萃英力量 | 不窥牖，见天道 ——专访2017级物理萃英班曾祥熙

 

物理科学有哪些研究方法？理论、实验、计算，广袤无边，而来自萃英学院2017级的曾祥熙同学的学科兴趣，则集中在黑洞、引力理论这些理论物理的核心问题上。在其他学科的同学看来，他有些沉默，总是专注于纸上公式推演的世界——他“心之所向”的世界是我们头顶浩瀚的宇宙，是在浩茫广宇中悬而未决的基础科学问题。

 

曾祥熙同学成绩优异，曾获得国家奖学金、严济慈班奖学金，专业绩点位列专业第三。他聪敏也勤奋，在课业之余自学许多知识，这些也是帮助他高质量完成萃英基金的强大动力。无论在学术的路上走了久，他始终保持着对自身处境的清醒认知和对于科学前沿的冷静追求，在结束本科阶段学习后，曾祥熙将要跟随中科院物理所蔡荣根院士进行研究生阶段的学习深造。

 

冰冻三尺非一日之寒

曾祥熙在高中时就对物理很感兴趣，曾参加过相关学科竞赛。在高考后，他根据物理学科的排名选择了学校。在与兰州大学相遇的第一年，他认真学习，比较了物理学的多个领域、方面：“我先去看了一下半导体方向的东西，感觉好像没什么意思。然后又学了引力方向的知识，感觉形式推导有趣多了。”最终，他选择了理论物理方向。出于对引力理论的兴趣，他选择了物理学院刘玉孝老师作为学业导师，并在老师的指导下主持完成萃英基金项目。谈及这一项目，曾祥熙说道，这一领域所研究的是宇宙中天体中物质的引力作用，进而预测宇宙的演化。这样“不窥牖，见天道”的工作需要极为扎实、深厚的理论功底。“我这个方向要做科研的话，需要的基础知识太多了”，相比于成绩，他将学习的重心放在了理论知识的学习上，专心致志走在打基础的路上。

 

曾祥熙在大一时就自学了数学院的一些课程，在大二、大三时学习了广义相对论、微分几何和场论，目前正在学习凝聚态理论的知识。在求知的路上，曾祥熙并不孤独。得益于萃英学院书院制的氛围，在他的倡议下，2017级物理班自发组织起广义相对论讨论班，学院也以此为契机在观云楼8楼新建了隔音讨论室。讨论班不限年级，不限班级，不限专业，是一扇敞开的大门，欢迎各年级、各专业的同学参与。在辩论中，知识“越来越明”。曾祥熙还尝试编写群论、复杂度理论、变分理论等方面的参考资料，这是他对几年学习的知识总结，这也成为了同学口中的“小册子”。“因为论文太零散，而且有些推导本科生做不了，所以我觉得这件事确实挺有意义的。”对于学弟学妹来说这也能对科研提供便利。

 

尽管曾祥熙的基础知识是扎实的，但依然时常会遇到困难。“有时候那些东西（理论推导）完全看不懂，就会很难受。”与很多人相同，曾祥熙选择用业余爱好来缓解压力。健身和音乐是他的两大爱好。他曾去兰州大剧院听过音乐会，也曾和好友在国庆期间骑行至渭源。

 

相对论与量子力学的桥梁

曾祥熙的研究方向是全息复杂度。2002年,英国的量子物理学家多伊奇基于量子信息学的背景,把惠勒的“万物源于比特”的学说用量子力学的方式重新做了解读。他认为常态下的微观粒子应该是多种状态的叠加,从这个意义上说“万物源于量子比特”的提法比“万物源于比特”更能精确地描述世界的本质。而全息复杂度作为一个创立不久、尚无定论且快速发展的领域，恰恰起源于这一猜测。它建议我们从量子信息的概念来理解时空的呈现，从而通过量子的观念描述引力。

 

全息复杂度是算法复杂程度的推广，可以用于刻画量子系统的纠缠程度。2013年，物理学家提出猜想，认为用全息复杂度表征的量子纠缠和时空之间存在着深刻的联系。如果这一联系存在，那么它就将广义相对论和量子力学这两大物理学支柱联系了起来。

 

全息复杂度的研究愿景远大，其中的思想可以应用于实际问题。曾祥熙在萃英学院所做的项目即为《全息复杂度定律在AdS黑洞中的应用》。全息复杂度在黑洞上的应用这一领域才刚刚“崭露头角”，实际上还没有相关的文献综述。曾祥熙同学做这一项目的出发点，就是想要为其他想要进入这一领域的研究者提供相关资料。他撰写了相关邻域的研究综述，并对于大众熟知的黑洞，从理论上给出了黑洞系统的复杂度第三定律可能的解析形式。

 

未来，曾祥熙将跟随中科院理论物理所的蔡荣根院士进行研究生阶段学习，蔡院士的研究方向为黑洞物理、引力的基本性质等，是国内相关邻域的顶尖专家。曾祥熙相信，有了更加坚实、深刻的知识武装自己，会让他更有底气，能在这个图景宏大的领域不断探索，为理论物理贡献自己的一份力量。

 

广义相对论的标志——虫洞的艺术图片

 

 

曾祥熙萃英基金的综述论文（部分）

 

 心事浩渺连广宇

当被问起学习理论物理最大的动力时，曾祥熙说，这既是兴趣，也是想要掌握主要物理学理论的雄心壮志。在曾祥熙看来，学习理论物理是为未来的研究做准备，理论物理本身也是为科学的未来做准备。“我现在做这个方向，是因为你只有去做像引力方向或像弦论这种方向，你才有动力把物理学里面所有重要理论全学了。”这是所谓——“心事浩渺连广宇”，在他看来，基础学科的研究过早局限于“一亩三分地”是不行的，掌握不同方向的理论并寻求联系是极为重要的，只有掌握联系密切的相关理论，才能够“于无声处听惊雷”。

 

科学的“有用”，在于社会的发展需要实实在在的技术革新。但科学同样需要对于理论的探索，这是“无用”，但正是这样的“无用”，理论物理引导科学发展，引领世界观更迭，这是“无用”的“大用”。近几十年的学术前沿表明，引力波将促进理论的发展。多年之后，它也许就会带来技术上的发展和经济上的效益。曾祥熙说到这一点时，提到了赫兹：“你看赫兹在发现电磁波之后，所有人都不知道它有什么用。但是在100年以后的今天，电磁波已经无处不在了。”目前我国在纯理论方向的投入较少，引力方向只有相关的引力波探测计划（天琴计划）。曾祥熙说，理论物理目前的研究结果对于大众的意义，更多存在于精神层面。“对于公众来说，他们最关心的是比如说像黑洞、引力波这样的东西。” 但理论物理的未来并不是“无力”的，比如凝聚态领域，目前已经涌入一批做引力、做粒子物理的研究学者，他们为专门做凝聚态的科研工作者提供了很多新的研究手段与新的研究方向。

 

萃英学院依托于国家基础学科拔尖人才培养计划，努力培养有家国情怀、世界胸怀，未来能够勇攀世界科学高峰，引领人类文明进步的自然科学家和社会科学家。未知的探索、宇宙的本质、时空的本性、以及对客观规律的深刻理解……对于这些问题，回答它们是基础学科的重要任务，不断地探索也是人类对于自身的终极关怀。曾祥熙的求知欲和学习能力都证明，他具备了未来合格的理论研究者应有的素质。理论物理，要求探索者“心事浩渺连广宇”，而探索者也正是在这样的前行中，听见惊雷，握住时间。