近一百年來基礎物理學沒有取得突破,下一次物理學革命會在何時?

2021-01-08 艾伯史密斯

近一百年來,科學技術取得了飛速發展,物理學的各個分支,也獲得了矚目的成就;但是我們仔細思考會發現,自從上世紀初的物理學革命以來,我們的基礎物理學並沒有取得重大突破。

在上世紀,量子力學和相對論的出現,對經典物理學進行了一次革命,但是這次革命是不徹底的,直到一百年後的今年,還留下很多問題有待解決。

在微觀領域,量子力學能解釋部分超導現象,標準模型基本完成了粒子物理的統一,楊-米爾斯理論統一了強力、弱力和電磁力。

在宏觀方面,廣義相對論預言了黑洞、中子星等等極端天體,宇宙大爆炸理論建立起了宇宙演化的模型,恆星形成與演化的理論能很好地描述恆星的起源和演化過程。

如此輝煌的成就確實讓人感到欣慰,但是我們來看這些理論的基礎,都是建立在相對論和量子力學之上的,比如標準模型屬於量子場論的範疇,而量子場論本身就是量子力學的延伸。

從本質上說,近一百年來,我們的基礎物理學沒有取得任何實質性的突破,科技的發展都是建立在一百年前的基礎理論之上,而物理學各領域的進步,全是對之前基礎物理學的完善和補充。

又比如在科學技術中,現在的航天推進器,本質上還是二戰時期,德國科學家馮 · 布勞恩發明的V2火箭的改進;計算機的本質,還是上世紀三十年代數學家圖靈設計的圖靈機;能量的獲取,還主要靠化石燃料。

如果相對論和量子力學是完備,我們有理由相信物理學的終極基礎理論已經建成,但是科學家很早就發現,相對論和量子力學的不可能全是完備的,基礎物理學肯定還存在更深刻的理論未被發現。

其實科學上已經發現一些現象與現有理論不相符,比如現代科學的兩朵烏雲——暗能量和暗物質,就無法得到合理的解釋;而第二類超導體的存在,也沒有理論能夠進行解釋;黑洞奇點問題,讓相對論和量子力學的衝突無法調和。

這一切都暗示著,現有物理學的基礎還不完備,雖然也有一些理論試圖解決這一問題,比如超弦理論、圈量子引力論等等,但是還沒有達到對現有基礎物理學進行革命的層面,或許下一次基礎物理學革命,就發生在這個世紀之內。

從一些比較前沿的理論來看,下一次基礎物理學革命,有可能顛覆我們對宇宙維度的認知;因為有些理論預見,我們的宇宙維度,可能不止「三維空間+一維時間」。

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