诺贝尔物理学奖获得者称人类生存50年的可能性很小

一位因发现渐近自由而获得2004年诺贝尔奖的理论物理学家表示，人类再存活50年的机会非常小。大卫·格罗斯 (David Gross) 最近获得了价值 300 万美元的基础物理学特别突破奖。他几十年来致力于发展弦理论，试图将引力纳入粒子物理的标准模型中。

该声明是在一次采访中发表的，内容涉及创建所有自然力的统一理论。格罗斯强调，今天的主要障碍不是科学本身。在任何结论性的实验测试之前，人类可用的时间可能已经耗尽。

获得诺贝尔物理学奖的道路

格罗斯十几岁时就开始对物理学产生兴趣。他收到一本由阿尔伯特·爱因斯坦签名的书，内容涉及物理学的演变。这份礼物来自爱因斯坦的合作者利奥波德·因菲尔德的一位家庭成员。阅读使他相信，数学应用于现实世界比抽象难题更令人着迷。

几年后，作为博士后研究员，他参与了以高能向质子发射电子的实验。结果显示质子内部的点粒子表现出意想不到的行为。它们在短距离内看起来是自由的，这与夸克将受到限制的想法相矛盾。

格罗斯和他的合作者 Frank Wilczek 和 H. David Politzer 随后提出了渐近自由的概念。夸克之间的强力在它们相互接近时减弱，在它们远离时增强。这一特性使我们能够建立量子色动力学。这项工作完成了强力的描述，并有助于巩固统一强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的标准模型。

这三人于 2004 年获得了诺贝尔物理学奖。当时所做的计算不断完善，短距离精度不断提高。

将重力纳入方程的挑战

标准模型很好地解释了四种基本力中的三种。爱因斯坦广义相对论所描述的引力仍然是独立的。当试图在非常小尺度或非常高能量上结合理论时，引力会以与量子方程不相容的方式进行干扰。

格罗斯在过去的几十年里一直专注于弦理论。这些方法将粒子视为额外维度空间中一维弦的振动。目标是将引力描述为量子水平的时空动力学。这些问题超越了统一性：它们涉及无限小距离时空本身的本质以及宇宙的早期演化。

• 字符串用扩展对象替换粒子点
• 压缩的额外维度解释了为什么我们没有注意到它们
• 该理论自然地预测了量子引力
• 仍然缺乏对负担得起的能源的直接可测试预测
• 未来的加速器实验或宇宙学观测可能提供线索

当力变强时，研究人员在控制计算方面面临技术困难。即使经过半个世纪的研究，关于夸克禁闭的问题仍然悬而未决。

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限制科学视野的存在风险

格罗斯在采访中表示，他目前将部分时间用于警告未来几十年集体生存的可能性很低。他引用了冷战时期每年发生核战争的可能性为 1% 的估计，但认为如今的实际风险接近每年 2%。按照这个指数，平均生存时间约为35年。

这位 83 岁的物理学家认为量子引力理论没有不可克服的科学障碍。最大的问题是人类文明的延续。如果没有地缘政治稳定和对核武库的控制，验证完全统一的实验的最后期限可能永远不会到来。

这次谈话发生在他获得突破奖后不久。格罗斯仍然积极参与有关物理学基础的讨论，同时反思科学活动的更广泛背景。

统一理论代表什么

对四种力的完整描述将使我们能够计算大爆炸尺度或黑洞内部的现象。它将回答宇宙如何产生以及时空在极端状态下如何表现。如今，标准模型预测在许多情况下都以令人印象深刻的准确性与实验数据相匹配。重力的加入会将这种情况改变到另一个水平。

即便如此，格罗斯记得进展取决于实际情况。粒子加速器需要大量资源和数十年的建设。空间天文台和引力波探测器已经提供了新数据，但它们仍然没有达到弦理论确定测试所需的能量。

格罗斯的工作影响了几代物理学家。他最初的贡献使得使用可靠的量子工具计算核过程成为可能。当前阶段旨在将这种理解扩展到宇宙的结构中。

基本力研究的下一步

世界各地的实验室计划升级粒子对撞机。提案包括以更高能量运行以探测更小尺度的机器。与此同时，宇宙学家分析宇宙微波背景辐射和大尺度结构的间接信号。

格罗斯对理论物理学的智力潜力仍然保持乐观。他认为该领域能够超越当前的知识前沿。他认为，限制因素仍然是科学本身的外部因素。