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物理學已經到了瓶頸了嗎?

我覺得題主可能對物理學的發展有些誤解。說實話,100年來物理學的發展其實是人類歷史上最快的。我們做個簡單的對比,就可以知道現在的科學發展有多快了。

首先,科學起源於古希臘的自然哲學,尤其是畢達哥拉斯和柏拉圖的分支。到亞裏士多德時代,他已經是大師了。

他花了大約700年的時間,最終在他哥哥和托勒密的地心說的基礎上提出了地心說。(從泰勒斯約公元前624年-公元前547年或公元前546年到托勒密公元90年-公元168年)

自托勒密以來,自然哲學幾乎停滯不前,甚至整個西歐都不知道生活在這片土地上的人們擁有如此燦爛的文化。後繼者是阿拉伯人,但他們的貢獻非常有限。其實還是在托勒密提出地心說後1400年左右,西歐的人們才意識到古希臘羅馬的文化如此繁榮。同時,哥白尼提出了自己的日心說,開啟了哥白尼革命。

用了200多年(從哥白尼1473年2月19 -1543年5月24日,到牛頓1643年10月4日-1727)

臨近,物理成了數學家手中的壹切,他開始深化牛頓力學,將其發揚光大,甚至預言了行星的存在。這期間物理學幾乎停滯不前,直到麥克斯韋提出麥克斯韋方程(麥克斯韋1831 6月13-0879 11 10月5日),麥克斯韋和牛頓力學的矛盾最終催生了相對論和量子力學,這也應該是物理學的第二次高峰。

量子力學的黃金時代在1930之後逐漸褪去,然後粒子物理的標準模型開始猛烈發展,大概是從50年代到70年代。

在這短短的20年左右的時間裏,科學家們壹致認為,在四大作用力中,強相互作用力、弱相互作用力和電磁力。他們試圖包括重力,但失敗了。

幾乎在同壹時間,科學家們發展了壹種弦理論,有望繼承統壹理論。但由於觀測儀器的限制,我們沒有辦法驗證弦理論的正確性。

從相對論、量子力學到粒子物理、弦理論的標準模型,也不過100年左右,相對於科學之前的發展是非常非常快的。這還不是全部。這只是理論物理。事實上,天體物理學、宇宙大爆炸理論和暴漲理論在20世紀迅速發展,以及宇宙微波背景輻射、引力波、黑洞、暗物質和暗能量的發展都足以載入史冊。科技、三極管、激光、芯片、通信等方面都有了長足的進步。所以在20世紀,或者說近百年,其實科學發展的速度並不慢,應該說是特別快。

對科學發展的限制

理論物理之所以讓人覺得慢,大概是很多人都在期待相對論和量子力學、牛頓力學、麥克斯韋方程組這樣的成果。但是,我們需要知道的是,我們能否研究出壹個全新的理論物理理論,不是因為人類的智力,更重要的是觀測儀器。

新的理論來自新的錯誤。

為什麽這麽說?牛頓定律是由牛頓首先提出的。事實上,牛頓解釋的是肉眼或用低倍望遠鏡可以觀察到的宏觀低速世界。在這個世界裏,牛頓力學的理論和現實完美契合。然後物理學似乎停滯了。這其實是因為觀測水平有限,人類很難看到原子現象或者大尺度現象(重力大,速度快)。他們沒有看到現象就無法提出理論,這很正常。但在20世紀初,觀測水平太高,導致科學家提出了兩種理論。廣義相對論在大尺度上和現實很吻合,量子力學在亞原子尺度上和現實很吻合。只是牛頓力學在越來越小的尺度上顯示出它的缺點,誤差變得特別大。

所以新理論其實來源於更精確的觀察,來源於觀察後的誤差。如果沒有觀測技術的升級,愛因斯坦即使生活在古希臘羅馬也不可能提出相對論。

因此,未來的理論實際上會出現在比相對論應用範圍更大的尺度上,以及比原子水平小得多的尺度上。但目前,我們實際上沒有觀測更大和更小尺度的設備。所以理論物理無法發展。

這就是為什麽各國都在爭先恐後的研究引力波、暗物質、暗能量、黑洞,這些都是相對論的盲點。如果能夠獲得相關的物理現象,理論物理就有可能取得很大的進步。

我們國家在這四個領域投入了上千億的研究,前段時間的悟空探測器就是暗物質的探測器。而弦理論壹直是假設的理由,之所以在這裏,是因為它的尺度遠小於我們現在最精確的觀測設備的誤差。妳認為這如何驗證這個理論?

所以,理論物理的發展其實應該越來越慢,因為觀測技術的提高越來越慢。但事實恰恰相反。事實上,科學的發展在它被小心翼翼地設定下來的時候是加速的,這實際上說明了現代人對科學發展的高度重視。

最後,還是那句話,理論物理的發展不受人類智力的限制,而是受觀測技術的限制。

物理學最近的發展沒有20世紀初物理學大革命的速度快。當時突然出現了相對論和量子力學的大革命,帶來了原子彈和核能,半導體和激光器,光譜儀器和大型加速器等。然而,當初的黃金時代現在已經無法重現,物理學進入了壹個失落的時代。壹位著名的物理學家利斯莫林寫了壹本叫《物理學的終結》的書,也大致反映了這種失落。物理學的發展已經到了瓶頸。本來大家都希望超弦理論能給物理學帶來新的突破,但是後來人們越來越覺得超弦就像壹個數學理論,不能給出可以被驗證的物理預言,於是物理學家的心情有點黯淡。

看最近的物理新聞,也能感受到壹些愁雲慘霧。

比如中科院的悟空衛星探測到了異常的電子信號,但是雖然大家都希望是暗物質粒子,但是大家都認為不太可能,因為美國的AMS沒有探測到,熊貓計劃的地下實驗也沒有探測到。估計悟空也很難察覺,那麽壹個很大的希望可能就破滅了。

再比如,中科院高能物理研究所積極倡導建造巨型對撞機。這個項目也是壹場災難。不僅非物理界的科學家反對這個項目,甚至物理界也有反對的聲音。很多人強烈反對這個項目,是因為它與利益無關,而不是從國家大義的高度去思考。尤其是很多凝聚態物理學家覺得高能物理不應該花那麽多錢。其實我默默反對這個項目。事實上,大型加速器的建設將使用許多超導磁體,這也將促進凝聚態物理的發展。但由於缺乏齊新的共同努力,巨型對撞機在最後5年沒有得到支持,中國的物理發展也錯過了壹個戰略機遇。

要回答這個問題,首先要明白什麽是物理。

說白了,物理學史上對自然現象的研究是以自然現象為基礎的壹般規律,是理論物理。

實用物理就是用現在還在總結的普遍規律去推導自然狀態下不太可能自動生成的東西,比如計算機,人工智能。

所以物理學的瓶頸本質上取決於人們對自然現象的認識。

物理學永遠不會進步有兩個可能的原因。

第壹種可能:自然界是壹種可以屈曲參照的現象,物理學只能對這些僅有的現象總結出壹般規律。

在水平方向上,除了聲、光、熱、電、力,沒有其他現象。

縱向來看,除了微觀世界、宏觀世界和高速世界,沒有更多可能的自然現象。

只有少數自然現象才是阻礙物理學進步的根本原因。

第二種可能:自然現象可能有無數種存在形式,但人類認識的局限性導致了與更多自然現象的隔絕。

可能的原因在於人類感官的局限性。

比如我們經常說暗物質。近幾十年人類之所以相信暗物質的存在,是因為暗物質與感官絕緣。

我們只能通過視覺、聽覺、味覺、觸覺和嗅覺來認識世界。

隨著科技的升級,原本不屬於可見光的電磁波變成了視覺膨脹。

但是,暗物質是五官無法直接或間接感受到的。我們只能通過唯壹的理論來推斷這種“可能的自然現象”的存在。

所以,物理學的進步依賴於自然現象的原始數和人類能直接或間接感受到的自然數。

就21世紀的物理學而言,雖然已經完成了對微觀和宏觀世界的描述,但萬有理論還沒有完成。

暗物質和暗能量也處於空白領域,正負粒子還沒有對不對稱性有壹個可靠的解釋。

任何這些問題的突破都是物理學的重大進步。

但是未來的物理學是否存在瓶頸仍然是壹個值得商榷的問題,這仍然取決於我前面提到的兩個因素。

準確地說,物理學中的基礎科學似乎已經停滯很久了。誕生於20世紀初兩朵烏雲中的相對論和量子論,至今已有百年歷史。物理學的發展真的遇到瓶頸了嗎?

科學發展需要時間的積累。

科學突破也是量變引起質變的過程。縱觀人類科學史,從亞裏士多德到伽利略到牛頓用了幾千年,從牛頓到愛因斯坦用了近兩個世紀才獲得對時空的新認識。

“如果我比別人看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。”同樣,每壹個科學突破都可以看做是在前人的基礎上取得的,這個科學基礎是需要時間積累的。只有在科學探索中發現大量問題,才能從這些問題中找到原因,分析出規律。實驗證明,這是壹個漫長的過程。

從亞裏士多德到牛頓,人類理解力學原理用了2000年。從牛頓到愛因斯坦,人類在200年的時間裏認識到了時空的本質,這已經是很快的進步了。相對論才壹百年左右,和壹百年前的兩個小烏雲不壹樣。現在科學的天空可以說是烏雲密布。隨著人類科學探索的深入,從百億光年規模的宇宙到難以想象的微觀世界,無處不在的疑問,暗物質,量子糾纏。

下垂的果實已被收集。

下垂的果子已經收了,掛的果子太高了。這從歷年博士學習的完成時間就可以看出來。以中國為例,2010之前讀博士平均需要3.54年,現在讀博士平均需要5年左右,而且這個時間還在增長。

上個世紀,壹個強大的物理學家往往精通數學和物理,但今天,知識總量太大,沒有人能把所有的物理知識都學完,於是物理學的分支越來越多,比如力學、高能物理、量子力學等等。就知識總量而言,物理方面估計不會有通才。

科學的分類越來越多,但我們知道,世界是物理規律相互作用的結果。因此,在新的時代,在科學研究中依靠單槍匹馬已經不合適了。如果妳想從高處摘水果,往往需要團隊合作。

科學理論和實驗驗證

每壹個科學規律都經歷了從發現問題到發現規律再到實驗驗證的過程,所以科學其實就是理論和實驗的結合,兩條腿走路,只是現在,實驗的那條腿有點跟不上節奏了。黑洞理論是在1975年提出的,我們直到今年才真正觀測到它存在的證據,但我們無法為黑洞的霍金輻射現象提供實驗證明,所以霍金直到去世也拿不到諾貝爾獎。

以萬物理論強大的候選弦理論為例,在目前的實驗水平下,幾乎不可能直接驗證多維時空和物質微觀結構。引力波觀測和近年來的黑洞照片,其實都是對相對論的檢驗。只有充分證明相對論的正確性,才能以相對論為基石,走向更高的科學層次,收獲更高的科學成果。

摘要

縱觀近兩千年的科學發展史,人類對宇宙規律的認識其實壹直在加速。從亞裏士多德到牛頓,人類花了幾千年才明白力和運動的規律。從牛頓到愛因斯坦,人類理解時空的秘密只用了兩百多年。相對論的發表不過百年左右,但現在的物理學天空可以說是陰雲密布,暗物質、量子糾纏、黑洞、弦理論等等都在等待科學驗證。從這個角度來看,

看完《三體》,同學們總是被劉洗腦。什麽物理學幾十年沒推進,什麽基礎理論50年原地踏步等等。,感覺人類的科技已經被直子鎖定,明天外星人就要入侵了,然後就慌了。

物理學的進展

再進壹步說,人類對自然的認識和科學的發展最初依賴於直接的感官認知和客觀經驗的積累。

為什麽直到今天,仍然有那麽多學生質疑愛因斯坦的相對論,喜歡用兩個手電筒交叉反射,這是超越光速的。不僅僅是因為學生擺脫不了,而是從生活經驗中去理解和總結;但是,相對論從根本上來說,並不是壹個可以通過客觀經驗或者從現實生活中直接得知的理論。簡單來說,它必須超越妳的壹般想象,才能真正理解事物。可惜現代科學的兩大理論基礎,相對論和量子力學,也不過如此,非常脫離群眾基礎。

所以不是物理學的發展到了瓶頸,而是壹般的吃瓜群眾對科學的認識到了瓶頸。而且這個瓶頸需要在普通教育水平上有很大的提升才能克服。現代社會,隨著分工的細化和國民福利保障的提高,普通大眾只要掌握特定的技能就可以生存。所以,前沿科學不被普通大眾理解是很正常的。

邊緣科學

就像“老河山下小學的和尚”曾經說過的:所謂的尖端技術,就是小尺度的粒子,大尺度的天文學,虛擬尺度的時空,真實尺度的生命。

細說起來,這些東西歸根結底都是關於數學的。有多少學生有興趣和耐心去聽,更不用說去理解了?

比如,為了匹配引力與強力、弱力與電磁力的統壹,物理學家提出了超弦理論。這個理論假設之前我們認為是粒子的誇克和輕子,實際上是“弦”振動的能量弦,在11維中搖擺,包括三個已知的維度,加上壹維時間和其他七個維度。這根弦極小,可以看作點粒子。超弦理論通過引入額外維度,使科學家能夠相對和諧地將量子定律和引力定律結合起來,完成物理學夢想中的大壹統。

弦理論進壹步產生了所謂的M理論。理論N把所謂的“膜”當作靈魂來解釋它的物質世界。它是這樣解釋宇宙的創造的:大爆炸始於壹對平而空的膜;它們在壹個卷曲的5維空間中相互平行,兩層薄膜構成了5維空間的墻壁,很可能是作為更遙遠過去的量子漲落產生的。——WTF?當然要把學生逼傻!當然,這不是理論的錯,因為領導物理學家把數學模型字面化,尤其是純數學概念字面化,有點勉強。

畢竟妳沒有很深的數學基礎去理解這些;他們也不具備科普詞這種簡潔明快的表達能力。隨便扔個公式出來,妳我都受不了。讓我們互相體諒吧。

標簽

從牛頓開始,尤其是電發明以後,人類社會的發展突飛猛進,這是不爭的事實!但是現在的電已經不是150年前的電了。妳能說人類用電就被關起來了嗎?

耐心點,或者只是享受。畢竟科學的目的是讓人類的生活更輕松,僅此而已。

這是壹個很尖銳很嚴肅的問題!

我們看看對世界貢獻最大的10位偉大物理學家的出生年表,就能發現問題出在哪裏?

伽利略出生於1564年,牛頓出生於1643年,亨利出生於1731年,法拉迪出生於1791年,麥克斯韋出生於1831年,普朗克出生於65438年。玻爾出生於1885年,狄拉克出生於1902年,費曼出生於1918年(世界十大著名物理學家是在1564 -1918年的354年裏)。

這是不符合自然規律,誕生於物理學的瓶頸期,進入了不平衡狀態。

這個瓶頸最確定的時間是1914年壹戰爆發;這場戰爭之後,帶來了工業革命和科技實力。第二次世界大戰後,科技發展速度更快。

正是這些現實導致了科學、哲學和物理的淡化,人類逐漸忘記了物理、哲學和科學對人類發展的重要性?

物理學的發展應該引起聯合國和人類的重視!

我相信,未來世界物理學的發展,需要能代表東方哲學的中國,掀起物理學研究、科學研究、哲學研究、社會學研究的浪潮;我預言,中國將是人類未來發展的偉大物理學家。

經驗物理還有很大的提升空間,理論物理已經受限於瓶頸。除非改變數學擬合方法或者改變方向的理論模型出現,否則很難有突破。

從相對論、量子論、電磁轉換理論、基本粒子模型開始,物理學的大局幾乎已經決定了。大多采用間接擬合的方法進行數學擬合。

很多理論或理論假說都處於等待驗證甚至無法驗證的狀態。比如相對論推導出的黑洞或灰洞的內部驗證。蟲洞、白洞、暗物質、暗能量、平行空間、總時空奇點附近、總時空彌散區、弦理論、膜理論、多維極限驗證等等。有些理論假設,比如弦理論,甚至無法驗證。

這導致了壹些理論和實踐問題。

相對論的驗證部分取得了巨大的成功,但在理論推斷的極端,現在面臨著無法觀測和驗證的問題。在未驗證的區域,有人想當然地認為相對論仍然成立,這是不符合物理的。大爆炸理論計算的前5億光年,現在顯然無法觀測驗證,但大爆炸假說在這個地方有理論分歧。作者還認為總黑洞依然存在,不需要暗物質這個物理變量,發布了雙臂緊致螺旋的總時空幾何模型。而在這個遙遠的時空物質彌散區,基本粒子的溫度接近絕對零度,所以會出現愛因斯坦凝聚態,基本粒子的凍結速度甚至會為零。愛因斯坦知道這個狀態,也就是說他知道相對論不是普遍適用的。至少這個地方出問題了。

另外,黑洞和灰洞是間接證實的,但蟲洞和白洞還是數學模型。至於平行空間,更是數理邏輯。

相對論四維時空理論產生時,還沒有分數維的概念。為了區分直三維並增加其曲率,愛因斯坦命名四維時空,但這導致了歧義。

四維時空的曲率法是基於分形維數大於整數三維小於四維的理論。看不懂四維空間。四維時空的實際意義是具有曲率的復雜三維空間。我們的空間觀測極限始終沒有跳出3.9(9個周期)的維度。

從數學上講,面對4.0維,相對論的四維時空從4.0維向內偏離到3維,而四維空間向外偏離4.0維。

黑洞從3向外接近4.0維,蟲洞等於4.0維,白洞向內接近4.0維。黑洞內部的驗證問題還沒有解決。蟲洞和白洞暫時只能作為數學遊戲。至於四維,有壹個間接擬合的數學問題。

西方不區分數學和數學,這和中國的唯物主義不同。尤其是數學和物理學,在幾百年前就證明了上帝的存在和全能。脫離宗教用了近百年。

蟲洞可以把太極魚的眼睛解讀為魚的尾巴;白洞是魚眼。弦理論可以用來解釋中國的古詩。這件事已經說了。

對於間接擬合數學方法,最成功的例子是聲波。聲波的方法很符合聲音的物理結果,但是沒有聲波的實質。聲音的物理性質必須分開解釋,不能用聲波的運動來解釋。雖然,如果妳這麽想,妳可以通過這個擬合得到正確的間接擬合結論。聲學聲子沒有物質性,而聲波有。

這是間接擬合數學方法解釋的關鍵問題之壹。

牛頓直接擬合法,基於三維整數維,在分數維的現實中有壹定誤差。

與間接擬合相比,接近擬合。

這是兩種擬合題材的數學擬合方法。時空曲線存在嗎?非物質存在。它是三維相對運動系統中引力曲率的擬合特征。是直接擬合重力的結果,重力是物質。現在西方顯然把引力場當成了物質存在。引力場和曲面空間只是引力效應的間接擬合。和聲學聲子壹樣,計算結果是正確的,但實際上並不存在。找引力子,先找聲學聲子。這很簡單。間接擬合理論方向的誤差。

另外,直接擬合需要笛卡爾坐標系才能準確。相對論確認的時空部分,明顯是三點幾維的分形維,是混沌系統。初始測量中最小的誤差都會導致後續誤差的急劇放大,失去數據解釋的意義。那麽,這個時空混沌系統用簡單線性擬合得越遠,問題就越大。暫時來說,100億光年之內問題不大,但超出這個範圍,肯定有數學問題。

過去把混沌坐標系作為笛卡爾坐標系,導致了牛頓理論的誤差問題。現在有了分形維數和混沌分形系統的概念,最基本的數學問題,在數學擬合中依然存在。

坐標系各坐標軸的單位和數學性質統壹於笛卡爾數學坐標系,但不統壹,大概是混沌坐標系。時間是壹個特殊的元素,不壹定。

作者只是壹個數學愛好者,不是物理學家,看到這些數學題。最美的歐拉方程用超越數否定了代數幾何的統壹性。同樣朝著循環和叠代方向發展的波現在需要物理上的統壹。沒有數學支持怎麽統壹物理?

物理是個不小的瓶頸。發展經驗物理學對中國有好處。理論物理,他們以後會變,但是無論如何也證明不了不能證偽的部分,假設會壹直持續,直到被證實。但是,數學有問題,就是數學遊戲,不是物理。數學和數學是兩回事。基於點沒有幾何形狀的事實,波可以代替圓弦,從而使代數幾何統壹在笛卡爾坐標系中。但是基於這個假設,證明了壹個點有五種幾何形狀。自己找數學題。

時間的壹個很好的經典定義被物理學混淆了。時間是壹種間接擬合的方法,記錄的是壹個過程的序號,而不是物質。只要不能返老還童,時間就永遠回不去了。

妳知道三維空間是數學假設,那麽四維時空就復雜壹點,彎曲的三維空間不是數學假設?很重要嗎?宇宙大爆炸炸毀了壹個時空和盤古創世屬於同壹性質的壹種解讀。時空超光速膨脹?大型對撞機還沒有安裝超光速的基本粒子。三維空間壹點點彎曲,坐標軸無限長。有了膨脹,也是超光速。這是物理嗎?

如果妳不改變方向,妳就無法度過物理學的瓶頸!

其實瓶頸期也是機遇期。

自量子論以來,物理學的發展壹直是基於線性的應用研究。在獲得巨大成功的同時,也限制了人類的想象力。因為物理學家不需要冒著失敗的風險去做開創性的研究,他們可以站在前人的肩膀上收獲成功。但是現在好日子已經過去了,物理理論已經到了必須取得根本性突破的關鍵點。沒有人知道方向,也沒有前人可以踩的肩膀。所以,只有在默默無聞中做大量的定向驗證,才能脫穎而出,開辟出壹片物理的新天地。

讓我們期待這次帶領人類突破枷鎖的學者是中國人還是外國華人。

物理從來都是天才驅動的學科,不可能壹日千裏,也不可能搞人海戰術。只能等待天才降臨。

科學的發展是無止境的。