为什么物理学近百年都没有重大突破了?

想飞起来的毛毛虫


物理学近百年没有重大突破吗?一看就是不了解物理学的人想当然的认为。其实,自进入现代以来,物理学的发展可谓日新月异,每天都有新的东西被发现。




比如2016年LIGO和Virgo宣布他们利用高级LIGO探测器监测到了黑洞合并诱发的引力波,这个发现验证了广义相对论关于引力波的预言,使人们首次看到了有别于物质波的空间波,真可谓颠覆了我们的认知。所以这一发现一经宣布,立马引起了全世界人的热烈关注,为此2017年诺贝尔物理学奖就颁给了此项发现。



其它的比如上帝粒子希格斯玻色子的发现,有力地推动力希格斯机制的发展,是粒子物理领域里程碑式的重大突破。还有量子纠缠,特别是潘建伟院士有关千公里级地星量子隐形态传输技术的实现,使人们意识到为了量子通信技术的神奇之处。



其它的还有很多专业的物理学发现就不一一说了,感兴趣的可以搜索历年来物理学诺贝尔奖看看。这些一年一年的诺贝尔奖,都说明我们现代的物理学在突飞猛进地发展。虽然理论上突破相对论和量子力学很难了,但是并不代表物理学就真的一直是停滞不前,没有任何突破和发现。


科学探秘频道


如果物理学在最近一百年内有重大突破才是神奇的事。

纵观物理学史,有两次巅峰时期,一次是以伽利略和牛顿为代表的近代科学启蒙,大约时间在17到18世纪。

第二次是以爱因斯坦和普朗克为首的现代物理学崛起。

前后两次物理学巅峰时期相差200多年。那么按理来说,下一次物理学革命应该在本世纪末或者下世纪初才会出现。

其实牛顿时期的物理学才刚刚起步,研究的对象都是最普遍的自然现象,比如时空,力学现象等规律。而第二次物理学革命只是对第一次物理学革命的扩充和完善。

我们知道经典力学研究的是正常物质现象中的宏观,低速规律。到了20世纪,人类才有了更先进的手段了解高速和微观世界。可这时候人们发现:牛顿的力学并不管用了。

于是相对论和量子力学孕育而生,前者补充了经典力学在高速,强引力场下的缺失,而后者填补经典力学在次原子世界的空白。

可以说,18世界的经典物理和20世纪的现代物理已经把物质世界的方方面面涉及到位了。

所以下一次物理学革命不太可能在正常物质世界中爆发了。

而除了正常物质,宇宙中极有可能存在着大量的暗物质和暗能量。它们甚至占据了宇宙总质能的95%。而我们除了知道暗物质参与引力作用,暗能量加速了宇宙膨胀,其余的相关知识则一概不知。暗物质和暗能量的规律很有可能比正常物质还多得多。

所以下一次物理学很可能是关于暗物质和暗能量的突破

可目前为止,我们观测它们的手段仅仅只能依靠引力,甚至都不能完全确定它们的存在。我们面对着占宇宙总质能95%以上的暗世界,只能望洋兴叹,毕竟我们可利用的工具太少了。

所以要更深入地了解暗物质和暗能量,我们需要突破引力,寻找到更多的观测手段。可目前看来还没有任何希望。所以物理学目前就僵持在这里了。最近20年是很难爆发第三次物理学革命了。


科学认识论


物理学最近给人的印象就是比较停滞,都还在吃量子力学和相对论的老本。

其实物理学的发展一直在进行和积累,重大突破也很多,只是还没有积累到百年前从经典物理学到现代物理学的巨变。

一方面,时间和研究的积累还不够,

从牛顿,麦克斯韦等建立经典物理学,再到爱因斯坦等建立现代物理学,中间也经过了数百年的历史。而从量子力学和相对论的提出距今才百年时间,人们还处在对现代物理学的完善阶段。而且从上世纪中叶,人们更多发展的是对现代物理学的应用,从量子力学发展到固体物理,再到半导体物理,才有了我们的光电通讯和网络社会。

另一方面,人类对世界和物理现象的认识难度越来越大,

就像一颗树上的果子,下面容易够到的,早就被采摘光了,想采到更高更大的果实,就需要梯子了。从人类对物质结构看起,在百年前,随着现代物理学的进展,人们发现了电子,中子,质子,从而建立了原子结构,那时人们思考是“为什么电子不能跑到原子核内”。而随后对原子核物理进行研究,通过各种高能物理的研究,人们思考的是“夸克禁闭”这样的难题。

而基本的粒子还能不能分,是由什么组成的,这些都需要建立大型强子对撞机等手段来进行研究。而最近人类对暗能量和暗物质的研究,也有了新的进展,未来新的物理学革命能否到来,就看这些方面的突破了。


量子实验室


我是学理论物理的,专攻量子场论与粒子物理。”近百年来物理学没有重大突破”实在是无知!从理论角度而言:上世纪七十年代,以规范场为核心的”标准模型”的创建可谓理论之集大成。之后理论的重点集中在如何统一广义相对论与量子场论,从而创建量子引力理论,也被称为”万有理论TOE”。虽然超弦、M理论、圈量子引力都有了很大的发展,但难称突破;从实验角度而言:中子星、黑洞、夸克、暗能量、上帝粒子、引力波等的发现堪称重大突破。目前确实理论大大超前了,而实验检验的滞后严重影响了物理学的基础性突破。这才是事实!

有兴趣者可拜读L.斯莫林教授所著《物理学的困感》,有详细的论述,够顶级!

希望今后不要再提问这些缺乏基本科学常识的无知问题。实在今人啼笑皆非!


刺头小李


若水有话讲,和你不一样。

等了半年,终于有个物理问题热门了,本想大展手脚,好好回答一番。但一看问题,太过尴尬;奈何我才疏学浅,虽然大学学的是物理专业,但学的最新的也就是相对论和量子有关的知识。实在惭愧!那就说说我的看法吧:

为什么让人感觉百年物理没有突破呢?

主要原因是:大家对突破的定义不同。

大众对突破的定位为,提出新理论,而且要颠覆我们的认知,就像伽利略对运动传统观念的颠覆,就像爱因斯坦对传统时空观的颠覆。这种状况确实不容易发生,任何全新的理论都需要时间积累,需要大量实验验证。物理的成就从来不只属于一个人。再次现在的理论基本覆盖所有自然规律,小到原子、夸克,大到银河系,整个宇宙都有理论提出。但从另一方面说,任何理论的成论证、完善都需要后人的验证。这一百年物理就在为爱因斯坦的理论,和量子理论做完善,做验证。

而物理学家对突破定位呢?每一个细分领域的成功都是突破,先说大方面

一、原子物理中的夸克,中微子的发现。

夸克的发现导致了粒子物理标准模型的诞生,改变了核物质内在运作模式的图像,为重离子碰撞中夸克—强子转变的研究打开了大门,并为关于宇宙大爆炸后一微秒以内物理图像富有成果的研究提供了基础。中微子的发现成了原子存在的关键。(来自网络)

二、场论的成功

它不仅提供了粒子物理标准模型的规范场理论和统一所有基本力的框架,还为超导的标准理论,重整化群和描述凝聚物质系统的共型场理论提供了基础。让我们把广义相对论也算进来吧,在场论框架下,它从原本深奥的数学变成了理解宇宙演化和宇宙中各种事物的基础。(来自网路)

三量子力学的成功

物理学家们驯服了量子力学原理制约下的原子世界,这些发明改变了我们的生活方式。

四、新的观测手段和新工具

物理学家制造出来的工具冲击了科学的每个方面。加速器不止使我们能够观察夸克和轻子的世界,还提供了用来观测和研究生物和材料样品的强X 射线束。探测微波,红外线,紫外线,X 射线和γ射线光子,也许很快还要加上探测引力波的探测器,这些都为天文学家观察宇宙提供了新的手段。人们能够很容易地把单个原子限制在特定的位置,并进行操作和研究,这使得我们可以采用各种技术手段来观察原子世界。(来自网路)

其实任何一项成就都是一种突破,对物理界和对这个社会都产生了重要影响。

在细分领域:最近火热的量子通信成功也许将改变我们的通讯方式。蓝色发光二极管(LED)的发现为节电的高亮度照明器材提供,极大改变了人们的生活。石墨烯材料的研究。石墨烯作为最薄的材料可能会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。物理学家高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就。博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

还有很多很多,我就不一一列举了。突破定义不同,但这并不影响物理的成就。物理仍在持续改变着我们的生活,服务着人类。

我是若水,只为真实的自己





上善若水5202014


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。

以牛顿和伽利略为代表的古典物理学与爱因斯和普朗克代表的现代物理学前后相隔了两个多世纪,物理学家们用了两个多世纪的时间才从古典物理学突破到现代物理学,而现代物理学到现在也才一个多世纪,相对论和量子力学都还没有完全从理论转化为技术。

物理学的每次突破都会给人类带来新的巨大变化,伽利略和牛顿为后来的工业革命奠定了基础,爱因斯坦和普朗克为现代科技奠定了基础,但我们现在的航天领域还在用着笨重的化学动力火箭,可控核聚变和量子计算机也都还在实验阶段。


保守估计物理学的下次突破会在本世纪末到下个世纪初发生,在那之前物理学家们会不断进行小的突破和研究,直到爱因斯坦式的天才再次横空出世。


宇宙探索未解之迷


答:近一百年来,科学技术取得了飞速发展,物理学的各个分支,也获得了瞩目的成就;但是我们仔细思考会发现,自从上世纪初的物理学革命以来,我们的基础物理学并没有取得重大突破。


在上世纪,量子力学和相对论的出现,对经典物理学进行了一次革命,但是这次革命是不彻底的,直到一百年后的今年,还留下很多问题有待解决。

在微观领域,量子力学能解释部分超导现象,标准模型基本完成了粒子物理的统一,杨-米尔斯理论统一了强力、弱力和电磁力。

在宏观方面,广义相对论预言了黑洞、中子星等等极端天体,宇宙大爆炸理论建立起了宇宙演化的模型,恒星形成与演化的理论能很好地描述恒星的起源和演化过程。

如此辉煌的成就确实让人感到欣慰,但是我们来看这些理论的基础,都是建立在相对论和量子力学之上的,比如标准模型属于量子场论的范畴,而量子场论本身就是量子力学的延伸。


从本质上说,近一百年来,我们的基础物理学没有取得任何实质性的突破,科技的发展都是建立在一百年前的基础理论之上,而物理学各领域的进步,全是对之前基础物理学的完善和补充。

又比如在科学技术中,现在的航天推进器,本质上还是二战时期,德国科学家冯 · 布劳恩发明的V2火箭的改进;计算机的本质,还是上世纪三十年代数学家图灵设计的图灵机;能量的获取,还主要靠化石燃料。


如果相对论和量子力学是完备,我们有理由相信物理学的终极基础理论已经建成,但是科学家很早就发现,相对论和量子力学的不可能全是完备的,基础物理学肯定还存在更深刻的理论未被发现。

其实科学上已经发现一些现象与现有理论不相符,比如现代科学的两朵乌云——暗能量和暗物质,就无法得到合理的解释;而第二类超导体的存在,也没有理论能够进行解释;黑洞奇点问题,让相对论和量子力学的冲突无法调和。


这一切都暗示着,现有物理学的基础还不完备,虽然也有一些理论试图解决这一问题,比如超弦理论、圈量子引力论等等,但是还没有达到对现有基础物理学进行革命的层面,或许下一次基础物理学革命,就发生在这个世纪之内。

从一些比较前沿的理论来看,下一次基础物理学革命,有可能颠覆我们对宇宙维度的认知;因为有些理论预见,我们的宇宙维度,可能不止“三维空间+一维时间”。


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艾伯史密斯


相对看来,这100来年,基础物理学的确没有什么大的突破。至于为什么会发生这种情况呢?上一次物理学的重大突破还是在19世纪末到20世纪初,尤其是相对论和量子力学的诞生,给了近代物理学极大的突破。

相对论和量子力学是颠覆以往认知的学科,在这100多年,科学技术取得了非常大的发展,但是到今天,我们也只是在相对论和量子力学两个大的体系上去深入发展了一些科学,这100年来,我们不过是运用已有的科学理论,而再没有像相对论和量子力学这样颠覆性的物理理论的出现。


究其原因,还是在于相对论和量子力学的进一步发展太难了,到100年后的今天,还留下了很多的问题。相对论和量子力学不同于以往的任何一个理论,它们的到来都是颠覆性的,我们所说的现代物理学的两大支柱,就是相对论和量子力学。它们就像是两株大树一样,根很深,并且枝繁叶茂。

纵观物理学的发展史,有两个高峰时期,一个是17到18世纪以伽利略和牛顿为首的科学家奠定了近代物理学的基石,牛顿被誉为“经典物理学之父”,在牛顿时代,诞生了经典物理学,它研究的是宏观状态下低速运动的物体的运动特性。而到了19世纪末20世纪初,以爱因斯坦和普朗克为首的物理学家开创了现代物理学,现代物理学不同于经典物理学之处在于现代物理学研究的是微观高速运动状态下的物体的运动性质,而通过研究发现,在微观高速运动的粒子世界,经典物理学不适用了,或者可以说是经典物理学的局限性。


量子力学和相对论诞生的时候,由于揭示了经典物理学的局限性,一度被认为是歪门邪道,量子力学后来慢慢被科学界所接受,可是对于相对论而言,在它诞生之后的很长一段时间里面,都没有多少人认同,直到爱因斯坦去世,他都没有因为提出相对论而获得诺贝尔物理学奖。

物理学的重大突破,往往是需要很多年才能出现一次的,就拿经典物理学的奠基到近代物理学的起源,这中间差不多隔了两百年,由此可见,下一次物理学的重大突破,或许会在本世纪末到下世纪初。现在物理学的研究已经深入到微观粒子领域,这个时候粒子物理的发展对于整个物理学的进展就显得尤为重要了。而说到粒子物理,它的瓶颈在于先进的实验技术手段,这需要的是实验技术的突破,而不在于理论的突破。


记得某一位实验物理学家说过一句话:“科学靠两条腿走路,一条是理论,一条是实验,有时候一条腿走在前面,有时另一条腿走在前面。只有使用两条腿,才能前进。”也正因为此,近百年来的物理学,为什么没有重大突破,究其原因在于理论的前进速度超过了实验手段的发展速度,现有的理论尚且没有完全被实验所证实,想要迎接下一次物理学的重大突破,或许得等到实验手段取得重大进步。


镜像宇宙


借用军事哥们儿一句风趣幽默的回答:“科学不是跑肚拉稀,接连喷发不断”。哈哈,话虽粗,但道理已经很明白了。

为什么呢?因为科学探索就像盖高楼大厦,得一砖一瓦的慢慢累积,一层一层的来,量变达质变,不可能越过十层直接起100层。没有任何捷径。


从牛顿经典力学到现在的两大理论支柱相对论和量子力学。为什么没有飞跃,因为后两者没有被完全消化吸收,甚至量子力学也许还有需要修改完善的地方。就像学生时代解数学题一样,下一次飞跃也许在对量子力学和相对论的探索的过程之中忽然“山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村。”


理论远远超前于现实科技。爱因斯坦为什么伟大,引领科学发展。1915年狭义相对论预言了引力波,当时有多少人相信?爱因斯坦自己都想改,为什么?因为科技力量跟不上,没人能验证其理论是否正确。直至100年后的2016年才正式探测到引力波的存在,又一次见证爱因斯坦的伟大。但此时狭义相对论提出已经过去了百年。


理论在被验证之前只是科幻,验证以后才成为真理,这个过程需要科技支持。而当科技能支持到相对论与量子论百分之五十以上的时间,不用刻意寻求,新的疑问将会促使新的的基础理论的诞生。

所以随着科学变得越来越微观、抽象,更多的是暗物质暗能量粒子时,不再会像宏观世界科技发展那么迅速了,需要不断的猜测验证步步为营。有了对之前理论的彻底了解才会有新的突破。


ooO孙悟空Ooo


为什么物理学近百年都没有重大突破了?

尽管这个话题看上去很刺眼,但事实上看起来确实如此,牛顿和伽利略的经典物理时代已经远在将近400年前的17-18世纪!而以相对论和量子力学为代表的现代物理则早在100年前就已经打好根基,最近上百年以来,现代科学一直都在为这些突破添砖加瓦,锦上添花!但再无相对论或者量子力学等开创性的理论出现!现代科学走到头了吗?

有史以来最伟大的十大科学家,囊括了奠基经典力学和现代物理顶尖级人才,当然爱因斯坦排首位想必各位应该没有意见,其他也许各有观点,当然这些都没关系,因为我们今天要讨论的科学并不是凭空出现的,而是需要前人不断的努力,然后总是会有一个综合各方的优秀人才出现一个整合性的突破,这在爱因斯坦的狭义相对论出现之前尤其如此,比如

一、光速不变已经被迈克尔逊-莫雷实验所证实,尽管初衷并非是光速不变,而是验证以太是否存在,当然这结果出乎意料之外的惊喜。

二、电子荷质比(电子的电荷与质量)随电子运动速度的增加而增大,简单的是说电磁定律不满足牛顿力学中的伽利略相对性原理!

三、电磁感应现象表现出相对性,即无论是磁体运动还是导体运动其最终结果是一样的。

尽管有很多牛顿经典力学所无法解释的现象,比如牛顿的绝对时空观在真空光速中解释时遇到了基本概念上的困难,但爱因斯坦吧伽利略的相对性原理扩大到了狭义相对性原理,因此而得到了洛仑兹变换,在根本上解决了相对性的这个问题!

由此可见,爱因斯坦狭义相对论的出现并非一朝一夕或者以个人之力所能突破的,因为它需要肥沃的科学土壤!那么我们下一次科学突破会在哪呢?

从全球科学史上两次大规模的进步与发展间隔来看,大约会在150-200年左右,现在科学界从上世纪广义相对论之后,已经积累相当多的突破,比如在:不确定性原理以及矩阵与波动力学,还有宇称不守恒与杨米尔斯的规范场理论,量子霍尔效应等。另外宏观上黑洞与中子星的深入研究与引力波的探测以及暗物质和暗能量概念的提出、与分布计算以及未来的进一步观测发现等似乎已经到了新一轮科学革命的前夜,也许黎明前是最为黑暗的,但这意味着无比光明的未来,现代科学百年系列的进步是不能用没有突破来形容的,厚积而薄发,往往这个突破才是真正的薄发,不要为了这个薄发而否定百年的进步!


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