理論物理學家湯大衞：外星人造訪地球幾乎不可能

轉自：中國科學報

7月17日，搜狐董事局主席、物理學博士張朝陽與劍橋大學教授、英國皇家科學院院士湯大衞（David Tong）展開了一場物理對話。從牛頓力學的百年祕辛到量子場論的前沿探索，從飛機飛行原理的認知顛覆到黑洞合併的宇宙謎題，二人拆解硬核物理知識，並分享了物理學發展中的理論突破與有趣故事。

這場近3小時的對話內容橫跨經典力學、電磁學、相對論、量子力學等領域，既揭祕了物理大廈的根基，也展望了前沿研究的突破。二人一致認為，基礎科學的傳播非常重要。張朝陽表示，互聯網時代對任何領域的人而言都是進行知識傳播的絕佳機會，並建議物理學家利用互聯網作為公共教育工具，讓大眾參與討論與交流。

談場論革命：從經典電磁場到量子場的重大突破

電磁學的發展堪稱理論突破的典範。14歲輟學的裝訂工法拉第首次提出「場」的概念，他沒有接受過基礎教育，卻率先用力線描述了電磁場。而后麥克斯韋在整合電磁場方程時意識到，「光就從里面跑出來了」。光速恆定的預言直接挑戰了伽利略相對論，為愛因斯坦提出相對論鋪平了道路。

湯大衞談到，「麥克斯韋方程組歷經百年未變，至今仍是電磁學的基石，這種理論的穩定性太罕見了。」

量子力學的建立則是物理學史上另一場顛覆性革命。1925年，海森堡在花粉熱隔離期間開創了量子力學框架。當時他還不懂矩陣的運算，就寫出了矩陣力學，這在后來成為量子力學的主流表述形式之一。湯大衞説，今年7月29日是海森堡發表論文的百年紀念日，雖然后面還有薛定諤的波動力學，但海森堡的這篇論文更具有奠基意義。張朝陽也認為，「量子力學的精髓正是離散性，也就是束縛態的分立能級，而不在於那些出圈的詞匯，比如‘薛定諤的貓’」。

與此同時，量子場論的發展歷程也令人驚歎。

湯大衞介紹，該領域曾面臨兩大難題：其一，如何處理場之間存在的無窮大相互作用。這一困境曾讓玻爾設想推翻能量守恆定律，海森堡也考慮過打破空間連續性，直到二戰后，新一代理論學家通過紮實工作才逐步攻克這一難關；其二是繆子的反常磁矩問題，而就在去年，這一謎題也取得重大進展。科學家藉助大型計算機進行格點量子色動力學（QCD）計算，得出的結果與實驗值在小數點后第9位仍能完美吻合。

談宇宙之謎：從黑洞密碼到地外生命的存在性

2015年引力波的發現，被湯大衞視作本世紀迄今為止最偉大的科學突破。他解釋道，首次探測到的引力波源於兩個約30倍太陽質量黑洞的合併。他指出，黑洞需繞行數十億年、靠引力波消耗能量纔可合併，該過程雖能解釋部分黑洞成因，但若發現數百倍太陽質量的黑洞則遠超當前宇宙年齡下的合併能力極限，預示新物理規律的存在。而若發現遠小於太陽質量的黑洞，則必源於宇宙大爆炸而非恆星坍縮。

地外行星上存在生命嗎？關於此問題的爭議同樣引人深思。

湯大衞談到，多數物理學家從概率角度認為，宇宙中應當存在外星生命，畢竟銀河系有百億顆恆星，全宇宙有千億個星系，且類太陽系的結構普遍存在。但生物學家往往持反對意見，他們認為生命形成需要一連串極低概率的巧合事件。

張朝陽補充，計算生命存在的概率時，需假定宇宙在大尺度上是均勻的，就像「流體」般連貫。地球存在生命，意味着其他星球也可能有生命，但這種均勻性只體現在百萬光年的尺度上，因此外星生命與我們的距離必然極其遙遠。

二人一致認為，外星人或UFO抵達地球的可能性微乎其微，時空尺度的限制讓這種星際造訪幾乎不可能實現。

談科學推廣：科學教育必須注入嚴謹的數學思維

基礎科學推廣的意義是什麼？做科普的動機是什麼？湯大衞的講義因清晰易懂在個人網站上收穫百萬點擊量，對此他笑稱自己沒特意運營，「我整理講義20年，只是想讓學生有更多免費資源，沒想到成了科普內容。」但他強調，分享講義與教學物理存在本質區別，科普比教學更具挑戰性，因為科普必須使用比喻，有的比喻很準確，有的不盡如人意，而物理是數學的語言。

同時，湯大衞還以霍金為例進一步闡述，物理需要用硬核方程式解釋。他指出，「霍金在《時間簡史》里放了一個公式E=MC2，有人警告這會讓銷量減半，但他堅持了，結果成了暢銷書。」

「科普不必迴避公式和深度。」張朝陽的觀點直指核心，他主張科學的本質是數學與計算的結合，而非「薛定諤的貓」式的玄學解讀，科學教育必須注入嚴謹的數學思維。這一理念也在他的實踐中得到了充分體現：近四年來，《張朝陽的物理課》始終以硬核推導為特色，用數理公式研算萬物規律，不僅成為火爆全網獨樹一幟的知識 IP，也讓大眾瞭解到物理學習和研究的意義與價值。

對話現場。圖源：搜狐

在社交媒體時代，硬核科普的可能性被進一步放大。張朝陽認為，未來物理學家們或許會選擇在個人社交平臺發佈自己的研究成果，利用互聯網作為公共教育工具，讓大眾參與討論與交流，「互聯網讓知識傳播更平等，建議年輕人更多參與社交，成為關鍵意見領袖。」