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物理學家展望未來

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“預測很難,尤其是關於未來的預測,” 諾貝爾物理學獎得主尼爾斯·玻爾在瑜伽貝拉之前很多年就說過。但在10月7日至9日,150多位頂尖物理學家聚集在加州大學聖巴巴拉分校,從事這項艱鉅的任務。為了紀念該校卡弗裡理論物理研究所成立 25 週年,他們回顧了過去四分之一個世紀的物理學發展,並展望了未來會發生什麼。演講者主要傾向於理論方面,但一種實驗裝置在幾次演講中佔據了重要地位:位於日內瓦附近的歐洲粒子物理中心 CERN 的大型強子對撞機 (LHC)。它將在 2007 年左右開始科學執行。一些演講者期待著 LHC 回答與粒子物理學標準模型及其之外的問題。

哈佛大學的尼瑪·阿卡尼-哈米德認為,LHC 可能會揭示出更奇怪的物理學證據,例如弦理論“景觀”的物理學,在這個景觀中,我們的宇宙是更大的多元宇宙中的一小塊,每個小塊都有不同的物理常數在起作用[參見拉斐爾·布索和約瑟夫·波爾欽斯基的《弦理論景觀》;《大眾科學》,9 月]。阿卡尼-哈米德描述了一種關於希格斯粒子的新理論模型,該模型被認為負責其他基本粒子的質量,也是 LHC 實驗的主要目標。該模型表明,希格斯質量在我們多元宇宙的區域內得到了強烈的微調,這將使超對稱的預測效應在比目前預期高得多的能量下發生。他聲稱,這種變化消除了傳統超對稱模型的所有現象學問題,並對 LHC 將看到的內容做出了詳細的預測。

德克薩斯大學奧斯汀分校的史蒂文·溫伯格分享了他所擁有的“噩夢”:LHC 將發現希格斯粒子的最簡單變體,並且沒有任何與標準模型不符的東西。這將留下許多未解答的問題,並且為如何擴充套件標準模型提供很少的線索。在物理學的較低能量方面,加州大學洛杉磯分校的史蒂文·基維爾森等人討論了凝聚態物理學,這主要是物質中電子的科學。他說,最緊迫的問題是理解所謂的壞金屬。這些材料表現出現象,這些現象很容易描述,但無法用任何已知的金屬物理學來解釋。普林斯頓大學的菲利普·安德森專注於摻雜中等雜質且溫度高於其轉變溫度的高溫超導體。他說,“我們應該感到非常羞愧”,因為這種狀態背後的理論仍然完全沒有解決。


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會議涵蓋了許多其他領域,例如奈米物理學、天體物理學(特別是引力波)以及量子計算和引力。它也成為了諾貝爾獎頒獎典禮的臨時慶祝活動,今年的獲獎者之一是該研究所的主任大衛·格羅斯。在總結時,格羅斯提出了 25 個前瞻性問題,這些問題涵蓋了從會議與會者建議中收集來的各種主題。其中一些問題涉及物理學在生命科學中的應用。如何透過觀察生物體的基因組來判斷其形狀?進化論能否定量且具有預測性?為了理解生物學,是否需要新的數學方法,就像弦理論需要新的數學方法一樣?

這些問題反映了普林斯頓大學生物物理學家威廉·比亞萊克在會議早些時候指出的一個趨勢。比亞萊克認為,25 年前,生物物理學涉及將物理學方法應用於生物學家提出的問題,而今天,它的特點是物理學家提出關於生命物質的新的、不同的研究問題。也許在該研究所成立 50 週年之際,會議將涵蓋一種以理論物理學為模型的新型理論生物學。

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