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相對論誕生一個多世紀,卻仍未被推翻,物理學真的停滯不前?


2022年1月17日 - 宇宙小編  
   

判天地之美,析萬物之理

小到蘋果為什麼會落到地上而不是向上飛,大到行星為什麼是橢圓的運轉軌道,都可以用簡潔而和諧的物理方程說明。

同樣,人類之所以能夠把成百上千噸的龐然大物送上太空,把探測器送往幾十萬公裏外的月球,也離不開物理學的不斷發展,物理學作為研究物質最基本運動規律和基本結構的學科,是其他各種自然學科的研究基礎,

自現代物理學從伽利略創建以來,世界湧現了一大批優秀的物理學家,比如艾薩克.牛頓、馬克斯.普朗克、阿爾伯特.愛因斯坦、玻爾等。這些偉人使物理學發生著一次又一次顛覆性的突破。

牛頓創建了經典力學體系,成為近代科學的標准尺度,麥克斯韋的電磁理論把人類帶入了電氣時代,克勞修斯與開爾文發展出熱力學三定律,共同構成了熱力學基礎,玻爾茲曼進一步結合了麥克斯韋和熱力學的理論,完善了統計力學的基礎。



  

至此,物理學的第一次大發展完善了整個經典物理學體系,帶領人類文明向前邁了一大步。十九世紀末至二十世紀初,撥開了物理學大廈上空的兩朵烏雲之後,物理學迎來了它的第二次跳躍式發展,從普朗克公布黑體公式的那一刻起,標志著量子論的誕生和新物理學革命的開始,改變了人類對微觀世界的理解。

愛因斯坦更是幾乎單槍匹馬地創立了相對論

,推翻了曾經是物理學基底的牛頓絕對時空觀,成為了20世紀最偉大的物理學家。

二十世紀末,由

牛頓力學、電磁學、熱力學、相對論、量子力學

五大分支共同築起了現代物理學牢不可破的大廈。我們耳熟能詳的物理學家都是從那時來到世人面前,假如沒有一兩百年前那個堪稱物理學的瘋狂年代,人類如今不可能把地球變成地球村,更不可能沖向太空,探索宇宙。

但我們回顧近100年,相對論和量子力學已經創立了一個世紀,居然沒有一個如愛因斯坦般耳熟能詳的科學家,也沒有任何一個足以帶動物理學新革命的理論。

難道現代物理學的發展已經到達了人類的天花板,就此停滯了嗎?

在每一種顛覆性的理論誕生之前,都要有無數個前人的理論和實驗累積,在1905年物理學的奇跡年之後,愛因斯坦致力於大統一場理論,但此後三十多年他再無任何開創性的貢獻。

這不是因為他年紀大了所以創造力降低了,而是在新開創的相對論面前,還有許多的路需要走,需要後人不斷地完善,

直至在某個不起眼的地方中掀起一場的革命。

從經典物理學突破到現代物理學,尚且還等了兩個世紀,而相對論仍然年輕,至今也不過一個世紀。

今日,現代物理學仍然在不斷地完善,還沒有將理論完全轉化為技術,甚至許多理論也沒有得到證實。

科學的發展不是一蹴而就的

,而是從實踐到理論循環上升的一個漫長過程

影響物理學發展最重要的因素之一就是實驗技術,因為物理本質上是一門實驗學科,相對論在沒有實驗支撐下能夠提出來一種偶然現象,

縱觀物理史上重大突破

,幾乎無一不是從實驗先發現,然後再通過理論給出合理解釋的。

而現在由於人類技術限制,許多實驗所需要的能量級別還達不到。有些則是需要消耗巨大的人力物力財力,社會暫時難以承受。當一個理論無法被實驗證明,無法觀測到具體狀態,它更像一個空中樓閣,更何談突破呢?



  

即便愛因斯坦在當年提出相對論時,由於對現有物理體系顛覆過大,並不被大部分人所接受,

直到1919年觀測技術提高,驗證了太陽周圍星光的偏折性,

證實了愛因斯坦的理論是正確,才讓他一舉成為物理界新星。

另一方面,隨著物理學的上層不斷發展,普通人對物理學認知的難度也越來越大,近些年的進步也暫時沒有出現在課本裏,

大部分的成果還在《Nature》《Science》等英文國際期刊

,其中對理論的闡述也十分前沿和複雜,非專業人士很難理解。

而我們接受的系統物理理論教育一般到大學甚至高中時就已經停止了。現代物理學在不斷發展下擁有了更多具體分支,研究到更深更遠的層次,同一個物理專業不同的研究方向可能都無法理解對方,更別說沒有受過專業學習的普通人。

總體來看

近幾十年來,物理學也並不是沒有突破,比如楊振寧和米爾斯共同提出了楊.米爾斯理論,在這個框架下,

實現了電磁力、弱力、強力三種力的統一,

離愛因斯坦後半生致力於攻克的大統一場,只差了最後一步的引力,並且該理論還幫助科學家建立了標准粒子物理模型。