张朝阳对话理论物理学家汤大卫：我们来自量子涨落，也都是恒星的尘埃

白交
2025-07-31
15:05:12

来源：量子位

允中 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

我们来自量子涨落，也都是恒星的尘埃

搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳与剑桥大学教授、英国皇家科学院院士汤大卫（David Tong）展开了一场物理对话。

从牛顿定律到量子前沿，从飞行奥秘到黑洞碰撞，二人拆解硬核物理知识，并分享了物理学发展中的理论突破与科学趣闻。

7月11日、16日，张朝阳还分别与2004年诺贝尔物理学奖获得者、2025年基础科学终身成就奖得主、美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士、加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校教授戴维·格罗斯（David Gross），著名物理学家、德国洪堡研究奖获得者、美国艺术与科学院院士徐一鸿（Anthony Zee）展开对话，共同探讨了物质世界最基础的构成和物理理论的前沿进展。

在本场对话中，张朝阳和汤大卫回溯了经典力学起源，探讨了量子力学与量子场论的大变革，并进一步分享了当前人类在宇宙学与黑洞研究领域的最新理解与发现。

除了硬核的物理知识，他们还交流了对科学传播的看法，一致认为严谨的数学是物理学不可或缺的基础，科普不必回避公式和深度，并鼓励读者接受更多挑战。

以下为对话全文（有删减）：

一、回望经典力学

张朝阳：2025年是尤为特殊的一年，120年前，即1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，彻底改变了我们对时间和空间的理解；110年前，他完成了广义相对论，这是描述物质间引力相互作用的物理理论；而100年前，即1925年，量子力学诞生，奠定了现代物理学的基础。接下来，我想与你探讨力学、量子力学、相对论乃至量子场论的奥秘。首先，让我们回顾开普勒的观测与牛顿力学，你对牛顿力学有何见解？

汤大卫：开普勒提出了三条定律：第一条，所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆。第二条，行星和太阳的连线在相等时间内扫过相等面积。第三条是行星轨道周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。有个故事说，牛顿差点被别人抢先建立经典力学。17世纪，伦敦新兴的咖啡馆成了思想交锋的战场，胡克、哈雷与建筑师雷恩常聚于此，并从第二第三定律中推出了引力的平方反比律（1/r²）。当然，他们其实已经落后于牛顿了。

牛顿是个“怪人”，他在1660年代就对运动定律和引力定律有了初步的想法，却决定不告诉任何人。牛顿保密了大约20年，直到哈雷来到剑桥，对牛顿说“我们搞清楚了，这是平方反比律”。但是他们无法证明第一定律，而利用平方反比律证明行星走的是椭圆轨道，才能实现真正的理论统一。

张朝阳：为此你还需要牛顿的第二定律。这段故事很棒！这是我们认识自然的开端，是物理学的真实历史，对吧？这一切真实地发生在剑桥。

汤大卫：没错，这就是史实。我能从办公室看到庭院对面牛顿的房间，400年前（启发了牛顿）的苹果树还在那，就种在牛顿的家里，在剑桥以北60公里的地方。这棵400年的苹果树还在结果，非常神奇，大家可以去参观一下。

张朝阳：这是牛顿力学。在牛顿力学之外，我们还有分析力学。牛顿定律以受力分析为核心，它与拉格朗日力学和作用量（原理）是等价的。但是，如果通过受力分析就能解决任何问题，我们为什么需要拉格朗日力学或者说分析力学呢？我后来才知道，量子力学的一切都基于这些（分析力学量）的算符。

汤大卫：在量子力学之前就是这样了。在牛顿之后的几个世纪，一些更偏好数学的物理学家以不同的方法重新塑造牛顿著名的定律F=ma（第二定律）。这件事发生了两次，第一次它被改写成最小作用量原理，并发展出了拉格朗日力学。然后，它再次被一位名叫哈密顿的爱尔兰数学家改写。从拉格朗日力学来看，这些改写有一些很好的理由。第一，它再次实现了统一。费马曾经提出，光走的是最短路径，解释了光的折射和反射。拉格朗日力学将费马原理与F=ma统一起来，让一切变得非常和谐。另外，我们通常说自然有四种力，但“力”是个非常古老的概念。而到了17世纪，人们意识到它并不是首要的，更重要的是能量和作用量，这是一次观念的革新。

张朝阳：所以在现代物理学中，在量子场论中，你们不再提起“力”这个概念？只有相互作用或者说耦合之类的概念。

汤大卫：我们会提到“力”，但那更像是一种致敬，我们不会再把“力”代入到牛顿定律F=ma中去计算。尽管也被叫作“力”，但是它已经不是牛顿认知的那种力了。

张朝阳：从解决问题的角度，（分析力学）也更有优势，对吗？

汤大卫：是的，它更强大，能帮助我们理解和运用对称性。对称性非常优美，还能作为一个强大的工具帮助我们简化问题。

张朝阳：对称性及其导致的守恒律是现代物理学的语言。事实上，拉格朗日量和哈密顿量在量子力学中也很重要，只是你必须把它们处理成算符，比如哈密顿量对应的就是能量守恒，然后我们可以去求它的本征态……

汤大卫：我觉得这一点非常出人意料，这也是一个深刻的教训。拉格朗日和哈密顿对量子力学一无所知，但百年后，他们的直觉成为通向后续理论的桥梁。它启示我们，应尽你所能，用各种方式去理解当前物理定律。要勤于思考，变换视角，以期发掘隐藏其中的线索。

张朝阳：或许经历不同的路径，才能窥见一些线索或理解它们的本质。这是分析力学给我们的教训。同时，力学中还有一个分支是流体力学，我听说这是你最喜欢的主题。

汤大卫：我爱流体力学！我不知道中国，但是在英国，物理系并不教授流体力学。物理系学生想学的是自然界的基本定律，所以直接忽略了流体力学，一来是因为它艰深复杂，二来其实缺乏动力。但你能把它应用到宇宙中任何地方，这才是它真正有趣的缘由，简直是不可思议！本世纪初，物理学家第一次“融化”了质子和中子，这是它们内部的夸克130亿年来第一次获得自由。这导致了一种新的物质形态——夸克－胶子等离子体，它也是由纳维-斯托克斯方程描述的。简直神奇！

张朝阳：太神奇了！就像水一样，它们有表面张力和粘度？它是可压缩的流体吗？

汤大卫：粘度是夸克-胶子等离子体的重要测量量，它是相对论的，可压缩的。这会让它稍微更复杂一点，但是万变不离其宗。既然纳维-斯托克斯方程能在特定情况下描述宇宙中的一切，作为物理学家，我们就应该去学习它。

张朝阳：应该在物理系中开设流体力学的课程。

汤大卫：我也这样认为，它是一门非常漂亮的学科。我有一个很复杂、很难求解的方程，必须去对它做近似。我有成千上万种近似方法，每一个都能带给你新的认知。

张朝阳：这个方程是高度非线性的，但是通过数字技术和AI，也许我们能实现纳维-斯托克斯方程的数值求解。

汤大卫：的确如此，高速计算机帮了大忙。至于AI，当下物理学家都在想AI如何帮助我们，而不是让我们失业。在我看来，这是我一生中能看到的最大的技术突破。鉴于它在过去两年间实现了惊人的发展，我们也希望它可以成为解决困难的有力工具，即便这么说可能为时尚早。

有一个关于纳维-斯托克斯方程的著名难题：它是否会形成奇点？如果答案是否定的，我觉得当前的AI就帮不上忙了，而是需要数学家去贡献智慧来做一些创造性的证明。如果答案是可以形成奇点，那么AI就可以帮助我们搜索所有可能的流体构型，寻找接近奇点的行为。然后，由人类完成理论构建的最后一步——当然是非常关键的一步。

张朝阳：这是AI和人脑的巧妙结合，人脑记不住所有东西，AI可以帮助我们，可以作为一个好助手，帮我们完成一些苦力活。

汤大卫：从这个角度来说，AI只是过去五十年的计算机技术又向前跨进了一大步。我已经从中受益了，部分原因是我不太会写代码，所以我会问它：能不能帮我写一个脚本，用来画出某个拓扑绝缘体的能带结构。不可思议的是，它两分钟就完成了。当然，这只是我在偷懒。

张朝阳：回到流体力学，我听说，飞机能够起飞，并不是因为压力差，对吧？

汤大卫：根据伯努利原理，机翼的设计使得气流在上表面的流速更快，从而在机翼上下表面形成压力差，产生升力，这是飞机能够起飞的一部分原因。但是学校中普遍教授的理论——气流在上下表面必须同时抵达机翼后缘，因此上面必须更快——这是错的。如果它成立，我们往任意方向飞行都能到达同一个终点，这显然有问题。正是这个问题把我带进了流体力学。考察在流体中高速运动的物体时，我们经常忽略纳维–斯托克斯方程中的粘滞项，得到更简单的方程，却从中推不出升力。所以其实，1903年莱特兄弟首飞时，理论物理学家还无法解释飞机为何能飞。当时人们已经搞清楚了麦克斯韦方程，距离狭义相对论仅有两年，人们还搞不懂飞机的原理。1905年，由普朗特给出的答案也很惊人。粘滞项是纳维–斯托克斯方程中唯一含二阶导数的项，虽然它的系数很小，但是因为含有二阶导数而不能被直接忽略，偏微分方程中，二阶导数项要求我们给定额外的边界条件来得到方程的解。

张朝阳：它不一定很小，一个小量的导数可以很大。

汤大卫：的确如此，百万分之一的粘滞系数，被百万量级的速度梯度抵消了。机翼表面其实会有一层薄薄的“边界层”，里面充满湍流和各种奇妙现象。正是这个边界层，使得飞机能够起飞。

张朝阳：所以公众普遍认为飞机升力来源于机翼的形状并不正确，真正关键的是空气的粘度和湍流。

二、从麦克斯韦到爱因斯坦

张朝阳：让我们继续，19世纪末在英格兰发生了有趣的一幕，年仅三十的麦克斯韦阅读了法拉第的笔记，并将它们总结成了优美的方程。

汤大卫：没错，这段历史同样让人心驰神往。麦克斯韦同样出自我所在的三一学院，牛顿和麦克斯韦都是我敬仰的前辈。而法拉第更是我心中的英雄：他14岁辍学当装订工，靠着聪明才智和博览群书，接替了化学家汉弗里·戴维的工作。他不懂数学，却做出了理论物理史上最伟大的突破之一：场是真实存在的。万物皆由场构成。把两块磁铁靠近你能感到力，那就是磁场——看不见，却真实存在。这是法拉第赠予我们的礼物，而麦克斯韦则将其完整呈现，美得令人屏息。

张朝阳：麦克斯韦还发现了欠缺的一项。

汤大卫：位移电流是额外的一项，（麦克斯韦）发现它后很快意识到，天啊！光出现了！你能想象他的心情吗？

张朝阳：是的，光速——宇宙中的最大速度出现了，然而这也意味着麦克斯韦方程组和牛顿力学相矛盾。正如我在直播课上说的，电磁学本应是20世纪的理论，而不是19世纪的。19世纪是牛顿和伽利略时空观统治的时代，却冒出了麦克斯韦方程组这一“怪胎”。

汤大卫：我不知道麦克斯韦是否意识到这一点，毕竟他英年早逝了。物理史上有一些超人的天才，爱因斯坦当然如此，麦克斯韦也位列其中。麦克斯韦为后来的一切奠定了基础，他的方程组是第一个正确的理论，而且直到今日仍是基本理论，几乎原封不动地被纳入粒子物理标准模型。也许四百年后，标准模型可能不再是一个基础性的理论，但至少当下，它是我们得到的一个基础理论。

张朝阳：麦克斯韦方程组有四条，意味着电荷守恒。此外还有洛伦兹力，洛伦兹力可以经由狭义相对论推导出来，非常有意思。

汤大卫：是的，麦克斯方程组告诉我们电荷如何产生电场和磁场。洛伦兹力定理告诉我们电荷如何在电磁场中运动。而库仑定理加上狭义相对论，我们就能得到磁场“v×B”这一项。

张朝阳：真漂亮！这就是电磁学。用一句话来说，它也是人类的第一个场论，对吗？

汤大卫：它是一门场论，物理学沿着这一思路继续发展，最后发现我们所知的每一样东西都是场。电磁学里并非所有东西都是场，电场和磁场是场，但电荷仍是点粒子，这会带来麻烦。但这也是我们第一次明白，世界不只是由粒子组成的，世界同样是由场组成的。到了量子场论，我们认为此刻房间就存在一个叫作“电子场”的东西，量子力学把场的涟漪凝聚成一团团能量，形成了我们所说的电子。这样一个理论真的非常优美。

张朝阳：从法拉第的电力线和磁感线，到麦克斯韦的电磁场，电磁学为整个20世纪的物理学奠定了基础。电磁学实际上也预言了狭义相对论的问世——后者最著名的方程非常简洁：E=mc²，是原子弹、核反应堆等等能量的来源，所有粒子，包括夸克，都得遵循这条定律。

汤大卫：是的，爱因斯坦最初的理论是关于时空如何转换的，而能量和质量的联系是一个令人惊奇的推论。狭义相对论的地位有点尴尬，它并非可有可无，但仅是麦克斯韦的理论和爱因斯坦的广义相对论之间的一道桥梁。因此，至少在英国，我们很少会专门开一门课来讲它，只是把它当作一道前菜。

张朝阳：但在广义相对论中，取低速近似，我们就回到了闵可夫斯基时空。

汤大卫：它必须如此，新理论必须兼容已知的一切。如果你把视角拉到一点附近的小区域，它们看起来都像闵可夫斯基空间。如果你拉近到足够近，它看起来就是平的。所以局部上，总是存在闵可夫斯基空间。

张朝阳：我可以在我的办公室给你展示一下，任意的弯曲时空也能被局域地看成林德勒时空，或者说某种加速参考系。

汤大卫：局域上也可以这样说，但是你无法在大范围让所有人以同样的加速度运动，这是被广义相对论禁止的。闵可夫斯基时空有点单调，但是一个加速观者可以看到类似于黑洞视界一样的东西。如果你在林德勒时空研究量子场论，就会发现安鲁辐射。安鲁辐射本质上与霍金辐射是一样的。引力场就是时空，这是爱因斯坦的洞见。而广义相对论是人类发现的第二个场论，人人都说它很优美，但我怀疑这些说它美的人，并没有花上好几个月去算克里斯托费尔符号——这是最可怕的计算之一。

张朝阳：如果他们尝试过了，也许就不会再说广义相对论很优美了。不仅如此，我们还需要求（度规的）二阶导数，这就是为啥在弱场近似下我们可以预言存在引力波。

汤大卫：引力波也许是我们这个世纪最伟大的科学突破，它为我们了解宇宙打开了一扇难以置信的新窗口。我不知道你有没有关注到本周的新闻，有团队宣称（用引力波）观测到了两个比100个太阳质量更重的黑洞发生了碰撞，并形成了第三个黑洞。这里面还有很多谜团，但是已经逼近了我们的认知边界。如果我们确认了有300或者400个太阳质量的黑洞存在，我们就得重新思考：它们是怎么形成的？宇宙里发生了什么？这里面有什么新物理？在我看来，这些都是非常激动人心的问题。

张朝阳：那么我想问一些关于宇宙的问题。在均匀膨胀的宇宙中，恒星、星系是怎么形成的？宇宙中还有其他的生命吗？

汤大卫：我们对第一个问题已经有了很好地回答。大爆炸理论说，138亿年前，宇宙曾经是个火球，宇宙微波背景辐射就是火球的余晖。我们可以观测到，火球里面有涟漪，正是它们孕育了星系，这一点确凿无疑。所以第一个问题真正要问的是，这些涟漪从何而来？宇宙早期曾有一段“暴胀”时期，目前我们还不知道它发生的机制。在这个过程中，宇宙中的场的量子涨落——它们源于量子不确定性，通常是瞬息生灭的——被当场捕获并冻结，然后被拉伸到整个天空。这是一个令人震惊的故事，但似乎就是真相。所以，我们从哪里来？我们来自量子涨落。

张朝阳：我们都来自量子涨落！

汤大卫：我们都是量子涨落，也都是恒星的尘埃，这是真的。至于另一个简单但迷人的问题：“存在地外生命吗？”剑桥的物理学家们一致认为“当然有”。银河系有千亿恒星、宇宙又有千亿星系，且当前已知的恒星都带有宏大的行星系统，计算一下概率，生命应当是存在的。但同时，剑桥的生物学家们，其中包括一位诺奖得主，却持反对态度，认为生命起源极度困难，需要一连串偶然的奇迹。于是我们手持“大数”（概率），他们握着“小数”（概率），当然没人能够给出两者乘积的精确结果。我相信是有的，但这绝非显而易见。

张朝阳：所以在剑桥，物理学家和生物学家对此存在分歧。但即使作为物理学家，在计算生命出现的概率时，也必须假设宇宙像流体一样是均匀的。你只能假设：既然地球有生命，那么在任何地方都有同等的概率。但是这一假设取决于尺度，意味着即使存在生命，也会离我们极远，远至百万光年级，才能满足均匀性的假设。

汤大卫：是的，它们离我们很远。这是另一个问题：外星人曾经到达过地球吗？绝无可能！他们未来能不能到达地球？我不知道，但至少可以说，是相当困难的。

三、从量子力学到量子场论

张朝阳：今年是量子力学100周年。20世纪初，卢瑟福通过散射实验发现了原子结构，然后尼尔斯·玻尔建立了一个轨道模型。

汤大卫：这是一个错到离谱的模型，却给出了正确的光谱。它让我很恼火，因为如果你做错了，就应该得到错误答案；但是玻尔做错了，却得到了正确答案。这不是物理该有的样子。我投身于物理，就是因为它存在对与错的明显分界。

张朝阳：在中文，这叫作歪打正着，意味着你的目标偏差了，但事实上却正中靶心。

汤大卫：是的，这不公平！本不该这样，但玻尔确实是天才。不过，海森堡是最不可思议的天才，我至今都难以想象他是如何凭空建立起一套全新的框架的。我认为，这是人类文明史上最辉煌的成就：发现了量子力学，发现了支配宇宙的底层框架。

张朝阳：他用了一套非常奇怪的数学，之前的物理学家甚至没听过。

汤大卫：海森堡将无限维的矩阵乘在了一起，但他甚至不知道矩阵是什么。在1915年，矩阵并不在学校教学范围内，但他凭直觉认为粒子的位置应当是个无限维矩阵。（海森堡的）这篇文章非常艰涩。

张朝阳：除了海森堡，薛定谔等人（的贡献）呢？为什么海森堡那么重要？

汤大卫：因为海森堡开启了对量子力学的系统研究，他先迈出了决定性的一步。薛定谔晚了一年，才提出了波函数和方程。这更容易求解和理解，并从中获得直觉，但我认为真正该得到赞誉的是海森堡。

张朝阳：量子力学之所以叫“量子”，是因为我们用“态”来描述系统，而这些态可以是离散的，比如束缚态。在传统牛顿物理学中，这是不可想象的。量子力学会唯一给出完全确定的、离散的态。你我身体内的氢原子，与万年前的氢原子毫无二致，这全得益于量子力学的揭示，不是吗？

汤大卫：是的。揭示量子力学是我认为的、人类文明史上最伟大的成就。关键在于，它向我们展示了世界的本质，并赋予了我们许多新的科技和能力——从半导体到前景远大的量子计算机，再到对信息的深刻理解。

张朝阳：离散性带来世界的结构，否则，就像我经常说的，我们都是一堆沙。

汤大卫：或者说是流水。量子力学充满悖论，正是这种精确性和离散性，迫使我们引入不确定性。东西都是弥散的，用波函数来描述。粒子的能量是确定的，但粒子的位置却被模糊成一片。一端精致入微，一端虚无缥缈。

张朝阳：很多人对物理感兴趣，却未曾深入学习和计算。他们认为量子力学就是“薛定谔的猫”之类的东西，我认为这反倒是最不重要的。真正重要的是离散性，它才是量子力学的核心，而不是“薛定谔的猫”。他们经常很兴奋地说：“我对量子力学充满好奇，我知道薛定谔的猫。”而我会对他们说：“不，你根本不懂量子力学。”

汤大卫：我不喜欢它，但我学会了与它共处，因为我觉得把时间浪费在对量子力学的哲学讨论上并不值得。除了哲学，量子力学在技术上极具价值，并深刻揭示了宇宙的一切。这是一个不可思议的理论。马克斯·玻恩第一个意识到了量子力学中的随机性，并引入了概率诠释。

张朝阳：因为我们没法测量复数，我们需要一个实数，这就是为什么要取模长。

汤大卫：是的，我们也离不开波函数的复数本质，特别是想要理解干涉时。复数是我们世界的根基；从数学的角度看，它们是所有数学理论的基石。

张朝阳：量子力学是基于伽利略时空观的理论，是非相对论性的，对吗？事实上薛定谔自己就想写下相对论性的方程，因为在1925年，狭义相对论已经深入人心了。

汤大卫：在他写下我们知道的薛定谔方程前，就已经给出一个相对论性的方程了，现在它被称为克莱因-高登方程。克莱因-戈登方程不是一个关于波函数的方程，而是关于经典场的方程，就像电磁学那样。

张朝阳：薛定谔只是想首先解决最迫切的问题：解释氢原子光谱，所以他选择了从非相对论性的色散关系出发。

汤大卫：完全正确。这一目标完美达成，并给了我们前所未有的物理图像。我不想夺走薛定谔的任何功劳，他的名字已经贯彻在整个学科的所有角落。然而，薛定谔的思路，我至少可以一步步复现，可海森堡……

张朝阳：他完全是凭空提出这一切的！

汤大卫：是的，令人震惊。

张朝阳：而狄拉克方程把我们带入了量子场论。

汤大卫：没错，从20世纪30年代起。帕斯夸尔·约尔当最早意识到场的涟漪和光波类似，量子力学能把它们都塑造成粒子，他是玻尔和海森堡完善量子力学终稿时的共同作者。然后像狄拉克、泡利等人奋力攻关，写下了方程，弄清楚了粒子如何出现。但一旦加入相互作用，处处都是无限大。于是他们尝试了很多疯狂的想法：玻尔想放弃能量守恒，海森堡想放弃空间的连续性，意图掀起一场物理变革。而二战后的新一代科学家——费曼、朝永振一郎、施温格和戴森选择回归基础，耐心梳理了狄拉克等人的成果，最后得到了自洽的理论。有时候物理学需要变革，有时候却得回归基础，这本身就很有意思。

张朝阳：所以在1925到1950这25年间，反而是费曼这些不怎么“革命”的人，真正建立起了量子场论。

汤大卫：可以这样说，有时候物理并不需要革命家，你只需要缓慢而谨慎地前进。某种意义上，量子场论并未完善，为了理解它我们还需要很多的工作。事实证明，它是我们描述和理解宇宙的整体框架。虽然量子场论还充满谜团，特别是还有很多数学上的困难，但它是极其丰富而优美的。

粒子物理的标准模型就是基于量子场论建立的，就精度而言，我们可以把电子的磁矩计算到小数点后13位，并与实验结果完全吻合。过去25年中，人们一度为μ子的磁矩在第9位小数上与理论出现的偏差而担心，并寝食难安。在整个科学史上，你再也找不到第二个这样的例子。

四、科普不必回避公式和深度

学生A：我一直在想，博士生能为科学的传播做出怎样的贡献？互联网上已经有许多高质量的内容创作者，包括在座的两位。那么，我们的“独特定位”在哪里？年轻一代还能做些什么？

张朝阳：我认为自媒体和Youtube这些平台正在改变一切，短视频形式的社交媒体正在彻底重塑出版业。对物理学家来说，你们过去都在PRL（物理学评论快报）上发表论文，而未来更多人可能在网络上发布研究成果，让大家即时评论和讨论。出版将被重新定义。当然“论文发表”形式的革新可能尚早，但“公众教育”的发展却近在眼前。对任何专业领域的人来说，这都是黄金时代：你可以利用互联网作为桥梁，成为一名公共教育者。

汤大卫：我并不确定我能够给出有用的建议，我只是顺手为之。我并没有Youtube账号，有些视频只是有人邀请我，我觉得有趣就去录了，就这么简单。你有两个选择。第一，投入大量个人时间经营频道。但鉴于你在读博，我不建议这样做，因为它会挤占研究时间。第二，像我一样，只做自己觉得好玩的事，邀请就会像滚雪球一样变多。20年来，我坚持把自己写的讲义放在个人网站上免费发布，一半动机是为学生提供免费的学习资料，另一半则出于私心：我喜欢学物理，这就是我的爱好。

张朝阳：然后你涉猎了众多的科目，最好的学习方法就是去教别人并写讲义。久而久之，你自然就有了听众。你既是在为公共教育做贡献，更是在自我成长。

汤大卫：正是如此。20年前我入职剑桥时就决定，退休前要把所有课都教一遍。既然决定了献身于物理，就要把物理全学一遍。大多数人会开一门课就教15年，因为备课太难了。而我决定每年都开新课，因为我喜欢。当然我也是等到拿到终身职位才开始的。

学生A：的确如此。你们谈到了AI，我个人也在用AI辅助写作和尝试发布。但我也在想另一个问题：40年前学生总是缺少资料，所以科学家做科普对社会至关重要。但现在AI就像百科全书，任何问题都能给出大致准确的回答，您认为这会对科普带来什么变化？

汤大卫：应该从两个方面来看。第一，AI会不会让我们都失业？我是不是不需要再写讲义了？目前看起来还不行。如果是一个具体的问题，AI都能给出不错的答案，只是需要花时间去追问和挖掘。但是它仍不擅长长篇叙事，也无法让故事流畅。当然也许未来会改变。第二个问题我觉得应该由你们这一代去解决，因为你们要对话的是同龄人。

张朝阳：我想没有什么能取代真人面对面地讲解和交流。在看新闻时，我也不愿意面对AI生成的虚拟形象，我更愿意跟真人交流。因为我们大脑就是从人与人的交往中发展起来的，语言就是人与人之间的连接。而AI只能成为助手，帮助我们生成展示物理的视频。

学生A：我非常赞同！这也是我会在这里的原因。谢谢两位，特别是张博士给我们准备了这样一个（交流的）平台和机会。

汤大卫：我也希望如此，如果我知道在阅读的东西是AI写的，我会立刻把它盖上。但这会变化吗？下一代人将AI当老师，也许他们不再会有这种感觉了？我不确定。

学生B：谢谢张博士和汤教授。我的问题和前一位类似，但角度可能不太一样。科普能让观众理解科学进展，但它并不容易。科学家缺乏时间精力，外行人又常常误读科学。汤教授写了很多易读的讲义，也做过讲座。虽然是兴趣，但也肯定下了不少功夫。张博士也一直鼓励年轻人开账号做内容。你们开始做科普的初心是什么？有没有更好的方法去做科普？

汤大卫：我觉得讲义和科普之间是有区别的，差别在于对数学的应用。物理很难，我每年要花3个月去写一个新的讲义。而科普更难，因为你必须学会“撒谎”。物理的语言是数学，虽然我们在谈话中已经大胆地提到了方程，但对公众来说这已经是极限了。“撒谎”是无法避免的。科普主要是靠类比，而有的类比很好，有点类比却很糟……

张朝阳：有些类比会误导人，就像“薛定谔的猫”。所有问量子力学的人都会问这个问题，但是这不是重点。

汤大卫：是的。大众经常被类比牵着走，忘记了它只是类比。我经常每天收到3到4封邮件自称提出了“终极理论”：比如时间是能量场、宇宙有436维的超正方体等等。但它们只是故事而不是理论，理论是建立在数学方程上的，我觉得我们还没真正让公众明白这一点。

如果我去做科普，我希望我能让大众意识到什么是科学，什么是科学方法。我一直在担心科普时我们用了太多的故事和类比，掩盖了物理真正的样子：它很难，它需要去解方程。说实话我不知道应该怎样做科普，科普本质是一种娱乐，公众会被吸引，他们想要去挑战，但不想见到枯燥无味的东西。但学物理本身其实很无聊，我们要找的是打破这种无聊的方法。

学生B：是的，但我觉得科普还有更实际的理由：我们的经费来自公众，我们有责任让公众知道我们在干什么。如果公众误解了我们，他们会反对我们，所以科普非常重要。

汤大卫：完全正确，这很重要，而且情况在变化。霍金的《时间简史》把我带进了物理。他说他曾经被告知科普书“每多一条方程，销量就要减半”，但他还是冒险放了E=mc²。结果当然是大卖特卖，所以他大概一点都不后悔。我觉得，时代也在进步，今天我们可以更大胆一点，公众对科学已经有了一定了解，我愿意再把门槛提高一点，让他们接受更多的挑战。

张朝阳：我在我的物理课就是这样做的。我们尝试让大家明白，科学离不开大量的数学和计算，而绝不是“薛定谔的猫”这种噱头。曾经有人问我：“我昨晚梦见了朋友，我是不是和他发生了量子纠缠？”我想说：别闹了！你要真正理解量子力学，你就要去理解离散态、束缚态或者算符的本征值是什么，这些才是正经的问题。至于量子纠缠，我自己都未必完全搞懂。事实上，我们需要在科学教育中加入更多数学的严谨性。

汤大卫：祝你能顺利做到这一切！

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