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百年过去,物理学再没有大突破!人类要被锁死在量子力学了么?

物理学的进展为什么停滞了?

物理学是探索自然界最基本的规律和现象的科学。它不仅能够揭示宇宙的奥秘,也能够推动科技的发展和人类文明的进步。然而,物理学似乎在20世纪初达到了一个高峰,之后就再也没有出现过类似的革命性突破。

这是为什么呢?我们该如何理解这一现象呢?

百年过去,物理学再没有大突破!人类要被锁死在量子力学了么?

首先,我们先回顾下20世纪初惊天的物理学革命

20世纪初是物理学发展史上最辉煌的时期。在这个时期,物理学家们发现了两个颠覆性的理论:量子力学和相对论。

量子力学是描述微观世界(原子、分子、电子等)行为的理论。它揭示了微观粒子具有波粒二象性、不确定性、超距作用等奇异的特性,与经典物理学(牛顿力学、电磁学等)有着根本的不同。量子力学不仅能够解释原子结构、光电效应、激光、半导体等现象,也为量子计算、量子信息、量子密码等新兴领域奠定了基础。

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而相对论是描述宏观世界(星系、黑洞、引力波等)行为的理论。它由爱因斯坦提出,分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论主要涉及匀速运动的参考系之间的相对性,它揭示了时间和空间并非绝对不变的,而是随着运动速度和引力场的变化而变化。

广义相对论主要涉及非匀速运动的参考系之间的相对性,它揭示了引力并非一种力,而是时空曲率造成的。相对论不仅能够解释光速不变、质能方程、引力透镜等现象,也为宇宙大爆炸、黑洞、引力波等新奇天体提供了理论支持。

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量子力学和相对论是20世纪初物理学革命的两大支柱。它们彻底改变了人类对自然界的认识,也极大地推动了科技和社会的发展。可以说,没有量子力学和相对论,就没有今天的电子技术、核能技术、通信技术、航天技术等。

那20世纪后期的物理学进展如何呢

然而,在量子力学和相对论之后,物理学就再也没有出现过类似的突破性进展了。

这并不是说物理学家们没有努力,而是因为物理学面临了一些难以克服的困境和挑战。

原因也很多样。

首先,物理学的实验难度越来越大。要想验证物理学的新理论或新现象,往往需要极高的精度、极大的能量、极复杂的设备、极长的时间等。

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例如,要想探测暗物质和暗能量,就需要在地下深处建造巨型探测器,或者在太空中发射精密的卫星,耗费巨大的人力和物力。要想制造和研究反物质,就需要在地球上建造超大型强子对撞机,或者在太阳系外寻找天然的反物质源,耗费巨大的时间和金钱。这些实验的成本和风险都非常高,而且结果往往不确定或不明显,导致物理学的实验进展缓慢。

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其次,物理学的理论困境也越来越深。要想构建一个完整和一致的物理学体系,往往需要解决一些根本性的问题或矛盾。例如,要想统一量子力学和相对论,就需要找到一个能够描述微观和宏观、粒子和场、量子和引力等所有现象的理论。

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这个理论被称为量子引力理论或者更广义地说是超越标准模型的新物理。但是目前还没有任何一个候选理论能够得到实验的证实或者数学的完备性。

例如,弦理论是目前最有希望的量子引力理论之一,但它需要引入10维或11维的时空,而且预言了无数种可能的宇宙,与观测不符或无法检验。这些理论的复杂性和抽象性都非常高,导致物理学的理论创新困难。

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可以看出,物理学在20世纪后期停滞不前的本质原因在于自然界可供探索的现象越来越少,而人类所需付出的代价越来越大。

这种不可探索可能既受限于人类可能在逼近宇宙奥秘的极限,也受限于人类的探索手段和科技触达了可探索的极限。

而且这种情况可能会持续很长时间,直到出现某种意外或奇迹。

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那物理学未来有希望吗?

虽然物理学目前处于一个低谷期,但这并不意味着物理学已经走到了尽头。相反,物理学仍然明摆着有很多未解之谜和未知领域等待着我们去发现和探索。

例如,在宇宙学方面,我们还不清楚宇宙是如何诞生、演化和终结的。我们还不知道暗物质和暗能量究竟是什么,以及它们对宇宙结构和命运有什么影响。我们还不知道是否存在多重宇宙或平行宇宙,以及我们是否能够与之交流或旅行。

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在粒子物理方面,我们还不清楚基本粒子是如何组成更小更基本的结构的。我们仍不知道是否存在超对称粒子或其他新粒子,以及它们是否能够解释一些未知的物理现象。我们更不知道是否存在更高的对称性或更深的规律,以及它们是否能够统一所有的物理力和场。

我们依然不知道量子纠缠、量子隐形传态、量子遂迁等现象的本质和意义是什么。我们也不知道是否存在量子意识、量子多世界、量子自由意志等哲学问题,以及它们是否能够改变我们对自我和世界的认识。

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以上都是物理学未来可能的一些方向和进展的空间。当然,还有很多其他随着探索出现的新的可能性和想象空间。正如上个世纪量子力学未曾预见的突然出现。

而科学家不会悲观,只会前进。

物理学是一门永不止步的科学,它总是能够给我们带来惊喜和启发,只要世界存在奥秘,物理学家就永远会保持开放和进取的心态,在物理学上取得新的突破和进展。

也许,下一个物理学革命就已经在等待着我们人类。

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