郭汉英：学术思想、学术争论和物理学的发展

[yijun]

郭汉英，听过几次他的讲座报告，一位颇为有风度而帅气的男子，他对物理的理解，比较得体。
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纪念理论物理学家郭汉英先生逝世
编者按：郭汉英，中国科学院理论物理研究所研究员、博士生导师，因病医治无效，于2010年6月5日5时在北京逝世，享年71岁。为了纪念郭汉英先生，特转载他逝世前的2010年3月25日，发表在上海《科学》杂志第2期上的《学术思想、学术争论和物理学的发展》一文。

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学术思想、学术争论和物理学的发展
郭汉英

近代科学发展贯穿着学术思想和学术观点的争论，而且与哲学观点密切联系，这是科学发展的重要缘由之一。物理学正面临着挑战，更应重视学术思想和学术争论。
一
20世纪的物理学革命充满争论，量子物理最为典型。爱因斯坦、薛定谔等始终怀疑量子力学的完善性；玻尔、海森伯等组成的哥本哈根学派则不断为之辩护。关键在于波函数是否物理实在，如何解释测量，等等。
爱因斯坦不断提出同时准确测定粒子的位置和动量的思想实验，玻尔均一一化解。1935年爱因斯坦、波多尔斯基（B. Podolsky）和罗森（N. Rosen）首先提出，后为玻姆所明确：彼此纠缠而空间分离的两个粒子组成的系统，会出现与相对论冲突的非局域作用或超光速信息传递，表明量子力学不完备，后称“EPR佯谬”。同年，薛定谔提出被称为薛定谔猫的思想实验，并提出纠缠态的概念。与此相关的争论和研究持续至今。
1964年，贝尔提出一个不等式，可以判别量子力学背后是否存在局域的隐参数理论。1970年代起，有关贝尔不等式的思想实验得以实现，都证实了量子力学，却没有与狭义相对论矛盾；其实，纠缠态作为量子态并无EPR的“信息”传递。相关研究还开辟了量子计算、量子传输、量子密码等重大理论和应用领域，不断取得进展。
相对论量子场论取得巨大成功，与实验符合极好；但微扰展开却存在不收敛的根本问题。至于引力场量子化的问题，至今未能解决。
物理研究必然涉及测量，量子物理测量却始终费解。如何区分测量仪器对被测量对象的影响，莫衷一是。
如何诠释量子力学，一次国际会议上甚至出现投票表决。投票者略多于半数，赞同哥本哈根诠释者已是少数，与退相干诠释有关的“多世界理论”得票最多。然而，都没有料到相对论宇宙论正受到尖锐挑战，连宇宙为什么会加速膨胀都难以理解，更没有完善的量子引力理论，何谈“多宇宙”或“多世界”的量子行为？
若认为对象、观测者与仪器和环境均服从量子力学，问题变得极其复杂。若仅局限在实验室范围之内，又会有经典和量子的边界之类的问题。通常认为量子理论描述尺度在１０-８厘米以下的微观物理，纠缠态所跨越的尺度却远超过此限，可达几十公里，甚至更远，如何解释？近年来大有发展的介观物理，尺度约为１０-7～１０-5厘米，刚刚大于１０-８厘米，是否具有不同于量子与经典规律之“介观”规律？《今日物理》杂志在《后现代量子理论》[1]一文中，曾介绍杜孟利和戴洛斯（J.B.Delos）的理论。在处理原子物理中涉及大量高激发态的能谱特征时，这个理论把经典轨道和量子波函数结合起来，说明了不少有趣的问题；涉及的尺度约为5.3×１０-８～１０-4厘米，涵盖了介观物理尺度，值得深究。
其实，路径积分量子化的路径就有经典意义，费恩曼刚提出的时候就遭到了玻尔的质疑，文章都难以发表。何为“量子化”？按原意是通过确定方法得到对应于经典的量子理论。然而，不同的量子化会得到不同的量子系统。反之，如果认为量子力学比经典力学更普适，就应从量子角度给出所有基本原理和可观测量，通过“退量子化”或“经典化”给出经典极限。虽有些进展，但经典极限亦不唯一。其实，要完全避免经典观念，就应有避免经典逻辑的量子逻辑，但却远未完成。

二
关于相对论同样存在争论。不过，方式不同，后果也不同。
当年，除了爱因斯坦的理论，还有洛伦兹和庞加莱的理论，区别主要在于时空观念和物理效应的解释。爱因斯坦从对钟和同时性出发，认为不存在牛顿绝对空间和绝对时间。庞加莱探讨得更早，但他和洛伦兹认为这些只适用于局域空间和局域时间，与牛顿的空时观念并不矛盾。尽管没有“判决性”局域实验能够区分二者，至今尚在探讨[2]，但由于普朗克对爱因斯坦的推崇、闵可夫斯基提出4维时空等，爱因斯坦相对论很快得到公认。
然而，河外星系红移和微波背景辐射发现后，同时性的相对性就只能对满足相对性原理的坐标时而言，对于宇宙演化时标并不存在这种相对性。这意味着相对性原理和宇宙学之间存在佯谬，爱因斯坦体系无法解决。
至于广义相对论，在1915年爱因斯坦基本完成后很快轰动世界，得到公认。但对其基本原理的考察，却远不深入。以至对于狭义和广义相对论的一些重要结论和基本原理所引起的误解，至今没有消除。
爱因斯坦认为，广义协变原理是狭义相对性原理的推广，把惯性运动间的相对性推广到了任意运动，广义相对论也因此而得以命名。早就有人指出事实并非如此，根本不存在爱因斯坦根据马赫的思想所主张的任意运动之间的“广义相对性”。然而，广义相对论的名称依旧。至于广义与狭义相对论基本原理的关系，对物理量的定义是否一致等问题，至今仍茫然甚至浑浑然。
对相对论专横的政治干预大大妨碍对于其基本观念和基本原理的正确认识。德国纳粹冠之以“犹太物理”，前苏联曾无端批判，我国“十年浩劫”中把相对论与相对主义混为一谈，等等。这些荒唐使得对于相对论的误解，包括爱因斯坦的含混甚至错误更难澄清，从而也妨碍了相对论物理的发展。
面对精确宇宙学的挑战，绝大多数专家仍满足于狭义和广义相对论，不仅不会想到在宇宙尺度上相对论应该扩充和改进，而且会下意识地反对。

三
就物理学的发展而言，一直存在“还原论”还是“非还原论”的争论。
“两朵乌云”说就隐含“还原论”的前提。爱因斯坦之统一场论追求，海森伯之统一方程式追求等，都是“还原论”的典型。
著名理论物理学家戴森曾引用哥德尔定理，批评“把物理世界还原为一组有限的基本方程”，认为还原论对科学发展不利。温伯格则针锋相对，公开宣称“我自己的工作就颇具戴森所称的还原论风格”，对还原为有限的方程、还是原理等表达看法[3]。他的观点在高能物理学家、弦理论家中很有代表性。许多基本同意温伯格的物理学家，并不认为弦理论家所追求的“万有理论”有现实意义。这两种观点时有交锋。
在“非还原论”者中，著名物理学家安德森很有代表性，凝聚态物理学家大多赞同他的看法。他的一篇著名文章，引用马克思的量变引起质变思想，并以及海明威与菲兹杰拉德的对话作为题目并用来结尾：更多则不同[4]。安德森强调复杂性的层次，认为在不同层次，由于“更多”因而会“涌现”出新的规律。这无疑极其重要。事实上，至少统计规律虽然依赖个体规律，但不能归结为个体规律。与此密切相关的系统科学，特别是复杂性研究，仍处在开拓阶段。
其实，何为复杂性的层次？如何定量描述？层次之间如何过渡？安德森并没有明确阐述，其结论也基本上是哲学概括。这些问题均尚待深入研究。
某些“涌现”，往往是集体激发模式。但这并非“涌现”的全部。俗话说，“众人拾柴火焰高”，机理简单而清晰。“三个臭皮匠，胜过诸葛亮”，如何胜出？却要具体分析。
对量子力学在微观各层次是否普适，安德森则是默认的。不过，量子理论仅适用于具有哈密顿量或作用量的系统。但哈密顿系统对复杂性的描述并不够。随机性方程与一些复杂性密切相关，而薛定谔方程则是决定性的。
量子力学能否适用于宇宙？一些人认为同样可以适用于宇宙的创始。著名相对论物理学家彭罗斯却认为，这无非是“信仰”或者“信念”而已[5]。如果不能用于宇宙，又如何谈得上量子理论的“多世界”诠释？
以把量子理论应用于黑洞和宇宙极早期研究而著名的霍金，也以哥德尔定理批评“万有理论”。不过，对于物理学这类从未完成、又处在不断的演化之中的逻辑体系的规律性，还有待研究。

四
不同学术争论，既反映物理观点和学术思想，又体现科学方法和科学精神，且涉及哲学观点。
物理科学毕竟不是信仰，也不仅仅是信念。作为探索一大类自然规律的一系列没有完成的思想逻辑体系，物理学一直处在既混乱又不断完善的进程之中，不断接受检验；在确定认知事实的基础上，不断更新基本观念和基本原理，探求新的规律。这一发展过程不可或缺，它使物理学能够在逻辑上不断以更为紧凑与完美的方式，解释更多的事实。这是一个不断地“实其事、并求其是”的实事求是过程。
科学认识的主体往往被忽略。科学家个人的作用当然重要，但科学认识的主体不仅仅是个人。不同观点的争论，不仅对于“实其事”、而且对于“求其是”，都至关重要。量子理论的争论如此，“万有理论”、还原论、人择原理等的争论也是如此。甚至广义相对论也不例外：从爱因斯坦的成功中澄清混乱甚至错误，已经历经几代物理学家，至今尚未完成。至于大科学的发展，更无法离开优秀个人整合的科学群体。
要开创，就难免错误；害怕错误，就不会有创造。学术争论会减少错误，推动开创，物理科学正是这样发展着。
谈及学术争论，必然会涉及到权威。显而易见，进行学术批评和学术争论应该公平、民主。偏见比无知离真理更远。所谓学术权威的偏见更会带来压制、方向性偏差，危害极大。至于一些自认的权威，无学有派、霸气十足，以种种蹩脚哲学代替科学，谈不上对真理的追求。
“文革”中唯意志论和庸俗辩证法、强权哲学和斗争哲学泛滥，对此的厌恶导致极度漠视科学与哲学互动。或陶醉于种种时尚思潮，或一味追求“成果”、SCI、影响因子、各类奖项等等，却忽视学术思想和哲学思维、不屑学术讨论，何谈“自主创新”、“原始创新”？为师者仅仅“传授解”，“道”则为先圣所知，“三畏君子”何以“站在巨人肩上”？

物理学面临新的挑战。精确宇宙学的发现，量子领域种种未解之谜，复杂性的本质等等，这些问题之间又存在一定联系。
发现新现象、实其事，探索背后的本质、求其是；重视学术思想、科学方法、科学精神和哲学思维，重视基本观念和基本原理的探索；发扬学术民主、开展学术争论；这些都是科学研究和技术创新的要素——面对当前的挑战，尤其重要。
科学不是标签，在不断实其事、求其是地发展着。大凡自由讨论的风气旺盛的时期，学术的发展是蓬蓬勃勃的；反之，便看不到学术的进步。

[yijun]

刚搜了一下，没想到他居然是郭沫若的儿子。。。
呵呵，难怪风度不一般，乃父才子气，还是有遗传的：）

[quote]他是郭沫若先生与夫人于立群所生的最大的一个孩子。郭汉英在郭沫若先生的7个儿子中，排行第五。
　　抗日战争时期，郭沫若和夫人于立群住在重庆赖家桥乡下的防空洞里，郭汉英就出生在重庆一家医院里，据说于立群女士生下汉英几天之后带着他出院时，刚走出百来米，医院就被日军的飞机炸毁了。1964年郭汉英在清华大学物理系毕业后，进入中国科学院高能物理研究所工作后转至理论物理研究所工作。先后从事过核理论、引力与相对论、天体物理、粒子物理、场论以及计算物理的研究。1978获得中国科学院科技成果二等奖，1987年获中国科学院科技进步一等奖和二等奖，1989年获国家自然科学二等奖。[/quote]