為什麼物理學近百年都沒有重大突破了?

想飛起來的毛毛蟲


物理學最近給人的印象就是比較停滯,都還在吃量子力學和相對論的老本。

其實物理學的發展一直在進行和積累,重大突破也很多,只是還沒有積累到百年前從經典物理學到現代物理學的鉅變。

一方面,時間和研究的積累還不夠,

從牛頓,麥克斯韋等建立經典物理學,再到愛因斯坦等建立現代物理學,中間也經過了數百年的歷史。而從量子力學和相對論的提出距今才百年時間,人們還處在對現代物理學的完善階段。而且從上世紀中葉,人們更多發展的是對現代物理學的應用,從量子力學發展到固體物理,再到半導體物理,才有了我們的光電通訊和網絡社會。

另一方面,人類對世界和物理現象的認識難度越來越大,

就像一顆樹上的果子,下面容易夠到的,早就被採摘光了,想採到更高更大的果實,就需要梯子了。從人類對物質結構看起,在百年前,隨著現代物理學的進展,人們發現了電子,中子,質子,從而建立了原子結構,那時人們思考是“為什麼電子不能跑到原子核內”。而隨後對原子核物理進行研究,通過各種高能物理的研究,人們思考的是“夸克禁閉”這樣的難題。

而基本的粒子還能不能分,是由什麼組成的,這些都需要建立大型強子對撞機等手段來進行研究。而最近人類對暗能量和暗物質的研究,也有了新的進展,未來新的物理學革命能否到來,就看這些方面的突破了。


量子實驗室


如果非要說物理已經近百年都沒有重大突破了,那麼原因只有一個!

就是數學已經近百年沒有重大突破了!

我們都知道,自從牛頓徹底把微積分引入到物理領域裡開始,很多物理學家就都有了一個習慣,就是把所有的數學成果都要找到現實中的物理現象與之對應。

也正是因此,後來演化出了一個學科一門課程叫“數學物理學”。


那麼我們再來說說為什麼近百年來數學領域沒有重大突破呢?說這句話的時候大概很多數學專業各個方向的學生和學者們肯定要噴我了,誰說數學領域近百年沒有重大突破,廣大從事專項研究的人嘔心瀝血,不斷的在攻克難題。


這其實就恰恰說明了問題,大部分人並不瞭解現代數學和物理學已經發展到了什麼地步,很多人認為高數就是很難得數學了,畢竟大部分人高考數學連140分都考不到,更聽不得別人說高考數學簡單。那麼今天要告訴大家一個可怕的事實,現代數學已經發展到了普通人連想都無法想象的地步。以至於複雜程度已經到了即便同樣是從事數學研究的學者,因為方向不同,完全理解不了其它方向上的內容,同樣的數學博士,很可能拿著其它方向數學的文獻,跟看天書一樣。


我們常說牛頓和愛因斯坦是天才,是因為這兩個人在自己的時期像開了天眼一樣在數學和物理領域馳騁。在牛頓的時代裡,他是先有對物理的直觀,然後發展出研究這個物理現象所需要的數學,比如微積分、統計力學等;而更變態的愛因斯坦則與之相反,是看到一些數學家玩兒出來的抽象東西,這些東西本來看似與現實世界沒有任何關聯,卻在這一時期生生的被引入了物理學,比如微分流形,群論等。


如果說牛頓是站在了伽利略的肩膀上,那麼現在,我們是站在無數巨人的肩膀上,但這個肩膀不好站啊,因為前人的理論已經非常艱深,導致現代數學研究是一項非常辛苦的工作,因為大部分從事相關研究的人首先要了解、看懂、學會、理解自己所在研究方向的所有理論知識,而這,很可能就已經耗盡了一個現代數學家的大半生。如果非要有個具體的說明,那麼就是大學生能接觸到的近現代數學是概率論,而概率論是19世紀的產物,高中生學的數學,不過是幾百年前的知識。所以新的突破才如此困難,新的成果才難以獲得,以至於物理學非常難以突破。


楊振寧曾說過一句話“現代數學的書可以分成兩種,一種是看了一頁看不下去的,另一種是看了一行就看不下去的”。這也客觀反映了現代數學的複雜性和有多麼難以理解。


如果你還要問到底有多複雜,送你們個拉格朗日量公式體會一下!


未泯雙瞳


我是學理論物理的,專攻量子場論與粒子物理。”近百年來物理學沒有重大突破”實在是無知!從理論角度而言:上世紀七十年代,以規範場為核心的”標準模型”的創建可謂理論之集大成。之後理論的重點集中在如何統一廣義相對論與量子場論,從而創建量子引力理論,也被稱為”萬有理論TOE”。雖然超弦、M理論、圈量子引力都有了很大的發展,但難稱突破;從實驗角度而言:中子星、黑洞、夸克、暗能量、上帝粒子、引力波等的發現堪稱重大突破。目前確實理論大大超前了,而實驗檢驗的滯後嚴重影響了物理學的基礎性突破。這才是事實!

有興趣者可拜讀L.斯莫林教授所著《物理學的困感》,有詳細的論述,夠頂級!

希望今後不要再提問這些缺乏基本科學常識的無知問題。實在今人啼笑皆非!


刺頭小李


若水有話講,和你不一樣。

等了半年,終於有個物理問題熱門了,本想大展手腳,好好回答一番。但一看問題,太過尷尬;奈何我才疏學淺,雖然大學學的是物理專業,但學的最新的也就是相對論和量子有關的知識。實在慚愧!說的不對之處,還請批評指正,那就說說我的看法吧:

為什麼讓人感覺百年物理沒有突破呢?

主要原因是:大家對突破的定義不同。

大眾對突破的定位為,提出新理論,而且要顛覆我們的認知,就像伽利略對運動傳統觀念的顛覆,就像愛因斯坦對傳統時空觀的顛覆。這種狀況確實不容易發生,任何全新的理論都需要時間積累,需要大量實驗驗證。物理的成就從來不只屬於一個人。再次現在的理論基本覆蓋所有自然規律,小到原子、夸克,大到銀河系,整個宇宙都有理論提出。但從另一方面說,任何理論的成論證、完善都需要後人的驗證。這一百年物理就在為愛因斯坦的理論,和量子理論做完善,做驗證。

而物理學家對突破定位呢?每一個細分領域的成功都是突破,先說大方面

一、原子物理中的夸克,中微子的發現。

夸克的發現導致了粒子物理標準模型的誕生,改變了核物質內在運作模式的圖像,為重離子碰撞中夸克—強子轉變的研究打開了大門,併為關於宇宙大爆炸後一微秒以內物理圖像富有成果的研究提供了基礎。中微子的發現成了原子存在的關鍵。(來自網絡)

二、場論的成功

它不僅提供了粒子物理標準模型的規範場理論和統一所有基本力的框架,還為超導的標準理論,重整化群和描述凝聚物質系統的共型場理論提供了基礎。讓我們把廣義相對論也算進來吧,在場論框架下,它從原本深奧的數學變成了理解宇宙演化和宇宙中各種事物的基礎。(來自網路)

三量子力學的成功

物理學家們馴服了量子力學原理制約下的原子世界,這些發明改變了我們的生活方式。

四、新的觀測手段和新工具

物理學家制造出來的工具衝擊了科學的每個方面。加速器不止使我們能夠觀察夸克和輕子的世界,還提供了用來觀測和研究生物和材料樣品的強X 射線束。探測微波,紅外線,紫外線,X 射線和γ射線光子,也許很快還要加上探測引力波的探測器,這些都為天文學家觀察宇宙提供了新的手段。人們能夠很容易地把單個原子限制在特定的位置,並進行操作和研究,這使得我們可以採用各種技術手段來觀察原子世界。(來自網路)

其實任何一項成就都是一種突破,對物理界和對這個社會都產生了重要影響。

在細分領域:最近火熱的量子通信成功也許將改變我們的通訊方式。藍色發光二極管(LED)的發現為節電的高亮度照明器材提供,極大改變了人們的生活。石墨烯材料的研究。石墨烯作為最薄的材料可能會最終替代硅,從而引發電子工業的再次革命。物理學家高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用於光學通信方面”取得了突破性成就。博伊爾和史密斯發明了半導體成像器件——電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。

還有很多很多,我就不一一列舉了。突破定義不同,但這並不影響物理的成就。物理仍在持續改變著我們的生活,服務著人類。

我是若水,只為真實的自己


上善若水5202014


物理學的上一次突破是19世紀末到20世紀初的事了,相對論和量子力學一起為現代物理學奠定了基礎,也讓人類社會發生了翻天覆地的變化


現如今相對論和量子力學誕生已經一個多世紀了,物理學卻再也沒有出現過類似相對論和量子力學這樣“顛覆”的理論或者說突破,不少人因此想到了《三體》中的智子鎖死人類科學的故事。

實際上物理學近百年沒有重大突破是正常現象,人們往往只記得顛覆性的相對論和量子力學,而忽略了它們誕生前的理論積累。人類科學只是看起來爆炸式增長而已,實際上每次技術爆炸都依賴於前面幾百年的科學理論和技術積累。



以牛頓和伽利略為代表的古典物理學與愛因斯和普朗克代表的現代物理學前後相隔了兩個多世紀,物理學家們用了兩個多世紀的時間才從古典物理學突破到現代物理學,而現代物理學到現在也才一個多世紀,相對論和量子力學都還沒有完全從理論轉化為技術。

物理學的每次突破都會給人類帶來新的巨大變化,伽利略和牛頓為後來的工業革命奠定了基礎,愛因斯坦和普朗克為現代科技奠定了基礎,但我們現在的航天領域還在用著笨重的化學動力火箭,可控核聚變和量子計算機也都還在實驗階段。




保守估計物理學的下次突破會在本世紀末到下個世紀初發生,在那之前物理學家們會不斷進行小的突破和研究,直到愛因斯坦式的天才再次橫空出世。


宇宙探索未解之迷


豈止是物理學,航天、化學、材料學、金屬學、天文學、醫學、……哪一門學科,有重大突破了,顯然,二戰結束以後,各類學科,別說重大突破了,連小的突破,也沒有發現。

我就舉兩個例子:

第一,納米技術,也是二戰前提出,並開始研究的,親,那是1945年,現在是2019年,整整74年過去了,沒有任何進展和軍用、民用。

第二,醫學技術,客觀的講,現在的醫學用藥和手術、檢查治療,只是更熟練了,藥品種類更多了,但重大的藥物發明和技術發明,並沒有存在。

只是,更熟練了,所以能救活的人更多了,死亡率更低了。

然後,並沒有什麼特效藥和顛覆性的技術。不能治的病,還是不能治。試管嬰兒,也是二戰前發明的,現在,只是更熟練了。

這種現象,廣泛存在於人類所有的學科中。

真的,有的時候,不由得懷疑,人類是不是就像劉慈欣小說《三體》中一樣,科技研發,被更高等的文明給鎖死了。

你別說,真有可能是這樣。或許,只有時間來證明了。


董江波


相對看來,這100來年,基礎物理學的確沒有什麼大的突破。至於為什麼會發生這種情況呢?上一次物理學的重大突破還是在19世紀末到20世紀初,尤其是相對論和量子力學的誕生,給了近代物理學極大的突破。

相對論和量子力學是顛覆以往認知的學科,在這100多年,科學技術取得了非常大的發展,但是到今天,我們也只是在相對論和量子力學兩個大的體系上去深入發展了一些科學,這100年來,我們不過是運用已有的科學理論,而再沒有像相對論和量子力學這樣顛覆性的物理理論的出現。


究其原因,還是在於相對論和量子力學的進一步發展太難了,到100年後的今天,還留下了很多的問題。相對論和量子力學不同於以往的任何一個理論,它們的到來都是顛覆性的,我們所說的現代物理學的兩大支柱,就是相對論和量子力學。它們就像是兩株大樹一樣,根很深,並且枝繁葉茂。

縱觀物理學的發展史,有兩個高峰時期,一個是17到18世紀以伽利略和牛頓為首的科學家奠定了近代物理學的基石,牛頓被譽為“經典物理學之父”,在牛頓時代,誕生了經典物理學,它研究的是宏觀狀態下低速運動的物體的運動特性。而到了19世紀末20世紀初,以愛因斯坦和普朗克為首的物理學家開創了現代物理學,現代物理學不同於經典物理學之處在於現代物理學研究的是微觀高速運動狀態下的物體的運動性質,而通過研究發現,在微觀高速運動的粒子世界,經典物理學不適用了,或者可以說是經典物理學的侷限性。


量子力學和相對論誕生的時候,由於揭示了經典物理學的侷限性,一度被認為是歪門邪道,量子力學後來慢慢被科學界所接受,可是對於相對論而言,在它誕生之後的很長一段時間裡面,都沒有多少人認同,直到愛因斯坦去世,他都沒有因為提出相對論而獲得諾貝爾物理學獎。

物理學的重大突破,往往是需要很多年才能出現一次的,就拿經典物理學的奠基到近代物理學的起源,這中間差不多隔了兩百年,由此可見,下一次物理學的重大突破,或許會在本世紀末到下世紀初。現在物理學的研究已經深入到微觀粒子領域,這個時候粒子物理的發展對於整個物理學的進展就顯得尤為重要了。而說到粒子物理,它的瓶頸在於先進的實驗技術手段,這需要的是實驗技術的突破,而不在於理論的突破。


記得某一位實驗物理學家說過一句話:“科學靠兩條腿走路,一條是理論,一條是實驗,有時候一條腿走在前面,有時另一條腿走在前面。只有使用兩條腿,才能前進。”也正因為此,近百年來的物理學,為什麼沒有重大突破,究其原因在於理論的前進速度超過了實驗手段的發展速度,現有的理論尚且沒有完全被實驗所證實,想要迎接下一次物理學的重大突破,或許得等到實驗手段取得重大進步。


鏡像宇宙


當代科學的止步,一定是出在底層邏輯上邊。當人類太渺小,去推算一棵大樹的年齡時,可能要數代人去盲目的推斷每一片樹葉的變化邏輯,然後總結出了很多的數學算法,複雜無比。一代人又一代人的去繼承,然後有限的推進。可能某一天一個曠世奇才發現了小樹枝,總結出了更跨時代的一個理論。於是後代的人不斷研究論證的就是小樹枝理論的適用性,很多人類中頂角智慧的人類,也只是做傳承和理解,然而此時壽命已到,無力推進。人類一直篤信並且這個小樹枝理論可以適用整片森林。但是卻不知,宇宙使用的是另一維度的樹幹計算年輪,一圈一圈數,連十個數都用不了。


好人一枚107354991


如果物理學在最近一百年內有重大突破才是神奇的事。

縱觀物理學史,有兩次巔峰時期,一次是以伽利略和牛頓為代表的近代科學啟蒙,大約時間在17到18世紀。

第二次是以愛因斯坦和普朗克為首的現代物理學崛起。

前後兩次物理學巔峰時期相差200多年。那麼按理來說,下一次物理學革命應該在本世紀末或者下世紀初才會出現。

其實牛頓時期的物理學才剛剛起步,研究的對象都是最普遍的自然現象,比如時空,力學現象等規律。而第二次物理學革命只是對第一次物理學革命的擴充和完善。

我們知道經典力學研究的是正常物質現象中的宏觀,低速規律。到了20世紀,人類才有了更先進的手段瞭解高速和微觀世界。可這時候人們發現:牛頓的力學並不管用了。

於是相對論和量子力學孕育而生,前者補充了經典力學在高速,強引力場下的缺失,而後者填補經典力學在次原子世界的空白。

可以說,18世界的經典物理和20世紀的現代物理已經把物質世界的方方面面涉及到位了。

所以下一次物理學革命不太可能在正常物質世界中爆發了。

而除了正常物質,宇宙中極有可能存在著大量的暗物質和暗能量。它們甚至佔據了宇宙總質能的95%。而我們除了知道暗物質參與引力作用,暗能量加速了宇宙膨脹,其餘的相關知識則一概不知。暗物質和暗能量的規律很有可能比正常物質還多得多。

所以下一次物理學很可能是關於暗物質和暗能量的突破

可目前為止,我們觀測它們的手段僅僅只能依靠引力,甚至都不能完全確定它們的存在。我們面對著佔宇宙總質能95%以上的暗世界,只能望洋興嘆,畢竟我們可利用的工具太少了。

所以要更深入地瞭解暗物質和暗能量,我們需要突破引力,尋找到更多的觀測手段。可目前看來還沒有任何希望。所以物理學目前就僵持在這裡了。最近20年是很難爆發第三次物理學革命了。


科學認識論


因為人類打破不了守恆定律,通俗點說就是人類都是在有得就有失,有失就有得的這個框架內生息,所有的能量,物質都要遵守守恆定律,人類的物理學發展到了一個難以突破的瓶頸階段,一旦突破這個瓶頸,人類將進入新的紀元,任何鬼神將不復存在,新的信仰將重新誕生,我們的物理學大師牛頓貌似在30歲以後就不務正業並沉迷於研究和試驗鍊金術,許多重要的研究和發現基本都是30歲以前就已經完成,難以想象我們怎樣把一塊普普通通的鐵變成金,點石成金我們怎麼“點”?用什麼點?不知道牛頓大師是否探索到了其中的奧秘和真理,他的研究方向已經不是物理學了,而漸漸的接近了神,那是探索的禁忌。


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