全国政协委员，中国科学院院士、中科院理论物理所所长蔡荣根

　　我是一名从事理论物理研究（引力理论和宇宙学研究方向）的科研人员，就自己的知识和认识，我感受到物理学的发展,知道的越多，会发现不知道的会更多。

　　物理学是一门研究物质相互作用和运动规律的科学，它是一门基础学科，更是现代科学和技术的基础。我们周围的客观世界，小到组成质子、中子的夸克，大到整个宇宙都是由物质构成的。这注定以揭示物质基本结构、相互作用以及运动规律为己任的物理学对人类理解自然的奥秘，推动经济社会发展会起到极其重要的作用。

　　三次工业革命的历史充分地反映了这一点。

　　17世纪和18世纪牛顿力学体系和热力学理论的建立催生了以蒸汽机的利用为代表的第一次工业革命；19世纪麦克斯韦电磁场理论的建立催生了以电气使用为代表的第二次工业革命；而20世纪初建立的相对论和量子力学则催生了以原子能和信息技术的使用为代表的第三次工业革命。

　　这三次工业革命的共同特点是首先在揭示客观世界的基本规律上取得了突破，而后导致了技术的创新和突破，从而极大地改变了人们的生产和生活方式。

　　到19世纪末，以经典力学、热力学、电磁学和光学为代表的经典物理学已趋完备。所以英国著名物理学家威廉·汤姆孙在英国皇家学会1900年的新年演讲中充满激情地说道：物理学的大厦已基本建成，以后的物理学家只能做些修修补补的事了。

　　但是物理学晴朗的天空中还飘着两片乌云，一片是所谓的黑体辐射的“紫外灾难”，另一片是迈克耳逊-莫雷实验预示的“以太说”的破灭。正是这两片乌云导致了20世纪物理学的蓬勃发展。黑体辐射的“紫外灾难”导致了量子论，而“以太说”的破灭导致了相对论。这二者被称为20世纪物理学的两大成就，也是现代物理学的两大支柱。

　　基于量子论和相对论，物理学本身在20世纪得到了极大的发展，也推动了其他学科和技术的发展。从而20世纪被称为物理学的世纪。

　　除了相对论和量子论，20世纪物理学还有许多重要的进展和成就。譬如，1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，颠覆了人们对牛顿万有引力定律的认知，这是对引力本质认识的质的飞越。广义相对论的两大预言：引力波和黑洞，最近也被实验观测到和证实，二者都获得了诺贝尔物理学奖。

　　另外，人们建立了两个标准模型：一个是描述物质微观结构的粒子物理标准模型。随着粒子物理标准模型的最后一个粒子（希格斯粒子，也被称为“上帝粒子”）于2012年在欧洲大型强子对撞机上被发现，粒子物理标准模型取得了极大的成功。另一个是基于爱因斯坦的广义相对论和量子场论建立的描述宇宙演化的宇宙学标准模型。现代天文学观测与宇宙学标准模型预言基本一致，人们可以基本理解从宇宙大爆炸到现在138亿年的宇宙历史演化。

　　经过20世纪及本世纪二十余年的物理学的蓬勃发展，物理学的大厦是否已经完成？非常遗憾，这个答案是否定的——我们知道的越多，我们不知道的更多。物理学向更深的层次，更复杂的体系，以及更广的尺度演进，向我们展现了更多的未知世界。

　　现在观测到的暗物质和中微子质量的存在，预示着粒子物理标准模型是不完备的。

　　2021年谬子反常磁矩的精确测量显示实验与理论预期存在超过四个标准偏差。这显示存在超越粒子物理标准模型的新物理。但是新物理在哪里？它是什么？我们还一无所知。

　　暗物质是超出粒子物理标准模型的新粒子，还是一些宏观物体譬如宇宙早期形成的原初黑洞？人们还没有答案。

　　中微子的质量起源？我们也不知道。

　　宇宙学标准模型尽管与天文观测基本一致，但是粒子物理标准模型描述的物质只占宇宙成分的5%，除了占28%的不知道的暗物质，还有占更多成分、达到67%的暗能量，我们也不清楚它的本质。

　　另外，作为宇宙学标准模型的重要部分，我们的宇宙在极早期（宇宙诞生后10^(-32)秒左右）经历了一个极短时间的加速膨胀过程（被称为暴胀过程），但是什么驱动了宇宙早期暴胀？我们也不知道。

　　特别需要强调的是，近年随着天文观测精度的提高，人们发现高红移宇宙学观测测得的宇宙膨胀速度与邻近宇宙测量得到的膨胀速度超过了四个标准偏差。这个严厉的问题被称为“哈勃常数危机”。这预示着宇宙学标准模型需要修改，还是存在某些测量误差人们还没有理解？这样的“危机”也可能预示着新的物理学突破的机会。

　　当然物理学还存在其他许多重要的问题。例如，黑洞已经被观测到了，但是黑洞的内部结构如何？黑洞的本质是什么？是否存在一个自洽的量子引力理论？所有相互作用可以被纳入一个统一的框架吗？量子信息与时空的起源有本质关系吗？等等都有待于人们去探索、去回答。

　　暗物质和暗能量被称为21世纪物理学天空上的两片乌云。人们相信，这些问题的解决也会导致物理学的新革命并进而催生新的技术。

文章来源：《人民政协报》2022年2月10日第7版--委员“大咖”带领我们邂逅神秘宇宙世界

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