為何物理學近百年來都無重大突破?下一位愛因斯坦何時…


為何物理學近百年來都無重大突破?下一位愛因斯坦何時出現?的頭圖

為何物理學近百年來都無重大突破?下一位愛因斯坦何時出現?

一個文明能走多遠,主要取決於科技發展水平,只有擁有足夠先進的科技,才能應對各種突如其來的挑戰。物理學作為自然科學中最基礎的一門學科,它的進步往往影響著人類文明和科技的發展。

對物理學的發展比較了解的人應該都知道,物理學近百年來都沒有什麼重大突破,上一次重大突破已經是20世紀初的事了,至今已經有100年了。

過了這麼久,為什麼物理學還沒有發生大的突破?什麼時候才能再出現一位像愛因斯坦這樣偉大的科學家?

在劉慈欣的科幻小說《三體》中,有這樣一種說法,就是人類科學的發展之所以遇到了瓶頸,是因為基礎科學研究被更高等級的文明限制了,就是被三體文明智子鎖死了,這才使得人類的科學研究一直止步不前。

不過這畢竟是想像,物理學近百年來沒有重大突破,應該跟這個沒有關係。

我們或許能從歷史中找到原因。

現代意義上科學的發展始於16世紀,物理學便是最早發展起來的學科之一。自伽利略起,物理學的發展走上了快車道。這是因為近代科學先驅伽利略將實驗作為一種研究手段,引進了物理學。在此之前,科學研究主要以觀察為主,缺少實證。

在這期間主要有兩次重大的突破。

第1次就是17世紀末,在這期間,牛頓提出了萬有引力定律和牛頓三大定律,更為重要的是牛頓將數學作為一種重要工具引進了物理研究中。

第2次就是20世紀初,以愛因斯坦和普朗克為代表的眾多科學家建立了相對論和量子力學。愛因斯坦之所以被視為人類智力的巔峰,就是因為相對論幾乎是他憑一己之力創建的,並且還參​​與了量子力學的奠基和建設。

伽利略和牛頓開創了經典物理學時代,而以愛因斯坦和普朗克為代表的一眾科學家,則開創了現代物理學。從經典物理學到現代物理學,這兩個重大突破之間相隔了200多年,如今距離上一次重大突破才過去了100來年,其實根本不算很長。

相對論和量子力學作為現代物理學的兩大支柱,它們對人類的文明發展影響相當深遠,是具有劃時代意義的理論,徹底革新了人類的世界觀,就連哲學也深受其影響。

就拿量子力學來說,很多人覺得它離我們的生活很遠,其實它對我們的生活真的很重要。要是沒有半導體技術,哪還有什麼信息時代,智能手機也根本不會問世。而半導體技術的理論基礎就是量子力學。

現在,物理學家們仍然是在相對論和量子力學的基礎上做進一步的拓展研究,以及做一些修修補補的工作。比如近些年比較熱門的引力波,科學家根據相對論很早就做出了引力波存在的預示。眾多科學家在楊-米爾斯理論的基礎上通力合作,建立起了統一基本粒子,以及強力、弱力和電磁力的標準模型理論,該理論隸屬於量子場論,而量子場論本身就是量子力學和狹義相對論相結合的產物。

從科學發展史來看,每一次重大突破都要相隔很長一段時間,不過中間究竟要隔多久,這個還真不好說。通常只有當人類把上一次的理論吃透,變為技術之後,才能引領下一波的發展高潮。這是因為科學技術的大爆發也需要一個積累的過程,而人們往往忽略了這一過程。

為什麼我們不能一開始就發現相對論和量子力學呢?這主要受限於當時我們的觀測研究手段,不管是在大尺度還是小尺度的時空中,憑肉眼都是不可能進行觀測研究的,我們需要精密的儀器設備,而這些都卻又依賴於科技的發展。科技的發展需要一個積累的過程,基礎科學自然也需要。

未來,物理學將在哪些方面獲得突破?

其實已經有預示了。現代物理學的天空中已經出現了三朵烏雲,它分別是參與引力作用的暗物質、導致宇宙加速膨脹的暗能量和神秘莫測的黑洞,現有物理理論對它們都不適用。根據科學家的研究,暗物質和暗能量佔了宇宙質能總量的95%,而我們卻對它一無所知。要想解決這三朵烏雲,保守估計,至少也要等到21世紀末期。

科學家此前一直希望統一相對論和量子力學,建立萬有一理論。不過現在看來,這恐怕是一個不切實際的夢想。而且相對論和量子力學也並不完備。

物理學下一次要發生大變革,恐怕也要建立一個全新的理論體系。不過這並不意味著相對論和量子力學是錯的,被推翻。正如牛頓力學也並沒有被推翻,科學家只是發現了它的局限性,發現它在微觀領域及高速運動領域並不適用。新理論只會讓我們對宇宙認識得更加深刻。

至於會顛覆人類哪些現有認知?根據現代物理學中的一些前沿理論,比如超弦理論,我們的宇宙可能不止4個維度,而是包含更多的維度。

至於何時才能再出現一個愛因斯坦?

與其說是天才造就了一個時代,不如說是時代造就了一個天才。牛頓能夠提出牛頓三大定律,愛因斯坦能夠建立相對論,都是站在了巨人的肩上,也就是前人的研究成果之上。當然其自身的聰明才智和努力也是不可否認的。

世界上從來不缺少聰明之人,比愛因斯坦智商高的也大有人在。如果你讓愛因斯坦穿越到牛頓時代,以愛因斯坦的大腦,利用當時的知識,能否完成牛頓的使命?還真不好說。

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