物理学的未来
1961年4月8日在麻省理工学院百年校庆的一场小组讨论会上的发言，未发表。翻译：张美曼。
在最近的四五年里，理论物理学家将许多注意力和努力奉献在从物理可观察的经验到非物理区域的解析延拓上。特别是通过外推去研究尚未观察到的区域中的奇异性质。这种努力一开始就被重重困难所包围。然而在这个方向上工作的兴趣一直保持着。以类似的精神，今天上午我们尝试着采取一种类似的方法：通过外推，我们来看一下过去的经验以外的事情，去认识一些到目前为止尚未看到的物理学的将来的发展。在这种追索中我们不能期望得到具体的好结果，但我相信大家都会同意，这种尝试是非常有趣味的。
从各种标准来看，到目前为止20世纪物理学的成就是惊人的。在本世纪初，物质的原子的面貌作为一门新的研究科目刚刚出现，而今天在其研究范围的精细程度上我们进展了百万倍：从原子大小进入到亚核（subnuclear）大小。在能量方面的进展给人印象更深：从几个电子伏特到几十亿电子伏特。实验技术的能力和精巧程度随着物理学家探索的深入也在阔步前进。物理学中的进展给其他学科——化学、天文学乃至生物学带来的影响，其重大程度实在难以形容。物理学的发展对于技术的影响、对于人类事务的影响在战后的年代是如此突出，以致没有必要再在这里做进一步的强调。
但是物理学的荣耀并不是建立在这类影响之上，物理学家最看重的也不是这些影响。甚至物理实验深入范围的不断扩大，也不是物理学家感到满意和引以为自豪的主要方面。物理学家最注重的是去形成这样一些概念的可能性，从这些概念出发，用爱因斯坦的话说[1]，一个“完整的可用的理论物理学系统”能够被构造起来。这方面的工作，使物理学在智力的努力上极其独特和出类拔萃。这样的一个系统体现了普适的基本规律，“用这个系统，宇宙能用纯粹推导的方式建造起来”。
从这样一个极高的、极严格的判断出发，20世纪前六十年在物理学方面的成就恰如一首英雄诗。在这六十年间，在物理学的领域里不仅有大量拓宽我们了解物理世界的重要发现，而且还证实了不是一个，不止两个，而是三个物理概念上的革命性的变化：狭义相对论、广义相对论和量子理论。由于这三个概念上的革命，形成了一个深刻的、完整的、统一的理论物理体系。获得了刚过去的这段时期所留下的卓越的遗产，那么物理学的前景是什么？
毫无疑问，在佩尔斯（R．Peierls）教授称之为物理学的基础和第一线后面的物理学这两方面，我们的知识将会继续迅速增长。
对前者，凭现有的知识，我们可以很肯定地说，在以后的几年中弱相互作用领域中的问题将得到很大的澄清。如果运气好，我们甚至可以期望看到弱相互作用的各种表示的某种综合。
此外，我们对许多事尚未确切了解。诚然，我们已经明确地提出了若干问题，然而在目前去寻求这些答案是一件既迫切又困难的事：怎样处理一个有无穷多自由度的系统？空间、时间连续的概念是否能够被外推到10-14厘米至10-17厘米的空间区域？或者外推到比10-17厘米更小的区域？电荷共轭下的不变性和同位旋转动下的不变性的基础是什么？与空间-时间对称性不同，已经知道这两种不变性是可以被破坏的。强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用统一的基础是什么？与这些有关的引力场的作用是什么？这类问题可以继续罗列下去。然而当我们在这里叙述它们时，我们不能肯定这些问题是否意义深远：事实上物理学中的许多进展，是从以前问过的一些无意义问题的真正认识中发展出来的。
然而，有一件事可以肯定，我们的知识的积累会继续迅速增长。我们只需要提醒自己，在不久前物理学的发现周期是以几十年或者几年来计算。例如，迈克尔逊-莫雷实验在1881年首次完成，在1887年以更高的精确度重做了一次，为了解释否定的实验结果，在1892年菲茨杰拉德（G．F．Fitzgerald）提出了收缩假设。然后在1902年洛伦兹提出了洛伦兹变换，发展到顶点就导致了1905年爱因斯坦狭义相对论的产生。想象一下，倘若迈克尔逊的第一个实验是今天做的，情况将会是怎样？
人类对科学重要性的普遍的觉醒，以及人类思维在技术创造方面令人惊奇的智慧，确保了我们在实验科学方面进一步加速前进的步伐。
对于我们几分钟前所提到的一个“完整的可用的理论物理学系统”我们应当采取什么态度？在20世纪前六十年的光荣传统下，我们是否能合理地期待进一步的成功？
如果说用外推去确定函数的奇异性是困难的，那么同样地，通过推测去预言物理概念方面会发生什么样的革命性变化也是困难的。由于存在无限制地相信一个“将来的基本理论”的倾向，我想发表一些悲观的意见。在这100周年的庆祝会上，整个气氛充满着对过去获得的成就的自豪，充满着对未来前景的广阔展望，在这充满着激情的气氛中插入一些不和谐的旋律，也许并非完全不合适。
首先让我们再一次强调，纯粹的知识积累尽管是有趣的、对人类有益的，但与基本物理的目标十分不同。
其次，亚核物理的内容与人类直接感觉的经验已经相距很遥远，而当我们探究的空间变得更小时，这种遥远性肯定还会增加。随着加速器、探测器、计算机和实验室的规模越来越大，我们不难找到这一点的生动证明。
今天实验由精良的设备和精确的运行构成。欲使一个实验的结果有意义，必须把概念建筑在我们直接感受的经验和实验安排之间的每一个层次上。这里存在一个固有的困难，概念的每一个层次与前一个层次是有关联的，是建筑在前一个层次上的。当不恰当之处表现出来时，必须更深入地检验先前概念的整个综合情况。随着对问题考虑的深入，这个任务的困难程度急剧发散开来。这很像下棋，随着棋艺的提高，在下棋时总是检验前一步，这在实践时困难会越来越大。
按照维格纳的计算[2]，要达到现在场论的研究水平，至少必须贯穿四个不同层次的概念。这个计算的细节可以讨论，但无可否认，我们所设想的、比较深入和比较完整的理论体系的结构，表现了概念的至少多于一个层次的贯穿。在这方面，物理学家面对这样一个不利条件，即理论物理的最终判断是在现实中。与数学家和艺术家不同，物理学家不能全凭自由的想象去创造新的概念，构造新的理论。
第三，爱丁顿（A．S．Eddington）曾经讲过一位海洋生物学家的例子[3]，这位生物学家用的渔网网眼为6英寸，经过长时间的仔细研究，他得出了一个定律，即所有的鱼比6英寸长。这个假想的例子十分荒谬，然而在现代物理学中我们很容易找到这种例子。由于实验的复杂性和间接性，出现了这样的情况，人们没有认识自己所做实验的选择性质。选择是建立在概念上的，而这个概念也许是不合适的。
第四，在物理学家的日常工作中很自然地隐含着这样的信念，即人类智力的威力是无限的，而自然现象的深度是有限的。这种信念是有益的，或像人们有时说的是健康的，因为从这样的信念中可以得到勇气。但是，相信自然现象的深度是有限的想法是不合逻辑的，相信人类智力的威力是无限的信念也是不正确的。一个重要而必须考虑的事实是，每个人的创造力的生理局限性和社会局限性可能比自然的局限性更为严重。
在说了这些告诫性的意见后我们必然会问，它们是否与物理学的发展有关，譬如是否与这个世纪余下的四十年中的物理学的发展有关，现在我们不知道这个问题的答案，我们希望答案是否定的。
注释：
[1]A．Einstein，Essays in Science（New York：Philosophical Library，1934）.
[2]E．P．Wigner，Proc．Amer．Phil．Soc．94，422（1950）.
[3]A．S．Eddington，The Philosophy of Science（New York：MacMillan，1939）.
后记（杨振宁）
1961年4月是麻省理工学院百年校庆的日子，时值美国物理学界对未来有着前所未有的自满和乐观的展望。许多人内心有一种期望：所有的基本问题在短时间内都可以解决。或者有一种假设：物理学家可以征服任何困难。有了20世纪40年代和50年代科学和技术惊人的进步，这样的感觉也就不令人惊奇了。（似乎为了印证这种乐观的气氛，在麻省理工学院校庆过后没有几天，苏联就成功地发射了一颗载人的人造卫星进入绕地球飞行的轨道。）
作为百年校庆的一部分，学校组织了一个关于物理学未来的小组讨论会，费曼、考克饶夫特（J．D．Cockcroft）、佩尔斯和我是小组委员会成员。我决定在我的简短讲话中插入一些“不同的意见”，这就是【61f】。
二十年过去了，不幸的是我在1961年演讲中提出的警告并没有错。当然，过去的二十年无论是实验物理或者是理论物理都取得了令人兴奋的进展。但是我感到今日物理学所遇到的困难有增无减。一方面，现代的物理实验越来越复杂、费用越来越高，其中每一项实验都需要好几年去准备和执行。现在高能物理实验需要的周期很长，而且不幸的是，以后还会变得越来越长。另一方面，高能物理理论也越来越复杂，理论物理学家之间，以及理论物理学家与实验物理学家之间越来越充满隔膜。这样发展的结果是，我们的理论物理学研究生，乃至于一些实验物理学研究生，距离物理现象越来越远，但是物理现象说到底是物理学的源泉。这不是任何人的过错，但是却不得不使人为之担忧。我担心，爱因斯坦和我们曾经梦想的终极大一统将持续到下个世纪仍无法实现。
