粒子物理學是否已經走到盡頭?

2020-11-26 火星科普

現在粒子物理學的情況是,除了希格斯玻色子之外,大型強子對撞機還沒有找到任何新粒子存在的證據,至少目前還沒有。正因為如此,現在粒子物理學家對如何繼續進行研究感到不知所措。即使他們在以後的數據中發現了一些東西,但已經很明顯他們的預測是錯誤的。

在過去的40年裡,粒子物理學的理論發展主要是通過所謂的「自上而下」的方法來實現的。這些方法表示,基於我們所重視的原理創立一種理論,然後推導出我們期望在粒子對撞機中看到的東西。毫不誇張的說,這種方法效果很差。

主要的問題是,物理學家用來構建他們理論的原理僅僅是審美需求。例如,自上而下的方法假定基本力是統一的,宇宙有額外的對稱性,或理論中的參數是自然的。但是這些假設都是不必要的,它們只是美好的猜測。

自上而下方法的對立面是自下而上的方法——從已經證實的理論開始,然後添加可能的修改,這樣能使所做的修改只與還沒有測試的情況相關。然後,從數據中找出哪些修改是有希望的,因為它們使理論更符合數據。這是一種非常不受歡迎的方法,因為數據已經一遍又一遍地告訴我們當前的理論很合適,不需要修改。所以自下而上的方法也不十分恰當。

超對稱性概念長期以來一直是最流行的自上而下的方法。從理論上講,該領域的物理學家從數據中得出結論是一個好現象。但是如果他們不試著去了解哪裡出了錯——為什麼那麼多的理論物理學家相信那些不能描述現實的概念——他們就有重蹈覆轍的風險。如果他們只是在交換審美標準,那是無用的。

事實上,自下而上的方法在科學方面是可靠的。但它們也增加了我們被新理論發展所困的風險,因為沒有自上而下的方法,我們不知道在哪裡尋找新的數據。這就是為什麼一些用於理論發展的數學原理是可以使用的,也就是那些可以防止內部矛盾的數學原理。

這種自上而下和自下而上對比的討論並不新鮮,每次對新粒子的預測被證明是錯誤時都會出現。而且每一次這個領域的理論家都不去意識到他們方法的錯誤,僅僅是調整他們的模型來規避實驗限制,並像以前一樣繼續。

相關焦點

  • 看到一篇文章說科學家在基礎科學上已經走到了盡頭?大家怎麼看?
    #了不起的基礎科學#關於「基礎科學」走到盡頭的論調其實關於「基礎科學」走到盡頭的論調一直都有,不光是現在,以前也有。比如:20世紀前後,就有個科學家,我們親切地稱呼他叫做開爾文爵士。他就曾經發表過這樣的言論:當今物理學(這裡指的是19世紀末的物理學)已經不會有什麼新的進展了。剩下的工作只是讓測量精確一些,再精確一些而已。當時,他還指出物理學只需要再打兩個小補丁,也就是著名的兩朵「烏雲」,這兩朵烏雲一個是黑體輻射,一個是以太。
  • 物理學走到盡頭了嗎?
    可我認為今天的我們不需要選擇,因為我們已經站在了百尺竿頭。對理論物理學家來說,這樣的言論是一種指責,言下之意是今天的物理學把自己逼進了死胡同。然而,這幾本書對此問題的描述卻各不相同。霍森菲爾德女士認為,物理學家應該多關注物理問題的現實性,達威德先生卻覺得忽略現實無傷大礙,而霍根先生則宣稱物理學家的時代已經過去了,他們應該轉行。這到底是怎麼了?今天的物理學是不是在健康地發展?對此,或許大家有不同的觀點。
  • 物理學走向盡頭了?
    物理學是否已經窮盡了人類探索的極限?亦或是才剛剛開始?普林斯頓高等研究所主任戴克赫拉夫給出了他的看法。製圖:James O'Brien物理學走到盡頭了嗎只要這些謎團(還包括其他的未解之謎)還沒有解開,物理學的工作就遠遠沒有結束。不過,對於已知的5%,我們已經有相當程度的認識。這仍然算是非常偉大的成就了。第三條原因在於,所謂「物理已死」這種論斷,存在諸多基礎和範疇的錯誤:說到底,用發現新粒子來定義物理學的進展,這本身就是一種鼠目寸光。如此一來,就忽視了物理學的大部分內容,大大低估了物理學的潛力。
  • 人類沒有解開的未解之謎實在太多了,基礎科學已經走到了盡頭嗎
    >  現代物理學越走越艱難的原因,幾十年來基礎理論上沒有重大突破。  相信很多人聽說過19世紀末物理學界的「兩朵烏雲」,當時的科學界認為人類對科學的探索已經完成了,沒有什麼可探索發現的了,因為牛頓的經典力學理論可以「上天入地」,同時還有偉大的麥克斯韋方程組統一了電磁學,於是科學家不會發現什麼重大理論了,只需要在現有理論上進行修補工作就行了!
  • 粒子物理學還有沒有未來?
    世界是由基本粒子組成的,粒子物理學是非常基礎的科學,兩千多年前的時候先哲們就思考世界的組成。在諾貝爾物理學獎中,粒子物理學方面的獲獎數量最多,這是一百多年來粒子物理學輝煌燦爛的證明。在上個世紀早些年,往往發現一個粒子就能得大獎。
  • 物理學走到盡頭了嗎?|諾獎得主Wilczek專欄
    對理論物理學家來說,這樣的言論是一種指責,言下之意是今天的物理學把自己逼進了死胡同。今天的物理學是不是在健康地發展?對此,或許大家有不同的觀點。但任何一個明理的人都不會去質疑物理學已經取得的巨大成功。如果沒有20世紀量子物理和相對論的革命性突破,也就沒有電晶體、雷射器、GPS、核能等等,這些支撐起現代社會的科學技術。
  • 理論物理走到盡頭,尖端科技或將停滯?
    不過當所設想的東西超脫了物理學這個領域,打個比方,你想進行時空旅行,你需要根據半經典引力,考慮量子效應,那麼在廣義相對論的科學基礎下是容許的,不過這只是一種假說,因為缺乏完全統一的量子力學和廣相的量子重力理論來讓科學家進行判斷是否可行。
  • 物理學真的已經到盡頭了嗎?止步不前的物理學到底怎麼了
    現在的物理學比較起以前的物理學來說,幾乎沒有太大的進展。所以現在的諾貝爾物理學獎基本上都是一些天體物理學家。就在上個世紀物理學幾乎是迎來了爆炸式的增長。層出不窮的理論,讓人們重新認識了這個世界。牛頓的萬有引力理論都在某種意義上被徹底的顛覆。上一個時代是相對論和量子力學的時代。可現在依舊是這樣的時代。物理學難道真的已經到盡頭了嗎?物理學到底怎麼了?
  • 婚姻已經走到盡頭,將會有哪幾種表現?過來人告訴你4種表現
    已經走到盡頭的婚姻勢必會擁有相對應痛苦的跡象,如若熟視無睹,無異於在經營婚姻方面諱疾忌醫。 三、過於挑剔 夫妻一方會過於挑剔另一方所擁有的毛病,或者雙方會過於挑剔彼此所擁有的毛病,即便沒有明顯的毛病也會從雞蛋裡挑出骨頭,夫妻失去原先擁有的默契感,先前的優點會被避而不談,先前的缺點會被無限度放大,其實歸根結底是失去了耐心,既然婚姻已經快要走到盡頭也就再無絲毫的包容可言
  • 人類進化之路已經走到了盡頭?科學家:你先看看這些生物!
    人類的發展已經遠不是其它生物所能比擬的,人類創造出了輝煌的文明,是地球上毋庸置疑的絕對統治者,但是人類的進化之路已經走到盡頭了嗎?所以說,進化是需要大量時間來積累的,地球生命誕生至今已經過去了幾十億年,人類進化之路並未到盡頭,只是需要大量的時間!
  • 基礎科學走到盡頭了嗎?楊振寧是第二個開爾文勳爵?答案是有可能
    在十九世紀末的時代背景下,普朗克的導師菲利普·馮·約利是這樣對普朗克說的:「這門科學中的一切都已經被研究了,只有一些不重要的空白需要被填補」當然普朗克的回覆也很經典:「我並不期望發現新大陸,只希望理解已經存在的物理學基礎,或許能將其加深。」
  • 微觀粒子的盡頭是靈
    微觀世界的盡頭是靈界微觀粒子的盡頭是靈。靈有物質性與意識性。肉身是靈的物質性組合,靈魂是靈的意識性匯總。生死只是靈的聚散,身體內外皆是靈,宇宙萬物皆是靈。是微觀粒子最底層的狀態,是微觀世界的盡頭。道生一,一生二,二生三,三生萬物。這個道其實指的是零,零隻是數字,靈卻能更好地闡釋道。可以將道理解為靈或零。微細微的靈有物質性與意識性,是種狀態,如水似火。
  • 上帝粒子的發現,會顛覆粒子物理學,讓粒子物理學家失業嗎?
    希格斯玻色子是粒子物理學(在一些方面來說),黑洞是天體物理學。當然,天體物理學並不相信所有東西來源於黑洞——只是愛因斯坦和他的黑洞電子。你可能會問,希格斯玻色子不就意味著我們已經解決了粒子物理理論了嗎?看來你已經被科學還原論誤導了,你通過將東西分解成小部分來解釋它如何工作的,而這些小部分又是由更小的部分組成,以此類推 - 一旦你找到了最底部,你就可以準確的解釋這一切。我們發現了希格斯!
  • 物理學-宇宙的粒子深度
    在量子力學裡,真空並不意味著沒有任何場、粒子或能量。量子真空是一種能量最低的狀態,它只是被稱作「真空」而已,實際上能量嚴格為零的狀態是不可能存在的。霍金與惠勒都提到無中生有,有與無本身只是相對的。按照近代物理學的觀點,真空不是虛空,而是量子場系統的基態,具有複雜的結構。處於基態的量子場在不斷地振動,具有零點振動能,且具有相互作用(包括自作用),真空中各種量子場不斷地有各種虛粒子在產生、消失和轉化。在某種意義上真空像是介質,類似於電磁學中電場對電介質的極化、真空與外電磁場的相互作用產生真空極化。真空極化反過來會影響粒子的性質,導致可觀測的後果。
  • 吳秀蘭三次顛覆粒子物理學,淡定看待諾貝爾獎
    她出生自二戰期間淪陷的中國香港,她是如何一步步走到今天?1963年,瑪麗亞·格佩特·梅耶(Maria Goeppert Mayer)因描述原子核結構的數學模型而獲得了諾貝爾物理學獎。從那以後,再沒有女性贏得同樣的殊榮。這55年間,有可能獲得諾貝爾物理學獎的眾多女性之一是吳秀蘭。
  • 物理學終結了嗎?
    物理學終結了嗎? 21世紀通常被稱為生物學和人工智慧時代。這使物理學回到上個世紀——相對論和量子力學的革命震驚世界的黃金時代,基本粒子的發現導致了一系列諾貝爾獎。如今,人們擔心的是「沙漠場景」出現,即有的話,在未來的幾十年裡,不會發現新的顆粒。
  • 民意驚現鐘擺效應 港媒爆民進黨民調:走到盡頭了
    不過秋鬥大規模遊行抗議後,讓民進黨民調大幅下滑,港媒分析指出,印證臺灣民意呈現「鐘擺效應」,民進黨不可一世的強勢執政,將面臨盛極致衰的轉折點;甚至指綠營挾著網絡民粹所塑造出所謂的「高民調」,已經走到盡頭了。
  • 粒子物理學在地球上有未來嗎?
    或者諸如為什麼基本粒子具有它們所具有的質量,或者為什麼中微子不是無質量的,或者為什麼我們的宇宙是由物質而不是反物質構成的問題。我們目前的工具和搜索沒有回答現代物理學的這些偉大的存在性難題。粒子物理學現在面臨著一個令人難以置信的困境:努力嘗試,或者放棄。
  • 宇宙有盡頭嗎?宇宙的盡頭是什麼
    他有盡頭嗎?如果宇宙有盡頭,他的外面是什麼?是有什麼來放置宇宙?如果宇宙之前沒有,那這個沒有之前又是什麼的有——存在?他是怎樣孕育了宇宙?這是一個永遠無法有回答的問題,那就只能有一個答案,宇宙沒有盡頭,宇宙溼無限的。任何一個哲學真理都是能具體而微的,也就是說規律既適用於星際空間的天體,也會適用於我們的人體。
  • 中國欲耗費1400億,建造「粒子對撞機」為何遭楊振寧極力反對?
    物理學註定是一個燒錢的學科,高能物理的目的之一就是研究微觀粒子,而微觀粒子只能通過對撞機來產生。2012年,中國高能物理學家就提議投資建設環形正負電子對撞機(CEPC),但自發起至今,關於「中國是否應該建造大型對撞機」的爭論從未停歇。