下一個比肩牛頓、愛因斯坦的物理學大師需要解決什麼問題?

2021-01-17 宇宙新思維

為了回答這個問題,咱們先談談出現這樣大師的先決條件,以便知道什麼才是大師需要解決的問題。

一,這樣的大師出現很難,但也不是不可能。

1,說它難是因為現代科學的發展狀況。

①,現代科學理論的繁雜程度已經不是一個人能夠全部掌握的,信息大爆發的時代,科學知識也爆發,科學理論越來越細化。任何科學理論的重大突破或任何科學目標的完成都需要團隊協作,非一人之力所能完成。而資金投入也非一人之力所能完成。

②,大量科學理論轉化出眾多科技產品和科學成果,這些科技產品給人們帶來極大的方便,同時人們也越來越離不開它們了,比如計算機、手機、網際網路等等,都是現代科學的成果。它們如此的巨大成功似乎也證明著它們背後這些理論的正確。所以很難出現去改變突破如此成功的現代科學的科學大師,因為暫時不需要。恩格斯說「辦十所大學也不如一個社會需要」,這是真理。

2,說它有可能是因為有問題需要解決

①,是因為這些理論的不調和和太過於繁複。比如說量子力學和相對論的極度不調和,四種相互作用還沒有統一。現代科學理論的過於複雜令人望而生畏,理論陷入模型化,為了解釋某一個實驗現象,人們往往用一個模型去解釋另一個模型。有時為了證明理論的「正確」,預先作一些理論上的「預言」,比如說存在一種什麼粒子,然後讓實驗去滿足理論,有時為了尋找所謂的「預言粒子」,還要花巨資去建造設施,科學成本越來越高,單憑個人根本沒有能力負擔。本來是大眾科學、科學大眾,但現在科學卻成了貴族和國家的科學。因此人類社會同樣需要大師儘快出現,去完成科學上的突破,讓科學變得簡單完美,讓每個人都能掌握和使用科學。

②,是對宇宙和意識的本質還沒搞清,宇宙航行之父俄國人齊奧爾科夫斯基說「地球是人類的搖籃,但人類不會永遠躺在搖籃裡。」人類想要了解宇宙,想要知人類和宇宙的關係,就得走向宇宙深處,宇宙如此之大,怎麼突破宇宙航行技術就成為必須。這些都需要大師級人物在科學上的重大突破才行。現在的科學就象被窗戶紙包著一樣,遲早有人捅破。但現在大多數人對科學的感覺就象十八世紀末十九世紀初開爾文說的那樣樂觀:科學的大廈已經建成,剩下的只是添磚加瓦、修修補補。結果話音剛落,相對論和量子力學兩大現代科學基石几乎同時誕生,那時的愛因斯坦應運而生。所以現在也一樣,新的大師也要誕生了。

二,那麼比肩牛頓和愛因斯坦的大師具體需要解決什麼問題?

我認為還是對時空相對性原理更深的理解上。因為從伽利略到牛頓,從牛頓到麥克斯韋再到馬赫,最後到愛因斯坦,每一次的科學上的突破都是對時空相對性問題的研究上。

伽利略

伽利略首先發現力學相對性原理,還提出了加速度的概念,開啟了近代科學的序幕,這個原理只是空間的相對性原理,沒有考慮時間的相對性。因此骨子裡應該還是絕對運動觀。

艾薩克·牛頓

牛頓接受了相對性原理和加速度概念,為了構建他的力學大廈,讓空間本身與空間中的運動都具有物理實在意義,首先明確了絕對時空觀,這也是經典力學的需要。應該說牛頓對相對性原理的理解――絕對時空觀成就了牛頓,成就了人類。

麥克斯韋

麥克斯韋完美地構建了電磁理論大廈,完善了牛頓力學,達到了經典物理學的頂峰。但人們發現相對性原理並不適用於電磁相互作用,他的聯立方程組推導出光速是常數的結論。於是大多數人放棄了相對性原理,結果所有人都沒有取得科學上的重大突破。這期間只有馬赫和龐加萊偶爾接觸到解決問題的契機,但都沒有把握住。

恩斯特·馬赫

馬赫認為沒有絕對空間和絕對運動,時間和空間的幾何不能先驗的給定,時間和空間與物質及其運動有關,時空是相對的,加速度也是相對的。這些思想被愛因斯坦稱為「馬赫原理」,但他只是停留在思想上。

龐加萊

而龐加萊雖然多次發表關於時間和空間的相對性論文,並且也先於愛因斯坦發表《論電子動力學》,提出光速不變假設,但他最終並沒有完成,因為他的時空觀仍然是絕對的,愛因斯坦發表狹義相對論後,他隻字不提,可見由絕對時空觀轉變為相對時空觀多難。1905年愛因斯坦發表狹義相對論,把伽利略相對性原理推廣到電磁相互作用,他最先意識到相對性原理應該是一個普遍性原理,不應該只適用於普通力學,他把光速不變原理和相對性原理結合,成功地解決了力學相對性原理缺少時間相對性的局限,顛覆了傳統的絕對時空觀,取得了科學上的重大突破,他的理論結果迅速應用到各個方面。

阿爾波特·愛因斯坦

1916年他再接再勵把相對性原理由慣性系推廣到非慣性系,把相對性原理推廣到引力,發表了廣義相對論,取得了人類有史以來科學上最大的突破,真正地把時空與物質及其運動聯繫到了一起,把引力幾何化。他完美地解釋了水星近日點進動,成功預言了引力透鏡、引力波等現象,現在廣義相對論已經成為解決宇宙天文領域的最重要工具。

但愛因斯坦還有沒完成的工作――統一場理論,他的統一場理論是想把強力、弱力、電磁作用和引力統一在單一場的理論。認為四種力是單一場的四種不同表現,他試圖把除引力外其他三種力也幾何化,但沒有成功。他死後這麼多年至今也沒有人做成。現在好多人把希望放在超弦理論,特別是M理論上,但目前只停留在數學研究階段,也許永遠也不會成功。也許一開始的思想就是錯誤的,幹嘛要把這四種力統一呢?單一場為什麼要有四種不同表現?說明四種力不管怎麼統一還是有著深層次的不同。沒有完全相同的兩個粒子,這就是大宇宙的基本原理。總之人們不應該把精力過多放到這上面。至於所謂暗物質暗能量也是在標準框架模型下的猜測,更是沒影的事兒。

現在的科學應該繼續研究物質運動產生時空場物質的機理,光和時空的關係,意識的本質等問題,以期悟通宇宙大道,突破時空旅行極限,進入卡爾達肖夫指數I級文明。

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    牛頓和愛因斯坦是歷史上最為著名、貢獻最為卓著的物理學家。牛頓的萬有引力定律以及在牛頓基礎上建立的經典力學為整個物理學的發展奠定了堅實的基礎。後來,隨著科學觀測手段的不斷發展,人們逐漸發現萬有引力公式並不能解決一切關於引力的問題。運用萬有引力公式來計算蘋果下落所得到的數據與實際測定數據完全相同,其幾乎可以解決我們生活中一起關於引力的問題,但當我們將其應用於宇宙天體之間的引力作用時,問題就出現了。通過萬有引力公式所計算的水星近日點的實際進動值與實際測定數據相差甚巨。
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  • 物理學中的「大師之師」 ——阿諾爾德·索末菲
    「無冕之王,大師之師」在物理學史上,最偉大的物理學家們大都獲得過物理學界的最高榮譽——諾貝爾物理學獎。然而,也有少數物理學巨匠與諾貝爾獎失之交臂,德國理論物理學家阿諾爾德·索末菲算得上其中最了不起的一位。索末菲的了不起體現在兩個方面——「無冕之王」和「大師之師」。
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    」「瓦特」,他們都是我們耳熟能詳的科學家,他們的成果都讓人類的科學飛躍式發展,那麼,未來的科學家需要有什麼成就,才可以媲美愛因斯坦或者牛頓?04 下一個可以媲美愛因斯坦和牛頓的科學家簡單的了解愛因斯坦;牛頓和伽利略的成就後,我們不僅要提出這樣一個疑問,下一個世界最偉大的科學家,需要有什麼樣的成就?
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    麥克斯韋去世的那一年正好愛因斯坦出生,他是排在牛頓和愛因斯坦之後的第三偉大科學家。若是有一位科學家能夠比肩牛頓、愛因斯坦,那他絕對是非常厲害的人物。就像弦理論若是得到了證實,愛德華·威騰就是能夠比肩牛頓、愛因斯坦的科學家,這樣就可以體會到威騰的厲害。楊振寧獲鮑爾獎的時候,授獎詞中稱讚楊振寧的工作「排在了牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦的工作之列」,從中也可以體會出楊振寧的偉大。
  • 愛因斯坦的廣義相對論,是如何解決牛頓理論解決不了的問題?
    愛因斯坦的廣義相對論重塑了引力理論,解決了牛頓理論所不能解決的問題。自1905年首次亮相以來,它已經通過了幾十個專門為它設計的實驗檢驗,但物理學家的挑戰其實才剛剛開始。到目前為止,我們還只是在牛頓的世界裡玩耍。不過,這一切很快就會改變。一些大膽的實驗將使用全新的探測設備和探測手段來研究引力在宇宙中一些最極端的天體周圍是如何起作用的。
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    那麼問題就來了,中國未來還有可能出現像牛頓、愛因斯坦這樣偉大的物理學大神嗎? 史上偉大的物理學家 如果要給物理學史上的物理學家們排個座,那牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦毋庸置疑可以排到第一梯隊。原因很簡單,因為他們三個人開創了三個紀元。
  • 理論物理學中的五大問題
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    ■ 關洪  在五十年前逝世的費米,在物理學理論和實驗這兩個方面,都做出了第一流的貢獻。他是最後一位碩果僅存的「文武雙全」的物理學大師。費米亦有他獨特的研究風格,不可以用常規來衡量。 就在開學之初,物理系在辦公樓禮堂開了一個大會,隆重紀念1955年去世的愛因斯坦和1954去世的費米。我記得是周培源教授和褚聖麟教授分別做的報告,介紹了這兩位物理學大師的生平事跡和科學成就。我相信我就是在這個會上首次聽到並且永遠記住費米這個名字。  兩個多月前,楊建鄴教授給我寄來了他的一本新譯著——塞格雷撰寫的費米傳記的中譯本《原子舞者》。
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    而對於愛因斯坦和英費爾德設定的讀者,即雖然完全缺乏物理學和數學的實際知識,但是卻具有很強的理解能力,並對物理學和哲學的觀念很感興趣,則是一定會有巨大的收穫的。物理學的開端談物理學的進化,當然要從物理學的開頭說起。物理學從什麼時候算起?愛因斯坦和英費爾德說從伽利略算起。這已經是一個常識。
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    有了穩定的工作收入,不用為吃住問題擔心以後,愛因斯坦這才得以專心思考當時物理學的前沿問題。經過兩年的沉澱思考,1905年,愛因斯坦開始大爆發,這一年他連續刷屏,一口氣寫了21篇論文,其中有5篇最為重要。第一篇:《關於光的產生和轉換的一個啟發性觀點》。
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    愛因斯坦是物理學史上一位具有劃時代意義的偉大科學家。他的狹義相對論給人類帶來了對時間、空間等概念的全新認識;廣義相對論將引力幾何化,推動著天文學進入一個新時期。愛因斯坦還是量子力學的奠基人之一,用光量子解釋了光電效應使他獲得了諾貝爾物理學獎。
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    牛頓和愛因斯坦是有史以來最偉大的兩位科學家,他們在物理學領域都做出了非常偉大的貢獻。牛頓三定律是經典力學的核心;萬有引力定律的發現將天上的力和地上的力統一了起來,從此天體的運動不再神聖。愛因斯坦給出了狹義相對論和廣義相對論,將時間和空間統一了起來,極大地刷新了人類的認識。
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    這些偉大科學家的誕生,說明中華血統的人們和世界各國人一樣有著科學的頭腦,能夠造就科學的偉人,關鍵就在於有一個崇尚科學精神,扶持鼓勵科學研究的環境。現在科學的春天已經來臨,但政府、社會和民眾對科學的認知和支持力度還需要更大的力度,科學精神的培育和科普道路還任重道遠。