为什么近100年的物理没有重大突破？难道物理的发展越来越慢？
如今一直流行着一种说法，物理学在近100年几乎没有重大突破。这里的近一百年大概指的就是从相对论、量子力学之后的物理学。那这种说法到底有没有道理呢？
今天，我们就来聊一聊这个话题。
科学理论的诞生
要搞清楚这个问题，我们要先搞清楚科学理论是咋来的？
首先，我们要思考一个问题，那就是理论是先于现象出现的，还是晚于现象出现的？
其实这个问题很复杂，可能不同的人会有不同的想法。现在被认为是科学和哲学之父的泰勒斯，曾经就提出，万物的本源是水。这句话引发了很多人对于终极问题的思考，也被认为是哲学和科学的开端。
但是泰勒斯之后，哲学们普遍以存粹思辨的方式去思考这些问题，这就使得理论越来越偏离于实际。后来，著名的哲学家柏拉图发起了“拯救现象”的革命，他认为理论要能和现象拟合。
这一切其实很好地体现在了地心说的模型上。柏拉图的徒弟们开始试图去给理论需求现象的落脚点，其实欧多克斯的地心说就是一个典型的例子。但是欧多克斯的理论还有一些纯粹理想化的东西没有根除，那就是古希腊哲学家认为“圆周远动才是完美的”，因此，他们宁愿让模型变得极其复杂，也不愿意改变这个观念。
到托勒密时代，这个地心说模型已经是套了80多个圈的理论，但其实精准度已经够当时的人用了，所以某种程度上说，托勒密的地心说是科学理论，因为，这个理论符合的科学理论的范式。
观测现象的局限性
所以，你看，虽然我们无法知道是现象先于理论，还是理论先于现象。但我们知道的是，一个合格的理论要匹配现象。这个要求就带来了一个问题，我们可以现象一下，人所看到的世界是有局限性的，我们的眼睛只能接受到可见光波段的电磁波，而且视力也有范围，这意味着我们能看到的世界本身就是有限，所能够看到的现象就是有限的。
不仅如此，微观的世界，我们如果仅凭肉眼也是不可能看得到的，宏观大尺度的世界或者高速的世界，我们也是看不到的。
最早，牛顿提出的一套理论，被我们称为经典物理学。这一套理论就可以完美适配人类肉眼所能够穷极的一切。我们也把牛顿覆盖的尺度是宏观低速的世界。
最激进的保守主义者
但，凡是一个有内在驱动力的人都会想要建功立业，科学家这个群体也是如此。虽然牛顿力学已经完美解释了宏观低速下的尺度。
后来的科学家们一面会非常尊敬牛顿的理论，另外一面就是想方设法地去试错。把理论带到最极端的条件下去试错，只要误差不太大，他们还会继续用旧理论；一旦试出错误来，他们就会有机会基于新的现象提出新的理论，成为下一个“牛顿”。所以，科学家是一帮最激进的保守主义者。
人类科学在发展过程中，一直到20世纪前后，观测水平得到极大的发展。在小尺度上，可以观测到亚原子级的水平，在大尺度上，可以直接或者间接观测到强引力场和接近于光速下的现象。
于是，在小尺度下，牛顿力学在描述粒子运动时出现的极大的误差，同样的，在接近光速以及引力巨大的情况下，牛顿力学也出现了很大的偏差。
这就给了那个时代科学家一个成为“牛顿”的机会。他们自然也不会放过，前前后后，这群科学家仅仅用到了不到30年的时间就完成了新理论的建构。
量子力学描述了微观尺度下的物理学现象；
相对论则描述了强引力强和接近于光速的现象。
更让科学家们欣喜的是，两个新的基石理论都在宏观低速兼容了牛顿力学，或者我们可以说，牛顿力学是量子力学和相对论在宏观低速下的近似解。
科学发展的成本
但是科学理论真可以这样匀速地发展下去吗？答案其实是否定的。
我们会发现，量子力学和相对论的出现是因为我们可以看到更大尺度的现象。而能看到这些现象的前提是观测技术的发展，大规模科研成本的投入。地心说和牛顿力学时代，科学家一个人独自制造出很不错的实验仪器。而到了20世纪初，科学家的实验设备就需要一个团队。
而如今呢？许许多多最前沿的项目，尤其是那些可以对基础理论带来巨大影响的科研项目，需要几千人甚至上万人的加入。不仅如此，还需要大量的资金投入。我们举几个例子。
在微观尺度下，目前最高效的办法就是利用大型粒子对撞机。修建一个能够支持目前科研使用的对撞机都在千亿级的水平，如果加上后期维护的费用，这个对撞机就相当于一个无底洞一样。连美国这样的国家，都曾经因为资金投入太多，而放弃已经修建到一半的对撞机项目。
其实不仅是微观世界的探索，在大尺度上，天文学家们和理论物理学家们也非常关注暗物质和暗能量的相关研究。这两个领域的研究，要么需要发射探测器到太空中去做进一步的探测，要么就在地下数百米甚至是数千米处做研究。所需要的经费也是相当大的一笔数字。比如：中国锦屏极深地下暗物质实验室。
理论科学家的悲哀
这个时代已经不是某个科学家可以单桥匹马地提出一个理论。由于如今观测成本的大幅度提前，当科学家没有办法看到更极端极度下的物理学现象，他也就没有办法提出更为新的理论。因此，只要没有办法大幅度且低成本的提高观测水平，观测本身以及高成本就会限制住人类科学理论的发展。
其实整个20世纪的科学理论发展是足够快的，除了相对论和量子力学，科学家还建立起了一套粒子物理学标准模型。
但到此为止，科学想要再往下发展，就需要建设更高性能的设备来观测更极端尺度下的现象。而目前能够研究的前沿领域实在太多，而且不仅仅只有基础理论，像计算机、生物、医学的相关研究也十分重要。
因此，各国都是有选择地投入到这些前沿领域当中，而我们要想得到突破性的理论，这需要等到这些设备建成，并且拿旧理论进行试错，这个过程是非常漫长的。这就当中基础理论的发展会越来越缓慢。
所以，理论发展缓慢，实际上并不是人类智力不行，而是要观测技术受限。
华芯测试
2024-09-01 广告
这个问题问得非常好。为什么近100年来物理这门学科没有重大突破？现代理论物理学往往给大家一个错觉，被误认为是一门思维高于实验的科学。很大程度上这种错觉来自于爱因斯坦的范例，他仅仅凭借思想就单枪匹马地构建出了广义相对论。超弦理论正是这种思维先行的思路的延续。然而广义相对论的成功是非常偶然的，而爱因斯坦的其他工作，光电效应，热力学输运和狭义相对论，都是建立在一定的实验基础上的。在实验出现瓶颈的今天，虽然思维先行的方向也可能产生卓越的突破，但历史规律告诉我们，这样的突破速度一定是很缓慢的。
物理学的上一次突破是19世纪末到20世纪初的事了，相对论和量子力学一起为现代物理学奠定了基础，也让人类社会发生了翻天覆地的变化
现如今相对论和量子力学诞生已经一个多世纪了，物理学却再也没有出现过类似相对论和量子力学这样“颠覆”的理论或者说突破，不少人因此想到了《三体》中的智子锁死人类科学的故事。
实际上物理学近百年没有重大突破是正常现象，人们往往只记得颠覆性的相对论和量子力学，而忽略了它们诞生前的理论积累。人类科学只不过是看起来爆炸式增长而已，实际上每次技术爆炸都依赖于前面几百年的科学理论和技术积累。
物理学的突破之所以放缓，根本上是因为实验的制约。物理学发展到今天，很多人已经忘记了物理学本质上是一门以实验为基础的科学。纵观物理学各个分支，几乎没有哪个不是先有实验发现，后有理论解释的，而并不是很多人以为得先有理论后有实验验证。例外的几乎只有爱因斯坦的广义相对论。上个世纪物理学的快速发展，基本上是建立在粒子物理、凝聚态的大量实验以及天文学的观测发现之上的。在今天，实验手段的限制已经成了制约物理学发展的瓶颈：粒子物理和天文学的实验进步需要消耗社会难以承受的资源，凝聚态实验还维持在比较经济的规模，但也缺乏新的探索维度。因此，高能物理领域才迫切地渴望发展加速器，而也有许多理论物理学家转向了对实验进步的推动。
如果是“印象还停留在爱因斯坦”，感觉从从上世纪30年代开始就放缓了，那是因为物理学发展太超前，脱离了实际应用，人民不再有切身体验。这个感受会一直持续下去，这是科研体制发展的结果，只要科研还是职业化的，它必然还会领先应用几十年上百年——要知道科研的职业化并不必爱因斯坦早多少，只不过它的效应恰好在爱因斯坦的时代显现出超过工业应用的发展速度。这部分“放缓”的发展只是没有被察觉，往往还能通过阅读科普来弥补。
如果印象是最近30年放缓了，那就是实验落后的原因，是物理学发展到其经费无法独立支撑其需求的大科学装置，而需要一些政治因素的额外帮助。要不是冷战，这一阶段来的还会更早。可惜冷战结束了，没有撑到可控核聚变。这种放缓是真的放缓了，物理学家需要等一等它的人民。
