心事浩茫连广宇

曾祥熙在介绍该领域前沿成果

物理科学的研究方法主要分为理论、实验、计算。在萃英学院2017级物理班中，曾祥熙同学可以说是理论方向的典型案例。他的兴趣聚焦在了黑洞、引力理论这些理论物理的核心问题上。他成绩优异，绩点位列专业第三名，曾获国家奖学金、严济慈班奖学金。在课业学习之外，他自学领悟了深奥的物理理论，高质量地完成了萃英基金项目，并且将跟随中科院理论物理所蔡荣根院士，继续研究生阶段的学习深造。不论在学术之路上走了多远，他始终保持着对自身处境和科学前沿的冷静认知。外行人眼中的他总是低头专注于纸上的公式推演，而他真正的“心之所向”包我们头顶浩瀚宇宙中悬而未决的基础科学问题。

做理论尤其要重基础

曾祥熙在高中就对物理感兴趣并参与了学科竞赛，高考后也主要根据物理学科排名来进行择校。与兰州大学相遇的第一年，他认真比较了物理学的各个方向，认为自己对理论物理更感兴趣。“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。”

引力理论是物理学院刘玉孝老师的研究方向，因此曾祥熙选择他作为学业导师。进入萃英学院后，他主持的萃英基金项目也在老师指导下完成。这一领域研究宇宙中天体和物质的引力作用，进而预测宇宙的演化。要做到“不窥牖，见天道”，需要极为深厚扎实的理论功底。因此，曾祥熙从大二以来，并未刻意关注成绩，而是将学习的重心都放在了自学理论知识上。他清楚地知道“我这个方向要做科研的话，需要的基础知识太多了”，因此他专注于自己脚下的路，一门心思地朝着“厚基础”的目标向前走。

曾祥熙大一自学了数学院的一些课程，大二时学习了广义相对论、微分几何，大三则学习场论，目前在了解凝聚态理论的知识。在萃英学院书院制的氛围下，曾祥熙并不是一个人孤独地前行。在他的倡议下，2017级物理班自发组织起广义相对论讨论班，相互交流、共同进步。学院以此为契机，在观云楼八楼大厅建了新的隔音讨论室。讨论班并不局限于一个班的学生，而是“敞开大门”欢迎各年级、各专业同学的参与。他真切地感受到大家在切磋的过程中，真理越辩越明。同时，曾祥熙尝试编写群论、复杂度理论、变分理论等方面的参考资料和学习心得。这些是同学们口中的“小册子”，也是他在几年学习后对已有知识的总结。对于学弟学妹来说，这些资料为他们在从事科研提供了一点便利。“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。”

尽管打下了扎实的基础，曾祥熙还是会碰到许多困难。“有时候那些东西（理论推导）完全看不懂，就会很难受。”这时，曾祥熙就通过业余爱好来缓解压力。他喜欢健身和听音乐，曾去兰州大剧院听过音乐会，还曾与好友在国庆期间骑行至渭源。不过相比起这些放松身心的爱好，在他眼中学术动向和理论知识才是真正重要的事。

曾祥熙骑行途中照片

曾祥熙编写群论参考资料（部分）

黑洞、引力和全息复杂度

曾祥熙的研究方向为全息复杂度——一个创立不久、尚无定论且快速发展的领域。这个领域起源于对基本规律的猜测——“It From Qubit”（万物皆量子比特）。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。

广义相对论的标志——虫洞的艺术图片

这一领域愿景远大，其思想也可以应用于实际问题。曾祥熙的萃英基金项目为《全息复杂度定律在AdS黑洞中的应用》。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。全息复杂度在黑洞上的应用这一领域才刚刚“崭露头角”，还没有相关综述文献。曾祥熙同学的萃英基金的出发点，便是为其他想要进入这一领域的研究者提供相关资料。

曾祥熙萃英基金的综述论文（部分）

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，在更加艰深的知识武装下，他会更加有底气攻破这个前途无限的领域，为理论物理贡献自己的一份力量。

理论物理——无用之大用

当被问起学习理论物理最大的动力时，曾祥熙说，这一方面是兴趣使然，另一方面是掌握主要物理学理论的雄心壮志。“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。”所谓“心事浩渺连广宇”，在他看来，基础学科的研究不应过早局限于“一亩三分地”，掌握不同方向的理论并寻求联系是至关重要的。目前凝聚态领域已经涌入一批做引力、做粒子物理的研究者，而且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方向。

基础学科，尤其是理论物理，往往给人坐而论道、难堪大用的印象。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。社会的发展需要实实在在的技术革新，这是科学之“有用”。它同样需要对于理论的探索，这是科学之“无用”。而理论物理则是以其“无用”引导科学发展，引领世界观更迭的“大用”。近几十年的学术前沿表明，引力波将促进理论的发展。百年之后，它也许就会带来技术上的发展和经济上的效益。“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。”

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……对这些问题的回答是基础科学的重要职能，也是科学精神对人自身的终极关怀。而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。