在未来,能够比肩爱因斯坦的物理学家需要做出什么样的成就?

小伊聊时尚


要搞清楚这个问题,我们其实就要弄清楚科学究竟是如何发展的。

其实在牛顿之前也是有很多学者,但是牛顿被认为是现代物理学的开山鼻祖。这是因为,他统一了“天上”和“地上”的物理学。在他之前,学者们认为天上和地上是用不同的物理学规则的。

而且牛顿力学很好地解决了宏观低速的世界,也就是我们人类日常生活中的物理学。不仅如此,牛顿力学可以很好地解释各种物理学现象,以及预测物理学现象。最有名的莫过于发现“海王星”,当时的人仅仅用纸和笔,就计算出了海王星的位置。

后来,学者们发现了很多电和磁的现象,但一直没有办法很好地解释这两种现象。于是,麦克斯韦横空出世,提出了麦克斯韦方程,预言了电磁波的存在,还说光是一种电磁波。发现没有,和牛顿的情况很像,科学家也是仅仅用纸和笔就预测了“看不见、摸不着”的电磁波。

后来,麦克斯韦的麦克斯韦方程推导出来光速在任何参考坐标下都是不变,这和牛顿理论矛盾了。于是,为了解决这个问题,爱因斯坦提出了相对论。在相对论中,爱因斯坦调和麦克斯韦方程和牛顿力学的矛盾。

同一时期,在微观中,尤其是亚原子级别,科学家通过α粒子散射实验,粒子对撞机,云室等方法渐渐形成了一套理论,被我们称为量子力学。如果,我们仔细去分析一下牛顿理论,麦克斯韦方程,爱因斯坦的相对论以及量子力学就会发现。

每当人类观测技术进步了,就会产生新的理论。一开始只是肉眼可见的宏观低速世界,牛顿力学刚刚好用。但是在引力大,尺度大,速度大的地方,牛顿力学误差很大了,才会出现相对论,而且相对论很好地解决了这个问题。其次,同样的事情也发生在亚原子级别,牛顿力学又开始误差巨大,这时候就有了量子力学。除此之外,当科学家掌握了α粒子散射实验、云室以及大型粒子对撞机的技术后,

科学家找到了更多的粒子,并且了解到了原子核内,甚至是质子内部的情况,并以此构建了粒子物理标准模型。也就是说,伟大的理论除了需要伟大的科学家,同时还需要观测技术的提升。

我们一直没办法验证“弦理论”正是由于观测设备不行,观测设备的误差都比“弦”的尺度要大得多。

所以,新的理论一定是要出现在目前我们不了解的,但是正在升级设备准备去了解的那些领域。比如说:引力波的探测和运用。由于光速对于信息,物质,能量的速度限制,这导致了人类的视野有限,而对于引力波的引力将会继电磁波之后,人类的第二双眼睛。

有了引力波,可观测宇宙可以从直径922亿光年,多提升8光年,达到930亿光年,还能让我们了解到宇宙前38万年内到底发生了什么。

除此之外,还有暗物质,暗能量,中微子,黑洞等领域,这些领域的相关研究真的很有可能会引发科学革命。所以,我认为未来的能够比肩牛顿,爱因斯坦的科学家,其实应该是出现在这些相关领域的顶级专家。

不过,其实也有一个很现实的问题,那就是现在的科研很艰难,靠一个人是完不成的,只能依靠团队的力量才行。所以,以后要超越牛顿、爱因斯坦不一定会是某个人,更可能是某个团队。

所以,最后我们来总结一下,

科学理论的发展其实遵循着这样一条路径,那就是“观测”和“误差”,只有观测技术上升了,使得现有的理论和现实产生了巨大的“误差”,这时候就很有可能出现新的理论,麦克斯韦,爱因斯坦,量子力学都是这样的。所以,如果未来出现一个能和牛顿、爱因斯坦比肩的科学家,很有可能在出现在目前无法探明的一些领域,比如:引力波,暗物质,暗能量,中微子和黑洞等领域。不过,未来想要单枪匹马做革命性的理论和成就非常难,所以更有可能是一个团队提出个革命性的理论。


钟铭聊科学



未来能够比肩爱因斯坦的物理学家需要做的仍然是爱因斯坦做过的,只不过要更深了。这就像爱因斯坦想当年做的就是牛顿曾经做过的一样,只是比牛顿研究的更深了。对同样问题的不断地深入研究,这也体现了真理的相对性特征。另外,他们研究的都是基础和影响全局的根本性问题,这也是爱因斯坦和牛顿之所以成为最伟大科学家的根本原因,否则,如果只研究局部和非根本性问题,只能算普通科学家。下面我们来看看他们曾经研究的是些什么问题,也就知道未来的爱因斯坦需要做出什么样的成就。

咱们先来看看牛顿都取得些什么成就

牛顿从绝对时空观出发,秉承了自哥白尼、伽利略、笛卡儿、开普勒以来的优秀科学成果,


界定了物理学上的基本概念,总结出牛顿力学三大基础定律;发现万有引力定律,把天上和地下的物理统一了起来,构建起了经典物理的大厦。并且他的动手能力很强,亲手发明制作了反射式望远镜,当然还发明了微积分。

各个成果都够今天的诺奖级别。在他众多的科学成果里,最主要的还是力学三大定律和万有引力定律,这也是经典物理体系的核心和基础。

牛顿物理学承认时间和空间是与物质一样有独立而实在地存在,这是因为牛顿继承了伽利略的加速度概念,而加速度只可能是相对于“时间和空间的加速度”,为了使加速度具有实际意义,就必须把空间看作是静止的,把空间看作是独立的物质,只不过牛顿本人及同时代的人感到把空间本身和空间的运动状态说成是具有物理实在意义并不太妥当,但为了使力学具有明确的实在意义,当时没有别的办法。由此可见,把时间和空间看作是先验于物质存在的绝对时空观是多么地深入牛顿的思想中。牛顿物理虽然也继承了伽利略的相对性原理,但他仅把相对空间和运动看作是绝对空间可动的部分或其量度。他曾以“水桶实验”来证明绝对空间的存在:



水桶刚开始旋转时,水没有跟着水桶壁运动,水和桶壁之间相对运动最大,但水桶中的水是平的;而当水和水桶壁一起转(没有相对运动)时,水面却是凹的,说明水的圆周运动是绝对运动,因而存在绝对静止的绝对空间,他的观点遭到马赫的批判和爱因斯坦的颠覆。

马赫认为水沿桶壁上升是离心力作用的结果,水桶实验只是证明了水桶壁和水之间的相对运动不能引起显著的离心力,实际上这离心力是水对大质量地球相对转动所产生的,如果让水“不动”,而让地球飞快转动,水同样也能沿水桶壁上升,运动还是相对的,没有绝对运动。爱因斯坦受到了马赫思想的启发,最后彻底颠覆了绝对时空观。

牛顿的万有引力定律认为万物之间都存在引力,引力的大小与物体之间的距离和质量有关,引力之间的作用是超距的,即不需要时间传递,至于引力是什么?怎么作用和传递的?以及物体间为什么有引力?牛顿是一概不知。

咱们再来看看爱因斯坦的成就

针对牛顿经典物理存在的问题,还有麦克斯韦电动力学并不满足伽利略相对性原理的问题,还有“以太漂移”实验关于光速不变的问题,爱因斯坦大胆创新,提出了自己的看法,并最终创立了现代科学理论。


首先他认为相对性原理应该是一个普遍性原理,也应该适用于电磁力,之所以不适用于电磁力,是因为伽利略相对性原理只是个关于空间的相对性原理,里面缺少了时间的相对性,爱因斯坦放弃了牛顿的绝对时空观,把这个相对性进行了推广,然后与光速不变原理结合,成功地创立了狭义相对论。解决了当时所有的问题,确立了相对时空观。结合上面对牛顿的叙述可以看出,相对性原理从伽利略时就一直贯穿其中,相对性也是科学理论的基础和根本性的问题,对相对性的深刻理解推动着科学的发展,爱因斯坦创立的广义相对论更有力地证明了这一点。

狭义相对论只是惯性参考系(没有引力)下物体运动的科学理论,它并不适用非惯性系的情况,但现实中几乎都是非惯性系的情况,引力也处处都在,特别是狭义相对论的一些结论还会产生一些难以解释的“悖论”,比如说“双生子佯谬”,


所谓“双生子佯谬”说的是哥哥乘坐近光速飞船离开地球,按照狭义相对论钟慢尺缩效应,在地面的弟弟会看到哥哥所在飞船里钟表的时间过的比地面的钟慢,但根据相对性,在飞船的哥哥看来,弟弟所在地面钟表的时间过的比飞船的钟慢。两个结论产生了矛盾,但根据狭义相对论,这两个结论都是对的,这是怎么回事?狭义相对论解释不了,直到广义相对论创立以后,这个问题才得到完美解释。原来哥哥乘坐近光速飞船离开地球再回到地球,存在加速和减速的过程,按照广义相对论解释,哥哥乘坐的飞船变换了好几个参考系(时空),时间真的膨胀了。哥哥回到地球以后,显的比弟弟年轻多了。

当然如果哥哥乘坐飞船一直匀速直线飞行不再回地球,那狭义相对论的结论是对的,哥哥和弟弟互相看到对方的时间变慢,这就是时间同时性的相对性。

广义相对论不仅能解释时光穿越旅行的问题,更主要的,它是个关于引力的理论。我们知道狭义相对论不能解决非惯性系,即有加速度的情况。爱因斯坦发现非惯性系的加速度等效于一个惯性系加上引力,他常常用太空中的一个升降机来解释:

如果在没有任何引力的太空,对这个升降机向上施加一个拉力,使这个升降机以9.8米/秒²的加速度向上运动,那升降机里的人无法判断自己是在向上以9.8米/秒²的加速度上升,还是受到地球引力且相对静止于地球。爱因斯坦认为加速度等效于引力场局域,这就是等效原理。爱因斯坦从等效原理出发,结合推广到非惯性系的相对性原理(广义协变,物理定律在任意参考系具有相同的形式),利用黎曼几何和张量分析等数学工具,一气呵成广义相对论。他认为大质量天体弯曲了周围时空,引力不过是时空弯曲的几何效应,弯曲的时空就是引力场,宇宙中充满了天体,因而宇宙时空是弯曲的,平直的时空是不存在的。物体在时空中的运动不过是沿着“测地线”运动。



他对引力的本质以及如何“作用”和传递作了一次有益的探索,他否定了牛顿关于引力的“超距作用”,认为引力的传递是需要时间的,速度为光速,因为引力与时空有关。

未来的爱因斯坦应该做什么成就?

在1915年发表广义相对论以后,至今已百余年,经历了无数次实践的检验,它的众多预言被一一证实,广义相对论已成为人们研究引力以至宇宙的有力武器,是迄今为止最好的引力理论。也是反映最根本最基础物理规律的科学理论。广义相对论就是爱因斯坦在狭义相对论的基础上把相对性原理再次推广到所有参考系的革命性成果。爱因斯坦创立两个相对论的过程,实际上也是把相对性原理的适用范围从力学推广到电动力学,然后再推广到引力的过程。然而相对性原理的推广到广义相对论并没有到尽头,按爱因斯坦的说法,还有电磁场和引力场统一的“总场”,自然界的四种作用力至今还没统一,也许在对相对性原理再次推广的基础上又有新的突破,取得可以比肩爱因斯坦的成就。


由于篇幅的原因,就写这些吧。看到这里的读者不容易了,有收获就请关注评论一下吧。


物原爱牛毛1


蔡元培先生预言:中国人在“自然科学基础理论”创新上必然从地质学界开始!

上世纪末,张海亭先生提出了“铁镁质橄榄岩和菱镁矿的陨落成因”,指出了“板块运动”的片面性和局限性,是“陨落地质学理论”的创始人。

陨落地质学理论认为:磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子,岩石和矿物是小行星撞击地球产生的金属态氢离子聚合形成的;金属态氢离子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同时释放电磁波——能量。

可见:物质是金属态氢离子聚合形成的,热核反应质量守恒,物质不会转化为能量;链式反应是冲击波层流里金属态氢离子聚合的新元素反复裂解为金属态氢离子形成了连续的爆炸。

西方物理学家在定性、定量分析上做出了贡献,但是物质与能量(电磁波)是不同的概念;未来的物理理论创新需要把金属态氢离子定性,质子、中子、电子是自旋方向不同的金属态氢离子……








金童希瑞


五行星1号星球宇宙改造科技,在北纬七纬度出气筒那用第一星球上的巨型航母舰喷出锂化合物燃烧掉空气中的极寒物质,保证工作的顺利进行。


士科856


推动人类向前发展


淡定131414161


唉!爱因斯坦难道还值得比肩吗?包括爱因斯坦在内的所有物理学家们都属于2019年以前,落后的物质时代的人,他们被物质的表象所蒙蔽,所欺骗,他们言必称物质,用物质思维来研究物质的表象,可研究了一百年物质,至今连个什么是物质都不知道,研究宇宙吧,可宇宙的定义也不知道,恕本民科大不敬,物理大咖们的研究,至今仍是一笔自相矛盾的糊涂账!究其原因,实在是很简单,他们缺乏一个超越物质的,能够鸟瞰宇宙的宏大视野(看看牛顿,爱因斯坦的思维大前提: 惯性参照系,是何等的可怜!至于其他物理大咖们的思维大前提,简直是不值一提!)。所以超越物质的使命,只能由中国的民科来完成了,2019年,世界前沿科学的研究中心,正在转向中国! 那么,让牛顿,爱因斯坦们为代表的物质时代,进入历史吧!


外星文明新时代


之前回答过,这个问题和在某个新兴行业成为新的首富有点类似的困难,因为社会越发展越完善,分割的就越细化。科学更是这样,要在某个领域创立新的颠覆性理论,已经越来越困难了。但不代表没有,比如那些呼声很高的量子力学、核动力、弦理论、暗物质等,但这些迫于人类的科技水平,在已有的研究基础上,还看不到任何有能开宗立派、独树一帜的迹象。所以能出现牛顿、爱因斯坦那样的大师,会是极度困难的事情!但,不代表没有。可能只是我们的研究方向错了!个人认为,物质方面的研究已经进入了难以逾越的瓶颈期,而在思维意识方面的研究,却没有任何实质性的进步,还属于原始的空白阶段。比如对人脑思想的研究,至今医学和生物学都还只是停留在脑电波的基础研究上,不知道它为何产生、不知道它如何控制身体、不知道它是否可以复制或被操纵,在动物和植物身上是否有意识、是否能和人类建立交流,这些都没有人可以预测,是几乎完全的空白。所以如果深入的研究,可能会出现大师级的科学巨匠。毕竟世间所有的物质与现象都是极微小粒子的组合~包括意识。但我们始终不知道究竟是意识控制了这些粒子的变化,还是这些粒子的变化才产生了逻辑思维。说我能想到的另外一种情况:如果真有其他纬度的空间,真的有平行宇宙,那么梦可能就是我们穿越时空的方式!科学的尽头是神学,我们研究的越深入,遇到的瓶颈就越大,有些问题就越难以解释,比如诡异的量子纠缠,它很像刘慈欣《三体》中描述的那样,我们的科技发展到这一步再也不会有突破了,似乎被质子或某种神秘力量给锁死了!虽然社会发展很快,但自爱因斯坦以来,理论物理学尤其在量子问题上已经停滞很久了。如果没有神学,没有被其他文明锁死,个人认为可能是某一个公式的参数出现了一丁点的错误,就像爱因斯坦的宇宙常数那样,使人类在研究方向上出现了错误,导致半个多世纪人类的基础理论都迟滞不前。更大的可能是,看似很复杂的问题,答案就在我们的生活中,粒子在微观层面的变化产生的梦境,其实就是我们在穿越时空,在平行宇宙间遨游,梦里可以不受任何时间与地域的限制,有喜怒哀乐的真实触感,能见到很多不可能的人和事,却不会改变过去,也不会影响醒来后的现实世界,更没有任何的外祖母悖论等。所以我现在的假想是:人类每天都在通过梦境穿越时空。道理很简单,只是不知道如何去证实,因为现在对梦的研究还处于不可控的无解状态,等人类能控制梦境了,可能会有更好的解释吧,就像《盗梦空间》里那样,分不清什么是梦什么是现实。微小的粒子变化产生了我们的意识,也产生了人类难以回答的一个终极问题:“我”是谁?如果没有了意识,像石头一样不能感知周围的温度、压力变化、不欣赏地球的风景、也不能思考宇宙的各种问题,那么我们所熟知的一切理论规则、创造的所有辉煌成就与灿烂文化都将荡然无存。所以,期待在意识研究方面,能出现耳目一新的理论,创造全新的学术领域,让人类在物质进步的同时,能够在意识形态上向高等文明更进一步!


云若满了雨


先不说成就,此人首先要是思想家和艺术家。俱备足够的想象力和创造性!


段然12


利用他的理论能预知宇宙的今生前世,并利用他的理论人类能轻易走向宇宙


小宝2073397


搞定可控核聚变,可以成为古往今来历史第一人。


分享到:


相關文章: