對物理學未來的樂觀態度

根據歷史經驗和現實考量，我對物理學的未來充分樂觀。

首先，未解之謎表明物理學的活力。19和20世紀之交，物理學天空曾經漂浮兩朵烏云，一個是探測不到假想的以太（光波媒介）相對于地球的運動，另一個是，用“能量均分定理”計算的固體比熱與實驗不符。這兩朵烏云很快被相對論和量子力學驅散。

現在的物理學天空也漂浮著幾朵烏云，例如：我們不知道暗物質和暗能量是什么；引力的量子化還沒有完成；我們不完全理解為什么在同一個世界中，量子力學與經典力學共存；我們還沒有能力用原子組裝病毒；我們甚至還沒有公認的高溫超導理論。

在科學的征程上，困難時有發生，但是歷史上的類似情況后來都柳暗花明。諸如“物理學的終結”的預言都失敗了。

高能物理方面，當年雖然美國的超導超級對撞機被否決，但是后來希格斯粒子被歐洲的大強子對撞機發現。雖然提高對撞機的能量越來越難，但是非加速器高能物理大有可為，比如中微子物理、質子衰變的研究。即使實驗上出現暫時停滯，在一定時期、一定范圍，理論也能驅動基礎物理的進步。1970年代初，特·胡夫特和韋爾特曼證明了規范場的非阿貝爾規范理論或楊-米爾斯理論的可重整化，1999年獲諾貝爾獎。這保證了粒子物理標準模型的自洽。

曾幾何時，凝聚態物理被很多人誤以為是基本規律的應用和外延，不外乎求解復雜的方程。但是后來人們認識到，凝聚態物理充分體現了復雜系統的層展現象，揭示出復雜聚集體的行為并不能從單個粒子得到解釋。凝聚態物理中建立起一系列重要概念，如自發對稱破缺等。這些概念也被應用到粒子物理、生命科學和計算機科學。高能理論家蓋爾曼早先曾將固體（solid）物理學稱為骯臟（squalid）物理學，但后來他本人卻投身復雜性研究。近年來凝聚態物理學研究了許多量子和拓撲物態，也在拓展到物理學的其他領域，包括高能物理。

近年來物理學也有了新的機遇。天體物理學和宇宙學迎來黃金時代。各種探測衛星琳瑯滿目。引力波探測打開了探索宇宙的新窗口。2021年成功發射的韋布空間望遠鏡是歷史上最大的光學望遠鏡，可以比哈勃望遠鏡觀察到更遠更老的天體，包括最早的恒星和最早的星系。

另一個機遇來自量子信息和量子技術。它們不僅受應用推動，而且為探索量子物理學的新極限和新視野提供了新的平臺。基礎量子物理的進步也促進對凝聚態物理、量子場論和粒子物理的認識深化。

物理學的研究模式也在變革中。互聯網帶來科學合作新模式，提供了共享資源的平臺，例如大強子對撞機的數據，以及虛擬天文臺，也誕生了所謂公民科學，使得公眾可以參與科學研究，例如，普通人可以查看望遠鏡輸出的圖像，可以用智能手機探測宇宙射線。

機器學習和人工智能將對物理學的研究方式產生沖擊。機器學習在物理學中已經有許多應用，主要是在各種分類和模式識別問題上。更先進的人工智能對物理學將帶來更多的幫助。最近備受關注的ChatGPT已初現端倪。但是物理學工作者如何整合人工智能工具，還有待在實踐中摸索。

人工智能也帶來有趣但也有危機感的問題，不過危機也是機遇。人工智能能否發現新的物理定律？“科學家”（scientist）會不會像“計算員”（computer）那樣成為一種機器的名稱？正如computer現在譯為計算機，scientist會不會改譯為科學機？“物理學家”（physicist）是其中一類，會不會改譯為物理機？或者，物理學家將成為物理機的操縱者？或者人工智能與物理學家的大腦連接？