科普时报记者 陈杰

8月25日，《张朝阳的物理课》“基础科学大会系列对谈”迎来收官。搜狐创始人、物理学博士张朝阳，与麻省理工学院塞西尔与艾达·格林物理学讲席教授文小刚展开三小时深度交流，围绕“物理学的下一次革命：极小、极大，还是极复杂？”主题，探讨从量子纠缠到宏观世界涌现背后的物理图景。

从量子纠缠到宇宙的结构，从“弦网凝聚”到人工智能的边界——这场对话跨越了从极小到极大、从极简单到极复杂的物理疆域，为线上线下的观众展开了一幅关于世界本质的全新图景。

大刀与长矛：跨界如何炼就科学“杂交优势”

对话从两位物理学者的跨界经历开始。文小刚早年师从弦理论大师威腾，专攻高能物理，之后转向凝聚态物理。这两个领域虽然同属物理，却像两套截然不同的语言：高能物理受相对论影响，习惯将时间与空间统一处理；凝聚态物理则更关注物质在空间中的组织方式，把时间单独对待。

张朝阳将这种转型比喻为“舞大刀的人突然改用长矛”——如果学不会新领域的语言，很容易两头不讨好。但也正是这种双重训练，让文小刚在看凝聚态问题时总能找到与众不同的切入点。

科学的新增长点，往往不在某一领域的核心地带，而在于不同领域的交界处。张朝阳类比生物学中的“杂交优势”——多种基因叠加产生更强的生命力，学科交叉往往正是创新的核心源头。

拓扑序与范畴学：凝聚态物理的“新语言”

物质为何有不同的形态？张朝阳以水结冰为例发问。文小刚解释，液态水在连续平移下保持不变，而冰只能在特定平移距离下才保持不变——这种对称性的差异，是传统物理学描述物质状态的基本范式。

然而，1989年文小刚提出的“拓扑序”概念，彻底打破了这一传统。拓扑序是一种无法用对称性刻画的全新物态——两种物质的对称性完全相同，但最低能量状态却不同，且不易被局部杂质破坏。这种对形变“不敏感”的特性，正是数学上“拓扑”的本义。这一理论框架，为他赢得了理论物理学的最高荣誉——狄拉克奖章。

拓扑序的出现，让描述物质对称性的传统数学工具不够用了。范畴学——一门更关注事物之间关联与组织结构的数学理论——恰好能对拓扑序进行分类。文小刚坦言，范畴学连数学家都很少钻研，但他鼓励年轻学生直接从这门“关系”的学科入手，从最前沿的视角理解世界。

光的起源：藏在“量子比特海洋”里的秘密

在拓扑序与长程纠缠领域深耕多年后，文小刚提出了一个颠覆性猜想：我们日常接触的光，本质上或许是量子纠缠的一种宏观表现。

这一猜想的起点，源于他对一类名为“自旋液体”的新型量子物质的研究——其中自旋波的传播规律，恰好与描述电磁波的麦克斯韦方程完全吻合。后续研究证实，这种现象源自一种特殊的量子纠缠结构，文小刚将其命名为“弦网凝聚”。

可以用一幅直观画面来理解：将真空想象成一片由量子比特构成的“海洋”，量子比特连接成一条条闭合的“弦”，这些弦不断运动、涨落，形成动态的“弦液体”。弦的密度分布对应着电场，弦的端点对应着电荷——传递相互作用的电磁场和构成物质的电荷，从同一种量子纠缠结构中自然衍生出来。

“传统的大统一理论只能把三种基本作用力纳入同一框架，却无法包含构成物质的费米子。而弦网凝聚把力和物质统一了起来。”文小刚说。不过，这套理论目前还无法解释引力——他曾尝试将“弦”拓展为“膜”，但数学结构并不匹配，这一方向尚未取得突破。

演生世界观：比“基本单元”更重要的是结构

从弦网凝聚出发，文小刚提炼出三个关键词：极小、极大、极复杂。

极小的构建极其简单——量子比特，只有0和1，没有内部结构。极大的世界却极其复杂，有麦克斯韦方程、狄拉克方程，有各式各样的物质形态。连接极小与极大的中间环节，就是“极复杂”——在物理上叫作量子纠缠。

“更重要的不是世界的基本构建是什么，而是它的组织结构。”文小刚说，这是一种“演生世界观”。知道基本构建是量子比特还不够，真正决定世界面貌的，是量子比特之间的纠缠结构。

张朝阳由此引申：从亚里士多德到苏格拉底，人类总以为找到最小的组成单元就能解开世界的奥秘。但凝聚态物理的研究思路恰恰相反——单元之间的关联与组织结构，才是更本质的东西。这，也是演生世界观与传统还原论最大的分野。

“猜想”与“闲逛”：物理学家如何工作

整场对话中，文小刚反复强调一种独特的物理研究方法：大胆猜想。

“我经常有很多猜想，猜这个猜那个，但我要有判断——哪个猜是对的，哪个不对。一旦觉得是对的，我马上接受它。”文小刚说。数学家追求严格性，但物理学家只要相信一个猜想是对的，就以它为基础继续往前走。他把这比作“构建大厦”：先把整体结构猜出来，螺丝钉、螺母的严格细节留给后人慢慢做。

张朝阳也推崇这种“信马由缰”的学习方式：“我了解一些基本的道理就开始自己推导。”他认为这是效率最高的方式。

至于AI在理论物理中的作用，文小刚认为AI的助力主要体现在计算和验证方面——以前做不了的积分现在可以交给AI，能加快猜想的验证速度。但产生新的定义、新的概念，AI目前还做不到。

张朝阳认为，AI像一匹马，人是骑手，指出方向后马可以跑得很快。真正的概念突破，仍然要靠人。

科普的尺度：一线科学家为何有义务“出圈”

互动环节中，来自清华大学、南京大学、中国科学院等高校的青年学者踊跃提问，涉及拓扑量子计算、新物质态的实验寻找、量子引力等话题。现场还有多位搜狐视频播主——凝聚态物理教授、人工智能学者等——共同探讨科研与科普的意义。

文小刚坦言，科普比做研究还难。科普必须牺牲严格性，但牺牲之后很容易变成胡诌——只有一线科研人员才能把握那个“度”，在不讲数学细节的情况下把精神和方向讲对。他呼吁一线科学家承担科普义务，因为把自己的研究精炼、抽象地讲出来，对研究者本身也是一种锻炼，甚至可能在这个过程中产生新的想法。

他建议科学家尝试“不用数学公式，画一个卡通”来抽象概念——因为画卡通可以逼你抽象，把概念的精髓讲出来。张朝阳补充道：“让懂的一线科研人员来做科普。科普搞各种比喻，就是似是而非了。”（主办方供图）