|
PART3.〈21世紀物理學的發展〉目前仍有極大的問題未解
培養人才只這樣做還是不夠的，還要認識方
向，製造研究的環境，抓緊時間和機遇。這需 要上一代的科學家和政府政策的支持。
整個自然界有很多很複雜的現象，但是這些
現象，它們是由一組基本原理操縱的。我從事
物理研究，其目的就是要找這個操縱一切物質
的總機關。如果我們把這總機關找著了，其他
一切就會跟著來。但是，怎麼才能找到這個極
重要的總機關呢？
我們可以回頭來問，19和20世紀的科學發展
，是不是找到了這總機關的一些重要部門？是
的。而且這些科學發展和對稱有密切的關係。
雖然當初很難預料，為什麼對稱定律會如此重
要？粗看一下，也許覺得對稱和我們不會有什
麼大關係，那是因為我們沒掌握住對稱的規律
。當我們掌握住了，就發現宇宙的演變和對稱
、不對稱間的規律是分不開的，影響了我們20
世紀科技文化的高速發展，這就是基礎。我們
不能先問，基礎有什麼用，我們要問的是，是
否整個宇宙都按照這組基礎規律演變。如果整
個宇宙都是這樣，顯然這組基礎規律是極重要
的。
20世紀的物理發展是「簡化歸納」。什麼是
簡化歸納？我們以為大的是由小的造成的。把
最小的找著，研究清楚，我們就了解了最大的
。這個想法就是簡化歸納。以19世紀末，湯姆
遜發現電子，20世紀初盧瑟福發現原子核之後
，這是一個大方向。一直到現在，我們有了很
精密的儀器─科學設備，深刻的基礎理論─相
對論、量子力學，這些就創造了整個20世紀物
理的發展。
物理學在這方向的成功，也影響了生物學的
發展。在20世紀中葉，克里克本來是從事物理
的，他主張將物理的方法應用在生物研究，結
果他和華生發現了ＤＮＡ雙螺結構，後來就引
起基因學的大發展。這個越小越重要的觀念，
引起了現在生物學的大成功，這也是簡化歸納
。這是20世紀的經典方向，這個方向非常成功
。但是我們應該了解，作科學研究很像海上的
浪頭，一個浪一個浪地過去，當一個浪送到最
高的位置，下一步必定下降。我們不能只跟著
人家，浪在哪裡最高，就跟著人家跑過去，最
高峰的浪頭一定要下降。我們必須觀察新的浪
頭在哪裡開始。
20世紀的物理有極大的成功。1900─1925年
，建立了相對論和量子力學，產生了大部份20
世紀的科技文化，原子構造、分子結構、核能
、激光、半導體、超導體、超計算機等等。我
們找到了構造所有核子、介子的基本粒子。我
們知道的一切物質都是12種基本粒子構成的。
這12種基本粒子分為夸克和輕子兩類，每類又
分為六種。夸克分上、下、奇、粲、頂、底，
質子是由它們組成的，中子也是由它們組成的
，鈾也是由它們組成的，碳也是。夸克之外還
有六種輕子：電子、μ子、τ子、電子中微子
、μ中微子、τ中微子。這12種粒子就組成了
現在所有我們了解的物質，這是一個極大的貢
獻。
質子、中子都是由夸克組成的。夸克和輕子
之間的相互作用，又可以分為強作用、電弱作
用和引力場作用三大作用。電弱作用包括電作
用、磁作用和弱作用。強作用把核子中的夸克
組合在一起。電弱作用把β衰變跟電磁作用連
在一起。引力場是愛因斯坦提出的。這就是三
大作用。
可是目前我們還有極大的問題沒有解，這情
況很像在20世紀初、19世紀末，前文提到的物
理有兩個大的謎。我們不光要看到我們的成功
，也要看到還存在什麼大問題。（請見右下方
圓形圖框）
21世紀的物理發展，我相信是向「整體統一
」的方向發展，把微觀的基本粒子和宏觀的真
空態一塊研究。如何能成功地整體統一？這個
問題是基本的、重要的、是挑戰性的。假如我
們能解決，很可能會把21世紀科學的發展整個
改變。其重要性，可能和整個20世紀的科學進
展是同一數量級。我們目前面對的問題是研究
整個宇宙的能量、物質、對稱性，是極其基本
的問題。
我們第一步是要發展一些新的科技工具，從
事新的物理研究。回頭看，20世紀的物理發展
著重「簡化歸納」。我們依靠精密的理論和精
確的實驗，取得了極大的成功。這套手法後來
影響到生物學。20世紀中葉生物學中ＤＮＡ和
基因的發展就是跟蹤著物理的簡化歸納的路徑
。我相信在21世紀，為了整體統一研究的發展
，物理學家會創造新的手法和新的科技工具。
這一套新的工具也會影響其他科學。基因是很
重要的，ＤＮＡ是很重要的，可是生命是宏觀
的，不能光研究微觀的基因和ＤＮＡ，要微觀
宏觀一塊研究，所以要整體統一。我覺得21世
紀的發展，物理學、生物學和其他科學要平行
發展。為什麼呢？因為精密計算、精密測量這
套手法和工具的發展仍須依靠物理。在20世紀
，生物學隨著物理學，採納了簡化歸納的方向
，取得成功。21世紀生物學會再隨著物理學，
採納整體統一而取得新的和更大的成功。
→我認為21世紀有四個大問題
|
