有人說現代科學停滯不前,這是真的麼?

2020-12-26 鍾銘聊科學

現在在網上,尤其是貼吧,論壇,自媒體等等,總有人發表這樣的觀點:自從相對論和量子力學之後,現代科學停滯不前了100多年。那這樣的論斷真的合理麼?實際上,並非如此,如今的科學發展異乎尋常地快。口說無憑,我們可以來簡單地回顧一下,現代科學的歷史。

牛頓

如果我們要為現代科學找一個奇點,很多人會選擇哥白尼,也有人會選擇伽利略。但我相信,更多的人會選擇牛頓,這是因為牛頓力學,以及他的《自然哲學的數學原理》可以說是拉開了現代科學的序幕。

1666年,被認為是牛頓的奇蹟年。他在這一年為了躲避瘟疫到了鄉下,然後在這段時間裡,他一個人獨立發明了微積分,搞定了光分解的實驗分析,並且開始開始思考萬有引力定律。也就是說,在這一年,他就為數學、力學和光學未來的發展奠定了重要的基礎。說實在的,任何一個人在自己的一生當中完成其中的某一項,都會名垂千古。所以,牛頓的奇蹟年簡直是相當驚人。而他在1687年發表的《自然哲學的數學原理》中,也正式把萬有引力定律提了出來,不過,他早就做出這個成果,只是一直藏著掖著而已。

因此,科學發展的第一座高峰,實際上發生在1666-1687年之間。

麥克斯韋

在牛頓之後,做出能夠與牛頓比肩的科學家是麥克斯韋。

如果說牛頓統一了天上和地上的物理學,那麥克斯韋統一了電和磁,並且預言了電磁波的存在。

1873年,麥克斯韋發表了《論電和磁》,並且提出了麥克斯韋方程

在科學史上,《論電和磁》是一部可以和《自然哲學的數學原理》相匹敵的物理學經典,這也是科學史上的第二座高峰。

而如果我們計算一下,牛頓到麥克斯韋之間的時間就會發現,兩個人的活躍在科學界相差了200年。所以說,量子力學距離我們不到80年,跟牛頓力學和麥克斯韋理論之間的時間比起來真的不算什麼。

相對論和量子力學

而自從麥克斯韋理論發表之後,科學界就蒙上了一層陰影,這是因為麥克斯韋理論和牛頓力學是有矛盾,這個矛盾就出現在光速上。

除此之外,工程問題上,著名的「黑體輻射」問題,也一直讓科學家摸不著頭腦。於是,這兩個問題被認為是物理學大廈上的兩朵烏雲。

而這兩朵烏雲,一朵引發了愛因斯坦的相對論,而另外一朵引發了量子力學。相對論幾乎是愛因斯坦一個人獨立完成的,時間是1900~1920年之間。而量子力學則是一群科學家共同努力的結果,持續時間也很長,大概從1900到1930年,才基本奠定了基礎。

而量子力學的落成距離麥克斯韋發表《論電和磁》,大概是是50年的時間。

不過,這裡我們知道的是,量子力學和相對論的發展非常依賴觀測技術的發展,這段時間,以湯姆遜和盧瑟福為首的一群物理學家,先是搞出了可以研究微觀的實驗設備,尤其是盧瑟福的α散射實驗,一步步解開了微觀世界的面紗,後來的大型粒子對撞機說白了還是在用這個原理。

當然,還有威爾遜雲室等等。其中也不乏貝克勒爾,居裡夫婦這樣的大神級實驗科學家。

所以,實際上觀測技術是推動科學發展的原動力。

而相對論和量子力學也被認為是科學史上的第三座高峰。

粒子物理標準模型

科學的第四座高峰是粒子物理標準模型,這個理論是基於量子力學和狹義相對論基礎之上的。它大概是1950年開始,許多科學家和實驗室陸陸續續開始投入相關的研究。在20世紀,科學家找到了100多種粒子,但是這些粒子是什麼,科學家是一頭霧水。後來,他們發現,這些粒子是可以進行分類的,一類被稱為費米子,它們是構成物質的最小單位,另外一類是玻色子,這類是傳遞相互作用的。

而粒子物理學標準模型得以建立依靠的是一群傑出的物理學家,其中包括楊振寧、溫伯格、希格斯、費曼、蓋爾曼等數百位理論物理學家的努力。但僅僅靠他們是不夠的,還需要大量的實驗物理學家的加入,以及世界各地的對撞機。

直到2012年,希格斯玻色子被找到,這個模型才告一段落,但是它還有很多遺留問題無法解決。

可以說,隨著科學的發展,不僅僅是理論物理學家需要開腦洞,觀測手段也越來越重要了,如果沒有LHC對設備進行升級,我們根本無法觀測到希格斯玻色子。同樣的,相對論預言的引力波之所以當時觀測不到,也是在於觀測技術。

早期的理論物理學家實際上要比現在的理論物理學家幸福得多,因為他們要描述的世界,基本用簡單的實驗設備就可以實現,甚至有時候用肉眼就能看到。而現在的科學發展在極大和極小兩個尺度,都是需要千億的實驗設備才能夠捕捉到一點點信息,而理論物理學家正是要利用這一點點信息去撬動整個理論,這個難度可想而知。

粒子物理標準模型的階段性落成就是在我們這個時代,即使稍微好找一點的中微子也是在新千年才找到的。

總結

除了粒子物理標準模型之外,超弦理論也早早被提出,但受限於觀測技術,以至於我們無法了解這個理論是不是靠譜。粒子物理標準模型的開始建立也僅僅距離量子力學30年的時間。所以,科學的發展其實沒有減緩,只是難度和強度加大了,導致我們更需要依賴實驗設備,但是即使這樣,科學家在提出新理論的速度也一點沒有放緩。

因此,我覺得科學並沒有停滯,反倒是加快了

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