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发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
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2021年12月29日-31日,由中国科学院科学传播局主办,中国科学院物理研究所、抖音承办的“复兴路上的科学力量——中国科学院2022跨年科学演讲”在北京举行。
12月31日晚19:30,中科院物理所曹则贤研究员现场开讲《从一元二次方程到规范场论》,央视创造传媒艺术副总监王雪纯受邀担任现场主持。
点击下方链接可下载曹老师演讲的PPT:
https://bytedance.feishu.cn/docs/doccnvNNYumJ2uAKjlBM8B3AeOd
(以下内容根据现场速记内容整理,时间仓促,未经主讲人审核,内容难免有误;部分公式受限于微信编辑器,格式可能有不规范之处,敬请谅解)
尊敬的各位朋友,在讲完了相对论与量子力学之后,我想说我们应该进阶去讲规范场论,但是去年透露这样的一个题目的时候有人说不行,太难了,能不能讲点简单的。
但是我一想,其实我们学过所有的数学与物理的领域,我实在没想出哪个是简单的,如果大家真认为简单,可能大家误以为小学学过的加减乘除那个简单,我负责任地告诉大家这是一个误解。加法你说学会了,我告诉大家门都没有;我提醒大家一句,乘法在1844年格拉斯曼《扩展的学问》这本书里面,提供了16种不同的乘法。我不知道许多人听过过吗,乘法有这么多种乘法?所以加减乘除要排除,实在太难了。
所以,如果要挑一个简单的一元二次方程,大家可以看一下题目下面的洋文——“De Equazione Algebrica zur Eichtheorie”前半段是意大利语,后半段是德语,因为一元二次方程后边发展出来的一元三次方程、一元四次方程,都是发生在意大利那个地方,规范场论是来自说德语的地方,就是德国、瑞士与奥地利。我提醒大家注意一下,我们学的物理里面,流体力学、规范场论等产自于一个很小的国家,这个国家叫瑞士,待会儿会给大家讲细节。
今天这样的讲座,希望花2-3小时时间给大家理清楚从一元二次方程,大家误以为是最基础的地方,如何一路走到规范场论理论物理的天花板。这样安排我的讲座,确实受到我的朋友们的批评,说我讲座的题目特别不友好,为什么我这么不友好呢?我觉得因为我们现在处于一个技术超越神话的时代,而且这也是一个科学已经深入人心的时代。今天的我们尤其我看现在十几岁二十岁的年轻朋友们,我觉得再也不能像我这代人读小学、读中学,读到大学,突然有一天明白自己什么也没学着,这个不可以再有了,我希望我们现在的青少年朋友们,能够早早地接触到真正的学问,接触到深刻的学问。
我非常高兴的看到,在我们的国家今天进入到一个科学深入人心的时代。
今天一个刚上学的小朋友都知道不会科学要被人欺负,今天国家发展过程当中更知道没有掌握最顶尖技术,没有掌握顶尖技术下面深厚的数学物理知识,我们可能要被人欺负的。所以今天我们应该好好学科学。
提及学科学的时候提醒大家请当真,学习科学的细节、思想、方法、体系,学科学如何构建、如何批判、如何表述,这个过程当中我们可能也要学科学家,我们学科学家什么呢?我们应该学科学家是如何学习与创造的,说句大白话,就是今天真要学习的话,吃鸡腿,不要喝鸡汤。
近代科学发展我们都知道它的基础是数学的语言,这一点在我们数学书里面有一个不太提及的人,是意大利人斐波那契(Fibonacci)。他是一个商人孩子,他在1202年的时候把印度阿拉伯人创造的一套字母,就是0123456,我们现在都管它叫阿拉伯数字,这套阿拉伯数字再加上西方的拉丁字母和希腊字母,这三套加在一起就是今天自然科学的语言。
所以我提醒我们的中小学教育的时候一定要把这三个基本语言教清楚,不管是纯数学的欧拉公式,这是被誉为人类最美的公式,没有之一,或者库伦公式,元素都是包括阿拉伯数字、拉丁语字母、希腊字母,这些西方科学在明朝、清朝都传入我国,我们曾经试图用汉语写它,大家如果见过用汉语写矩阵组乘法的时候就知道,写了一页你根本不知道这一页是什么东西,极大的阻碍了科学的传播。今天我们人民一定要有一个特别开放的心态,要把所有人类知识都当做自己的。
刚才说的是最开始的,我们很快要学到最高深的,这里面我一定要提及一位非常受人尊敬的先生,刚过了虚岁诞辰一百周岁。很多人在短视频中都说杨先生最引以为傲的成绩不是1953年获得诺贝尔奖的宇称不守恒,而是1954年的Yang-Mills,这是第一个非阿贝尔规范场论第一篇,什么意思?我待会会讲。我想说的一句话是什么呢?我认为我们对这些科学巨擘如果要想表达稍具一点诚意尊敬的话,请去弄懂他到底做了什么,我相信如果你乐意的话其实是可以做到的。
所以今天我的报告内容大概就是有这些内容,先聊两句闲话,从一元二次方程开始,接下来是一元三次方程、一元四次方程,到一元五次方程的时候发现不可解了,发现不可解去理解这样一个不可解就会引出很多学问。
解到一元三次方程就会引进虚数,虚数就有人把它扩展成复数,就是二元数,将来就有人扩展成四元数、八元数,这是数字体系的框架发展。一元五次方程不可解得出一个学问,这个学问叫做群论,有了群论,有了四元数和复数表达,终于有一天我们会发展出规范场论,说从最基础的一元二次方程到这个地方逻辑的链条或者逻辑的台阶,我会给大家讲清楚。
一句话,我们注意到中小学老师经常会教孩子们说记住知识点,但是知识点如果都是散点的话,是记不住的,知识就像蚂蚱,你得把它串成串就好记了。有一个人说我听不懂,不知道线上朋友是不是有时候三两句听不懂转头就走了,我想说不要担心,请你一定要坚持听完,我都坚持站着讲三个小时,你还不能坚持躺着刷三个小时的手机吗?所以请大家耐心一点,我不敢保证这里的内容你能够听懂,但是我一定努力让你今天听到的东西会对你有启发。这个讲座是人类里面最顶尖的向思想者致敬之旅,内容听不懂没有关系。
还是回答主持人问的问题,为什么老讲不太友好的课题,为什么讲那么难的数学和物理?这是因为我自己上了快50年的学,我深切感觉到我们应该学一些数学和物理,以及我们作为一个受人尊重的民族,应该努力为人类贡献一点数学和物理。关于这样一个问题,我们建国领袖毛主席1942年在延安文艺座谈会上讲话说的很清楚了,中国人要对世界文明做出自己应有的贡献。
数学和物理的历史我个人认为主要是由一些天才的头脑创造的,在中国有14亿人口基数,青少年2亿左右,他们中间一定不缺乏特别有天分的青少年。我特别想提醒他们,作为一个很有头脑的青少年尤其是天才,没有创造,天才是不可原谅的,所以我提醒有天分的青少年朋友们,不要浪费你们的天分。
哪些天才呢?大家学这项人物,比如近代科学之父、物理之父伽利略,牛顿大家都知道,这是科学大神瑞士人欧拉。
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