关键要点
爱因斯坦签名的儿童书籍能否激发一生探索宇宙深层奥秘的追求？
- 大卫·格罗斯因发现夸克的渐近自由而获得2004年诺贝尔物理学奖。
- 渐近自由表明夸克之间的力在一起时减弱，而在分开时增强。
- 他目前的工作集中在弦理论上，以统一引力与其他三种基本力。
- 格罗斯强调核战争风险的增加以及国际对话的紧迫性。
- 他认为人类的生存比科学进步更为紧迫。
当理论物理学家大卫·格罗斯13岁时，他收到了一本流行科学书籍《物理学的演变》（剑桥大学出版社，1938年），书中签名为阿尔伯特·爱因斯坦。这本书由爱因斯坦本人共同撰写，开启了格罗斯探索原子内部的旅程，最终帮助他回答了困扰粒子物理学家多年的一个问题：质子和中子的组成部分——夸克，是否可以被分开。
他与弗兰克·威尔切克和H·大卫·波利策共同发展出的渐近自由原理揭示了夸克之间的力在彼此靠近时减弱，而在远离时增强。渐近自由成为一个更大模型——量子色动力学的一部分，并为统一强、弱和电磁力铺平了道路，这完成了 标准模型 粒子物理学的标准模型。三人因其在2004年的工作获得了 诺贝尔物理学奖。.
在过去的几十年里，格罗斯从研究原子的组成部分转向发展弦理论，以统一第四种力—— 引力 ——与其他三种力。格罗斯曾是加州大学圣巴巴拉分校卡夫利理论物理研究所的所长，最近因其一生的物理成就获得了300万美元的基础物理学特别突破奖。
《生活科学》与格罗斯谈论了他的生活和工作，原子的核心是什么，为什么统一这四种基本力如此具有挑战性，以及他为什么认为量子引力理论的主要障碍不是科学，而是人类在地球上剩余的时间。 蒂亚·戈斯：告诉我你是如何第一次对物理产生兴趣的。 四种基本力
我一直擅长并喜欢做数学难题。在我的成人礼上，我收到了一个家庭朋友的礼物，他恰好是与爱因斯坦合作撰写一本流行科学书籍的利奥波德·因费尔德的兄弟。这本书叫做《物理学的演变》。
大卫·格罗斯： 我一直擅长并喜欢做数学谜题。在我的成人礼上，我收到了一个家庭朋友的礼物，他恰好是利奥波德·因费尔德的兄弟，因费尔德与爱因斯坦合作撰写了一本流行的科学书籍，名为《物理学的演变》。
我真的被那本书吸引住了。那时，我意识到当你将数学应用于现实世界时，数学难题变得更加有趣，我决定成为一名理论物理学家。一旦你决定要从事理论物理，路径就很明确；并不是特别曲折：你必须学习 数学；你必须学习 物理学；你还有很长的路要走才能到达知识的前沿。因此，这是一个早期而明智的决定。
TG：你觉得你达到了知识的前沿吗？
DG： 哦，是的——甚至超越了！
TG：在2004年，你获得了 诺贝尔物理学奖 关于发展渐近自由理论的。你能告诉我关于这方面的事吗？
DG： 当我开始研究生课程时……理论家们真的没有线索，对核内部发生的事情没有深入的理解。
在我研究生毕业后不久，我去哈佛进行博士后研究，从伯克利到哈佛，那里进行了一些精彩的实验。[在这些实验中，目标]是将我们非常了解的电子以非常高的能量射向质子，并观察这些电子的各种散射……基本上是有一个显微镜可以观察质子内部。
这些实验非常令人惊讶，它们似乎表明质子是由一些点状粒子构成的，没有结构。这至少是在短距离和短时间内观察到的，这非常神秘。
我一直在研究这个，并预测如果你做出各种荒谬的假设可能会发生什么。看起来这些粒子与被称为夸克的粒子是一致的，夸克早期被假设为数学对象，以解释产生的粒子模式。
但这个实验揭示了它们是真实存在的，并且以某种方式自由移动——这完全没有意义，因为如果你用足够大的力撞击质子，它们就会轻易被击出。没有人见过夸克。
因此，我对此产生了痴迷，这导致了渐近自由和量子色动力学的发现。渐近自由是指夸克之间的力在它们靠得更近时变得更弱的特性，这与我们所知道的任何其他理论都相悖。
当它们靠得更近时，力变得更弱；当它们远离时，力变得更强；也许强到你永远无法将它们分开，这似乎就是情况。
所以这是该理论的分水岭时刻。 强核力在同几年——在70年代初——弱核力的理论也在构建中，同样是在不同的设置下，但也是电动力学的一种普遍化。到70年代中期/末期，我们完成了我们所称的标准模型，粒子物理学的标准理论：构成物质的是什么，它们之间作用的力是什么。
TG：在那时，似乎我们统一了三种力，但还有一个例外，重力，对吧？那么从那里你继续前进吗？
DG： 我不能立即继续。一旦我们有了一个可以计算核现象的理论……人们可以计算、做出预测并测试理论。
量子色动力学是一个非常深刻、漫长、复杂而美丽的故事，至今仍在全力进行中。在短距离内，当夸克靠近时，这很简单，因为[强]力变得越来越弱，所以你可以轻松计算——人们现在已经将这些计算扩展了50年，达到了惊人的准确性。
但我最感兴趣的是试图理解，夸克真的完全被束缚住吗？这如何运作？当力变得强大时，如何控制理论？这要困难得多。
许多问题仍然悬而未决。但我对此感到厌倦，因为这很难，我真的无法解决它。
此外，正如你所说，标准理论中有迹象表明，如果你将其推向极限——非常高的能量和非常短的距离——它就会失败，因为重力介入了。所以这是一个信号，表明我们应该尝试将所有力与重力统一起来。
这导致了 弦理论自那时起，我一直在主要研究这个。
TG： 你能简单解释一下弦理论以及你正在研究的内容吗？
DG： 我们在弦理论中提出的问题甚至比统一所有力量更为雄心勃勃。根据爱因斯坦的说法，重力在我们的理解中是 时空，对吧？
现在我们开始理解，我们将不得不再次像物理学历史上的许多次一样，修改和改善我们对时空的理解。
时空是由什么构成的，它在短距离下是如何表现的？宇宙是如何演化的？
我们对这些了解不多。但我们尤其不理解开始的部分，这就是我们所有想法崩溃的地方——甚至到目前为止，尝试使用弦理论的努力——但弦理论仍然提供了最好的希望，试图解决宇宙是如何开始的问题。
TG：所以其中一个障碍是你有所有这些[统一的]理论，但要测试它们，你需要实验，而你可以测试它们的能量范围是极端的？
DG： 直接测试它们是非常困难的。因此，在19世纪，化学家和物理学家假设存在 原子.
但没有人见过原子，也没有任何直接的方法来探测原子是由什么构成的，甚至是否存在原子等等。所以情况是类似的。
然后在20世纪，关于普通物质和原子的原子结构的突破或真正的进展发生了——这些并没有被预见，许多人认为原子是“好吧，某种数学把戏来构建理论”，但它们并不是真实的。
这在科学中反复发生，当然，最伟大的事情是实验可以解决这个问题。这在原子、布朗运动（粒子的随机运动，由爱因斯坦阐明）和拉塞福（他的金箔实验显示原子大部分是空的，只有密集的原子核）中都发生过。然后 量子力学 被开发出来，现在我们完全理解普通物质。
在这种情况下（测试弦理论），离人类尺度越远，事情就变得越困难。我的意思是，我们所观察的尺度是如此微小。几乎是你能想象的最小的尺度。
TG：这是普朗克尺度（1.6X10-35 米，量子效应被认为主导重力的地方？
DG： 是的，普朗克尺度是重力变得非常强大的尺度，空间本身的结构变得如此复杂，以至于可能连思考空间都是个坏主意。
TG：在那个尺度上，使用“空间”这个词可能甚至没有意义。
DG： 空间是……我们在婴儿时期发展出来的世界图景，以便获取玩具或食物。这是我们解释世界运作方式的方式。
但这可能不是正确的解释；这可能是一个粗略的或近似的概念。事实上，这正是我们被引导的方向，但我们才刚刚开始理解这可能意味着什么，并发展应对它的工具。
TG：你觉得在50年后，我们会更接近于拥有某种统一理论，整合所有的力量吗？
DG： 目前，我花一部分时间告诉人们……你活到50年（更多）年的机会非常小。
由于核战争的危险，你大约还有35年的时间。
TG：你为什么认为我们在35年内会基本上自我毁灭？
DG： 所以这是一个粗略的估计。即使在冷战结束后，[当时]我们有战略武器控制条约，但这些条约都已经消失，仍然有估计认为每年发生核战争的概率为1%。在过去30年里，情况变得更加糟糕，正如你每次阅读报纸时所看到的。
我觉得这不是一个严格的估计，实际上概率更可能是2%。所以这意味着每年有1/50的机会。以2%的概率计算，预期寿命大约是35年。[预期寿命是指到那时发生核战争的平均时间。它是使用与确定放射性物质的“半衰期”相似的方程计算的。]
TG：那么你建议采取什么措施来降低这种风险？
DG： 我们去年在芝加哥举行了一个叫做 诺贝尔奖得主大会，旨在降低核战争风险 的活动。
有一些步骤是容易采取的——我指的是国家之间。例如，互相交流。
在过去10年里，已经没有条约了。我们正在进入一个令人难以置信的军备竞赛。我们有三个超级核大国。
人们在谈论使用核武器；欧洲中部正在进行一场重大战争；我们正在轰炸伊朗；印度和巴基斯坦几乎要开战。
好的，这增加了[核战争的]机会。我真的希望有一个可靠的估计——可能会更多，我认为我在保守估计——但在今天这个疯狂的世界中，核战争的估计是2%。
TG：你认为我们会有一天摆脱核武器吗？
DG： 我们并不推荐这样做。这是理想主义，但我希望如此。因为如果不这样做，100年后总会有一些风险，人工智能[可能会发射核武器]，但根据这个估计，人类活到100年的机会非常小，活到200年的机会微乎其微。
所以[这个问题的答案是] 费米的问题是“文明在哪里”，银河系中所有智能生物，为什么他们不和我们交流？"的答案是 他们已经自我毁灭了。.
你让我思考未来，这几年我对此着迷——不是思想和理解自然的未来，而是人类的生存。
TG：在某种程度上，在冷战期间，人们更容易概念化，因为我们有一个主要的敌人。现在，各国之间的互动变得混乱不堪。
DG： 现在有九个核大国。即使是三个也比两个复杂得多。各国之间的协议和规范都在崩溃。武器变得越来越疯狂。自动化，甚至可能还有人工智能，很快就会控制这些武器。
TG：这让我也感到害怕——很多武器正在使用人工智能系统在某种程度上做出决策。
DG： 抵制让人工智能做决策将非常困难，因为它反应得太快。如果你有20分钟的时间来决定是否向中国和俄罗斯发射几百枚核武器以“我们的亲爱的总统”，军方可能会觉得让人工智能做这个决定更明智。但是如果你玩过人工智能，你就会知道它 有时会产生幻觉。.
TG：这个问题对普通人来说感觉太大，无法做些什么，这与气候变化是一样的，对吧？
DG： 人们已经对气候采取了一些行动。这是科学家们在40年前开始警告人们的事情。他们让人们相信这是一个真正的危险。
这比关于核武器的论点要难得多。
我们制造了它们；我们可以停止它们。
编辑注：本次采访已被编辑和压缩以提高清晰度。
你对阿尔伯特·爱因斯坦及其理论了解多少？通过我们的测验来测试你的知识。 爱因斯坦测验！