一向以来都盛行着一种说法:物理学近100年都没有重大打破了?
那这个说法有道理吗?事实上,有必定的道理,但并不完全是对的。为什么这么说呢?
咱们应该从科学的开展说起。
科学的开展
假如,咱们要给物理学大师的位置排个序,那在物理学界的前史上有且只要3位大神能够跻身榜首队伍。他们别离是牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦,他们三个人别离以一人之力就完结了巨大的科学理论的构建。
牛顿提出了闻名的牛顿力学和万有引力定律,一致了天上和地上的物理学。
麦克斯韦提出了麦克斯韦方程,一致了电和磁的现象。预言了电磁波和光是一种电磁波。
爱因斯坦提出了全新的时空观,一致了时刻和空间,质量和能量,并且解说了引力的实质。
爱因斯坦完结相对论时,是1915年,从牛顿到爱因斯坦就差不多便是在100年。与爱因斯坦并立的,还有一个巨大的理论,这也便是量子力学,只不过,这是一群科学家做出来的,而不是像前面三位超神的科学家一个人就做出来。
在量子力学之后,科学家根据狭义相对论和量子力学构建了一套粒子物理规范模型。也是最接近于咱们这个年代的,现已被试验所验证的物理学理论。
这套理论大约从上世纪30年开端,一向到80年前,简直是宣告树立完结。可是详细的验证一向到2012年,才找到了最终一块拼图,也便是希格斯玻色子,关于最终的2块拼图,中微子和希格斯玻色子的性质,咱们还了解得不多。
而这个理论宣告完结只间隔咱们现在40多年的时刻,试验验证更是简直和咱们同年代。最近闹得沸反盈天的对撞机之争,实际上,我国高能物理学所所长王贻芳就表明,树立这个对撞机的一个意图便是寻觅希格斯玻色子的性质。当然,今日,咱们不评论要不要建造对撞机,这是政府和科学家们的工作。
可是,至少咱们咱们都知道的是,现在对撞机还在企图验证40多年前的构建出来的科学理论。
超前理论:弦论
所谓的100年没有重大打破,其实便是有点夸张了,其实最多便是40~50年。由于被咱们试验所验证的理论宣告完结便是40多年前,并且这套理论是能够和量子力学,相对论,麦克斯韦方程,牛顿力学齐头并进的,也是物理学的一座顶峰。
并且假如了解科学史,咱们就会知道,科学家所提出的理论一般都是逾越年代的存在。不管哪个理论,都是先提出来,然后科学家经过试验来验证。就拿麦克斯韦方程来说,便是提出后几十年,才由赫兹经过试验所证明。
爱因斯坦的相对论也是花了几十年的时刻才完结验证,首先是1919年验证广义相对论,后来在上世纪50年代,才连续有精度比较高的试验验证狭义相对论。一向到上世纪末,还有许多试验物理学在用试验证明相对论的正确性,量子力学更是如此。
相同的道理,粒子物理学规范模型也耗费很多的人力、物力、财力去验证,时刻跨度也拉得十分长。
所以,咱们会发现,跟着科学的开展,理论渐渐的变通俗。从本来一人之力就能够搞出一个理论,到后来,要许许多多的科学家共同努力才干够做成。而验证也是相同,所需求的试验仪器越来越精细,马马虎虎一台对撞机都在百亿级,更不要说后期昂扬的维修保养费了。
所以,科学的开展不仅仅依靠科学家超凡的智力,还取决于人类制作试验仪器的才干。
实际上,在粒子物理规范模型之后,其实还有科学家提出更为超前的科学理论,这便是弦论。这个理论才上世纪80年代才开端蓬勃开展。至今还有许多的科学家从事这方面的研讨。所以,并不是没有新的理论诞生。仅仅弦论这个理论太难验证了。咱们现在所能造出来的最好的试验仪器,所测出来的试验成果的差错,都要比弦论描绘的目标,还要大好几个数量级。
说白了,弦论无法验证的一个重要原因便是试验设备跟不上。
是什么阻止了科学的开展?
现在的科学理论之所以开展缓慢,并不是人类的智力不够了。更多的是由于人类的观测设备不可,没有很好的办法去验证现有的理论。而科学家理论要建立的条件是理论能够被验证。所以,阻止科学开展的其实便是观测手法。
这个成果或许出人意料。可是,咱们咱们能够细心想想现在的几个打破和几个前沿研讨,就能够知道这傍边的奥妙。
在高能物理范畴,首要便是中微子和希格斯玻色子,前者质量小到科学家没办法测准,并且还有中微子振动。后者,这是需求功能优秀的大型强子对撞机,才干找得到。
再来看看天体物理学范畴,现在大热的是暗物质和暗能量。但咱们要知道的是,这两个“奥秘来客”最早咱们底子观测不到它们。至今,咱们还不知道它们究竟是什么。说白了,首要是由于咱们观测手法限制了咱们观测视界,而它们代表了物质95%以上的物质总量。
再比方,引力波,100多年来一向观测不到,直到科学家树立了大型的精细设备,才干够监测到十分剧烈的引力波的少许信息。而咱们现在仍然无法检测到那些比较弱小的引力波。
而中微子、希格斯玻色子、暗物质、暗能量、引力波也便是现在最前沿的研讨,都能引发物理学的革新,但一起它们都需求科学家大规模晋级观测设备才有期望观测到相关的物理学现象。因而,是观测手法阻止了科学的开展。