為什麼近代沒有像愛因斯坦之類的科學家了?

唐朝草民


人類的科學是一個從無到有,從易到難,從表象到本質的一個分階段的、不斷推進的發展過程,而且在面臨科學發展瓶頸的關鍵時刻還需要一些特別重要的人物出現,提出具有總結性、跨時代意義的理論來推進科學進入下一個發展階段。其實科學發展的每一個階段都是一個比較漫長的過程,在每個階段中都有無數的科學家為此奉獻了自己的智慧,一點一點為科學之塔搭建積木,而最後一塊積木往往是那些特別具有創造性的人完成的。

這些人中就有我們最熟悉的一些科學家,例如:開普勒、牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦,它們為科學所做出的貢獻都具有劃時代的意義,也是科學發展階段性最後一塊積木的搭建者。但是我們往往只記得這些人的偉大理論,卻忽視了很多科學家在前期漫長的時間中所做的努力。

而且早期的科學發展對各個學科來說都是一片空白,相對容易出成績,因為早期的科學理論都是對自然現象的一種總結,並且任何事幹的越早越簡單,越往後越複雜,例如:哥白尼1543年對地心說發起了挑戰,並提出日心說,這其實只是對天體運行規律的觀測而總結出來的科學模型,並不需要任何先進的科學儀器去輔助論證,只需要自己的科學理論能更好的應用在實際的觀測中就行了。

如果哥白尼1543年不發表《天體運行論》,我相信用不了多久就會有人提出日心說,因為地心說存在很多瑕疵,除了複雜以外,更解釋不了行星逆行的現象,所以通過簡單對天體的觀測就很容易得出日心說模型,但哥白尼提出日心說以後並沒有準確的解釋行星運動的規律。

時隔76年,開普勒1619年完成了它的行星運行三大定律,準確的為世人描述了太陽系行星的運動規律,至此一個以太陽為何中心的模型最終得以確立。就現在看來這麼簡單的一步,人類竟然花了將近一個世紀的時間,其中布魯諾和第谷·布拉赫也為此做出了自己的貢獻。開普勒的發現也是對自然現象的一種歸納總結,並且通過數學的方式準確的表達出了太陽系行星的運行規律,不過他沒有解釋行星為何會繞太陽運行。

時隔68年,牛頓1687提出了萬有引力定律,完成了經典力學以及絕對時空觀的建立,並且完美解釋了行星繞太陽運行的本質原因是因為太陽和行星之間有一種看不見、摸不著的力存在。牛頓理論的提出完成了科學階段性的發展,為經典力學搭建了最後一塊積木。但這仍然只是對自然表象的一種科學歸納和總結,因為牛頓本人並不認為引力是物體固有的屬性,而且他認為僅僅靠萬有引力是不能讓太陽系保持穩定了,背後一定有上帝之手的參與,也就是說,引力是上帝的傑作。

從以上就可以看出,人類科學發展想要取得階段性的勝利其實是一個十分漫長的過程,並不是隨便幾十年就可以出一個特別牛的人,提出跨時代意義的理論,甚至直接推動人類科技的飛躍。牛頓時代以後,科學就進入了研究萬物本質的階段,不再是對簡單自然現象的歸納總結,因此科學發展就進入了一個更加漫長、緩慢的發展過程。

牛頓在有生之年也對光進行了研究,並且首次將光通過三稜鏡進行了分解,不過光是什麼?這個問題涉及到了自然界最大的本質問題,在牛頓那個年代由於認知的侷限性以及人類科技水平的發展的侷限,根本無法解釋這個問題,牛頓說光是一種微粒,惠更斯認為光是一種波,兩個人爭論了幾十年,牛頓最後憑藉自己在科學界的威望獲得了勝利,也直接導致了人們對光的認知停滯不前。

1801年,這已經到了19世紀,托馬斯·楊通過楊氏雙縫干涉實驗證明了光是一種波,至此人類對光的認識又進了一步,1873年麥克斯韋發表了《論電和磁》,這是繼牛頓之後人類的有一部跨時代鉅著,因為麥克斯韋為我們統一了電學、磁學和光學,並且預言了電磁波的存在,而且他用數學的方式計算出了電磁波的速度和光速一樣,人們開始認為光可能就是一種電磁波。時間到了20世紀初,光電效應的發現直接導致了量子理論的發展,愛因斯坦認為光的能量是不連續的,存在最小的一份能量稱為光量子,至此人們才真正認識到了光的本質屬性具有波粒二象性。

從人類對光的認識所花費的時間,以及眾多科學家的努力就可以看出任何科學的發展都不是一蹴而就的,都需要一個非常緩慢的積累階段,並且在前人的基礎上緩慢的推進科學前沿。尤其是在設計到一些物理本質的時候,更是異常的困難。

現在我們在回到牛頓沒有解決的引力本質的問題,現在看來引力這玩意比光更難懂,在牛頓提出萬有引力的三個世紀間,從來沒有人懷疑過牛頓引力是否完全正確,直到我們發現水星軌道異常的進動問題,人們才開始考慮是不是牛頓引力存在瑕疵,1916年愛因斯坦廣義相對論的發表徹底解決了這個問題,而且也為我們人類統一了時空,重新塑造了一個富有彈性的時空觀,並且也解決了引力的本質問題,其實就是時空彎曲的結果。

從人類瞭解引力本質的過程,我們更是能深刻的體會到,科學發展並不是我們想象的那麼容易,雖說我們平時總愛說人類科學發展異常迅速,短短的幾百年就可以上天入地,但這個迅速、這個短短几百年是相對於人類1萬年的歷史來說的。如果細看的話,人類科學發展也是異常的艱辛。

那麼我們也經常會問到感覺近代好像再也沒有出現像牛頓和愛因斯坦這樣的牛人了,其實在愛因斯坦1955去世之後才過了短短的65年,按照以往具有跨時代意義的科學理論出現的時間段來說,這個時間真的還早!並且我上文也說了,科學理論越往前推進,越接近前沿,想要突破瓶頸就越困難,科學發展的鋪墊階段就越長,越需要更多科學家默默無聞的努力,所以說等下次牛人在出現估計還得等幾個世紀。


量子科學論


21世紀才剛開始,說不定如同愛因斯坦那麼厲害的科學家還在肚子裡面待著呢!

首先我們回顧一下愛因斯坦、尼古拉特斯拉、牛頓這三位牛人的故事。

△ 牛頓(Isaac Newton, 1643 - 1727)是萬有引力定律的發現者,在1687年發表了《自然哲學的數學原理》,闡述了三大運動定律和萬有引力。

1679年,R·胡克在寫給他的信中提出,引力應與距離平方成反比,地球高處拋體的軌道為橢圓,假設地球有縫,拋體將回到原處,而不是像牛頓所設想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒有回信,但採用了胡克的見解。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上,他用數學方法導出了萬有引力定律。

牛頓把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系中,創立了經典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規律,實現了自然科學的第一次大統一。這是人類對自然界認識的一次飛躍。

△ 尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856年-1943年),1856年7月10日出生在克羅地亞,是一位世界知名的發明家、物理學家、機械工程師和電機工程師。19世紀末20世紀初,他對電力學和磁力學做出了傑出貢獻。成就是1882年,他繼愛迪生髮明直流電(DC)後不久,發明了交流電(AC),並製造出世界上第一臺交流發電機,並創立了多相電力傳輸技術。他是一個絕世天才,也是一位被世界遺忘的偉人,交流發電機就是他發明的。1943年1月5日晚間到7日在紐約旅館孤獨的死於心臟衰竭,享年86歲,他的專利和理論工作依據現代交變電流電力系統,包括多相電力分配系統和交流電發電機,幫助了他帶起了第二次工業革命。


△ 愛因斯坦( Albert Einstein , 1879 -1955)於1905年在德國《物理學年鑑》發表論文《論動體的電動力學》,首次闡述了狹義相對論的基本思想和基本內容:相對性原理和光速不變原理(認為真空中的光速沿任何方向、對任何慣性系都一樣)。

1916年,愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》,在這篇文章中,愛因斯坦首先將以前適用於慣性系的相對論稱為狹義相對論,將只對於慣性系物理規律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理,並進一步表述了廣義相對性原理,將時空和引力連接了起來,他認為引力是彎曲的時空引起的。

就列舉的這三位大牛,一個世紀能出現一兩個都可以說是全人類的幸運,在我們踏入幸福美好的21世紀沒多久,給我們多些時間去等待全人類幸運天使的來臨,說不定接下來這個震撼世界的科學家可能是你的孩子哦!

生活依舊美好,讓我做個夢爽爽!

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不說說當前厲害的科學家還真說不過去,那就是楊振寧與愛德華·威滕。

楊振寧,中國理論物理學家。在統計物理、凝聚態物理、量子場論、數學物理等領域做出多項貢獻。被《物理教師》期刊列為物理學史上最頂尖的18位物理學家之一。

1957年,與李政道提出了“宇稱不守恆”理論,共同獲得諾貝爾物理學獎,是最早的華人諾貝爾獎得主。

(A)統計力學
A1. 1952 Phase Transition(相變理論)。
A2. 1957 Bosons(玻色子多體問題)。
A3. 1967 Yang-Baxter Equation(楊-Baxter方程)。
A4. 1969 Finite Temperature(1維δ函數排斥勢中的玻色子在有限溫度的嚴格解)。
(B)凝聚態物理
B1. 1961 Flux Quantization(超導體磁通量子化的理論解釋)。
B2. 1962 ODLRO(非對角長程序)。
(C)粒子物理
C1. 1956 Parity Nonconservation (弱相互作用中宇稱不受恆)。
C2. 1957 T,C andP (時間反演、電荷共軛和宇稱三種分立對稱性)。
C3. 1960 Neutrino Experiment(高能中微子實驗的理論探討)。
C4. 1964 CP Nonconservation(CP不守恆的唯象框架)。
(D)場論
D1. 1954 Gauge Theory(楊-Mills規範場論)。
D2. 1974 Integral Formalism(規範場論的積分形式)。
D3. 1975 Fiber Bundle(規範場論與纖維叢理論的對應)。
引自:Beauty and Physics: 13 important contributions of Chen Ning Yang, Int. J. Mod. Phys. A 29, No. 17, 1475001 (2014)

愛德華·威滕,猶太裔美國數學物理學家,菲爾茲獎得主,普林斯頓高等研究院教授。他是弦理論和量子場論的頂尖專家,創立了M理論。

威滕確實是除了牛頓、龐加萊等幾位屈指可數的在數學物理跨界牛人之外,當今少有的能在數學和物理兩大領域都作出一流成果的全能型科學家了!

1995年,威滕在南加州大學召開的超弦會議上做了報告,提出了M-理論,將弦的10維空間拓展到了11維,對當前所有的5種類型的弦理論進行了統一,證明了這5種弦理論實質上是等價的。
M理論認為,存在無數平行的是膜,膜相互作用碰撞,導致產生四種基本粒子,然後產生電磁波和物種,這就是宇宙大爆炸的原因。

還是去做夢好了!


超級數學建模


題主問錯了,愛因斯坦出生於近代,也是現代人物,按照世界現代史劃分,1917年的俄國十月革命就是現代史的開端。

確切一點的提問應該是為什麼20世紀後半葉沒有出現愛因斯坦級別的科學家。

事實上,牛頓和愛因斯坦級別的科學家是劃時代的,是有嚴格的時代背景的。並不是說我們當代人不聰明,而是整個世界的科學發展史沒有達到孕育出愛因斯坦級別的背景條件。

牛頓和愛因斯坦都是開啟全新時代的科學家。

前者的理論標誌著人類開始掌握科學這樣的理性工具,解決問題已經拋棄了宗教和經驗,並且已經學會了訴諸於歸納與演繹構成的科學體系來解決問題。

牛頓代表的經典物理學掀起來工業革命的浪潮。

當人類以煤炭,鋼鐵為基準的工業時代1.0發展到了瓶頸期就需要尋找新的理論指導下一場工業革命的浪潮。

這時候,人們發現了經典物理學的許多漏洞,比如黑體輻射,光速問題。

這些問題是後牛頓時代必然會出現的結症。

而愛因斯坦等人正是在這樣的時代背景下才得以誕生。相對論和量子力學是對經典力學本質上的修正。

如果愛因斯坦出現在牛頓那樣的時代,是不會也不可能提出相對論的。因為那時候人們對光速和引力還沒有清晰的認知。

愛因斯坦的成功不僅得益於聰慧的大腦更得益於恰好出生在物理學危機的時代下。

那麼當代還有可能出現愛因斯坦級別的科學家嗎?

首先要看當代物理學是否出現新的危機,答案是肯定的,實踐物理一直在前進,而基礎物理的進步相對來說就十分緩慢了。我們所處的後電氣時代包括互聯網都是基於20世紀的理論。

我們的基礎物理基本上是原地踏步走。當代物理學面臨的問題不比20世紀初輕鬆。

暗物質,萬有理論,宇宙起源依舊是難以逾越的鴻溝。

縱觀愛因斯坦之後的諾獎,即便出現了理論性成果,也只是對相對論和量子力學的驗證和完善,比如大貝爾實驗對量子力學完備性的驗證,再比如2017年物理學諾獎對愛因斯坦在1916年就提出的引力波的證實。

而又望成為萬有理論的超弦理論和M理論更是純粹數學上的驗算,和現實脫鉤十分嚴重。

我們現在對這些問題的認識還處於初級階段,如果再深入,勢必會有大機遇在等著當代物理學家。到時候出現下一個愛因斯坦就是順理成章的事情了。


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