星河之都 拓展資料--基礎物理學是否停滯不前?

感覺基礎物理已經(jīng)有很長的時間沒有發(fā)展了，到底出了什么問題？

關于這個問題，我們首先要確認一點，那就是理論物理學的發(fā)展其實已經(jīng)不是在“對”“錯”上下功夫，而是在拼“誤差”，誰的理論誤差更小，能解釋得越多，就有可能成為主流的科學理論。確認了這一點，我們再來看看，理論物理學的發(fā)展到底是什么樣的。

我們都知道，現(xiàn)代物理學起源哥白尼，伽利略，牛頓時代。尤其是牛頓，他統(tǒng)一了天上和地下的物理學。隨后，法國的一幫數(shù)學家深化了牛頓理論，他們在歷史上都是大名鼎鼎，拉格朗日，歐拉，拉普拉斯等等。至今，在航天航空領域所使用到的牛頓理論都是經(jīng)過這些數(shù)學家們的深化推導而來的理論。從此，利用牛頓理論，人類可以預測行星的位置，可以很準確地解釋太陽系內(nèi)的天文現(xiàn)象。整個過程也經(jīng)歷上百年。所以，并不是一個理論提出來就可以，整個理論被提出來之后還會有很多后續(xù)工作需要科學家和數(shù)學家一起參與。

同樣的，牛頓之后大概150年，麥克斯韋提出了著名的麥克斯韋方程，統(tǒng)一了“電”和“磁”，并且預言了電磁波的存在，光是一種電磁波。而赫茲驗證了麥克斯韋的理論。而麥克斯韋的理論和牛頓的理論是存在無法調(diào)和的矛盾，那就是光在慣性參考系下的情況。按照牛頓理論的世界觀，是可以超光速的。而麥克斯韋的理論則告訴我們，光速是絕對的。

又過了50年，愛因斯坦橫空出世，調(diào)和了牛頓和麥克斯韋之間的矛盾，提出了相對論。統(tǒng)一了“時間”和“空間”，把它們并稱為“時空”，而光速則就是時空的特征屬性，它描述了任意兩個事件之間的時空距離。在提出狹義相對論的同一年，愛因斯坦還發(fā)表了一篇文章，在這篇文章當中，他統(tǒng)一了物質(zhì)和能量，提出了著名的質(zhì)能方程。1915年，愛因斯坦提出了廣義相對論，描述了引力的本質(zhì)是時空的彎曲，并且在1919年，被愛丁頓通過觀測日全食所驗證。

幾乎是在相對論發(fā)展的同時期，量子力學也發(fā)展了起來，從第一代的普朗克，愛因斯坦，再到第二代的波爾，波恩，索末菲，再到第三代的海森堡，薛定諤，普朗克，泡利，德布羅意。康普頓等人。

逐漸建構起了一個宏大的量子力學理論。所以，其實在30年代之后，很多科學家表示很無奈，因為20世紀初的兩朵烏云，誕生了兩大理論，兩大理論幾乎在30年內(nèi)就打好了地基。物理學的黃金年代似乎就此結(jié)束，有一些物理學家受到薛定諤著作《生命是什么》的影響，投身了生物學領域，其中有4個人通過各種辦法和努力，最終確立了DNA雙螺旋結(jié)構。

但是，物理學真的停滯了么？其實很多人的認知當中，物理學就停留在了量子力學的時代。可是，其實后面的理論物理學的發(fā)展，還是十分驚人的。這其實就是“粒子物理標準模型”。

牛頓，愛因斯坦的一生都在致力于“大一統(tǒng)”理論，可是其實無論他們多努力，多天才都美能做到。這是因為當時的人只知道世界上存在引力和電磁力。而近70年的物理學發(fā)展，讓我們知道，除了引力和電磁力，還有強相互作用力，弱相互作用力。

在這段時間，費米和楊振寧提出的弱力理論，楊振寧和米爾斯提出楊米爾斯理論，蓋爾曼提出了夸克模型，希格斯等人提出的希格斯機制，溫伯格提出的弱電統(tǒng)一理論。最后在楊米爾斯理論的框架下，實現(xiàn)了電磁力，弱力，強力。如果放眼整個物理學的發(fā)展，從未來的物理學家眼里，這段時期的物理學也是一段黃金年代，前前后后40多位諾獎得主，這當中就有好幾位華人，楊振寧，李政道，丁肇中。

也就是說，在距離相對論和量子力學不到20年的時間內(nèi)，科學家有發(fā)展出了一套新理論，這段時期大概持續(xù)了30年，從50年代到80年代，這套理論大有要實現(xiàn)“大一統(tǒng)”理論的趨勢。不過，引力一直沒有被納入進來。而通過強力的數(shù)學工具推導出的弦理論也很有希望稱為最終實現(xiàn)大一統(tǒng)理論的理論。

所以，我們來看看，從牛頓理論到麥克斯韋電磁學理論，大概用了150年；而從麥克斯韋電磁學理論到相對論，量子力學，大概經(jīng)歷了50余年，而從相對論，量子力學到粒子物理標準模型，僅僅20年的時間。這明顯是在加速狀態(tài)，而不是在減速狀態(tài)，所以何來物理學很久沒有發(fā)展了？

而所謂的是不是物理學理論錯了，更是無稽之談。物理學發(fā)展到目前為止，都和現(xiàn)象擬合得十分完美，科學家都是在小數(shù)點后面好幾位去追求誤差。為了驗證狹義相對論，使用上了銫原子鐘可以精確到小數(shù)點后十五位。

所以，現(xiàn)在的物理學不是比誰對誰錯，而是誰的誤差更小。愛丁頓檢驗廣義相對論是為了證明牛頓錯了么？不是的，他只是證明了廣義相對論更接近事實，牛頓的理論比廣義相對論的理論在解釋光線偏折時的誤差更大一些而已。

所以，至今學生還要學牛頓理論，這個理論在宏觀低速下依舊十分完美。

而物理學也沒有停滯，能夠使得物理學停滯的其實觀測手段，之所以，牛頓跨越到麥克斯韋這么難，其實就在于觀測手段跟不上。只要有了新的觀測技術，能觀測到新的現(xiàn)象，理論物理學家就會一窩蜂地沖上去，在很多的時間內(nèi)提出新的理論。縱觀整個物理學的歷史，越是接近近現(xiàn)代，越是這樣。如果物理學發(fā)展的慢，那只能是因為觀測儀器沒辦法跟上理論物理學發(fā)展的腳步。

這也是為啥，各國拼了命的建高能粒子加速器，引力波探測器，暗物質(zhì)探測器，暗能量探測器，以及研究黑洞的原因。因為，這些探測器其實就是在探究新尺度下的物理學現(xiàn)象。