下一個比肩牛頓、愛因斯坦的物理學大師需要解決什麼樣的問題?

糾纏於完美


為了回答這個問題,咱們先談談出現這樣大師的先決條件,以便知道什麼才是大師需要解決的問題。

這樣的大師出現很難,但也不是不可能。

一,說它難是因為現代科學的發展狀況。

1,現代科學理論的繁雜程度已經不是一個人能夠全部掌握的,信息大爆發的時代,科學知識也爆發,科學理論越來越細化。任何科學理論的重大突破或任何科學目標的完成都需要團隊協作,非一人之力所能完成。而資金投入也非一人之力所能完成。

2,大量科學理論轉化出眾多科技產品和科學成果,這些科技產品給人們帶來極大的方便,同時人們也越來越離不開它們了,比如計算機、手機、互聯網等等,都是現代科學的成果。它們如此的巨大成功似乎也證明著它們背後這些理論的正確。所以很難出現去改變突破如此成功的現代科學的科學大師,因為暫時不需要。恩格斯說“辦十所大學也不如一個社會需要”,這是真理。

二,說它有可能是因為有問題需要解決

1,是因為這些理論的不調和和太過於繁複。比如說量子力學和相對論的極度不調和,四種相互作用還沒有統一。現代科學理論的過於複雜令人望而生畏,理論陷入模型化,為了解釋某一個實驗現象,人們往往用一個模型去解釋另一個模型。有時為了證明理論的“正確”,預先作一些理論上的“預言”,比如說存在一種什麼粒子,然後讓實驗去滿足理論,有時為了尋找所謂的“預言粒子”,還要花巨資去建造設施,科學成本越來越高,單憑個人根本沒有能力負擔。本來是大眾科學、科學大眾,但現在科學卻成了貴族和國家的科學。因此人類社會同樣需要大師儘快出現,去完成科學上的突破,讓科學變得簡單完美,讓每個人都能掌握和使用科學。

2,是對宇宙和意識的本質還沒搞清,宇宙航行之父俄國人齊奧爾科夫斯基說“地球是人類的搖籃,但人類不會永遠躺在搖籃裡。”人類想要了解宇宙,想要知人類和宇宙的關係,就得走向宇宙深處,宇宙如此之大,怎麼突破宇宙航行技術就成為必須。這些都需要大師級人物在科學上的重大突破才行。現在的科學就象被窗戶紙包著一樣,遲早有人捅破。但現在大多數人對科學的感覺就象十八世紀末十九世紀初開爾文說的那樣樂觀:科學的大廈已經建成,剩下的只是添磚加瓦、修修補補。結果話音剛落,相對論和量子力學兩大現代科學基石几乎同時誕生,那時的愛因斯坦應運而生。所以現在也一樣,新的大師也要誕生了。

那麼比肩牛頓和愛因斯坦的大師具體需要解決什麼問題?

我認為還是對時空相對性原理更深的理解上。因為從伽利略到牛頓,從牛頓到麥克斯韋再到馬赫,最後到愛因斯坦,每一次的科學上的突破都是對時空相對性問題的研究上。


伽利略

伽利略首先發現力學相對性原理,還提出了加速度的概念,開啟了近代科學的序幕,這個原理只是空間的相對性原理,沒有考慮時間的相對性。因此骨子裡應該還是絕對運動觀。


牛頓


牛頓接受了相對性原理和加速度概念,為了構建他的力學大廈,讓空間本身與空間中的運動都具有物理實在意義,首先明確了絕對時空觀,這也是經典力學的需要。應該說牛頓對相對性原理的理解――絕對時空觀成就了牛頓,成就了人類。

麥克斯韋

麥克斯韋完美地構建了電磁理論大廈,完善了牛頓力學,達到了經典物理學的頂峰。但人們發現相對性原理並不適用於電磁相互作用,他的聯立方程組推導出光速是常數的結論。於是大多數人放棄了相對性原理,結果所有人都沒有取得科學上的重大突破。這期間只有馬赫和龐加萊偶爾接觸到解決問題的契機,但都沒有把握住。



馬赫

馬赫認為沒有絕對空間和絕對運動,時間和空間的幾何不能先驗的給定,時間和空間與物質及其運動有關,時空是相對的,加速度也是相對的。這些思想被愛因斯坦稱為“馬赫原理”,但他只是停留在思想上。

龐加萊

而龐加萊雖然多次發表關於時間和空間的相對性論文,並且也先於愛因斯坦發表《論電子動力學》,提出光速不變假設,但他最終並沒有完成,因為他的時空觀仍然是絕對的,愛因斯坦發表狹義相對論後,他隻字不提,可見由絕對時空觀轉變為相對時空觀多難。1905年愛因斯坦發表狹義相對論,把伽利略相對性原理推廣到電磁相互作用,他最先意識到相對性原理應該是一個普遍性原理,不應該只適用於普通力學,他把光速不變原理和相對性原理結合,成功地解決了力學相對性原理缺少時間相對性的侷限,顛覆了傳統的絕對時空觀,取得了科學上的重大突破,他的理論結果迅速應用到各個方面。


愛因斯坦

1916年他再接再勵把相對性原理由慣性系推廣到非慣性系,把相對性原理推廣到引力,發表了廣義相對論,取得了人類有史以來科學上最大的突破,真正地把時空與物質及其運動聯繫到了一起,把引力幾何化。他完美地解釋了水星近日點進動,成功預言了引力透鏡、引力波等現象,現在廣義相對論已經成為解決宇宙天文領域的最重要工具。

但愛因斯坦還有沒完成的工作――統一場理論,他的統一場理論是想把強力、弱力、電磁作用和引力統一在單一場的理論。認為四種力是單一場的四種不同表現,他試圖把除引力外其他三種力也幾何化,但沒有成功。他死後這麼多年至今也沒有人做成。現在好多人把希望放在超弦理論,特別是M理論上,但目前只停留在數學研究階段,也許永遠也不會成功。也許一開始的思想就是錯誤的,幹嘛要把這四種力統一呢?單一場為什麼要有四種不同表現?說明四種力不管怎麼統一還是有著深層次的不同。沒有完全相同的兩個粒子,這就是大宇宙的基本原理。總之人們不應該把精力過多放到這上面。至於所謂暗物質暗能量也是在標準框架模型下的猜測,更是沒影的事兒。

現在的科學應該繼續研究物質運動產生時空場物質的機理,光和時空的關係,意識的本質等問題,以期悟通宇宙大道,突破時空旅行極限,進入卡爾達肖夫指數I級文明。


物原愛牛毛1


首先要說一下,要出現一位能夠比肩牛頓、愛因斯坦的物理學家已經越來越困難。因為物理學已經發展成一個龐大的體系,要發展出一個適合這個龐大體系的理論,或者觸動這個龐大體系的根基,可能性已經非常低。就像二十世紀初,量子力學沒有在一個人的手下完成,而是依靠一大批傑出物理學家的共同努力才建立了起來。

如果真的能夠出現一位牛頓、愛因斯坦那樣的物理學大師,他有了什麼發現真的難以預料。就像十九世紀末,誰也沒有猜到二十世紀的物理學能夠有翻天覆地的變化。不過當今物理學中依然存在很多重要的難題,一些難題如果得到了解決,相應的物理學家也有可能成為媲美牛頓、愛因斯坦的偉大科學家。

一個比較著名的難題就是廣義相對論和量子力學的統一。廣義相對論一般用來解決大質量天體的引力問題,量子力學往往用來處理微觀世界的問題,如何把它們統一起來,一直困擾著物理學界。有人會問,幹啥要把它們統一在一起?因為同一個宇宙的物理法則只能有一套,大小物體都會遵循同一套法則。

弦理論被認為能夠實現廣義相對論和量子力學的統一,不過仍然有很大的爭議。很多物理學家認為弦理論只是一個數學框架,目前還看不到有什麼有效的方法去檢驗這套理論是否正確。如果該理論得到了檢驗,愛德華·威騰就會是牛頓、愛因斯坦那樣的偉大科學家。

還有一個比較有名的問題就是暗物質、暗能量。19世紀末的兩朵烏雲引發了物理學上翻天覆地的革命,相對論和量子力學由此誕生。有很多物理學家認為本世紀物理學的天空也有兩朵烏雲,這兩朵烏雲就是暗物質和暗能量。

為了尋找暗物質、暗能量,很多科學家設計了很多實驗,可到目前為止仍未發現暗物質、暗能量存在的直接證據。這個問題若是得到了解決,必將是物理學上的重大事件。


刁博


那肯定是吹散當今物理學烏雲的大師啦,憑一己之力撥開雲霧見陽光,這樣的大師才有可能與牛頓、愛因斯坦比肩。

在牛頓之前,科學還尚未誕生,主要是伽利略、笛卡爾、開普勒等人做出的工作,其中伽利略的成就最大,貢獻也最大。

後來牛頓出現了,牛頓運動定律、萬有引力算是給科學打下了堅實的地基。

後來又過了幾百年,在這座地基上蓋起的漂亮小樓已經有模有樣了,這時開爾文勳爵站在這座漂亮的小樓裡說了一句話,樓雖然很漂亮,但是籠罩在烏雲下,不見陽光啊。

這兩朵烏雲就是光速不變以及黑體輻射了。

愛因斯坦披著風衣,拿著一把發著寒光的利劍,一劍劈開了這兩朵烏雲,並且玻爾、狄拉克、海森堡等人在旁邊又搭起了一座小房子,就是量子力學了。

目前的話,這兩個理論,相對論與量子力學可以解釋大部分的問題。

現在距離上個時代已經過去了快一個世紀了,新的烏雲也開始越來越濃了。

譬如暗物質、暗能量,譬如正反物質總量不對稱,為何多出來那麼多的正物質?

又比如黑洞的信息悖論,如果糾纏態的粒子,一個被吸進去,那麼還能相互糾纏嗎?

當然還有大家熟知的引力的量子化問題,現在人們發現了四大基本力,但唯有引力是特立獨行的,還沒被統一起來。

我們作為外行人瞭解的都是很淺顯的表層,烏雲肯定還很多,要比之前還要多,只要解決掉其中一片烏雲,那都是物理大師了。

個人淺見,歡迎評論!


科幻船塢


談到牛頓和愛因斯坦偉大的時候,其實和他們比肩的還有麥克斯韋,楊振寧。只是牛頓和愛因斯坦的方程簡單不需要多深的數學知識就能看明白。牛頓和愛因斯坦的方程是引力,關於時空質量能量的所謂相對論。而我們的四維時空裡還有三種力,電磁力,麥克斯韋的方程就是電磁學。還有兩種核力,這是量子力學。楊振寧的方程就是量子力學和電磁學的大成,把除了重力之外的三種力統一在他的公式下。

未來,能比肩這四個人的,就是把愛因斯坦的公式和楊振寧的公式能統一成一個公式的人,超弦理論在十維空間下就能統一,但數學沒有發展到這一步,所以只有假設,沒有數學公式,就像霍金的黑洞和平行宇宙,都需要未來的數學發展和天文學觀測實驗。而愛因斯坦和楊振寧都是完美的數學公式表達,而且楊振寧的數學公式,不但被幾十位諾貝爾獎獲獎試驗結果無數次驗證,而且誤差都是千萬分之一的,所以被稱為標準模型,因為幾乎無誤差的理論模型。愛因斯坦的關於引力和時空的數學模型也被多次驗證的。下一個比肩的,必須是建立一個數學模型,能完美的包含愛因斯坦的關於引力和楊振寧關於除了引力外的所有力的模型的,等於把自然界四種力能用一個數學公式來表達。


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光到不了的地方和尺度更小的地方

要搞清楚這個問題,我們首先要想弄清楚科學到底是如何發展的。直接給出答案:根本觀測技術發展的。

為什麼這麼說呢?其實我們可以想象一下,一開始人類是沒有很牛的觀測儀器的,我們能研究的尺度是以人身高為基礎,再放大十億倍的範圍內,大概就是1米~地月系統之間的尺度,這個時候人類主要是靠肉眼觀測的,我們也管這個尺度叫做宏觀低速的世界。在這個尺度上,首先出現的理論是地心說,但是誤差稍稍有些大(相對牛頓力學來說),後來牛頓提出了牛頓力學和萬有引力定律基本解決了這個尺度上的問題。

隨著科學技術的發展,人類的觀測水平不斷提高,也就是說我們觀測的尺度變大和變小了。變大來自於,我們可以看到更遠和更快的世界,變小來自於我們能看到微觀尺度,幾乎可以到量子尺度上。這個時候,牛頓力學在這兩個尺度誤差都變大了。於是,愛因斯坦的相對論彌補了大尺度上的不足,量子力學擬合了小尺度上的問題。

但是,比量子世界更小的尺度,量子力學的誤差也顯現出來了。而相對論被限制在光速上,所以它無法解釋光到不了的地方,比如:可觀宇宙之外的世界,黑洞的奇點,引力波,暗物質,暗能量。

所以,我覺得未來的科學發展會往更大尺度和更小尺度去發展,這源自於我們觀測技術的發展。而最有可能出成果的就是對引力波、黑洞奇點、暗物質、暗能量的研究。畢竟要觀測比量子世界更小尺度的世界確實太難了。


鍾銘聊科學


從初中可理解的牛頓力學到高中大學可被理解的相對論,它們都容易理解且牛頓和愛因斯坦享譽全球。然而物理是不斷髮展的,第三個這樣的人已經出現了,他叫楊振寧,而人們更多因為一些國家個人誤解認識他,也許是因為他的宇稱理論是研究生以上可被理解的已經超出大大多數人所能理解的範圍。宇稱不守恆的偉大,是提問者所無法體會的,它的地位不能說在任何理論之下。我想說的,不是誰發現什麼而能在成為一個享譽全球的物理學家,而是每個物理學家不被因為某些個人原因被吹捧或被詆譭,並不是每個物理學家都是哲學家或心理學家或窮人或殘疾人或精神病人等等。如果你真的想出名,請也千萬不要隨意製造一些看似合理卻詭異的理論出來。沒有最美最偉大的上帝理論,只有美妙的物理世界。謝謝。


一個愛好物理的瘋子


牛頓和愛因斯坦是公認有史以來最偉大的兩位物理學家,前者奠定了經典物理學的基礎,後者奠定了現代物理學的基礎。如果未來有物理學家能夠與他們平起平坐,他一定是為大統一理論奠定了重要基礎,或者直接完成大統一理論,因為大統一理論是目前物理學家所面對的最大挑戰。

在人類目前的認知中,一切的物理現象都可以用四種宇宙基本力來進行解釋。物理學家認為,四種宇宙基本力都能夠用同一個理論來描述,這個理論被稱為大統一理論。但迄今為止,大統一理論還沒有實現。

在現有的理論中,三種宇宙基本力已經在量子力學的框架下得到統一,但引力始終無法納入其中。目前描述引力最成功的理論莫過於愛因斯坦的廣義相對論,這個理論在宇宙大尺度下得到了非常嚴格的驗證。但由於廣義相對論無法重整化,這使其與描述微觀粒子的量子力學無法完全相容。

量子力學和廣義相對論在各自尺度下能夠很好地適用,但卻無法被統一到一起,表明這兩個理論都不是終極理論,它們都是大統一理論在微觀和宏觀尺度下的較好近似。如果未來有物理學家能夠提出大統一理論的基礎,或者直接完成大統一理論,那他肯定能夠成為與牛頓和愛因斯坦比肩的物理學家,甚至成為最偉大的物理學家。

從目前來看,圈量子引力理論、弦理論等理論能夠比較成功地把引力量子化,有望實現四種宇宙基本力的大統一。但現有的實驗還無法驗證這些候選的大統一理論,還需要更為強大的粒子加速器以及其他觀測手段才行。


火星一號


我來抄襲我老師的觀點。

物質不只是質量,空間佔有,物質還有個本性,就是時間。任何物質不只是空間的也是時間的。時空是物質的一體兩面。這是我們沒有看到的。

量子力學背後還有一個場,這個場可以形成粒子,粒子也可以形成場。這個場就是物質的基本時空場,所有的物質在這個場內都是最簡單的表達,沒有能量沒有質量,只是簡單的時空排列。我們的時空是三維空間一維時間,某些粒子是二維的,一維空間一維時間。

量子力學的雙縫實驗,量子糾纏等都可以通過這個場得到解釋。

時空有顯隱之分,我們所在的所觀察到的時空,時間是隱性的,空間顯性,因為你只能看到空間。時間只能通過物質的運動變化察覺到。時空是物質的兩面,時空只能一個顯性一個隱性。時空的顯性隱性也是測不準原理的根本。另外還可能有空間隱性的,時間顯性的,這種物質速度可能極快,根據相對論可以推測出來。有三維空間也有可能有三維時間,比如光子是一維空間一維時間,質量是零也是一種有,可能是正負空間加和了。如果是二維時間光子,速度就是光速的二次方,三維時間就是三次方。算一算吧,多少。假設的。如果有負物質呢,估計速度更快。

關於引力,應該是三維空間排列,時間處於隱性,隱性的只能顯示一維,大質量物體引力場就強,引力場由引力子組成,越靠近越強,遠了就稀薄了。物體運動,空間維時間維也在變化。因為我們只看到了物質的空間佔有,時間問題沒有看到。量子場論出現的一些問題,我想通過時間維可能得到解決。從這個場可以推導出量子力學的一些公式方程。

這個場沒有能量沒有質量的,只有在這個場內物理學才能統一。如果在粒子層次,沒法統一的。這個場可以稱作基本時空場,基本時空態,所有的物質在這裡都是簡單的時空排列,時空組合,時空顯隱,不同時間維不同空間維,都是最簡單的加減。在時空基本場裡,粒子反應也是一樣的,前後時空相位守恆,物質總量守恆。好比化學反應,前後守恆。

物理學的八元數也可以從這裡推算出來。

以上都是抄襲的,我老師的。不明白的我再來解釋。

也許這些都超出常識,看到的記住吧,這不是唯心主義,這是新的常識。


時空量子與功能生命


牛頓體系解釋了哥白尼布努諾伽利略的所有實驗與探索,建立了一個基於數學基礎上的力學體系,涵蓋了當時物理學的大部分領域,以至於其他物理學家認為物理學已經完美到終結,再也不需要發展了,只有牛頓(這個級別的科學家)知道真理的大海還沒有發現。

愛因斯坦創立了一個完全不同於牛頓時空觀的體系,甚至取消了力的概念。由於這一體系如此宏大,以至於諾貝爾評獎委員會傾向於認為這是開玩笑。但是由相對論推導出的結論儘管違背常識,但卻一再被實驗證明。

愛因斯坦出現的時候,物理學上空漂著兩朵烏雲。當愛因斯坦撥開烏雲,兩片巨大的天空出現了:量子力學和相對論。

愛因斯坦既揭開了量子力學的序幕,又懷疑量子力學違背相對論。而這一懷疑導致了物理學上空看起來很小的一朵烏雲:量子糾纏的相互作用超越了光速。

這朵烏雲看起來很小,是因為它離人們很遠。當它離人們更近的時候,人們會發現它遮蔽了整個天空。當這朵烏雲被撥開的時候,人們會建立起一個比牛頓和愛因斯坦體系更加宏大的體系。


風dé旅程3


要解決的問題太多了!有數學,物理,化學,哲學,光學……!首先是哲學已死!因為從邏輯上講:一切統治階級無非就兩條準則:實踐是檢驗真理的唯一標準,和不用檢驗就是真理。那麼它為什麼已死呢?我們來舉個例子,將介石買美帝國主義的國債,他當然有他的解釋,但無論怎麼樣,對他來說其結果總是最好的結局!而事實上無能美帝強大,還是弱小,對中國有利,還是無利,要歷史來回答!其次社會實踐是發展的,唯一的,不可從復的,誰也無法證明到底誰執政更好!例如,無法證明將介石換成另外一個人來領導國民黨為更好,或更差!現在我們來看數學!提起數學,可謂是汪洋大海!人類從原始社會到現在進過數億萬計的世界上最傑出的天才進過長期演變而來的科學體系!數學是有三個件條共同構建的:大前提,也叫公理,計算,邏輯推理等!當然從廣義講,任何論文,化學科學全都是這樣。例如化學原子結勾假設,愛因斯坦的相對論都有大前題!大前題本身是一種假設,並不絕對,你也可提出超常假設進行改造物質世界!我們現在學的數學,化學,物理都存在大量錯誤,需要後人來改進,和推進,其著名的例子,有數學的三次危機,它當然還要向前發展,來456789……都是存在!例如:數想記糾正了歐幾里德幾何原本的邏輯錯證題!同時對於以無理數為邊的直角三角形人類至今還無法證明!這些問題的解決必將引起數學的重大變革,整座高等數學的大廈將重新修正!因為動一發而變全身!大量的數學書籍將進入歷史的垃圾桶!另外還有費馬大定理的初等證明,是否存在,有誰來完成,罷在了數學


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