2010年12月5日星期日

理论物理已经完备了吗?(1)

譬如讲本世纪末实现理论物理学目标的可能性。这里是说,要在这几页讨论在不太远的将来。会拥有一套物理相互作用的完整的协调的统一理论,这一理论能描述所有可能的观测。当然,人们做这类预言之时必需十分谨慎。以前我至少有过两回以为自己濒于最后的综合。人们本世纪初相信,任何东西都可以依照连续体力学来理解。所要做的一切只不过是丈量一些诸如弹性系数、粘滞性和传导性等等参数。PrimeY原子结构和量子力学的发现粉碎了这一希望。又有一回,本世纪二十年代末,马克斯·玻恩对一群访问哥廷根的科学家说:尽我所知,物理学将在六个月内完结。这是保罗·狄拉克发现狄拉克方程之后不久讲的狄拉克是卢卡逊教席的一位前任。以他命名的方程制约电子的行为。人们预料类似的方程会制约质子,质子是另一种当时仅知的假设为基本的粒子。然而。中子和核力的发现又使那些希望落空。现在已经知道,事实上不论是质子还是中子都不是基本的由更小的粒子构成的尽管如此。近年来取得了大量的进步,而且正如我将要描述的存在某些谨慎乐观的根据,相信在某些阅读这篇文章的读者有生之年我能看到一套完整的理论。[9]作者注:1980年4月29日我剑桥就职为卢卡逊数学教授。这篇文章即是就职讲演,由我一名学生宣读。即使我确得到完整的统一理论,除了最简单的情形外,仍然不能作任何细节的预言。例如,已经知道制约我日常经历的任何事物的物理定律。正如狄拉克指出的方程是大部分物理学以及全部化学的基础”然而,只有对非常简单的系统,包括一颗质子和一颗电子的氢原子才干解这个方程。对于具有更多电子的更复杂的原子,且不说具有多于一个核的分子,就只能借助于近似法和直觉猜测,其有效性堪疑。对于由大约10↑23颗粒子构成的宏观系统,必需使用统计方法而且抛弃获得方程准确解的任何幻想。虽然在原则上知道制约整个生物学的方程,但是不能把人类行为的研究归结为应用数学的一个分支。

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