Question

物理学已经发展到瓶颈了吗？

Answer 1

我觉得题主或许对物理学的发展有什么误会。讲真近100年来的物理学发展，其实是人类史上发展最快的100年。我们来简单做一个对比，就能够知道目前的科学发展到底有多快了。

首先，科学起源于古希腊的自然哲学，尤其是毕达哥拉斯和柏拉图的那一支，到了亚里士多德时期，他是集大成者。

他在自己师兄的基础上提出的地心说，以及托勒密最后做出的地心说模型，大概花了700年左右的时间。（从泰勒斯约公元前624年-公元前547或546年，到托勒密公元90年-公元168年）

从托勒密开始，自然哲学几乎是停滞的状态，甚至整个西欧都不知道原来生活在这片土地上的人有过这么璀璨的文化。而继承者是阿拉伯人，但是他们做出的贡献十分有限，以知道文艺复兴其实，依旧是托勒密做出地心说1400年左右的时间，西欧的人民才知道原来古希腊罗马时期的文化这么繁盛。也就是在整个时候，哥白尼提出了自己的日心说，开启了哥白尼革命，

从哥白尼开始一直到牛顿提出牛顿力学，万有引力定律，一共花了200多年（从哥白尼1473年2月19日-1543年5月24日，到牛顿1643年1月4日-1727年3月31日）也就是说，科学发展的第一阶段，用了700多年，跨越到第二阶段用了1400多年，而第二阶段，又花了200多年。

接近着，物理学成了数学家手中万物，他开始深化牛顿力学，并且把牛顿力学发扬光大，甚至还可以预测行星的存在。而这段时间物理学几乎是停滞的，直到麦克斯韦提出麦克斯韦方程（麦克斯韦1831年6月13日-1879年11月5日），而麦克斯韦和牛顿力学的矛盾，终于催生了相对论和量子力学，这也应了物理学的第二座高峰，从牛顿到相对论量子力学的诞生，前前后后用了250多年的时间。

量子力学的黄金年代在1930年之后就慢慢暗淡了下来，随后开始剧烈发展的是粒子物理标准模型，大概是从50年代开始一直到70年代结束。

这短短的20年左右，科学家们同意了四大作用力当中的，强相互作用力，弱相互作用力以及电磁力。他们有尝试过把万有引力也纳入进来，但失败了。

而且就几乎在同时，科学家又发展出了一个有望继承大一统理论的弦论。但由于观测仪器的限制，我们还没办法验证弦论的正确与否。

而从相对论，量子力学再到粒子物理标准模型，以及弦论，至今不过100年左右，比起科学之前的发展，这已经是非常非常快的了。这还没完，这只是理论物理学，其实在20世纪快速发展的还有天体物理学，大爆炸理论，暴涨理论，以及发展宇宙微波背景辐射，引力波，黑洞，暗物质，暗能量都足以载入史册。 科技 方面，三极管，激光，芯片，通信等方面都有长足的进步。所以，20世纪，或者说近一百年来，其实科学的发展速度并不慢，应该是说特别快。
科学发展受到的限制
而理论物理学之所以让人觉得慢，很有可能是很多人在期待类似于相对论和量子力学，牛顿力学，麦克斯韦方程这样的成就。但是，我们要知道的是，是不是可以搞得出全新的理论物理学理论，并 不是在于人类的智力，更重要的是观测仪器。

新的理论来自于新的误差。

为什么这么说呢？最早牛顿提出牛顿定律，其实是牛顿解释了肉眼或者用低倍望远镜就能观察到的宏观低速的世界，在这个世界里，牛顿力学的理论和现实拟合得非常完美。后来物理学似乎就停滞住了。这其实是因为观测水平限制住了，人类很难看到原子级的现象，或者大尺度（引力大，速度快）的现象，看不到现象就提不出理论，这是很正常的。可到了20世纪初，观测水平太高，使得科学家提出了两个理论，广义相对论在大尺度上和现实拟合得很好，量子力学在亚原子级的尺度上和现实拟合得非常好。恰恰牛顿力学在更大和更小尺度就显示出了不足，误差变得特别大。

因此， 新的理论其实来自于更精准的观测，来自于观测之后产生的误差。如果没有观测技术的升级，即使爱因斯坦活在古希腊罗马也提不出相对论来。

所以，未来的理论，其实会出现在比相对论适用范围更大的尺度，以及比亚原子级更小的多的尺度。但是目前，我们其实不具备观测到更大和更小尺度的设备。所以，理论物理学没办法发展。

这也是为什么，现在各国都争先恐后地研究引力波，暗物质，暗能量，黑洞的情况，对于这四种现象，是相对论的盲区。如果能够获取到相关的物理学现象，那理论物理学就很有可能取得长足的发挥

我们国家在这四个领域都各自投入了千亿级的资金去做研究，前段时间的悟空探测器就是针对暗物质的探测器。而弦论一直都是假说的原因，也就在这里，因为它的尺度比我们现在精度最高的观测设备的误差还要小很多很多，你说这咋验证这个理论到底对不对？

所以，其实理论物理学的发展理应是越来越慢的，因为观测技术的提升越来越慢。但是事实却反了，科学的发展其实仔细盘下来是加速发展的，这其实体现了现代人十分重视科学发展的一面。

最后，还是那一句话， 理论物理学的发展不是受到人类智力的局限，而是受到观测技术的局限。

物理学最近的发展，确实没有20世纪初的物理学大革命时代那么快了，当时一下子出现了相对论与量子力学的大革命，带来了原子弹与核能，半导体与激光，光谱仪器与大型加速器等等，而当初的黄金时代已经不能在现在重现，物理学进入失落的时代。著名物理学家，李斯莫林写了一本书，叫《物理学的终结》，大致也反应了这个失落，物理学的发展已经到了瓶颈期，本来大家还寄希望于超弦理论能够给物理带来新的突破，但后来大家越来越感觉到超弦像是一个数学理论，无法给出能验证的物理预言，所以物理学家的心情也有点黯淡了。

看看最近的物理学新闻，也能感觉到一些黯淡。

比如说，中国科学院的悟空卫星，探测到了异常的电子信号，但虽然大家希望它是暗物质粒子，可是大家也觉得可能性不大，因为美国的AMS也没有探测到，熊猫计划的地下实验也没有探测到，估计悟空也难以探测到，于是一大希望可能破灭。

再比如说，中国科学院高能物理所积极倡导了建设巨型对撞机，这个项目也是折蕺沉沙，不但非物理圈的科学家反对这个项目，甚至物理界里面也出现了反对的声音，很多人因为不是利益相关，强烈反对这个项目，而不是从民族大义的高度去思考这个问题，尤其是很多凝聚态物理学家，觉得高能物理不应该花那么多钱，居然也默默反对这个项目，其实大型加速器的建造，用到很多超导磁铁，也会促进凝聚态物理的发展，但是，囿于门户之间，大家没有齐心合力，最后巨型撞击机在这5年内没有得到支持，中国的物理发展也错过了一个战略机遇。

要回答这个问题，首先要了解物理学是什么？

直白一点说，物理学史研究自然现象的，是基于自然现象而归纳出的一般性规律，这是理论物理学。

实践物理学是：用依旧归纳的一般性规律演绎出自然状态不太可能自动生成的事物，比如电脑，人工智能等。

所以物理学的瓶颈在本质上取决于人对自然现象的认识。
有两种可能会导致物理学永不前进
第一种可能：自然世界本来就是屈数可指的现象，物理学也只能在这些仅有的现象上归纳一般性规律。

在横向来看，除了声、光、热、电、力外绝无其他现象。

在纵向来看，除了微观世界，宏观世界，以及高速世界外，自然现象也没有更多可能的现象了。

仅有不多的自然现象是阻碍物理学进步的根本性原因。

第二种可能：自然现象或许本有无数多种存在的形式，只是人类在认识上的局限性导致与更多的自然现象绝缘。

很可能的原因在于人类感官的局限性。

比如我们常说的暗物质，之所以最近几十年来人类才相信暗物质的存在，是由于暗物质是和感官绝缘的。

我们无非是通过视觉、听觉、味觉、触觉、嗅觉认知世界。

科学技术的升级，让原本不属于可见光之外的电磁波成为了视觉的扩充。

然而暗物质是五官无法直接甚至是间接感受到的。我们只能通过仅有的理论推理这一“可能的自然现象”的存在。

所以物理学的进步取决于自然现象本来的数量，以及人类可通过直接或间接地方式感受到的自然数量为基准。

就21世纪的物理学来说，虽然已经完成了对微观和宏观世界的描述，但是万有理论尚未完成。

暗物质与暗能量也处于空白领域，正反粒子对不对称问题尚未有可靠的诠释等等。

其中任何一个问题取得突破，都是物理学重大的进步。

但未来的物理学到底有没有瓶颈还是一个值得商榷的议题，这依旧取决于我前面提到的两点因素。

准确来说，物理学中的基础科学貌似停滞很久了，从20世纪初的两朵乌云中诞生的相对论和量子理论距今也有百年了，难道物理学发展真的遇到瓶颈了？

科学发展需要时间的积累
科学突破也是量变引起质变的过程，纵观人类科学史，从亚里士多德到伽利略再到牛顿，经历了上千年的时间，人类才对力与运动有了完善的认识，从牛顿到爱因斯坦，又经历了近两个世纪，人类才有了新的时空认识。

“如果说我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上”，同样，每一次的科学突破都可以看做是在前人的基础上实现的，而这种科学基础是需要时间累积的，只有在科学 探索 中发现大量的问题，我们才有可能从这些问题中找到原因，分析规律，实验证明，这是一个漫长的过程。

从亚里士多德到牛顿，人类跨越两千年才弄清楚力学原理，从牛顿到爱因斯坦，人类两百年就参悟到了时空本质，这已经是进步神速了，相对论距今，仅仅只有百年左右，不同于百年前的两朵小乌云，现在的科学天空可以说是乌云密布，随着人类科学 探索 的深入，从百亿光年尺度的宇宙到难以想象的微观世界，到处充满了疑问，暗物质、量子纠缠、磁单极子等等都在等待着科学解释，现在的科学更像是处于“憋大招”的过程。

低垂的果实已经被采集殆尽
低垂的果实已经被采集殆尽，高悬的果实又太高了。这一点从历年来博士学业的完成时长就可以看到，以中国为例，2010年之前平均攻读博士需要3.54年，而现在攻读博士平均需要5年左右，而且这个时长还在增长。

在上个世纪，一个厉害的物理学家往往精通与数学与物理学两个科学，但是到今天，知识总量太大了，没有人能学完所有的物理知识，所以物理的分支也就越来越多，比如力学、高能物理学、量子力学等等。就现在的知识总量来说，估计不会出现物理学全才了。

科学分类越来越多，但是我们知道世界是物理规律共同作用的结果，因此在新时代，科学研究靠单打独斗已经不合适了，要想摘取高处的果实，往往需要团队合作。
科学理论与实验验证
每一条科学定律都经历了从发现问题到找出规律再到实验验证这个流程，所以科学其实是理论与实验相结合，两条腿走路的，但是现在来看，实验这条腿有点跟不上节奏了，黑洞理论于1975年提出，直到今年我们才真实的观测到它存在的证据，而对于黑洞的霍金辐射现象，一直无法提供实验证明，因此霍金到去世也无法获得诺贝尔奖。

以万有理论的有力候选者弦理论为例，其认为的多维时空与物质微观结构以现在的实验水平几乎不可能直接验证。 最近几年的引力波观测与黑洞照片其实都是对相对论的检验，只有充分证明相对论的正确性，才可以以相对论为基石，迈向更高的科学台阶，摘取更高的科学果实。
总结
纵观两千年来的科学发展史，人类对宇宙规律的认识其实一直在提速，从亚里士多德到牛顿，人类耗时上千年认清了力与运动的规律，从牛顿到爱因斯坦，人类只耗时两百年，就领悟到了时空的秘密，相对论发表距今只有百年左右，而现在物理学天空可以说是乌云密布，暗物质、量子纠缠、黑洞、弦理论等等都在等着科学验证，从这点看，物理学现在更像是黎明前的黑暗。

同学们看了《三体》，就老是被刘慈欣洗脑，什么物理学几十年再无寸进，什么基础理论已有50年原地踏步等等，感觉人类 科技 已经被智子锁死，外星人明天就将入侵，然后慌得一笔。
物理学的进展
讲远一点，人类认识自然和发展科学，一开始靠的是直接的感官认知，以及客观经验的积累。

为什么直到今天，仍旧有那么多的同学质疑爱因斯坦的相对论，喜欢用两个手电筒交差反射等等，就超越光速。还不是因为，同学们摆脱不掉，从生活经验中去理解和总结；然而相对论从根本上，就不是可以凭借客观经验，或从现实生活中，直接获知的理论。简单的说，它必须超越你一般想象，才能真正弄明白的的事情。很不幸的是，现代科学的两大理论基础，相对论以及量子力学，恰恰都是如此，非常的脱离群众基础啊。

所以，不是物理学发展到达了瓶颈，而是，一般吃瓜群众们，对于科学的理解到达了瓶颈。而且，这个瓶颈需要普遍极大的教育水平提升，才有可能克服。而现代 社会 随着分工的细化，国家福利保障的提升，一般群众，只要掌握特定的技能，就能生存。因此前沿科学，不被广大人群理解是很正常的情况。
前沿科学
正如“老和山下小学僧”曾经说过：所谓前沿 科技 ，往小了说就是粒子，往大了说就是天文，往虚了说就是时空，往实了说就是生命。

这几样东西再往细了说，归根结底都是讲数学，又有几个同学有兴致和耐心去听，更不用说，去搞懂呢？

举个例子，为了撮合引力和强力、弱力以及电磁力的统一，物理学家们提出了超弦理论。这种理论假设，以前我们认为是粒子的夸克和轻子，实际上都是“弦” 振动的能弦，它们在11维中摆动，包括我们已知的3个维度，再加上一维时间，以及另外7个别的维度。这种弦非常微小 小得可以被看成是点粒子。通过引入额外的维度，超弦理论就使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起，完成物理学梦想中的大统一。

弦理论又进一步产生了所谓的M理论。N理论把所谓“膜”的面，作为其物理学世界解释的灵魂。它是这样解释宇宙创生过程的：大爆炸过程以一对又平又空的膜开始；它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里，两张膜构成了第5维的壁，很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无。——WTF？同学们当然要懵的一逼才对！这当然不是理论的错，是因为要将数学模型文字化，特别是纯粹的数学概念文字化，对于前沿的物理学家来说，的确有点勉为其难。

毕竟，你没有理解这些的深厚数学功底；他们同样没有这么简洁明快的科普文字表达能力。随便抛个公式出来，你我都受不了，大家互相体谅一下吧。
结语
自从牛顿以来，特别是电发明之后，人类 社会 的发展快得飞起，是不争的事实！但现在的电，还不是一百五十年前的电，你能说人类应用电就被锁死了吗？

给点耐心，或者，享受就好。毕竟科学的目的，就是为了让人类生活得更容易一些，也仅此而已。

这是一个十分尖锐而严肃的问题！

我们看一下给这个世界贡献最大的10位伟大的物理学家的出生年表，就可以发现问题所在？

伽利略出生在1564年、牛顿出生在1643年、亨利出生在1731年、法拉迪出生在1791年、麦克斯韦出生在1831年、普朗克出生在1858年、爱因斯坦出生在1879年、波尔出生在1885年、狄拉克出生在1902年、费曼出生在1918年（世界上十大著名物理学家是在1564年-1918年的354年里）。

这就是不符合自然规律运转，物理学而出生的瓶颈期，进入了一个失衡的状态。

这种瓶颈最明确的时间就是1914年第一次世界大战的爆发；这场战争后带来了工业革命，带来了 科技 力量。第二世界大战后更加快了 科技 发展的速度。

正是这些现实导致了科学、哲学、物理学的淡化，人类逐渐忘记了物理学、哲学、科学对人类发展的重要？

物理学发展应该引起联合国的重视，应该引起人类的重视！

我相信未来的世界物理学的发展，需要能够代表东方哲学思想的中国，掀起物理学研究、科学研究、哲学研究、 社会 学研究的热潮；我预判中国在人类未来的发展中产生出，对未来世界文明发展史上的伟大的物理学家。

实证物理还有很大的进步空间，理论物理已经限于瓶颈。除非改变数学拟合方法或改变方向的理论模型出现，否则难有突破。

物理自相对论、量子理论、电磁转换理论、基本粒子模型之后，几乎大局已定。大多采用间接拟合方式进行数学拟合。

很多理论或理论假说处于待验证甚至无法验证状态。如相对论推导出的黑洞或灰洞的内部验证。虫洞、白洞，暗物质、暗能量、平行空间、总时空奇点附近、总时空弥散区、弦理论、膜理论、多维的极限验证等等。部分理论假说甚至想不出验证的方法，例如弦理论。

这导致了一些理论问题和现实问题。

相对论已验证部分取得巨大成功，但是在理论推论极端处，现在面临无法观察、验证的问题。而在未验证区域，一些人急躁地想当然地认为相对论依然有效，这未免不物理。大爆炸理论计算最初的五亿光年区域内，明显现在无法观测验证，但是大爆炸假说在这个地方出现理论分歧。笔者也认为总黑洞还在，无需暗物质这个物理变量，发布了双臂紧致螺旋总时空几何模型。而在遥远的这个时空物质弥散区，基本粒子温度逼近绝对零度，那么会出现爱因斯坦凝聚态，基本粒子甚至被冻结速度为0。爱因斯坦知道这个状态，也就意味着他知道相对论不是放之四海而皆准。至少这地方失效。

另外，黑洞、灰洞被间接证实，但是虫洞、白洞还是数学模型。至于平行空间，更是数学逻辑而己。

相对论四维时空理论产生的年代，还没有分数分形维概念，为了区别平直的三维，为其增加曲率，爱因斯坦起了四维时空这个名字，但这导致歧义。

四维时空的曲率方法，基于分数分形维是大于整数三维至小于四维的分数分形维理论。不能解读四维空间。四维时空实际意义是复杂的带有曲率的三维空间。我们的太空观察极限从未跳出3.9（9循环）维。

从数学来讲，面对4.0维，相对论的四维时空是从4.0维向内偏向三维，而四维空间是向外偏出4.0维。

黑洞是由3向外逼近4.0维，虫洞是等于4.0维，白洞是向内逼近4.0维。黑洞内部尚未解决验证问题，虫洞，白洞，暂时只能当数学 游戏 。至于四维之外，还存在一个间接拟合的数学问题。

西方不区分数理和数学，这事和中国的唯物思想不同。特别是数学、物理，几百年前还是为了证明上帝的存在和无所不能。近百年才明显脱离宗教。

虫洞可以解读太极鱼眼到鱼尾；白洞就是鱼眼。弦理论可以解读中国古代的炁。这事有说道。

对于间接拟合数学方法，最成功的例子如声波。声波这种方法很好拟合了声音的物理结果，但是，没有沿着波运动的声波子这个物质。声音的物理性质必须另外的单独的解读，不能用声波子沿着波运动解读。尽管，这么想，这么拟合可以得到正确的间接拟合结论。声波子没有物质性，而声波有。

这就是间接拟合数学方法在解读的时候的关键问题之一。

牛顿使用的直接拟合方法，基于三维整数维，对于分数维度的现实，有些误差。

相对于用间接拟合方式，逼近了拟合。

这是一个拟合标的物的两种数学拟合方法。时空曲线存在吗？不物质性存在。它是引力在三维相对运动体系表现出曲率的拟合特征。是直接拟合的引力造成的结果，而引力是物质性的。现在西方明显把引力场当物质性存在。而引力场，曲面空间，仅仅是引力效果的一种间接拟合，像声波子一样，可以计算结果正确，但是不物质性地存在。寻找引力子，先找到声波子，这个简单。间接拟合理论方向出现错误。

另外，直接拟合需要笛卡尔数学坐标系，才有准确意义。而相对论证实的时空部分，明显是三点几维的分数维，这是一个混沌体系。起初测量的极小误差，就会导致后续误差急剧放大而失去数据解读意义。那么，用简单线性拟合的这个时空混沌体系，越远问题越大。暂时看，百亿光年内问题不大，但再远，要有数学问题。

以往的理论都是把混沌坐标体系当做笛卡尔坐标系使用，这才有牛顿理论的误差问题。而现在有了分数维，混沌分形体系概念，这个最基本的数学问题，在数学拟合中依然存在。

坐标系的各个坐标轴的单位、数学性质统一的是笛卡尔数学坐标系，不统一的，很可能是混沌坐标系。时间这个要素特殊，不一定。

笔者仅仅是数学爱好者，不是物理学家，就看出这些数学问题来。最美的欧拉方程，利用超越数，否定了代数几何的大一统。而同样沿着循环、迭代方向发展的波，现在要物理大一统。都不统了，没有数学支撑的物理，怎么统？

物理这瓶颈还不小。中国好好发展实证物理就好。理论物理，他们以后会改的，反正无法证实无法证伪的部分，假说会不断，直到证实。但是，数学有问题的，那就是数学 游戏 ，而非物理。数理和数学是两个事情，基于点没有几何形状，波才能代替圆和弦，这样代数几何才能在笛卡尔坐标系上统一， 可是基于这种假设，证明出点有五个几何形状，自己找数学问题吧。

好好的古典的时间定义被物理弄的乱七八糟，时间是一种间接拟合方法，就是记录一个过程的序列号，不是物质。只要你不能返老还童，时间永回不到过去。

三维空间你知道是数学的一种假设，那么四维时空，复杂了一点，弯曲的三维空间，就不是数学假设了？就是物质了？大爆炸炸出一个时空和盘古开天辟地属于一个性质的解读。时空超光速扩展？大型对撞机现在还没装出超光速的基本粒子。而三维空间弯曲一点，坐标轴是无限长的，用扩展吗，还超光速。这是物理吗？

方向不改，物理这瓶颈过不去！

其实瓶颈期，也正是机遇期。

从量子理论以来，物理学的发展，一直是以线性的应用研究为主线。在收获极大成功的同时，这同时也限制了人类的想像力。因为物理学家们并不需要冒失败风险做开拓性的研究，就能站在前人的肩膀上收获成功。但现在好日子已经过去了，物理理论又到了必须做出根本性突破的关键点，没有人知道方向，也没有前人的肩膀可以垫脚。所以只有默默无闻的做大量方向性验证，才有可能脱颖而出，开辟物理学的新天地。

让我们一起期待，这一次带领人类突破桎梏的学者，是我们中国人，或外籍华人。

物理学一直是天才推动的学科，不可能一日千里，也不能搞人海战术。只能等待天才降临。

科学的发展永无止境。