为什么有人说:最近100年物理学的突破放缓了?
常常会有人说,现代物理学的发展速度好像放缓了。那有没有什么证据呢?
其实也有,我们会发现,学自然科学的专业的许多同学,在毕业之后,很难再继续从事本专业的研究,这里的主要原因就是目前的理论物理学的发展到了瓶颈。那是不是这就意味着物理学的发展放缓了呢?
客观地说,即便是如此,也不能说物理学的发展放缓了。那具体是咋回事呢?
现代物理学的发展如果非要问物理学研究哪部分的发展变慢了,那一定是理论物理学,这是物理学的基础。对于一般人而言,听说过的科学故事大致都截止到了相对论和量子力学。要知道,这两个理论都是100多年前的理论了。
这并不是说,在这之后物理学就没有发展了,而只是一般人接触不到这方面的物理学知识。在上世纪的40、50年代,物理学家利用实验观测到了许多微观世界的物理学现象,并且发现了许许多多的粒子,为了把这些粒子安排明白,物理学家搞出了粒子物理标准模型。在这个理论框架中,他们统一了三大作用力,只有引力没有被统一到其中。
这次理论物理学的发展在上世纪60,70年代达到了高潮,至今还有这个领域的理论也还在继续的发展,这也是目前理论物理学最前沿的研究领域。而这个领域的发展速度也确实在放缓,不过并不是人类的智力不行。
理论物理学发展的困境实际上,这里的问题出在了观测仪器上。在粒子物理标准模型的研究过程中,科学家需要用到巨大的对撞机来验证理论。
可是对撞机的费用很高,如今要做到符合科学家理论要求的仪器,至少需要千亿级美金的投入。而这笔投入最后能回报的也就是验证如今的理论到底正确与否。要知道全世界能够拿出这笔钱来做研究的国家也就只有中、美以及欧洲。但是如果把这笔钱投入到其他领域,所能带回的回报也不低。所以,制造“更大的对撞机”已经成了许多国家选择性放弃的项目。
没有这些设备,理论物理学家们就无法知道目前的理论到底对不对,因此,相关的研究只能停止。更糟的是,目前仪器观测到的物理学现象,都已经有相应的物理学理论解释。想要提出新理论就需要新设备发现新的物理学现象,比如:比夸克尺度更小的物理学现象,或者比可观测宇宙更大的宏观尺度的物理学现象。因此,我们说,实验仪器其实才是阻拦理论物理学发展的绊脚石。每一次观测设备的迭代,其实都会带来一次理论物理学的飞跃。
其他领域我们还是要强调一点,物理学不只有理论物理学,还有许多其他的细分领域。在20世纪,天文学和宇宙学就得到了长足的发展,这个发展远远快于其他领域,而这两个领域的快速发展主要依赖物理学的发展,因此,如果天体物理学也成为了一个很热的研究领域。
不仅如此,现代物理学实际上已经发展到了一个让很多绝大多数人无法理解的地步,甚至是研究同一领域的专家,他们也常常看不懂其他同行研究方法。以前我们说隔行如隔山,而如今在最前沿的物理学领域,仅仅是隔一个细分领域,就隔了一座山。所以,如今无论是在细分领域上,还是在研究人员上,都要比以往任何时候更多。换句话说,如果纯粹从体量上来看物理学的发展,实际上,物理学是在快速的发展。
未来的突破对于人类而言,未知的东西还有很多。比如:暗物质、暗能量、引力波、希格斯玻色子,中微子。如果我们对这些领域进行更深一步的了解,那必将带来整个物理学发展的飞跃。
因此,各国在这些领域都投入了大量的实验经费。就我们国家来说,这些项目要么是已经开始了,要么就是未来即将上马的项目。不仅是我们国家,实际上美国和欧洲也是如此。因此,相信在不久的未来,科学家将会在这些领域有所突然,那时候理论物理学肯定会像上世纪初那样高速的发展起来。