wei)，想象力比知识更重要，因(yin)为(wei)知识可以从书本(ben)中(zhong)获取，但想象力能够推动你迈出下一步。
张(zhang)朝(chao)阳(yang)补充道，有些知识是不加思考地(di)吸收(shou)了，随着(zhe)好奇心减少，兴奋度和(he)创造(zao)力也(ye)会(hui)消失。他与瓦法教授分享了自己过去一年研习广义相(xiang)对论的心得，在他看来(lai)，虽然广义相(xiang)对论的数学相(xiang)当繁杂，但经(jing)过在黑板上反(fan)复计算，你会(hui)得到相(xiang)当准确可靠的光线偏转角度和(he)语言。瓦法教授对此(ci)表(biao)示认同(tong)，数学会(hui)引导你并告诉你什么是物理的结果，而(er)且(qie)数学在某种程度上比我们更聪明。
张(zhang)朝(chao)阳(yang)进一步提到，薛(xue)定谔方程是一个(ge)非常好的例子，复数本(ben)来(lai)只是一个(ge)数学结果，但薛(xue)定谔接(jie)受(shou)并运用了它，得到了量子力学的基本(ben)方程。瓦法教授则以狄拉(la)克方程对正电子的预言和(he)对自旋的解释(shi)为(wei)例，认为(wei)数学的一致性推动了物理学，简单的数学可能是极其深(shen)刻的物理学，很多物理学概念(nian)是从数学的简单想法中(zhong)理解的。在瓦法教授的科普书《解开(kai)宇宙之谜》中(zhong)，他也(ye)遵循了这一理念(nian)，用几个(ge)简单的数学谜题，揭(jie)示了诸如(ru)“对称性破缺”、“最小作用量原理”等物理原则。
对谈(tan)结束后，二人互赠书籍(ji)。张(zhang)朝(chao)阳(yang)将《张(zhang)朝(chao)阳(yang)的物理课》第一、二卷赠予了瓦法教授，他表(biao)示，“虽然这两本(ben)是中(zhong)文物理书，但数学是一种通用语言，相(xiang)信您也(ye)能看懂其中(zhong)表(biao)达(da)。”